基于树轮地貌学方法的河北省环首都山地土壤侵蚀研究

采用树轮地貌学方法及土壤侵蚀速率时间变化分析方法,在河北省环首都山地4个代表性区域开展土壤侵蚀研究。结果显示,调查点的土壤侵蚀强度均在中度侵蚀以上,以极强度侵蚀和剧烈侵蚀为主。土壤侵蚀速率与坡度、地貌、岩性、植被状况等环境因子及人类活动密切相关。人类活动痕迹区、陡坡区、山麓区,岩性为碎屑岩、辉绿岩、灰岩、片麻岩或黄土状土的分布区,树木稀疏或林下植被稀疏区发生极强度侵蚀或剧烈侵蚀强度的可能性极高。对同一坡面调查点的分析显示,土壤侵蚀对坡度和人类活动最敏感,其它依次是植被和地貌部位。对不同树龄的调查点分析显示,近百年来环首都山地土壤侵蚀速率增长区域明显。为全面治理水土流失,应综合划定环首都山区土壤侵蚀敏感分区,开展分区分级治理。     

黄土坡地不同利用方式土壤侵蚀模型研究

利用土壤侵蚀定位土芯Eu示踪新方法所获得的大量的侵蚀及其因子实测数据 ,建立黄土坡地不同土地利用方式下土壤侵蚀空间分异和坡面侵蚀预测模型。模型可操作性强 ,所需因子数据用常规方法即可获得 ,因而可用来预测不同土地利用方式下土壤侵蚀的空间分布和坡面侵蚀。     

典型黑土区坡耕地土壤侵蚀对土壤有机质和氮的影响

基于对黑土区松花江流域东山沟小流域坡耕地耕层土壤有机质、全氮和碱解氮含量及土壤侵蚀速率的分析,研究了坡耕地土壤侵蚀强度与土壤有机质、氮素含量的相关性及坡面侵蚀、沉积对土壤有机质和氮素空间分布的影响。结果表明,土壤侵蚀强度在流域分布呈现上游＞中游＞下游;土壤侵蚀强度沿坡面分布呈现出较弱—强—弱的变化趋势,存在明显的侵蚀强弱交替变化规律。小流域土壤有机质和氮素含量空间分布特征与土壤侵蚀强度分布特征相对应,表现为流域上游＜中游＜下游;三种土壤养分沿坡长分布呈现较高—低—高的变化趋势。土壤侵蚀速率与土壤有机质、全氮含量之间呈极显著负相关关系,与碱解氮含量存在显著负相关关系,证实了土壤侵蚀是影响我国东北典型黑土区土壤质量下降最重要因素。     

基于GIS的栅格化坡面径流路径模拟与LS值计算

该研究旨在研制建立适合我国黄土区以小流域为单元、基于GIS栅格化的坡面径流路径及土壤侵蚀强度空间分异分析模拟模型 .以ViewGIS为平台 ,将流域图经栅格化处理和建立基于栅格化处理的关系型数据库 ,利用D8方法和DEMON方法 ,分析模拟径流路径 ;开发出了适于分析模拟黄土区小流域土壤侵蚀强度空间分布的模块 ,以小流域为单元对坡面径流路径进行了模拟 ,并模拟计算了通用水土流失方程的地形因子LS值在该流域坡面的分布 ,最后将计算结果存放于关系型数据库中 .该研究深入ViewGIS内核 ,在开发DEM径流分析、土壤侵蚀等功能的基础上 ,实现了对整个流域径流路径及土壤侵蚀地形地貌分异规律的计算机分析模拟与成图 ,为研制开发防护林体系高效空间配置智能化规划设计系统打下了良好的基础     

基于GIS的栅格化坡面径流路模拟与LS值计算

该研究旨在研制建立适合我国黄土区以小流域为单元、基于GIS栅格化的坡面长流路径及土壤侵蚀强度空间分异分析模拟模型，以View GIS为平台，将流域图经栅格化处理和建立基于栅格化处理的关系型数据库，利用D8方法和DEMON方法，分析模拟径流路径；开发出了适于分析模拟黄土区小流域土壤侵蚀强度空间分布的模块，以小流域为单元对坡面径流路径进行了模拟，并模拟计算了通用水土流失方程的地形图因子LS值在该流域坡面的分布，最后将计算结果存放于关系型数据库中，该研究深入View GIS内核，在开发DEM径流分析、土壤侵蚀等功能的基础上，实现了对整个流域径流路径及土壤侵蚀地形地貌分异规律的计算机分析模拟与成图，为研制开发防护林体系高效空间配置智能化规划设计系统打下良好的基础。     

