长江三峡花岗岩区典型林地暴雨径流特征研究

暴雨是三峡库区常见的气候现象,是区域水土流失和自然灾害的重要诱因。基于连续4年的观测,分析了流域内暴雨的季节分布及其变异特点;并选定3种典型林分,通过设立坡面径流场,对林地暴雨地表径流的特征进行了定量研究。结果表明:①流域内年均暴雨雨量占降雨的21.4%,且年际及月际间分配极不均匀,主要集中在7～9月发生,不同月份间暴雨量平均相对变差为1.26;②流域内各林地暴雨径流与总径流大量发生期相同,枫香林、马尾松栎类混交林及马尾松林年暴雨地表径流深分别为4.78,3.75,7.43mm,3类林分5～10月暴雨径流分别占同期地表径流总量的43.2%、51.2%和71.9%;③各类林分地表径流量与暴雨雨量均呈显著线性相关,而与雨强的相关性不显著,说明暴雨条件下蓄满产流是林地产流的主要方式。     

南京市热岛效应与景观格局的动态研究

基于2000年Landsat5 TM和2017年Landsat8 OLI_TIRS数据,利用辐射传输方程法反演南京市地表温度,结合景观格局指数进行热力景观格局演变分析,并使用多元线性回归分析了南京城市景观格局与热环境的关系。结果表明:2017年南京市热岛效应比2000年明显加剧,高温区范围大幅扩张,六合区、江宁区、浦口区热岛区域增长速度较快;热岛高温区斑块面积及连通性增加、破碎程度降低,其在热力景观格局中的优势度明显升高。南京市热力景观格局总体上破碎程度下降、斑块形状趋于规则化、聚集度升高、连通性增加。在快速城市化过程中,可以通过合理规划城市布局,适当增加城市绿地面积以缓解热岛效应。     

基于数据融合算法的灌区蒸散发空间降尺度研究

采用Landsat和MODIS数据,通过增强自适应融合算法(Enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,ESTARFM)对蒸散发进行空间降尺度,构建田块尺度蒸散发数据集;利用2015年田间水量平衡方法计算的蒸散发数据对融合结果进行评价。在融合蒸散发基础上,结合解放闸灌域2000—2015年间种植结构信息,提取不同作物各自生育期和非生育期内年际蒸散发量,并分析了大型灌区节水改造以来,作物蒸散发占比的年际变化。研究结果表明:融合蒸散发与水量平衡蒸散发变化过程较吻合,小麦耗水峰值出现在6月中下旬—7月初,玉米和向日葵峰值出现在7月份。在相关性分析中,玉米、小麦和向日葵的决定系数R2分别达到了0.85、0.79和0.82;生育期内玉米(5—10月份)、小麦(4—7月份)和向日葵(6—10月份)的均方根误差均不高于0.70 mm/d;平均绝对误差均不高于0.75 mm/d;相对误差均不高于16%。在农田蒸散发总量验证中,融合蒸散发与水量平衡蒸散发相关性较好,两者决定系数达到了0.64。基于ESTARFM融合算法生成的高分辨率蒸散发(ET)结果可靠,具有较好的融合精度。融合结果与Landsat蒸散发的空间分布和差异性一致,7月23日、8月24日和9月1日相关系数分别达到0.85、0.81和0.77;差值均值分别为0.24 mm、0.19 mm和0.22 mm;标准偏差分别为0.81 mm、0.72 mm和0.61 mm。ESTARFM融合算法在农田蒸散发空间降尺度得到较好的应用,可有效区分不同作物蒸散发之间的差异。不同作物在生育期和非生育期内耗水量差别较大;生育期内套种(4—10月份)耗水量最大,达到637 mm,玉米(5—10月份)和向日葵(6—10月份)次之,分别为598 mm和502 mm,小麦(4—7月份)最低为412 mm;非生育期内,小麦(8—10月份)耗水量最大,年均达到214 mm,玉米(4月份)和向日葵(4—5月份)分别为42 mm和128 mm。不同作物多年平均耗水量(4—10月份)差异较小,其年际耗水总量主要随作物种植面积的变化而变化。     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。     

基于地基激光雷达监测不同地表覆盖条件的土壤侵蚀试验研究

土壤侵蚀量是土壤退化风险评估的重要指标,地基激光雷达(TLS)为土壤侵蚀量动态监测提供新技术手段,但野外不同地表覆盖条件对监测精度的影响尚不明确。基于2019年11月和2021年7月在鹰潭红壤生态实验站获取的地表裸露、石块、稀疏象草、马尾松、马尾松+石块,马尾松+稀疏象草等不同地表覆盖条件的6个径流小区两期TLS数据,运用移动曲面拟合滤波和反距离加权插值方法估算土壤侵蚀量,结合实测侵蚀量数据评价TLS精度,并探讨不同地表覆盖条件下TLS的最小变化识别度(minLOD)。研究表明,TLS监测精度与土壤侵蚀量呈正相关关系,更适用于中等强度以上或长时间发生明显侵蚀的土壤侵蚀区监测。不同地表覆盖条件下minLOD为4～60 mm,TLS监测相对误差(RE)依次为：地表裸露(RE=–9.4%)<马尾松+石块(RE=12.6%)<石块(RE=15.5%)<稀疏象草(RE=–18.9%)<马尾松(RE=23.4%)<马尾松+稀疏象草(RE=–25.2%);地表覆盖条件不仅影响土壤侵蚀强度、地表粗糙度,也产生点云滤波及空间插值误差,进而影响TLS识别minLOD准确度和土...     

