降雨、汇流和坡度对黑土浅沟坡面侵蚀影响的试验研究

[目的]为研究降雨、汇流和坡度对浅沟侵蚀的影响,实施精确的水土保持措施。[方法]通过室内模拟降雨和汇流试验,设计2个降雨强度(50,100 mm/h)和2个坡度(3°,7°),并在4种降雨强度和坡度组合下设置5个依次增加的汇流强度(15,30,45,60,75 L/min),分析降雨、汇流和坡度及其交互作用对浅沟坡面侵蚀的影响,明确浅沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献。[结果](1)坡度和汇流强度对浅沟坡面侵蚀的影响均大于降雨强度。当降雨强度由50 mm/h增加到100 mm/h时,3°和7°对应的坡面侵蚀量分别增加52.3%～81.8%和29.4%～88.4%;而当坡度从3°增大到7°,50,100 mm/h降雨强度对应的坡面侵蚀量分别增加114.3%～395.5%和130.0%～320.9%;当汇流强度由15 L/min增加至75 L/min,坡面侵蚀量增加4.6～13.5倍。同时,汇流强度的增加加剧坡度对坡面侵蚀的作用,而减弱降雨强度对坡面侵蚀的影响。(2)降雨、汇流、坡度双因子和三因子交互作用对浅沟坡面侵蚀的影响以汇流强度—坡度交互作用和降雨强度—汇流强度—坡度三者的交互作用的影响最大,其...     

黄土风沙区土壤培肥机理与技术研究进展

黄土风沙区生态环境脆弱,水土流失剧烈,土地沙漠化严重,影响了区域生态保护和高质量发展。针对沙地土壤肥力低下及农业和生态利用潜质较差的特征,中国学者开展了大量研究,采取了大量措施对风沙土结构和化学性质进行改良。经过几十年的综合治理,沙地土壤结构和肥力得到了有效改善。笔者对砒砂岩、风化煤、有机肥、绿肥及覆盖耕作技术改良沙土的现状、作用机理和效果作了简要阐述,认为土壤改良工作应以不同农艺措施进行优化组合,同时实现沙地土壤理化及生物性质的整体改良,促进土壤的发生发育,实现对沙地土壤的快速、有效培肥。提出黄土风沙区未来亟待加强构建绿色化的沙地土壤培肥技术体系、强化沙地土壤培肥技术生态效应的监测、研发具有可推广的绿色土壤培肥产品,以期为沙地土壤培肥和生态恢复提供科技支撑。     

不同透水状况对坡地土壤侵蚀和养分流失的影响

 为研究坡地物质迁移的重要过程,通过室内人工降雨模拟试验,研究不同透水状况坡地土壤侵蚀和养分流失的过程与机制。研究结果表明:不透水坡地的初始产流时间比半透水和完全透水坡地提前57min,且土壤侵蚀总量大于其余两者土壤侵蚀量之和;在二次降雨条件下,不透水坡地的土壤侵蚀剧烈,土壤侵蚀量大于其他2种状况之和的5倍;在首次降雨过程中3种不同透水状况的径流养分浓度变化表现一致,仅在降雨75min后开始呈现差异;二次降雨过程中径流养分浓度存在显著差异。因此,存在不透水底层或入渗速率低的犁底层坡地,具有潜在的严重土壤侵蚀与磷钾流失趋势,尤其在初始土壤含水量较高的情况下。为合理配置坡地水土保持管理措施和控制养分流失提供参考。     

成垄压实耕作施肥机械的改进设计(简报)

基于土壤大孔隙流理论、垄沟微型集雨理论和阻水层理论提出的成垄压实耕作施肥方法,能够有效地达到集雨保肥的作用,而推行该耕作措施的关键是加强其配套农机具的研制.在国外相关研究的基础上改进设计了成垄压实耕作施肥机械.该设计合理.一机多用.具有结构紧凑、调整方便等特点.采用改进后的平底箭铲式施肥开沟器能够阻断土壤中大孔隙流的连续性,在垄底形成一致密的施肥带,减少了氮肥在土壤中随大孔隙流的淋溶迁移.利用单圆盘起垄覆盖施肥带,并采用仿垄形加压式镇压器对垄面进行镇压,通过改变弹力来实现镇压力的调整,形成不同紧实度的水分运动障碍层.达到集雨保肥的作用.     