基于三维激光扫描仪技术的坡面径流小区土壤侵蚀运用研究

利用徕卡HDS300三维激光扫描仪的精密测量技术对黄绵土坡面径流小区土壤侵蚀形态的微观变化及过程进行高精度、实时监测,从形态学上探讨了土壤侵蚀过程及分布特征,研究结果表明:(1)徕卡HDS300三维激光扫描仪及其配套的软件能准确地测量到初始坡面、降雨后坡面的地貌形态DEM;(2)徕卡HDS300三维激光扫描仪中的Clyclone软件对初始坡面、降雨后坡面的地貌形态DEM进一步分析,计算了降雨后土壤侵蚀体积与土壤流失量,且二场人工降雨实验测得的实验误差分别为5.38%和3.41%,经过精度验证表明,三维激光扫描仪可应用于坡面产流产沙研究,土壤侵蚀量的测算精度较高;(3)各场次降雨后的三维点云数据导入到Arcgis中进行分析处理,获取了坡面侵蚀时空分布特征,实时监测了侵蚀沟的发展以及土壤侵蚀形态的变化。该实验研究可以弥补目前在土壤侵蚀形态微观定量研究上存在的不足,获取高精度数据,为水土保持工程设计、水土保持管理提供技术支撑。     

烧荒坡面表层土壤机械组成降雨前后的变化特征

[目的]为了揭示不同坡型坡面不同空间部位表层土壤发生侵蚀、搬运、堆积作用的差异。[方法]对六苟小流域烧荒林地不同坡型的坡面表层土壤进行降雨前后机械组成分布及变化特征研究。[结果]烧荒林地坡面表层土壤机械组成各粒径组分含量在坡面不同空间部位分布不一致。降雨前后坡面表层土壤机械组成的变化特征,可以指示降雨作用下,不同坡型坡面表层土壤在坡面不同空间部位的侵蚀——堆积作用。[结论]对于不同坡型条件下的坡面表层土壤侵蚀,还需要做深入研究。     

梯田对土壤侵蚀地形因子扰动特征研究

地形因子是影响土壤侵蚀的重要因素,包括坡度、坡长等,通常基于DEM来提取,但目前构建的DEM总是局限于反映连续光滑的自然坡面,无法表现出梯田等人工地形的信息。在黄土高原地区,通过多年的治理,修筑了大面积梯田,极大地改变了地表微形态,影响了坡度和坡长,进而影响土壤侵蚀定量分析。以安塞县的梯田为实验对象,采用基于真实田坎的方法,构建嵌入梯田信息的DEM(梯田DEM),并对原始DEM与梯田DEM提取的坡度、坡长等地形因子以及计算得到的坡度坡长因子进行对比分析。结果表明:(1)基于真实田坎方法构建的梯田DEM,能较好地反映田坎位置及形态;(2)与样区原始DEM相比,加入梯田信息后,地形因子的栅格数大幅度增加且基于梯田DEM提取的坡度、坡长、LS因子明显减小,对土壤侵蚀定量分析有一定影响。该研究对地形因子提取和土壤侵蚀评价具有重要意义。     

红壤坡地侵蚀定位土芯Eu中子活化示踪研究

利用野外人工模拟降雨和径流小区观测相结合的方法,研究了Eu定位土芯的布设、取样和分析方法.结果表明,Eu定位土芯中子活化分析技术可以准确测定不同地形、部位土壤侵蚀量.利用Er-Es的经验模型可以描述坡面单位面积流失量的变化趋势,预测坡面土壤流失量,最大误差为7.671 t/hm2.不同土地利用方式下坡面泥沙的输移比(SDR)也不相同.顺坡种植作物后,泥沙输移比(SDR)与休闲裸坡地相比减少了30%左右,从而使植被覆盖下坡面泥沙流失减少.     

