砾石覆盖对紫色土坡面流水动力学参数的影响

地表砾石覆盖可以促进降雨入渗,减少土壤侵蚀。然而,砾石覆盖对紫色土坡面流的影响尚缺乏深入研究。通过室内模拟冲刷试验,在3个冲刷流量(2,4,6 L/min)下,研究不同砾石覆盖度(0,10%,20%,30%和40%)对紫色土坡面流水动力学特性的影响。结果表明:(1)随着砾石覆盖度的增大,流速和弗劳德数呈减小趋势;径流深、水流剪切力、阻力系数和曼宁糙率系数呈增大趋势,雷诺数变化不明显。(2)坡面总侵蚀量随着砾石覆盖度的增加呈负指数减少,且砾石覆盖在冲刷流量较小的情况下,对坡面侵蚀量的减少效果越明显。(3)冲刷流量的大小并不影响砾石覆盖度和坡面总侵蚀量之间的关系。研究结果为探究紫色土坡面流侵蚀过程及机理研究提供一定的理论基础。     

不同植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响,探讨有效控制水土流失的坡面植被临界盖度问题,利用人工模拟降雨试验与室内分析相结合的方法对紫色土坡面侵蚀过程进行分析。结果表明:(1)总体上,紫色土坡面产流量随植被覆盖度的增大而减小,二者之间呈线性负相关,但是植被覆盖度在25%以下,径流量变化不明显,植被覆盖度达75%时,径流量处于较低的稳定值,明显低于植被覆盖度0%,25%,50%;(2)坡面侵蚀泥沙量随植被覆盖度的增加而减少,二者呈二次项相关(R2=0.99),植被覆盖度25%以下对坡面减沙起到重要作用,50%的植被覆盖度是紫色土坡面有效控制水土流失的临界盖度;(3)侵蚀泥沙中以微团聚体(0.25mm)为主,各级团聚体基本上随着植被覆盖度的增加而呈现减少趋势;(4)通过统计分析,植被覆盖度对产流、产沙量的影响均为极显著(p0.01)。紫色土坡面植被覆盖度达到50%对涵养水源、保持水土起到至关重要的作用。     

模拟降雨下3种类型土壤坡面的泥沙流失特征及其养分富集效应

利用室内自动模拟降雨系统,以72mm/h的恒定雨强进行模拟降雨试验,并通过结合对模拟降雨后流失泥沙的养分进行定量分析,比较研究了降雨条件下3种发生类型土壤坡面上的泥沙流失特征及其养分富集效应,旨在揭示相同降雨条件下不同土壤类型坡面的泥沙流失规律以及其养分富集效应。结果表明:模拟降雨条件下,红壤坡面受降雨侵蚀最严重,产流排水率及径流泥沙浓度分别为棕壤与褐土坡面的1.21~1.61倍和1.02~8.90倍,泥沙流失量显著高于棕壤与褐土坡面;3种类型土壤坡面流失的泥沙均具氮、磷、钾富集效应,褐土坡面流失泥沙的氮、磷富集效应以及棕壤坡面流失泥沙的钾富集效应均大于其他土壤类型坡面,其中褐土坡面流失泥沙的氮、磷富集系数分别高出棕壤与红壤坡面14.27%~73.55%和6.56%~52.07%,棕壤坡面流失泥沙的钾富集系数高出褐土与红壤坡面55.83%~67.28%;棕壤坡面流失泥沙的氮富集系数与褐土坡面流失泥沙的磷、钾富集系数在整个模拟降雨过程中的变化幅度均显著高于其他2种类型土壤坡面;3种类型土壤坡面的泥沙流失量与其养分富集系数多呈显著(p0.05)到极显著(p0.01)负相关,通过对数方程可预测相同降雨条件下3种类型土壤坡面径流泥沙中的氮、磷、钾损失。     