陕西省土壤无机碳的时空分布特征及影响因素

【目的】土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用,然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据。【方法】收集陕西省1980s和2010s两期的65个和142个土壤样本以及相关的地形因素、气候条件、土地利用类型、植被状况和土壤性质数据,采用方差分析和随机森林（Random Forest,RF）模型分析土壤无机碳含量的时间和空间分布特征,并探讨土壤无机碳含量变化的影响因素。【结果】陕西省1980s各区域的土壤无机碳含量表现为：陕北>关中>陕南;与1980s相比,2010s陕北土壤无机碳含量下降了31.5%,关中地区基本保持不变,陕南小幅度上升。1980s到2010s,0—100 cm剖面上不同土层无机碳含量的降幅范围为20.6%—27.7%,其中以0—20和80—100cm土层降幅最大。随机森林模型分析表明,年平均降水量、容重、pH是影响1980s和2010s土壤无机碳含量变化的重要因素,在年平均降水量450—650 mm时土壤无机碳含量最高;土壤无机碳含量...     

宁夏云雾山典型草原休眠期气候变化对生产力的影响

基于1992-2011年黄土高原典型草原长期生产力观测数据及相应气候资料,分析了近20a来宁夏云雾山地区休眠期（11月-翌年3月）温度及降水变化趋势,利用简单线性回归及偏最小二乘回归法（Partial Least Squares regression-PLS）探究了休眠期月和日不同尺度温度和降水变化对草地生产力的影响特征,以揭示黄土高原典型草原生产力对休眠期气候变化的响应规律。结果表明：（1）近20a来研究区休眠期平均气温以0.09℃·a-1的速率极显著升高（P<0.01）,其中1月和3月升温最为显著（P<0.01）;（2）休眠期降水量较少,且年际间变异较大,各月降水变化趋势亦不显著;（3）休眠期内不同阶段温度变化对草地生产力具有不同影响,但整体呈现抑制效应,降水变化对生产力影响不显著;（4）休眠期温度升高抑制草地生产力发展,其作用机制可能与温度升高引起的地表积雪减少、冻融交替频繁及土壤微环境变化有关。休眠期降雨较少,降雨与草地生产力并不存在显著作用关系。降雪作为降水的固态形式,其对生产力的影响特点及作用机制尚待深入探究。     

黄土坡面细沟沟头溯源侵蚀的量化研究

沟头溯源侵蚀占坡面细沟侵蚀量的60%以上。该文运用立体摄影测量技术和人工模拟径流冲刷的方法,研究不同流量和坡度下沟头溯源侵蚀过程及其产沙特征,探讨沟头下切造成的地表形态变化对坡面产沙的影响。结果表明:1)坡面产沙率和沟头溯源侵蚀速率随流量和坡度的增加而增大。流量每增加1 L/min,产沙率增加0.59~5.34倍;坡度从15°增加到20°,产沙率增加14.0%~89.7%。2)当流量小于或等于2 L/min时,产沙率在试验初期增加较快,而后缓慢上升;当流量大于2 L/min时,产沙率始终保持快速上升趋势,沟头溯源长度达到100 cm所需时间较流量为1 L/min时缩短12 min以上。3)坡度对沟头溯源侵蚀速率的影响随流量的增加逐渐减弱。4)细沟长度随时间的变化受流量和坡度的影响,其值可由线性增函数表达;产沙率受沟头溯源侵蚀速率、沟头跌坎高度和沟头下方沟槽内发育的二级沟头数影响,其值可由多元非线性回归方程表示。研究结果可为沟头溯源侵蚀预报模型建立和坡面水土保持措施布设提供理论依据。     

