晋西黄土区土地利用对降雨入渗产流模式和优先流分布的影响试验研究

黄土高原退耕还林(草)工程显著改变了河川径流过程,但其作用机制尚不明晰。选取晋西黄土区4种典型下垫面(20年和30年刺槐人工林地、草地、休耕地)分别开展连续3场模拟降雨试验,观测坡面入渗产流过程,并结合染色示踪和图像处理软件技术,分析土地利用类型对坡面降雨入渗产流模式和优先流分布的影响。结果表明：(1)累积入渗量和优先流发育程度均表现为刺槐林地>草地>休耕地,刺槐林地优先流对总入渗的贡献是草地和休耕地的2.5—4.5倍,但优先流贡献均不超过10%,仍以基质流入渗为主。(2)4种用地类型降雨入渗主要补给地表60—70cm土层,前期降雨均匀增加表层土壤含水率,而后期降雨补给深层土壤水分的空间变异性显著增强。(3)刺槐林地产流量及径流系数均显著小于草地和休耕地,且前期含水量对20年刺槐林地的影响较小,而显著影响草地和休耕地径流系数。(4)直径d<1mm的细根显著促进降雨入渗和优先流发育,而d>5mm的粗根与入渗量和基质流量呈显著负相关。较高的土壤初始含水率、容重和粘粒含量会抑制入渗和优先流的发生。研究说明不同土地利用类型将改变降雨入渗产流过程及土壤水运动形式。     

基于氢氧同位素示踪的黄土区不同植被类型小流域降雨-径流分割

流域径流过程及其组分来源识别是水资源合理利用的前提。为明确植被类型对流域径流组分的影响与定量贡献,本研究以山西吉县蔡家川主沟流域及5个不同植被类型小流域为研究对象,监测2场典型降雨产流过程及其氢氧同位素时空变化特征,探讨小流域径流过程差异及其组分来源。结果表明：在中雨条件下,事件水对各个流域河道流量的贡献率为封禁森林(94.3%)>蔡家川主沟(83.1%)>农牧复合(64.3%)>人工-次生林(52.4%)>农地(0.3%)>次生林(0.0%);而在小雨条件下,人工-次生林(52.4%)>封禁森林(58.5%)>农地(40.6%)>次生林(15.8%)>农牧复合(12.5%)>蔡家川主沟(9.3%),次生林、封禁森林小流域事件水对径流贡献率大于人工林,次生林具有更强的径流调蓄能力。封禁森林、农牧复合流域在中雨强度条件下事件水的贡献率大于小雨强度条件,而农地、人工-次生林、次生林流域则相反。事件水对林地小流域径流贡献率大于农地小流域,可能与农地小流域沟口建有淤地坝有关。本研究结果可为晋西黄土区水源涵养和径流变化归因分析提供科学依...     

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.     

黄土区次降雨条件下林地径流和侵蚀产沙形成机制——以人工油松林和次生山杨林为例

以黄土区两种常见森林植被(次生山杨林和人工油松林)长期定位观测试验为基础,从水量平衡和径流产沙机理出发,分析了次降雨条件下两种林地和荒地坡面产流产沙过程.结果表明,次降雨量在5.0～50.0 mm范围内,油松林和山杨林的林冠和枯枝落叶层总截留率分别为15.45%～56.80%和20.56%～47.81%,且随降雨量的增大而减小.与荒坡地相比,林地土壤入渗性能显著增强,尤其是0～20cm土层.分析表明,在一般降水条件下林地无径流产生;而在降雨雨强为2.5 mm·min^-1和历时30 min条件下,山杨林地无地表径流产生,荒坡地的径流流速和径流挟沙浓度均为油松林地的23.5倍,而其径流剪切力和径流能量均为后者的8倍;油松林地的径流量和产沙量比荒地分别减少了87.6%和99.4%,与径流小区多年(1988～2000)观测平均值(分别为87.0%和99.9%)相近.     

