土壤表面灰度值与表层土壤含水量关系研究

快速准确获取表层土壤水分是土壤学、生态学及相关学科研究的基础。该研究在室内条件下,研究了5种不同土壤表面灰度值与含水量之间的关系,以期为利用土壤表面灰度值反演表层土壤含水量建立试验基础。研究结果表明:土壤在烘干过程中,含水量的变化受孔隙结构的影响;对于不同类型的土壤,土壤表面灰度值受矿物质组成和有机质含量的影响,随着土壤有机质含量的增加,同一含水量下的土壤表面灰度值降低;土壤表面灰度值与表层土壤含水量呈指数负相关关系。     

红壤丘陵区不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律

植被覆盖度是反映土壤侵蚀状况的关键指标,实施植被恢复是防治小流域土壤侵蚀的重要措施,但小流域植被覆盖度到底恢复到多少才能有效控制土壤侵蚀尚不清楚。基于土壤侵蚀治理的小流域植被覆盖度阈值效应,对红壤丘陵区33 157个小流域2000—2015年植被覆盖度的时空变化进行了分析,评估不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律与格局,以期精准制定小流域土壤侵蚀治理方式与对策。结果表明：(1) 2000—2015年,84%的小流域植被覆盖呈不断增加趋势,植被覆盖下降的小流域占15%,植被覆盖度基本不变的小流域仅有1%;(2)植被覆盖小于40%(低阈值带)的小流域占比小且相对稳定(3%～7%),说明大规模人工治理小流域土壤侵蚀的局面已扭转,但耕地依然是重点关注的对象;(3)植被覆盖位于40%～80%(过渡带)的小流域占比一直最高(超过83%),应采取以“自然恢复为主,人工修复为辅”的治理方式,重点关注土地利用结构和植被结构的优化配置;(4)植被覆盖大于80%(高阈值带)的小流域占比从2010年前的1%～2%上升到2015年的14%,可见具有自我修复植被覆盖条件的小流域显著增加,实施自然恢复(如封禁)是高阈...     

利用植物气体交换参数确定萎蔫系数的方法

萎蔫系数是确定土壤有效水范围、储量和对植物有效性的关键因子,但现有的基于植物形态变化测定的萎蔫系数存在生理意义不明确及难以在田间原位测定的缺陷。为此,本研究利用自然干旱下的盆栽试验,测定了2种土壤质地（黄土高原区黄绵土和南方丘陵区红壤）下4种植物（大豆Glycine max L.、向日葵Helianthus annuus L.、苜蓿Medicago sativa L.、羊草Leymus chinensis (Trin.) Tzvel）幼苗的萎蔫系数及叶片气体交换参数对土壤水分含量变化的动态响应过程,探讨了基于植物气体交换参数确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数的关系。结果表明：（1）土壤质地和植物抗旱性显著影响萎蔫系数,且影响在永久萎蔫时对应的土壤水势。4种植物在黄绵土下的萎蔫系数分别为0.083 cm3?cm-3（向日葵）>0.081 cm3?cm-3（大豆）>0.072 cm3?cm-3（羊草）>0.060 cm3?cm-3（苜蓿）,在红壤下的萎蔫系数表现为0.188 cm3?cm-3（向日葵）>0.180 cm3?cm-3（大豆）>0.174 cm3?cm-3（羊草）>0.172 cm3?cm-3（苜蓿）。4种植物在红壤上的萎蔫系数均大于黄绵土,且植物抗旱性越强,其萎蔫系数越低。（2）利用三次函数模拟气孔导度变化确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数存在高度一致性。因此,萎蔫系数可基于植物气体交换参数进行间接估算。     

黄土坡面细沟水流流速试验研究

流速是最基本、最重要的水流水力学参数之一,阐明细沟水流流速变化的特征对于揭示坡面细沟侵蚀动力学过程机理具有重要作用。采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验方法,对黄土坡面细沟水流流速进行了试验研究。结果表明:(1)细沟径流流速随径流历时的变化过程在不同雨强下不断递减,可用指数方程很好地描述,递减速率在产流后6min内较大,以后减小,各雨强下递减速率基本分别一致;(2)细沟径流流速随径流历时的变化过程在不同坡度下也不断减小,可用指数方程很好地描述,各坡度下变化趋势一致,整个径流过程中减小速率也基本一致;(3)细沟水流平均流速随雨强增大而增大,可用对数方程很好地描述;随坡度增大而增大,可用幂函数方程很好地描述;随雨强及坡度的变化可用二元对数方程描述。     

东北黑土区土壤团聚体迁移特征的模拟降雨试验研究

坡面侵蚀过程中土壤团聚体迁移反映了团聚体的破碎程度以及雨滴打击和径流搬运之间的相互作用。基于模拟降雨试验,研究了黑土坡面不同粒级土壤团聚体的迁移特征。研究结果表明,同干筛处理相比,湿筛后≥0.25mm粒径的水稳性团聚体含量为52%,其较干筛处理减少24%。湿筛后土壤团聚体的粒级分布以<0.25mm团聚体居多;湿筛处理后>1mm粒级的团聚体含量较干筛处理减少了83.8%。在50和100mm/h两个降雨强度下,团聚体流失以<0.25mm的微团聚体为主,其流失量占团聚体流失总量的80%以上,且不同降雨强度下微团聚体流失量与含沙浓度存在显著正相关关系。50mm/h降雨强度下微团聚体流失量随降雨历时的增加呈先快速增加后递减,最后趋于相对稳定的变化趋势;而100mm/h降雨强度下,其变化趋势则表现为先快速增加后缓慢上升趋势。≥0.25mm各粒级团聚体的流失比例和流失团聚体的平均重量直径(MWD)均随降雨强度的增加而减小,反映了大雨强下雨滴打击对团聚体的分散作用。     

