红壤结皮发育特征及其与土壤溅蚀的关系

研究红壤表土结皮发育特征及其与土壤溅蚀的关系,可为理解红壤的侵蚀机理提供理论依据。通过人工模拟降雨溅蚀试验,采样制作土壤切片,同时测定红壤溅蚀速率,观察分析红壤土表结构的变化特征以及与土壤溅蚀的关系。结果表明：土壤母质和质地是影响土壤结皮形成的主要因素。母质是花岗岩的红壤不易形成结皮,而母质是红砂岩和第四纪红色粘土的红壤较易形成结皮。石砾和粗砂含量较多的红壤不易形成结皮,而粉粒和粘粒含量越多,红壤表面越易形成结皮。     

坡面尺度土地利用空间配置的产沙效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

为了研究黄土丘陵沟壑区缓坡地土地利用与水土流失的作用机理,选取中科院安塞水土保持综合试验站9个缓坡试验小区为研究对象,分析了2009—2011年不同土地利用配置方式(谷子地、柳枝稷地、撂荒地、2/3谷子-1/3柳枝稷地、2/3谷子-1/3撂荒地)的侵蚀产沙特征及其与降雨、植被覆盖度的关系以及减沙效益。结果表明:缓坡不同土地利用配置方式的次降雨产沙量大小为谷子地>2/3谷子-1/3柳枝稷地>2/3谷子-1/3撂荒地>柳枝稷地>撂荒地,与短历时高强度降雨关系密切;7月可能是泥沙量产生的敏感时期;短历时高强度暴雨往往是年产沙量变化的主要原因;与谷子地相比,柳枝稷地、撂荒地、2/3谷子-1/3柳枝稷地、2/3谷子-1/3撂荒地均表现出不同程度的减沙效应,减沙效应大小为:撂荒地>柳枝稷地>2/3谷子-1/3撂荒地>2/3谷子-1/3柳枝稷地;植被覆盖度的提高能有效地减少产沙量。研究结果可以为缓坡土地利用对水土流失的影响评价提供一定的参考依据。     

天山西部山区降雨量空间分布的研究

为合理确定作为水文预报精度的主要制约因素的降雨量的空间分布,结合地学统计方法,针对天山西部山区特殊的地理位置和地形复杂的实际情况,通过采用地理信息系统（GIS）常用的反距离加权法（IDW）、克里金方法（Kriging）等插值方法探讨了天山西部山区降雨量的空间分布。考虑到高程、坡度、坡向对降雨量影响较大,在协克里金方法（Co-kriging）方法的基础上将高程、坡度、坡向作为影响因素引入降水量插值方法中,改进了协克里金方法。通过以卡海流域内外共23水文及遥测站点2005年年降雨量插值计算分析发现,改进的协克里金方法插值结果较理想,在天山西部山区是可行的。     

川南地区森林养分输入量与大气降水的关系

在长期经营过程中,对川南地区的人工林,多注重砍伐(养分输出)而忽视养分输入(施肥),导致了土壤生态系统的养分失衡,以及土壤的酸化和贫瘠化。大气降水是目前该地区林地生态系统的主要养分来源。对川南地区森林生态系统中水分输入的分析结果表明:pH值随降水量的增加而增大,小雨呈酸性,中雨和大雨趋于中性;氮、磷、钾、镁、硅的质量浓度随降水量的增加而降低,降水中养分质量浓度的大小排序为:钙>氮>钾>镁>磷>硅;川南林区降水中养分的输入量:氮为12.27 kg.hm-2.a-1,磷为0.84 kg.hm-2.a-1,钾为12.27 kg.hm-2.a-1,钙为23.90 kg.hm-2.a-1,镁为2.53 kg.hm-2.a-1,硅为0.33 kg.hm-2.a-1。这些营养元素输入总量为52.26 kg.hm-2.a-1。与国内外其他地区相比,处于中上水平;降水中硅的年输入量仅占竹材硅输出量的1.2%~5.5%。表4参16     

模拟降雨条件下施硝酸铵对黄土坡面氮素迁移的影响

利用室内模拟降雨试验,研究了在坡面施入硝酸铵对土壤矿质氮素随地表径流流失和入渗的影响,初步探讨了降雨-地表径流-土壤矿质氮素的有效作用深度(Effective Depth of Interaction,EDI),分别用反推法和拐点法确定了不施肥试验和施肥试验时的土壤矿质氮素EDI。结果表明:①与不施肥相比,施肥增加了土壤矿质氮素的地表流失量,施25,50和100 g NH4NO3处理矿质氮分别多流失了55.22,73.32和85.50 mg/m2;②施肥使土壤肥料的入渗量增加,但对肥料的入渗深度和土壤矿质氮素EDI影响很小;③同一坡面不同坡位NO3--N的EDI值不同,表现为坡中下部较大,坡顶部和坡底部均较小。避免在雨季大量表施速效氮肥,是减少矿质氮流失的关键。     

渭河流域降雨与降雨侵蚀力变化的原因分析

研究降雨与降雨侵蚀力的时空变化特征及其原因对流域土壤侵蚀监测、评估、预报和治理具有重要意义。以干旱半干旱的渭河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验分析了降雨与降雨侵蚀力的变化趋势;采用启发式分割法对流域降雨量与降雨侵蚀力进行了变异诊断;采用交叉小波分析探究了ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)、北极涛动、太阳黑子与降雨以及降雨侵蚀力的联系。结果表明:(1)降雨和降雨侵蚀力均呈下降趋势;(2)华山站和西吉站的降雨量存在变异点,华山站和临洮站的降雨侵蚀力存在变异点,渭河流域部分站点的雨量和雨力的一致性被破坏;(3)ENSO、北极涛动、太阳黑子可能会影响降雨与降雨侵蚀力的产生,其中太阳黑子的影响最强,ENSO次之,北极涛动最弱。研究结果有助于指导渭河流域黄土高原地区的农业生产、水土保持建设和生态修复等工作。     