REEs示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用

近年来,随着示踪技术在土壤侵蚀研究中的广泛应用,稀土元素示踪技术(REEs Tracer Method)已被公认为理想的土壤侵蚀示踪法。与传统的研究方法相比较,REEs示踪技术能够定量监测坡面侵蚀形态的时空演变过程,分析坡面侵蚀分布规律。同时,REEs示踪技术也为确定泥沙来源、评估土壤侵蚀与泥沙治理措施提供了帮助。分析了REEs示踪技术在土壤侵蚀研究中的可行性以及取得的成果,并对其在土壤侵蚀研究中的不足进行分析。     

川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀特征

通过径流小区定位观测,研究了川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀特征。结果表明,坡面径流量和土壤侵蚀量年际间存在差异;随着坡度的增加,坡面径流量和土壤侵蚀量呈增加的趋势。多元回归分析表明,降雨量与坡面径流深、土壤侵蚀量之间存在显著的线性关系;而降雨强度、降雨历时与土壤侵蚀量分别存在着显著的幂函数和二次函数关系。主成分分析表明,降雨量和降雨强度为坡耕地主要的土壤侵蚀因子,降雨历时对土壤侵蚀的贡献率随坡度的增加逐渐加强。     

不同降雨条件下紫色土横垄坡面地表微地形变化特征

【目的】地表微地形是影响坡面侵蚀过程的重要因素之一。它影响着地表填洼量、渗透速率、地表径流等过程,同时这些过程也会对微地形变化产生影响。论文探讨了不同降雨条件下地表微地形动态变化特征,为深入理解坡面水蚀机理,以及坡耕地水土流失的有效防治与耕作措施的合理布设提供科学依据。【方法】以川中丘陵区横坡垄作坡面为研究对象,以直线坡面为对照,通过室内人工模拟降雨方法,结合GIS技术,从地表糙度的角度,分析递增和递减降雨条件下,紫色土坡面地表微地形的变化特征。【结果】不同降雨条件下横垄坡面高程值变化范围最高可达-180—80 mm,主要集中在-20—20 mm,地表高程减小区域所占比例相对较大。直线坡面高程变化量在-10—10 mm,主要集中-5—5 mm。不同措施在递增降雨系列下的土壤侵蚀面积均大于递减降雨系列;不同降雨条件下横垄坡面地表糙度值介于57.47—65.32 mm,且不同坡位地表糙度值均呈现出上坡下坡中坡。直线坡面地表糙度值在5.71—6.28 mm内变动,不同坡位受随机糙度的影响具有明显的空间变异性;横垄坡面不同降雨条件下微坡度栅格数随坡度的增加呈现出先减小后增加再减小的变化趋势,坡度主要集中于0°—5°和30°—35°。对于直线坡面,栅格统计数随坡度的增加呈现出逐渐减小的变化趋势,微坡度主要集中在0°—10°。不同降雨条件下横垄坡面微坡向栅格数主要分布在北坡和南坡,且其余坡向分布较为均匀。直线坡面在不同降雨条件下微坡向分布差异较大。【结论】水蚀过程中,地表高程值变化、地表糙度体现了微地形垂直方向上的变化,地形因子体现了微地形的空间分布,将其结合起来可较好的反映横垄坡面微地形变化特征。递增型降雨雨型与紫色土区夏季主要侵蚀雨型特点相似,更易造成的土壤侵蚀的发生,是研究区坡耕地土壤侵蚀防控的主要雨型。该研究结果可以为地表微地形量化、揭示坡耕地土壤侵蚀效应本质提供新思路。     

宁夏南部山区黄土高原不同土地利用模式下的水土保持特征研究

通过对宁夏南部山区黄土高原王洼流域降雨量、蒸发量及不同土地利用模式下径流小区坡面多年土壤侵蚀特征进行分析.结果表明:宁夏南部山区黄土高原王洼流域蒸发量是降雨量的3.2倍,蒸发量的峰值出现在6月份.降雨侵蚀力和降雨量的季节分布明显为单峰形.月降雨侵蚀力和降雨量所占比例季节分布不一致.不同土地利用方式、不同坡度下土壤侵蚀特征各不相同.各种土地利用方式下,均表现为随坡面坡度的增加,径流量、径流系数、侵蚀模数逐渐增加.林作方式下有较低的径流量和泥沙量,仅为相同坡度下农田和自然荒坡地的24.99%~46.56%,16.08%~49.0%.复合农业措施比单一农作更有利于降低坡面土壤侵蚀.宁夏南部山区黄土高原植被的截流、地面植被的覆盖以及土地耕作方式是影响土壤侵蚀的主要因素.不同土地利用方式下,土壤侵蚀峰值多出现在8月份,8月份径流量可占到全年径流量的19%~40%,和降雨量及降雨侵蚀力的分布相一致.4种利用方式各月的土壤侵蚀模数变异都较大,改变土地利用方式会明显改变土壤侵蚀状况.合理的农业布局及农业配置方式是控制土壤侵蚀的主要途径.     