砾石覆盖对坡面产流产沙的影响

采用人工模拟降雨试验的方法,试验中设置降雨强度为30mm/h和60mm/h,坡度为10°和20°,地表砾石覆盖度为0,10%,20%,30%,40%和50%,对北京山区褐土坡面产流产沙特征进行研究。研究结果表明:(1)坡面产流时间随砾石覆盖度的增大而延迟,且两者有着较好的线性关系。(2)坡面总产流量随砾石覆盖度的增大呈线性减小,在雨强为30mm/h,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面产流总量减少45.19%和49.87%;在雨强为60mm/h时,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面产流总量减少24.33%和33.46%。(3)坡面土壤侵蚀量随砾石覆盖度的增加呈负指数减小,在雨强为30mm/h,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总侵蚀量比砾石覆盖度为0的坡面总侵蚀量减少92.40%和68.21%;在雨强为60mm/h时,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面总侵蚀量减少69.65%和65.62%。(4)降雨强度和坡度不影响砾石覆盖影响坡面产流产沙的趋势。     

土壤容重对草甸土坡面养分流失特征的影响

通过室内模拟降雨试验对不同土壤容重的草甸土坡面养分流失特征进行研究。结果表明:土壤容重是坡面草甸土养分流失的重要影响因子,土壤容重不同,降雨引起的坡面表土养分流失的程度不同。硝态氮主要随径流流失,占总流失量的55%～79%,70%～84%的有效磷和速效钾随泥沙流失。不同形态的养分在流失泥沙中有富集现象,但富集比各不相同。土壤容重在0.8～1.2g/cm3之间变化时,随土壤容重增加,土壤孔隙度减小,入渗能力减弱,土壤养分在降雨侵蚀力作用下流失量不断增加。但随容重的继续增大,土壤抗蚀性增大,产沙量减小,养分流失量也有减小的趋势。在降雨、坡度等一定的条件下,土壤最容易被侵蚀而发生养分流失的容重范围为1.2～13g/cm3。     

不同土壤管理措施对坡耕地土壤氮磷养分流失的控制效应

为有效防治紫色丘陵区坡耕地水土流失和面源污染,采用径流小区定位观测法研究不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙、养分流失及作物产量特征,进一步揭示生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施对紫色土坡耕地氮磷养分流失的控制效应。结果表明:(1)与背景值相比,土壤养分含量增幅表现为SM(玉米秸秆覆盖)PAM(聚丙酰胺)BC(生物炭),表明玉米秸秆覆盖措施改善土壤养分效果最优,其次为聚丙烯酰胺。(2)不同土壤管理措施控制地表产流产沙的效应均表现为SMPAMBC。BC、PAM、SM措施产流量分别减少0.00%~54.55%,0.00%~85.79%,0.00%~92.39%,产沙量分别减少2.67%~47.78%,5.87%~77.90%,11.47%~90.17%。在中、大雨条件下土壤管理措施减流减沙效应显著,而暴雨、大暴雨可削弱其减流减沙效益。(3)不同土壤管理措施控制氮素流失效应大小为SMPAMBC。与对照相比,在中、大雨条件下,全氮流失量降低16.24%~76.29%,水解氮流失量降低6.21%~81.93%;而在暴雨、大暴雨条件下,全氮流失量分别减少(-11.74%)~11.99%;水解氮流失量则分别降低(-9.87%)~17.39%。表明玉米秸秆覆盖措施控制氮素流失效果最佳。(4)不同土壤管理措施控制磷素流失的效应差异明显。在中、大雨条件下,BC、PAM和SM控制全磷流失效应显著(15%~81.44%),而在暴雨、大暴雨条件下其效应削弱((-6.68%)~10.98%);与对照相比,不同土壤管理措施对玉米籽粒增产效应为SM(29.43%)PAM(19.01%)BC(12.66%)。生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施均可有效控制坡耕地土壤养分流失,其中玉米秸秆覆盖措施控制效应最佳。     