溶质施放部位对红壤坡面溶质迁移特征的影响

以非吸附性溴离子为示踪剂,采用室内模拟降雨方法研究间歇降雨和施肥部位对红壤坡面产流、产沙以及溴离子迁移特征的影响。结果表明,降雨特征相同条件下,3次降雨的总径流量无明显差异,但第3次降雨形成的产沙量分别是第1次和第2次的7倍和2.2倍,这表明因前期含水量的提高而降低了土壤抗冲性是红壤侵蚀的主要原因之一;径流溴离子浓度随时间变化均呈幂函数衰减,与施肥部位无关;施肥部位越靠近坡底,径流溴离子初始浓度越高且衰减速度越快;溴离子流失数量与施肥距离呈显著正线性关系。通过估算3次间歇降雨径流中溶质流失数量的来源发现,淋溶到坡面土壤中的溴离子再次参与径流流失的数量,其平均比重从81.61%提高到了93.76%,这表明施加在上坡部位的肥料被淋溶后对后期径流养分流失的贡献十分显著。     

模拟降雨条件下污染土壤中重金属元素径流迁移特征

探明污染土壤中重金属元素随地表径流迁移特征,对于防控重金属污染物的迁移扩散具有重要意义。通过室内模拟降雨试验,研究不同降雨强度下(55,100,120mm/h)污染土壤中Cd、Pb和Cr随地表径流迁移的特征。结果表明:径流中3种重金属元素总量在产流的前20min内逐渐降低,随后趋于稳定;产流初期(产流10min内)颗粒态重金属占径流重金属总量的比例均在80%以上;随产流时间延长,颗粒态Cd和Cr对径流重金属的贡献率快速降低,其颗粒态/溶解态的比值范围分别为47.0～0.4和12.9～0.4,而Pb则主要以颗粒态的形式存在,溶解态Pb对其随径流迁移的贡献率可忽略不计;随降雨强度增大,径流中总Cd和Pb含量显著降低,而径流中总Cr含量以及溶解态重金属含量无明显变化规律。     

不同植被缓冲带对坡耕地地表径流中氮磷的拦截效果

植被缓冲带是一种控制非点源污染的新型生态工程措施,采用坡地小区试验方法,在构建等高植物篱的坡耕地低处进行了不同植被缓冲带对径流污染物的拦截试验,其处理分别为：（a）普通施肥结合紫穗槐和三叶草;（b）平衡施肥结合紫穗槐和三叶草;（c）普通施肥结合三叶草;（d）平衡施肥结合紫穗槐。结果表明,夏玉米生长期,植被缓冲带对径流量及侵蚀量的拦截作用显著,a、b、c和d处理缓冲带相对于植物篱处理,其径流量分别减少98.0%、97.5%、97.2%和97.5%,侵蚀量分别减少98.8%、98.7%、97.9%和98.0%;植被缓冲带对N、P的拦截效果不同,a、b、c和d处理缓冲带相对于植物篱处理,对NH4＋-N的平均拦截率分别为48.2%、86.2%、90.6%和95.1%,对TP的平均拦截率分别为49.2%、42.4%、41.3%和36.4%。试验结果对山区坡耕地面源污染的控制,重点水源地的水质保护提供了借鉴。     

双季稻田马铃薯不同覆盖栽培对土壤酶活性的影响

为探讨双季稻区春马铃薯不同覆盖模式下稻田土壤酶活性的变化情况, 在大田条件下, 以露地处理为对照, 设置稻草、无纺布、稻草+无纺布、黑膜、稻草+黑膜5 种覆盖处理。结果表明: 地表覆盖显著影响土壤酶活性。其中, 稻草覆盖显著(P<0.05)提高碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶酶活性, 分别较对照提高17.55%、24.77%和87.2%; 稻草+无纺布覆盖显著(P<0.05)提高芳基酰胺酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高8.03%和71.05%; 黑膜覆盖显著(P<0.05)提高β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高23.44%、22.70%、37.43%和146.30%; 稻草+黑膜覆盖显著(P<0.05)提高β-葡萄糖苷酶、芳基酰胺酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高34.76%、19.31%、19.03%、51.98%和125.62%。由此得出, 覆盖稻草并加盖黑膜可显著提高与土壤养分循环有关的主要土壤酶活性, 利于提高土壤质量。     

大青山不同植被下的地表径流和土壤侵蚀

该文以内蒙古大青山6种植被为对象,在不考虑林冠层作用的条件下,于2006—2007年用人工降雨方法,以地表径流和土壤侵蚀为指标,研究不同植被条件下地表的产流产沙状况,并就降雨因子、坡度、凋落物、地被物、土壤等因子与产流产沙的相关性进行探讨,以期为大青山生态环境建设和植被恢复与保护提供依据。结果表明:①４种林地间凋落物特性和土壤物理特性差别较大,白桦山杨林的减流减沙功能最好,落叶松林次之,油松林最差;② 6种植被的水土保持功能不同,差别较大,产沙量大小依次为油松林＞未封育荒草坡地＞落叶松林＞虎榛子林＞已封育荒草坡地＞白桦山杨林,油松林的产沙量是白桦山杨林的218倍;③ 坡度、降雨强度和降雨量对产流产沙影响较大,随坡度、降雨强度和降雨量的增大而增加;④ 降雨季节不同,产流量也不同,主要取决于活地被物层干燥度和凋落物层自然含水率;⑤对于荒草坡地,产流量与坡度和降雨量相关性较大,产沙量与径流量和降雨量相关性较大;对于森林植被,产流量与凋落物厚度和降雨量相关性较大,产沙量与径流量和凋落物厚度相关性较大。