川中丘陵区紫色土坡面土壤侵蚀过程中基本理化性质与磁化率的演变特征

【目的】探索土壤侵蚀强度与磁化率(MS)之间的关系,为利用磁测法研究紫色土坡面侵蚀提供理论依据。【方法】通过土壤侵蚀序列方法,研究川中丘陵区紫色土在坡面侵蚀过程中基本理化性质与磁化率(MS)的演变特征。【结果】结果表明,随土壤侵蚀强度的增加,坡顶和坡中土壤基本理化性质的演变特征存在差异,坡中土壤要比坡顶土壤复杂。在坡顶以0~20 cm土壤层为主要营养物流失层,在坡中则以0~40 cm为主。不同侵蚀强度土壤与未侵蚀土壤相比较,只有坡顶土壤中有机质(SOM)的含量和坡中土壤全钾(TK)的含量达到显著差异,而土壤中其他的养分含量均未达到显著差异。土壤侵蚀对紫色土SOM、N和P的保存不利。表层土壤的MS随土壤侵蚀强度的增加有所下降,但并没有呈现出固定的模式,在本研究区很难借助MS来反演紫色土的侵蚀过程。【结论】川中丘陵地区土壤侵蚀主要体现在坡中,其次是坡顶,且土壤肥力受到显著影响。因此,应在该地区水土保持与生态修复时因地制宜选择适合的侧重点。     

黄土丘陵区坡面薄层水流动力学特性及其对土壤侵蚀的影响

为奠定基于运动力学参数构建土壤侵蚀模型的理论基础,通过不同降雨强度(25、50和75 mm/h)、不同坡长(1、5、10、15和20 m)下径流小区内人工模拟降雨试验,对不同处理下坡面薄层水动力学特性进行分析,并对水动力学参数与土壤侵蚀之间的关系进行初步探讨。结果表明:当坡度一定时,坡面平均流速主要受坡长及单宽流量影响,降雨强度通过影响单宽流量的大小间接影响坡面平均流速;在试验设计范围内,当坡长1 m时,整体上呈"层流-急流态",当坡长为1 m时,整体上呈"层流-缓流态";当降雨强度一定时,雷诺数随着坡长的增加线性增加,佛汝德数随着坡长的增加以幂函数形式增加;降雨强度对坡面流有明显的"增阻"效应;坡面阻力系数随着坡长的增加呈幂函数减小趋势;坡面平均土壤侵蚀率与单宽流量间呈一元线性趋势增加,与水流平均流速间呈指数函数增加,与雷诺数间呈二次函数增加。     

坡耕地降雨径流与土壤侵蚀特征研究

研究人工模拟降雨对坡耕地土壤侵蚀特征的影响,旨为北方土石山区坡改梯建设提供科学依据。以北方土石山区典型砂质壤土为研究对象,采用人工模拟降雨试验的方法,在室内模拟不同坡度(10°、15°、20°和25°)、不同降雨强度(40、90、120和180 mm/h)下的坡面产流和产沙过程,研究不同坡度和降雨强度对坡面土壤侵蚀过程的调控机制。结果表明:(1)坡面开始产流所需的时间不受坡度的影响,随着降雨强度的增大,坡面产流所需的时间明显缩短;(2)在降雨强度一定的条件下,随着坡度的增大,坡面产沙量逐渐增加,本试验坡面最高产沙量的临界坡度约为22°;(3)产流量随坡度变化并非单调的递增或递减趋势,而是随着坡面由缓变陡呈先增加后降低的变化;(4)在降雨量相等的前提下,大降雨强度能够带来较大的单位时间产流量,但并不能保证总产流量也最大;在其他条件一致时,坡面侵蚀随着降雨强度的增大而增加。在降雨强度一定的条件下,坡面产沙量存在临界坡度,不同土质、不同降雨强度下的临界坡度尚需进一步研究。     