模拟降雨条件下不同覆被减流减沙效益与侵蚀影响因子

[目的]研究不同坡度和降雨强度条件下,不同覆被的减流减沙效果,定量分析各侵蚀影响因子的权重。[方法]采用室内人工模拟降雨的方法。[结果](1)与裸地相比,枯落物、砾石和黑麦草均具有良好的减流减沙效果,枯落物的减流效果最好,减流效益最大为79.7%,平均减流效益46.1%。其次为黑麦草,最大减流效益68.9%。第三为砾石,最大减流效益68.0%。(2)黑麦草的减流效果存在临界盖度,其值在60%左右,当盖度大于60%后其减流效益不再增加。(3)减沙效益随着盖度的增加而增加,枯落物、砾石和草地最大减沙效益分别为98.8%,64.6%和88.1%。(4)经过灰色关联定量分析得出选取的8个影响因子与径流均有较高的关联性,关联度都在0.622 3以上。[结论]不同试验条件和不同覆被对坡面产流产沙具有明显影响,降雨强度和降雨量是对泥沙量影响较大的因素,降雨强度、降雨量、覆被盖度和坡度是对径流量影响较大的4个因子,影响因子与径流和泥沙的关联度和关联序因土壤种类不同而存在差异。     

肯尼亚东部地区牧场的水土流失

本文利用安装在16个牧区上的Gerlach型泥沙沉积和径流量测定仪器所提供的数据,研究牧区的土壤流失和侵蚀难易程度的关系。结果表明:表层侵蚀难易程度与该地区的放牧密度导致的平均草本覆盖度显著相关。在草本覆盖的范围内(40%~100%)因过度放牧引起的覆盖度减少对土壤流失影响不明显。但是,在低植被覆盖度的范围内(低于40%),覆盖度的轻微减少就会引起严重的土壤流失。研究表明:在该地区的条件下,40%的草本覆盖似乎是极限覆盖度水平,低于此值,土壤流失就会变得严重。     

不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究不同雨强对紫色土坡面侵蚀过程的影响,通过人工模拟降雨试验和室内分析,采用降雨总量(30mm)一定、降雨历时不定的原则,在2种覆盖度(50%和75%)下,分析了3个雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)对紫色土土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:在50%和75%覆盖度下,(1)雨强越大紫色土坡面产流总量和径流率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下的2种覆盖度产流量分别占坡面产流总量的18%,30%,52%。(2)雨强越大紫色土坡面产沙量和侵蚀率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下,2种覆盖度产沙量分别占坡面产沙总量的13%,33%,54%。(3)紫色土坡面侵蚀泥沙中的水稳性团聚体的粒径主要集中在0.25,3mm,分别占泥沙总量的74%和67%,0.25~3mm粒径的水稳性团聚体分别占泥沙总量的30%和26%。(4)相关分析表明,雨强和紫色土坡面产流产沙量均为极显著正相关(P0.01)。雨强与产沙量之间均拟合为一次线性方程;雨强与产流量之间分别拟合为一次线性方程和二次方程。研究结果为控制紫色土坡面水土流失和揭示其相关侵蚀机理提供参考。     

黄土丘陵区两种典型灌木群落坡面侵蚀泥沙颗粒组成及养分流失的比较

在野外模拟降雨条件下,比较研究了黄土丘陵区柠条(Cnragana korshinkii)和狼牙刺(Sophoraviciifolia)径流小区产流产沙、侵蚀泥沙颗粒组成、比表面积(SSA)及养分流失特征.结果表明,两种灌木群落均能显著减小坡面径流泥沙的流失.产流后流失泥沙黏粒、SSA与养分含量随降雨时间总体呈现降低趋势,其中有机质变化显著,全磷变化不显著.受植被盖度影响,泥沙中黏粒与养分含量均表现为柠条群落>狼牙刺群落>对照裸地.侵蚀泥沙具有富集黏粒和富集养分的特征,富集率随群落盖度增大而增大(柠条>狼牙刺>裸地).不同形态养分富集率不同,其中有机质均在2.5以上,全氮平均富集率为2.13,全磷为1.23.富集率随产流时间呈线性递减.流失泥沙养分含量与黏粒(粒径<0.002 mm)含量及SSA达到极显著的正相关.坡面土壤养分主要以黏粒为载体流失.SSA的变化不仅能体现土壤颗粒组成的变化,而且能够反映土壤养分的变化.     

