模拟径流条件下工程堆积体陡坡土壤侵蚀过程

工程建设过程中形成的堆积体具有独特的土壤组成及复杂的下垫面条件,堆积体表面土壤结构体缺失、土质松散、植物根系及有机质缺乏等,导致其土壤抗冲性极差,径流条件下堆积体陡坡坡面的土壤侵蚀过程亦表现出不同的特点,该文通过野外放水试验,对高速公路沿线典型堆积体陡坡（36°）在模拟径流冲刷条件下的土壤侵蚀过程进行了研究,结果表明,次径流过程中径流强度变化与放水强度及径流含沙量密切相关,三者之间呈多元线性相关;重力侵蚀对径流含沙量的变化具有重要影响,试验条件下重力作用的临界放水条件在20～25 L/min之间;坡面产沙过程存在产沙量的突变、波动变化和稳定发展3个阶段;不同坡段产沙量的空间分布存在持续稳定减小和震荡式波动衰减2种变化形式;土壤剥蚀率与单宽流量呈线性关系,与时段产沙量及流宽呈幂函数关系;最后,时段产沙量与时段径流量呈幂函数关系,累积产沙量与累积径流量呈线性关系。     

玉米秸秆汁土壤改良剂对黄绵土抗侵蚀能力的影响

改良土壤物理性质是提高土壤抗侵蚀能力的主要途径之一。通过人工模拟降雨试验、风蚀试验和野外原位观测试验,研究了不同玉米秸秆汁土壤改良剂喷施方式下黄绵土抗侵蚀能力的改良效果,探讨了玉米秸秆汁防治土壤侵蚀的机理。结果表明,玉米秸秆汁能有效防治黄绵土的水蚀和风蚀。在模拟降雨条件下,喷施玉米秸秆汁的试验处理,黄绵土溅蚀量较对照处理降低24.7%~78.3%,黄土坡面的径流量和片蚀量分别降低40.0%~43.3%和20.9%~34.5%;在天然降雨条件下,无论是短历时低强度或长历时低强度的降雨类型,还是短历时高强度的降雨类型,喷施玉米秸秆汁的试验处理,黄土坡面的径流量和片蚀量较对照处理明显减少,二者的减少幅度分别介于26.3%~62.1%和58.3%~72.0%之间;在不同风速下,玉米秸秆汁可使黄绵土的风蚀量降低24.5%~64.6%。此外,喷施玉米秸秆汁后的静置时间及翻耕与否对不同类型的侵蚀也有重要影响。喷施玉米秸秆汁可有效提高黄绵土的抗剪强度、硬度及大团聚体的百分含量,从而降低土壤侵蚀量。施用玉米秸秆汁后,黄绵土静水崩解量降低了97.4%~98.5%、土壤抗剪强度增加了97.9%~140.0%、土壤硬度增加了11.4%~127.5%;0.25 mm团聚体降低了46.9%~51.6%;2 mm团聚体增加了88.1%~129.7%。玉米秸秆汁是一种良好的防治坡面水蚀和风蚀的土壤改良剂,在施用玉米秸秆汁时,应尽量一次喷施完毕并避免人为土壤扰动。     

黄土区退耕草地凋落物-土壤界面水分过程特征研究

为研究不同退耕年限草地下垫面层凋落物对土壤蒸发过程和表层土壤保水特征的影响,通过室内模拟试验,以黄土高原地区不同退耕年限草地凋落物质量为因子,依据野外退耕还草5a,15a,30a的草地凋落物覆盖特征,设3个凋落物处理水平,以裸地为对照,比较分析了不同草地枯落物特征对地表土壤界面的水分过程影响效应。研究结果表明:具有凋落物处理能够有效地延缓径流的产生,并能显著增加表层土壤持水量;凋落物持水量与凋落物质量呈显著线性正相关;在降雨后24h内,凋落物层抑制土壤蒸发作用比较明显;随着凋落物含量的增加,72h后表层土壤含水量显著提高。在黄土高原干旱半干旱地区,耕地退耕后凋落物的增加显著改善了地表土壤的持水能力,提高了表层土壤水分含量。     