不同水生植物吸收地表水中氮磷能力差异及其机理

为查明不同水生植物吸收地表水中氮磷能力的差异及其机理,采用模拟沟渠试验和盆栽试验,研究了8种水生植物地表水中氮磷吸收能力的差异,并选择氮磷吸收能力差异较大的水生植物品种,进一步探讨了根系生理特性及底泥微生物量变化。结果表明:种植水生植物后沟渠水中氮磷浓度明显减少,供试8种水生植物中以海寿花、狐尾藻、珍珠梅、茭白、再力花的生物量大,养分吸收量多,沟渠水中养分减少也相对明显;种植水生植物后相对于不种植物的沟渠水中养分残留减少比例分别为,总氮22.4%~44.0%、铵态氮24.5%~36.8%、硝态氮13.6%~51.6%、总磷15.6%~34.6%、水溶性磷26.3%~41.3%;氮磷吸收能力强的水生植物与其具有更强的根系活力、更多伤流量以及更高的伤流液养分浓度有关,但并不是某一种植物的以上指标均有优势,茭白的根系活力强、伤流量多,狐尾藻、海寿花、珍珠梅的伤流液中氮磷浓度较高;沟渠水中氮磷减少比例较大的水生植物底泥中微生物总数、硝化细菌和反硝化细菌数、微生物量碳氮磷较高,反之则较低。     

雨强和坡度对嵌套砾石红壤坡面产流产沙的影响

采用人工模拟降雨的方法研究了嵌套砾石红壤坡面的产流产沙特征,分析了雨强(60,120mm/h)和坡度(10°,15°,20°,25°)条件下嵌套砾石和无砾石红壤坡面的产流和产沙过程差异。结果表明:(1)产流开始时间T_(嵌套砾石)T_(无砾石),60mm/h雨强条件下嵌套砾石较无砾石坡面在10°,15°,20°,25°坡度分别延迟4.20,2.95,2.23,1.03min;(2)坡度相同时,嵌套砾石坡面较无砾石坡面产流率明显减少,但雨强的增大会掩盖嵌套砾石对坡面产流率减小的影响;(3)嵌套砾石红壤坡面在60mm/h雨强、坡度10°条件下平均产流率最小,在120mm/h雨强、25°坡面下平均产流率是前者的4.5倍;无砾石红壤坡面在120mm/h雨强、坡度25°条件下平均产流率最大,为最小平均产流率的4.8倍;(4)各坡面产沙强度、次降雨产沙量随雨强和坡度增大而增大,60mm/h雨强、坡度10°和25°时,嵌套砾石坡面平均产沙强度为无砾石坡面的6.0%和28.4%;120mm/h雨强时,此两个坡度的嵌套砾石坡面为无砾石坡面平均产沙强度的33.9%和25.3%。     

不同放牧强度荒漠草原产流产沙过程模拟

为揭示长期放牧的荒漠草原坡面产流产沙特征,以放牧15年的4种放牧强度的内蒙古荒漠草场土壤为研究对象,在室内人工模拟降雨条件下,探究放牧强度及雨强对草原坡面产流产沙耦合过程的影响。结果表明:(1)不同雨强下,不同放牧草场间的初始产流时间均随放牧强度的增大而提前;产流速率呈现先增长后稳定的状态,4种放牧强度草场的产流速率规律及其波动幅度均为重度放牧(HG)中度放牧(MG)对照(CK)轻度放牧(LG),且雨强对产流速率的影响大于放牧强度。荒漠草原累计径流量与降雨历时呈线性相关,且拟合度较高;(2)荒漠草原产沙速率变化呈现多谷多峰的特点,雨强和放牧强度及二者的交互效应对产沙速率有极显著影响。不同雨强下,4种放牧强度草场的产沙速率规律及其波动幅度均为HGMGCKLG。泥沙流失总量与降雨历时之间呈二次曲线关系。     

质量指数表征模拟降雨下土壤坡面养分的流失特性

通过室内自动模拟降雨系统,设置模拟降雨试验,运用土壤单质量指数(SSQI)和土壤综合质量指数(SSCI),研究了模拟降雨对3种类型土壤(棕壤、褐土与红壤)坡面养分流失及土壤质量变化的影响。结果显示:降雨造成了3种类型土壤坡面不同程度的氮素流失,土壤全氮指数均有所降低,并以坡下部降低最多;表下层坡面土壤全氮指数以棕壤降低最多,分别为褐土的1.33倍和1.79倍、红壤的9.28倍和3.45倍。降雨均提高了3种类型土壤坡面有效磷的含量,有效磷指数除棕壤下层坡面降低了3.98%外,其余土壤坡面升高了4.00%~47.73%,并以红壤表下层坡面的升高幅度最大。模拟降雨下,土壤速效钾含量变化受土壤类型影响较大,3种类型土壤中,红壤坡面的速效钾指数有较大幅度升高,褐土坡面降雨前后基本持平,而棕壤坡面有小幅降低。模拟降雨后,棕壤与褐土表下层坡面综合指数分别降低了33.62%、35.34%与22.53%、11.73%,而红壤反而升高了18.93%与7.00%。