闽北锥栗林经营过程中的水土流失防治效果研究

采用侵蚀针与径流小区定位观测相结合的方法,比较黑色薄膜覆盖与绿肥覆盖、割草覆盖、生物篱、施用除草剂等传统经济林水土流失治理措施的水土保持效果,探讨在锥栗林中黑色薄膜覆盖防治水土流失的可行性。结果表明:不同处理的水土及养分流失量总体上均显著小于对照。其中,绿肥覆盖与施用百草枯2种处理的液体径流量在试验期间均低于其他3种处理措施。由于覆膜减少了降雨的入渗量,与其他处理相比,黑色薄膜覆盖的液体径流量较大,其固体流失量则在不同月份均最低,施用百草枯处理的固体流失量也显著小于其他传统处理。通过对不同处理的坡面侵蚀空间分异特征进一步分析得出,与对照相比,绿肥覆盖、生物篱、施用百草枯3种处理的坡面净侵蚀现象随着处理时间的延长而逐渐减少,而黑色薄膜覆盖与割草覆盖处理的坡面净沉积作用明显。因黑色薄膜覆盖可实现"肥与水隔离",大量的液体流失并未造成过多的养分损失,仅5—6月的液体全P、全K和铵态N大于对照,7—10月,液体养分流失量也显著小于对照,且黑色薄膜覆盖在试验期间固体养分流失量总体上均显著小于其他处理。此外,黑色薄膜覆盖大大缩短了果实捡拾时间,降低了人工成本。黑色薄膜覆盖措施在减轻坡面土壤侵蚀、减少土壤养分流失方面效果显著,相对其他措施在锥栗林的水土保持方面具有优势,但较强的膜上径流具有加剧侵蚀的倾向,限制其实际应用。可结合设置覆膜比例,采用有孔薄膜、坡面微工程等减少液体径流,以达到薄膜覆盖的最佳效果。     

干旱半干旱区地表覆盖对土壤风蚀的影响

为了探究地表覆盖对干旱半干旱地区土壤侵蚀及表层特性的影响,探寻农业发展的新机遇,使用Meta分析的方法,通过搜集国内外干旱半干旱地区土壤覆盖已发表的研究数据,分析了3种地表覆盖方式：覆盖植物、秸秆覆盖和高留茬对土壤风蚀模数及表层干容重、含水量和有机碳含量的影响。结果表明：(1)地表覆盖使土壤年风蚀量降低77.96%,地表风蚀量与覆盖度密切相关,秸秆覆盖度最高,减轻风蚀效果最佳。(2)地表覆盖平均降低2.94%表层(0—20 cm)土壤干容重,从而提高孔隙度保水保肥,抑制土壤侵蚀;其中覆盖植物效果最好,能够降低5.26%。(3)地表覆盖能够增加6.26%年均表层土壤含水量,从而有效增大土壤颗粒间的黏聚力;在降水量≤450 mm的半干旱地区该值能达到10.62%。(4)地表覆盖能够提高23.54%表层土壤有机碳含量,增加土壤颗粒间的黏结性,从而提高土体的抗风蚀能力;高留茬的提升效果最好,为34.42%;覆盖植物中豆科作物的效果最好,平均提高30.76%。总之,3种地表覆盖措施均能不同程度地减轻风蚀,能够实现保土、保水和固碳的多重收益,是未来双碳背景下实现农业可持续发展的有效解决方案。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