东北典型薄层黑土区土壤可蚀性模型适用性分析

土壤可蚀性是土壤侵蚀预报和环境效应评价模型的重要参数。该文选取东北典型薄层黑土区宾州河流域为研究区,通过校验极细砂粒含量转换式,分析侵蚀—生产力影响模型(erosion productivity impact calculator,EPIC)、通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)和修正土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE2)3种模型K值估算方法间的差异,以探讨各估算方法在东北典型薄层黑土区的适用性。结果表明:与实测值相比,RUSLE2模型整体"低估"极细砂粒含量,平均低估22.5%;建立的薄层黑土区极细砂粒含量转换方程可使估算精度提高95%以上。RUSLE2模型K值估算方法适用于薄层黑土区。EPIC与USLE模型K值估算方法均"高估"薄层黑土区的土壤可蚀性,但通过建立的修正方程进行校正,仍可用于中国东北薄层黑土区K值估算。该研究可为薄层黑土区及相似地区的土壤侵蚀定量评价和土壤质量危险性评价提供必要的科学依据。     

黄土坡面片蚀过程动力学机理试验研究

片蚀是坡面侵蚀演变的初始形态,揭示片蚀动力学机理,找出与片蚀关系最密切的水动力学参数对有效防治片蚀具有重要意义。该文采用人工模拟降雨方法,对黄土坡面片蚀过程动力学机理进行了研究,结果表明:1)一次降雨过程的黄土坡面片蚀模数对水动力学参数平均值响应关系的相关系数大小顺序为平均断面单位能量>平均水流功率>平均单位水流功率>平均水流切应力;2)降雨过程中黄土坡面片蚀率对水动力学参数瞬时值响应关系的相关系数大小顺序是断面单位能量>水流功率>单位水流功率>水流切应力;3)水流断面单位能量是与试验条件下黄土坡面片蚀动力学过程关系最密切的水动力学指标,是描述试验条件下片蚀动力学过程最好的动力学参数。试验条件下黄土坡面片蚀动力学过程的发生发展根源于坡面片蚀中水流断面单位能量的动力作用。     

基于GIS和多流向算法的流域坡度与坡长估算

地形(LS,slope length factor and slope steepness factor)因子是通用土壤流失方程和修正通用土壤流失方程USLE/RUSLE(universal soil loss equation,revised universal soil loss equation)应用到流域或区域尺度时较难提取的因子。基于坡面水文学和土壤侵蚀学,对流域地形因子的原理、方法、流程进行了讨论。考虑了三维坡面水流发散和汇聚、泥沙沉积、沟道截断等条件,基于GIS技术,提出了基于多流向的地形因子估算方法,设计了LS_TOOL工具。该方法与已有AML(ARC Macro Language)和C++方法计算的坡度坡长结果在空间分布、运行效率等方面进行对比,结果表明:采用多流向方法,计算合理,符合地形因子计算的值域范围;空间结构比AML和C++方法好,与地形相关性较高;效率远高于AML方法,由于增加了沟道提取,其效率稍低于C++方法。该方法可方便的应用于流域和区域尺度下的地形因子估算。     

上方来水对浅沟侵蚀产沙的野外放水冲刷试验研究

浅沟通常发生在黄土高原地区陡坡农耕地上,是黄土高原丘陵沟壑区一种独特的微地貌现象,影响着坡面降雨产汇流过程和侵蚀产沙数量。以黄土丘陵沟壑区坡面浅沟为研究对象,通过野外典型浅沟径流小区放水冲刷试验,研究上方来水对浅沟侵蚀产沙及输沙规律的影响。结果表明:浅沟径流率随着上方来水流量的增大而不断增大;产沙率随着上方来水流量的增大而增大。含沙量大小顺序为上方来水流量15L/min,下方水流量10L/min时含沙量>上方来水流量10L/min,下方水流量10L/min时含沙量>无上方来水,下方水流量10L/min时含沙量>上方来水流量5L/min,下方水流量5L/min时含沙量>无上方来水,下方水流量5L/min时含沙量。有上方来水比无上方来水含沙量增大1.39～2.46倍。     

利用两区和两流区模型模拟氯离子在黑垆土中的迁移过程

以原状长武黑垆土为研究对象,针对不同输入方式、不同孔隙水流速条件下的氯离子溶质迁移过程,分析原状土壤中大孔隙存在条件下溶质迁移的特征,对两区模型和两流区模型的各拟合参数进行对比和分析。结果表明:大小脉冲输入条件下,氯离子浓度在试验土柱中均随穿透试验的进行呈现先增加而后降低的趋势,其峰值大小及其出现位置随孔隙水流速变化差异显著,且小脉冲输入时溶质穿透曲线较大脉冲时的不对称和拖尾现象更为显著;两流区模型相对于两区模型可较好描述氯离子的穿透曲线;两模型所得模拟参数随孔隙水流速的变化差异性较大。两模型拟合所得弥散度(λ)随孔隙水流速的变化趋势相同,但两流区模型拟合的弥散度大两区模型拟合值2个数量级。两模型拟合所得可动水含量(β)均随孔隙水流速的增加相应增加,而质量交换系数(α)值均极小。