人工林对黄土高原小流域上下游不同坡面土壤水分的影响

为对比不同生态治理小流域的土壤水分,以人工刺槐小流域杨家沟及其相邻自然恢复小流域董庄沟为研究对象,2016年8月每4天在两流域的对照坡面、样点同时采样、分层测定0~120 cm剖面土壤含水量(SWC),通过经典统计学方法分析各流域不同区段、坡向、坡位、土层的SWC变化,并采用土壤水分流域变差系数指标进行流域对比。结果表明:1)董庄沟SWC上游下游,东坡西坡,坡脚坡腰坡肩,沿剖面向下先短暂降低(0~20 cm)又持续增大(20~120 cm),不同区段、坡向间差异显著(P0.05);2)在林木耗水及蒸发调节影响下,杨家沟SWC下降(P0.05)、土壤水分格局发生变化,下游与东坡土壤较湿润,SWC坡脚显著高于坡腰与坡肩(P0.05)、剖面垂向分布先持续下降(0~100 cm)后转而上升(100~120 cm);3)SWC空间变异性董庄沟(29.19%)杨家沟(23.51%),时间变异性杨家沟(10.99%)董庄沟(8.76%);4)上游、东坡、坡腰与60~120 cm土层是杨家沟土壤水分亏缺的主要区域与层次。研究结果可以作为小流域生态建设植被配置与布局的依据。     

黄土丘陵沟壑区治沟造地工程碳效应分析

为研究黄土丘陵沟壑区治沟造地工程碳效应,运用IPCC碳排放测算方法以及国家地质调查总局制定的《多目标区域地球化学调查规范》中的采样方法实地采样,分析治沟造地工程中土地平整、灌溉与排水、田间道路工程、农田防护与生态环境保护等主要工程及工程实施后土地利用类型变化导致的碳排放。结果表明:延安市南泥湾镇治沟造地工程施工导致的碳排放量为3.76 t·hm-2,表现为碳源效应。其中对碳排放贡献最大的是土地平整工程,碳排放量为2 335.50 t,农田防护工程碳排放最小,不产生碳排放。治沟造地工程实施后土地利用类型变化使碳储量增加95.34 t·hm-2,表现为碳汇效应。其中耕地面积增加使碳储量增加了1 119.72 t·hm-2,水田的碳储量增加量最多,为716.54 t·hm-2;园地、交通运输用地、水域及水利设施面积减少导致碳储量减少了1 024.38 t·hm-2,水域及水利设施用地碳储量减少量最多,为807.50 t·hm-2。治沟造地工程实施后土地利用类型变化的碳储量抵消了工程施工产生的碳排放,碳储量为91.58 t·hm-2。研究表明,治沟造地工程总体上表现为碳汇效应,有利于区域碳储量的增加。     

黄土区草地坡面片流阻力系数试验研究

阻力系数是坡面流水动力学参数之一,是反映坡面流水力学特性的重要特征值。通过室内人工模拟降雨试验,研究了不同雨强(0.7,1.0,1.5,2.0,2.5mm/min)和坡度(7°,10°,15°,20°,25°)下,黄土区草地坡面片流阻力系数随雨强和坡度的变化特征。结果表明:(1)不同雨强和坡度下,草地坡面片流阻力系数随降雨历时的变化均呈先波动减小,后逐渐趋于稳定的趋势,且变化过程均可用二次多项式进行描述,相关性显著,决定系数0.5以上。(2)草地坡面片流阻力系数随雨强的增加而逐渐增大,可用指数方程描述,决定系数0.8以上;而片流阻力系数随坡度的增加而减小,可用对数方程描述,决定系数0.6以上。(3)草地坡面次降雨平均片流阻力系数对雨强及坡度的综合响应关系可用二元指数函数描述,决定系数0.923,且雨强对草地坡面片流平均阻力系数的影响大于坡度对阻力系数的影响。研究结果为草地坡面水流动力学特性及草地植被的阻流机制提供参考和理论基础,对于深刻认识黄土区草地坡面侵蚀动力和生态建设具有重要意义。