黄土高原典型地区不同植被覆盖下坡面土壤侵蚀阈值研究

为了分析植被覆盖对黄土高原坡面水土流失的影响，量化土壤侵蚀的植被覆盖阈值，基于模拟降雨数据分析了植被覆盖对土壤侵蚀的作用机制，利用绥德、西峰、天水等黄土高原高原典型地区的野外径流小区定位观测资料，探讨了不同覆被类型下植被覆盖控制径流和土壤侵蚀的有效性，确定了不同覆被类型下植被覆盖调控径流和防治土壤侵蚀的植被覆盖下限阈值和上限阈值。结果表明：(1)植被覆盖度的提高增加了土壤入渗、减少了径流量、延缓了径流流速、增加了土壤抵抗侵蚀的能力。(2)坡面径流量随植被覆盖度呈幂函数或指数函数下降，土壤侵蚀量随植被覆盖度呈指数函数、幂函数或者对数函数下降。(3)总体而言，不同地区植被控制土壤侵蚀的下限阈值在20%～30%,上限阈值在50%～70%。(4)土壤质地、植被类型、甚至植被的根系特征对植被控制径流和土壤侵蚀的效益有重要影响。研究结果为黄土高原水土保持工作提供研究依据。     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。     

覆盖和密度调控对女贞人工林土壤水季节性影响

为寻求降低林地土壤蒸发量的经营措施,以江都地区6 a生女贞人工林为例,研究了稻草、枯落物、石砾覆盖以及50%和70%强度移植对其土壤含水量季节动态的影响,以及含水量与毛管孔隙度、温度等关系。结果表明:覆盖增加土壤表层含水量,4,11月稻草覆盖的保水效果最好,7月枯落物覆盖的保水效果最好,石砾覆盖缩小各土壤层间含水量差异。随移植强度增大,覆盖对表层土壤含水量的增加效果减弱,土壤保水性降低。研究可为建设节水型绿地提供一定的科学依据。     

黄土塬区不同地膜覆盖度下土壤水热状况研究

为进一步优化覆膜种植模式、了解作物增产机制,比较了黄土塬区无作物种植的旱作农田垄沟条件下土壤水热状况对不同地膜覆盖度(30%,50%,70%,85%,100%,CK即0%)的响应特征。结果表明:(1)地膜覆盖保水效果(Y,4—9月土壤贮水增量)与覆盖度(X)呈正相关关系,拟合方程为Y=1.65 X+42.60,相关系数R=0.98;地膜覆盖度越大,5m土层内有效蓄积降水量越多;覆膜条件下降水入渗土壤的深度已到3m以下。(2)土壤表层温度随覆盖度的增大而升高,有助于低温季节作物出苗;85%膜地温与全膜基本相近。地膜覆盖度从30%增加到85%过程中,白天地温达到峰值的速度加快,峰值加大。(3)综合考虑农田覆膜栽培的土壤水热状况及经济效益,以85%地膜覆盖为最佳选择。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现"下降—稳定"趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

黄土区沟道阶梯状边坡水土流失防治措施与机理

陕北地区治沟造地工程中新修沟道阶梯状边坡抗蚀性较弱。研究利用室内人工模拟降雨试验,研究新开挖沟道阶梯状边坡在降雨作用下不同水土保持措施的水沙效应,并观测其侵蚀发育过程。结果表明:极端气象条件(120mm/h雨强)与坡顶部区域汇水作用是导致阶梯状边坡产生快速侵蚀破坏的两个主要条件。当边坡仅受到降雨作用,雨强在60mm/h~90mm/h之间变化时,产沙速率稳定,不同雨强下产沙速率呈现倍率关系,坡面侵蚀现象无明显差异,坡体无明显破坏;120mm/h雨强条件下,产沙速率显著上升,侵蚀发育过程出现明显变化,坡体破坏明显。阶梯状边坡平台反坡措施能有效减少60mm/h,90mm/h,120mm/h三种雨强下产沙量58.4%,35.2%,62.1%,减少径流量69.6%,26.6%,60.8%,并有效减缓坡体表面破坏及侵蚀发育速度。用放水试验模拟无截排水措施情况,发现截排水措施能够有效降低产沙量92.7%,同时改变了侵蚀发育的现象,将急剧下切发育的细沟侵蚀转变为了发育较为缓慢的层状面蚀。从减水减沙的角度,坡顶截排水措施与平台反坡措施皆为有效的阶梯状边坡水土流失防治措施。