基于2009-2018年径流小区观测数据的武汉市土壤侵蚀因子定量评价

武汉市位于桐柏山大别山国家级水土流失预防区与幕阜山省级水土流失治理区之间,其土壤侵蚀问题对长江中游生态安全具有重要影响。基于2009-2018年武汉市蔡店、磨盘山、西湖流域、燕子山等4个水土保持监测站35个径流小区的观测数据（139组）,定量分析了坡度、侵蚀性降水量、土地利用和水土保持措施对土壤侵蚀的影响,并借鉴USLE模型识别土壤侵蚀主导因子。结果表明,裸地小区的平均土壤侵蚀模数最高（2597.57 t km^-2 a^-1）,其次是经济林、草地和耕地小区且三者的侵蚀模数相差不大,土壤侵蚀模数与侵蚀性降雨量、坡度之间呈显著二元线性或幂函数关系;与天然植被小区相比,植物篱（草带、茶树、紫穗槐）及石坎梯田措施均显著降低了土壤侵蚀模数,其中植物篱措施的效果更优,且草带植物篱小区的侵蚀模数最低（46.13 t km^-2 a^-1）;3个坡度等级（0-10°、10-20°、20-25°）小区平均侵蚀模数分别为892.07、911.15、2087.60 t km^-2 a^-1,表明坡度超过20°后土壤侵蚀严重加剧;武汉市土壤侵蚀的主导因子为水土保持措施、植被覆盖与管理因子。研究结果可为武汉市水土保持措施合理布设及侵蚀预报模型的完善提供依据,基于径流小区长期观测数据的土壤侵蚀定量研究值得进一步深入。     

黄土区次降雨条件下林地径流和侵蚀产沙形成机制

以黄土区两种常见森林植被(次生山杨林和人工油松林)长期定位观测试验为基础,从水量平衡和径流产沙机理出发,分析了次降雨条件下两种林地和荒地坡面产流产沙过程.结果表明,次降雨量在5.0～50.0 mm范围内,油松林和山杨林的林冠和枯枝落叶层总截留率分别为15.45%～56.80％和20.56%～47.81％,且随降雨量的增大而减小.与荒坡地相比,林地土壤入渗性能显著增强,尤其是0～20 cm土层.分析表明,在一般降水条件下林地无径流产生;而在降雨雨强为2.5 mm·min^-1和历时30 min条件下,山杨林地无地表径流产生,荒坡地的径流流速和径流挟沙浓度均为油松林地的23.5倍,而其径流剪切力和径流能量均为后者的8倍;油松林地的径流量和产沙量比荒地分别减少了87.6%和99.4%,与径流小区多年(1988～2000)观测平均值(分别为87.0%和99.9%)相近.     

黄土区次降雨条件下林地径流和侵蚀产沙形成机制——以人工油松林和次生山杨林为例

以黄土区两种常见森林植被(次生山杨林和人工油松林)长期定位观测试验为基础,从水量平衡和径流产沙机理出发,分析了次降雨条件下两种林地和荒地坡面产流产沙过程.结果表明,次降雨量在5.0～50.0 mm范围内,油松林和山杨林的林冠和枯枝落叶层总截留率分别为15.45%～56.80%和20.56%～47.81%,且随降雨量的增大而减小.与荒坡地相比,林地土壤入渗性能显著增强,尤其是0～20cm土层.分析表明,在一般降水条件下林地无径流产生;而在降雨雨强为2.5 mm·min^-1和历时30 min条件下,山杨林地无地表径流产生,荒坡地的径流流速和径流挟沙浓度均为油松林地的23.5倍,而其径流剪切力和径流能量均为后者的8倍;油松林地的径流量和产沙量比荒地分别减少了87.6%和99.4%,与径流小区多年(1988～2000)观测平均值(分别为87.0%和99.9%)相近.     

黄土半干旱区坡地土壤水分、养分及生产力空间变异

通过田问取样,分析黄土半干旱丘陵区陡坡面土壤水分、养分及其生产力空间变异性及其相关关系．结果表明,坡面0～20cm土层土壤各养分含量均不同程度地高于20～40cm土层,但变异程度却明显低于20～40cm土层,且除全磷外,土壤养分变异程度均明显高于水分．20～40cm土层土壤养分沿坡面向下逐渐增大,而0～20cm沿坡面纵向差异较小．坡面浅沟沟槽处的土壤水分、养分条件最优,但其地上生物量却低于坡顶．虽然纵向坡度(35°～45°)明显大于横向(5°～10°),但横向坡位对土壤养分的影响却明显大于纵向(除20～40cm土层速效磷含量除外),而对水分的影响纵向大于横向．相关分析表明,0～120cm土壤水分与20～40cm土壤养分以及土壤养分之间(0～20cm速效磷除外)均呈极显著相关．坡位对土壤水分、养分及地上生物量有很大影响,但土壤水分、养分对生物量影响不显著．