近55年来滹沱河山区水资源变化规律与影响因素

通过分析滹沱河山区自然地理背景和经济发展情况,可将其划分为3个水资源区:界河铺以上区域(Ⅰ区为成水用水环境)、界河铺至济胜桥之间区域(Ⅱ区为用水环境)、济胜桥以下至南庄区域(Ⅲ区为成水环境)。利用20世纪50年代以来水文、气象数据,探讨了近55a以来滹沱河山区分区水资源演变规律。结果表明:滹沱河山区地表水资源逐年减少,70年代是该区正负距平的转折时期、地下水主要表现在Ⅰ、Ⅱ区忻定盆地地下水位逐年下降,平均每年下降1.04m,且超采区面积有所增大;滹沱河山区水资源的减少是由气候变化与人类活动共同影响的。1980—2010年气候变化、水保活动、水利活动影响约分别占整个径流减少量的38.6%,26.4%,35.0%,人类活动合计约占61.4%;由于气候变化使Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区水资源分别以平均每年0.88%,0.61%,0.41%(算术平均)的速度减少;人类活动使Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区水资源分别以平均每年1.31%,1.14%,0.71%的速度减少,气候变化与人类活动对水资源变化影响程度具有相同明显的规律性:即从源头向下游影响程度逐渐减小;人类活动的2种方式具有明显区域差异性,水保活动影响程度大小顺序为Ⅲ区Ⅰ区Ⅱ区,水利活动影响程度大小顺序为Ⅱ区Ⅰ区Ⅲ区。     

地形对黑土区典型坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响

研究地形对黑土区坡面侵蚀-沉积空间分布特征的影响可以为水土保持措施配置提供科学依据。以典型黑土区——黑龙江省宾县东山沟小流域为研究区域,在流域上游、中游和下游各选取2个典型坡面,坡面种植作物均为玉米。典型坡面坡顶、坡上、坡中、坡下和坡脚的平均坡度分别为3.1°,3.0°,4.0°,2.8°,1.2°。利用137Cs示踪技术,分析了坡度、坡长和坡形对坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响。结果表明:研究流域农耕地坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为448 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ;坡面不同部位土壤侵蚀—沉积分布特征差异明显,坡顶、坡上、坡中和坡下主要表现为侵蚀,平均侵蚀速率分别为819、376、1 000和634 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ,而坡脚表现为明显的沉积,平均沉积速率为~(~(-1)) 382 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) 。不同坡形坡面侵蚀-沉积分布存在差异,凸形坡坡面表现为先侵蚀后沉积的分布特征,而复合坡坡面呈现出侵蚀-沉积交错分布特征;坡面土壤侵蚀速率与坡度和坡长均呈极显著的幂函数关系,而坡度对黑土区坡面侵蚀的影响明显大于坡长,反映了即使在长坡缓地形的黑土区坡度对侵蚀的影响仍然有重要作用。因此,在黑土区配置合理的水土保持措施时,应尽量削弱坡度对坡耕地土壤侵蚀的影响。     

黄土高原肥水坑施技术下苹果树根系及土壤水分布

为了解黄土丘陵区雨养条件下山地老果园布设肥水坑(water-wertilizer pit,WFP)技术对红富士老果树(Malus pumila Mill)根系及土壤水分空间分布特征的影响,以无肥水坑处理为对照(CK),利用管式TDR系统监测0~300 cm土层土壤含水率,利用根钻法获得21a生旱地果园0~300 cm土层的根系干质量密度。结果表明:WFP能够显著增加果园含水率低值区间(≥40~80 cm土层)土壤含水率,WFP60(60 cm坑深)处理土壤平均含水率增量(145.4%)最显著。WFP40(40 cm坑深)根际土壤湿润区主要集中在≥40~100cm土层,WFP60在≥20~140 cm土层,WFP80(80 cm坑深)主要集中在深层土壤≥140 cm土层。在0~200cm试验土层,WFP60处理土壤多次平均含水率值都最高,为11.02%,依次为WFP40(10.67%)和WFP80(9.80%)。总根系质量密度WFP60处理最大(594.76 g/m3),WFP40(579.08 g/m3)和WFP80(491.82 g/m3)次之,CK最小(372.12 g/m3)。根系在0~100、≥100~200和≥200~300 cm土层中的分配比例为:CK(69.88%、13.74%和16.38)、WFP40(66.04%、14.26%和19.70%)、WFP60(70.35%、24.08%和5.58%)和WFP80(46.54%、15.04%和38.42%),其根系分布与水分分布正相关。该研究表明WFP能够显著改变土壤水分在不同土层深度的分布,坑深越大向下湿润的土体范围也越深;从而显著促进果树根系的生长和根系在不同湿润土层的分配比例关系。总体而言,WFP60处理效果显著好于WFP40和WFP80处理。研究结果将对黄土高原旱地果园集雨和灌溉制度的制定和肥水坑技术的推广提供参考。     