白龙江水源涵养林不同林龄土壤性状

[目的]调查研究甘肃南部白龙江水源涵养林的土壤水分物理性质及土壤养分含量,为白龙江上游水源涵养林生态修复、环境保护营造和抚育提供有益借鉴。[方法]以白龙江林区4种林龄人工油松林类型0～40cm土壤层为研究对象,探讨人工油松林恢复演替过程中土壤理化性质的变化规律。[结果]（1）不同林龄斑块之间土壤水分有显著的梯度变化,白龙江人工油松林土壤总孔隙度、毛管孔隙度、自然含水量、最大持水量、毛管持水量、田间持水量均随树龄的增加而增大;pH值差异不显著,无明显变化规律;土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷、速效钾均随树龄的增加而变大;速效磷差异不显著;（2）随着树龄的增加,树龄大的土壤孔隙度、持水能力、渗透性明显好于树龄小的,随森林坡位的降低,坡下孔隙度明显高于坡上,通透性能不断增强,pH值在坡上坡下没有明显的差异;（3）有机质与全氮、碱解性氮、最大持水量、毛管持水量、田间持水量呈显著正相关;全氮与碱解性氮呈显著正相关;土壤有机质在改善土壤理化性质和促进养分循环方面具有重要作用,已成为植被涵养水源的一个重要标志。[结论]该研究为白龙江林区退化森林生态系统恢复和重建提供依据．     

非参数投影寻踪回归在坡面土壤侵蚀产沙量预测中的应用

根据土壤侵蚀机理,采用投影寻踪回归分析的方法,对坡面侵蚀产沙过程进行了预测。以四川某水土保持实验站观测数据为实例,以最大30 min降水量、最大1 h降水量、径流量等因素作为坡面产沙量预测的投影指标,采用可变阶的正交Hermite多项式拟合岭函数,并用单纯形算法优化投影指标函数,进而构建基于投影寻踪回归分析的坡面产沙量预测模型,通过MATLAB语言编制程序进行了仿真试验。结果表明,该模型具有较高的拟合度和良好的预测精度,为坡面产沙模拟预测模型的建立提供参考。     

利用REE示踪技术研究次降雨坡面侵蚀

 在室内设立坡面小区,分区布设不同的稀土氧化物,通过人工模拟降雨,定量研究次降雨条件下坡面侵蚀的演变过程,讨论了REE示踪技术对研究坡面侵蚀的可行性。结果表明,REE示踪技术对定量研究土壤侵蚀具有较高的精确度,其对侵蚀量的监测误差<13.5%;降雨前期,片蚀与细沟侵蚀发育程度基本相当,其侵蚀平均加速度、平均侵蚀率之比分别为1∶1.4和1∶2.4;后期细沟侵蚀占据坡面侵蚀的主导地位,其侵蚀平均加速度和平均侵蚀率分别是片蚀的15倍和9倍;试验结束,细沟侵蚀占据坡面总侵蚀的90%;坡面下1/3区域为侵蚀活跃带。     

黄土区土壤结皮和垄高对坡面产流产沙的影响

通过室内人工模拟降雨方法,研究不同坡面处理(有结皮、无结皮)和垄高(7、10和13 cm)产流产沙情况,为黄土区等高耕作水土流失治理提供理论依据。结果表明,同一垄高下,土壤结皮使坡面初始产流时间提前,径流强度增大,径流总量增加;同一坡面处理下,随垄高增加,坡面径流总量和泥沙总量减少。垄高通过蓄积雨水能力影响土壤结皮对坡面泥沙总量作用。垄高7 cm时,蓄积雨水能力较小,坡面径流量较大,土壤结皮增大坡面产沙量,相比无结皮坡面增加38.70%;垄高为10 cm和13 cm时,蓄积雨水能力较强,坡面径流量较小,土壤结皮减少坡面产沙量,相比无结皮坡面分别减少21.10%和65.70%。坡面土壤侵蚀过程中,土壤结皮首先抑制坡面产沙,但随着降雨历时增加,土壤结皮促进坡面产沙。因此,在黄土区等高耕作中,应合理设置垄高,抑制结皮,以降低土壤侵蚀程度。