河套灌区农业水土资源时空匹配格局研究

为了客观地评价内蒙古河套灌区农业水土资源时空匹配情况,在分析灌区水土资源利用现状和空间分布格局的基础上,以灌溉用水量作为水资源量的表征参数,构建了农业水土资源匹配测算模型,评价了河套灌区及5个县域的农业水土资源匹配程度,并对其匹配程度进行了划分。结果表明:河套灌区农业水土资源匹配一般,耕地资源优势明显,水资源问题突出;10a来农业水土资源匹配程度逐渐降低,匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"自西向东依次变差"的特点。针对河套灌区农业水土资源匹配程度差、区域差异明显的情况,应加强该区水利工程建设和加快水务管理体制改革,同时兼顾农业水土资源优化配置,提高河套灌区农业水土资源匹配程度。     

不同方法测定紫色土坡耕地入渗性能试验研究

点源入渗法是一种应用数字图像软件计算土壤入渗性能的精密型新方法。为了准确测得紫色土区坡耕地土壤入渗性能,采用3种方法(点源入渗法、双环法和环刀法)对其进行测定。并对不同方法之间的试验结果进行分析和比较,以评价点源入渗法在紫色土区坡耕地土壤入渗测定的应用性。结果表明:点源入渗法与双环法测定土壤入渗过程规律具有一致性,初始入渗速率很大,而后入渗速率迅速减小并趋近于一个稳定值,其中以点源入渗法测定土壤入渗速率在试验过程中表现出的规律性最好;3种方法测得的入渗率随时间变化过程用Kostiakov模型拟合的效果均较好,以双环法的最好,点源入渗法次之,环刀法最差;3种方法测得的入渗性能各项指标(初渗速率、稳渗速率和平均入渗率)有一定差异,除初渗速率外,双环法测得的数值最大;点源入渗法在紫色土坡耕地测定土壤入渗性能试验中有较好的应用性。     

翻耙干扰下生物结皮对水分入渗及土壤侵蚀的影响

为改善生物结皮对土壤水分的负面影响,通过野外定位观测试验,从水分入渗、产流产沙两方面探讨黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮在3种翻耙强度下的水土保持效应。结果表明:(1)相比裸土,生物结皮对入渗和径流的表现形式并非单一的增加或减少,在雨季初期增渗减流,随雨季推进入渗减少,径流增加;(2)翻耙生物结皮促进入渗,减少径流。同裸地对照相比,轻度翻耙结皮增渗15.0%,减流22.6%,中度翻耙结皮增渗36.6%,减流29.3%,重度翻耙结皮增渗14.4%,减流9.6%;(3)翻耙生物结皮对泥沙量有显著影响。与裸地相比,轻度翻耙结皮减少泥沙量54.8%,中度翻耙结皮减少泥沙量45.5%,重度翻耙结皮减少泥沙量10.4%。综合考虑入渗和土壤侵蚀认为,轻度、中度翻耙生物结皮可以在不明显增加土壤侵蚀的前提下,促进入渗,减少径流,改善土壤水分状况。     

黄土高原不同封育年限草地土壤与植物根系的生态化学计量特征

黄土高原特别是干草原地区植被演替的研究比较薄弱。当前植物生态化学计量学的研究主要集中在植物叶片方面,对根系的研究较少。选取宁夏云雾山草原植被不同封育年限的土壤和植物样品,以生态化学计量学原理为基础,测定并分析了土壤与根系的碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量比与相互关系。结果表明:(1)随着封育年限的增加,土壤容重逐渐减小,土壤有机碳和全氮变异性较大,全磷变异性较小,且封育初期土壤有机碳和全氮含量先降后升,至封育20、30年,保持相对平稳。0~20 cm土层土壤的碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)分别为9.04~9.63、19.62~32.27、2.14~3.37,20~40 cm土层土壤的分别为8.68~9.22、15.74~26.32、1.80~3.03。土壤有机碳与全氮、全磷之间存在极显著的正相关。(2)植物根系C、N、P含量变化范围分别为357.6~381.4 g kg-1、7.35~8.18 g kg-1、0.54~0.70 g kg-1;根系中的C元素含量随封育年限的增加逐渐升高,N、P元素含量均小于全球平均值。根系C∶N随着封育年限的增加变异性较大,C∶P、N∶P随着封育年限的增加变异性较小。(3)植物根系的C∶N∶P化学计量特征受土壤的影响调控大于其自身,且土壤磷含量对植物根系C∶N∶P生态化学计量特征影响的显著性(p0.01)大于土壤氮含量(p0.05)。此外,该地区封禁后,草地生产力易受到土壤N含量的限制。