中国水土保持科学
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2024年 22卷 4期
刊出日期 2024-08-30
1
许杏, 张凡, 曾辰, 郭蓓蓓, 向宇轩, 刘超
寒区侵蚀产沙过程及模型算法研究进展
寒区侵蚀产沙过程受到冰川消融、融雪及土壤冻融的影响。气候变化下该过程存在极大不确定性。完善现有分布式水沙模型以量化冰冻圈要素的影响是解析该过程的重要方向。基于广泛的文献调研,总结这3类要素如何影响侵蚀产沙过程及相关模型算法,并比较多个模型在寒区的适用性。发现:1)冰川主要通过冰川径流(其计算包括冰川动态算法、冰川融水量的计算及不同分配方式)和基岩侵蚀(其计算可采用经验方法得到冰川区总输沙量后与水沙模型耦合)2方面影响侵蚀产沙过程;2)融雪过程增加地表产流,因此融雪量常被视为动能为0的降雨参与侵蚀计算;3)土壤冻融作用包括冻融深度影响产流量、冻融循环增加土壤可蚀性以及冻融深度对土壤可侵蚀范围的限制;4)现有模型对冰冻圈径流过程的考虑较完善,但对冰川消融和土壤冻融影响下的侵蚀产沙考虑不足。为此,建议在现有模型基础上补充相关算法完善模型结构,从而提高模型在寒区的适用性,以期采用改进后的模型量化冰冻圈要素对侵蚀产沙过程的影响,帮助明确寒区侵蚀产沙过程机制及未来变化规律。
2024 Vol. 22 (4): 1-13 [
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周恒, 陈永胜, 曹永翔, 于沭, 夏朝辉, 岳凡
极端降雨条件下淤地坝系溃决损失计算方法
近年来,由于自身"服役"状态欠佳和汛期极端降雨天气频发,淤地坝在发挥综合效益的同时面临着溃决风险。这对下游人民生命财产和生态环境保护造成极大威胁。因此,亟需提出极端降雨条件下淤地坝系溃决损失的定量计算方法。基于"家谱法"坝系溃决风险分析程序FT-IWHR、溃口流量程序DB-IWHR、一维洪水演进计算程序,提出淤地坝系溃决—洪水演进全过程计算方法,结合李—周法生命损失计算模型等,构建涵盖生命损失、经济损失、社会环境影响3方面的溃决损失计算方法体系;并在西五色浪流域淤地坝系进行应用。结果表明:警报时间对生命损失数量影响极大,充分警报和无警报下生命损失数量相差10倍左右且降雨量超过100年一遇后损失激增,坝系以中小型淤地坝溃决为主。溃决损失计算方法可实现对淤地坝系溃决损失进行快速量化评估,为淤地坝系安全度汛和病险坝除险加固工作提供技术支撑,同时建议西五色浪流域做好中小型淤地坝的溃决风险防控工作。
2024 Vol. 22 (4): 14-24 [
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魏休耘, 甘淑, 袁希平, 李绕波
基于地形复杂度的山区水土流失风险评价
水土流失研究中通常以大范围区域数据为主导,探究小范围山地地区精细化表达,这对评价小范围山地地区水土流失情况具有重大现实意义。利用无人机数据生成高精度的数字高程模型(DEM)与三维模型,基于DEM数据计算多个地形因子,结合相关性分析、聚类分析实现地形因子的分类,再使用变异系数法和主成分分析法实现地形因子的筛选与确权并建立地形复杂度模型;随后,在地形复杂度模型中引入常数偏移量,并进行归一化处理,得到水土流失风险评价因子模型;最后,将其与三维模型和实地踏勘数据进行验证分析。结果表明:1)水土流失风险评价因子模型中坡度、地表切割深度、剖面曲率、平面曲率的系数分别为1.933、0.338、0.206和2.633;2)对于整个试验区,中风险区面积比例为28.50%,分布较为分散。极高风险区比例为4.42%,集中分布在南侧以及西北侧。总体而言,该区域以中低风险为主;3)F1和F2区域水土流失风险较高,因为其存在陡峭地形、低植被覆盖率和土壤沙化等问题。F3区域由于平坦地形和种植大量农作物,表现出相对轻微的水土流失情况。该模型能够准确提取水土流失区域,为小范围山地地区的水土流失和土壤侵蚀等地学研究提供有益的参考。
2024 Vol. 22 (4): 25-33 [
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肖海, 张文琪, 夏振尧, 刘子睿, 张伦, 杨悦舒, 崔磊
狗牙根覆盖对三峡库区消落带波浪作用力和侵蚀的影响
波浪侵蚀是三峡库区消落带土壤侵蚀的主要类型,已严重威胁到库区经济发展和生态环境构建。植被修复可以实现水土保持和增强消落带稳定性目的,但关于在波浪作用于消落带上坡面时植物覆盖对波压力和孔隙水压力和侵蚀量的影响及关系尚不明确。为此,设置3个波高(4、6和8 cm)、3个坡面条件(裸坡对照、30%狗牙根覆盖和60%狗牙根覆盖),开展模拟波浪试验,分析不同植被盖度对消落带波浪作用力和侵蚀的影响。结果表明:裸坡时,随波高增加,波压力和孔隙水压力分别增加3.80%~48.62%和13.12%~50.44%,侵蚀量增加0.88%~8.08%。存在植被时,对比裸坡,随波高增加,波压力和孔隙水压力分别降低2.98%~220.17%和15.47%~75.64%,侵蚀量则降低29.31%~80.83%。植物可以通过地上部分和地下部分消散波压力和孔隙水压力,从而提高消落带受波浪作用的耐受性,进而有效降低波浪造成的侵蚀量。以上结果加深了在波浪作用于紫色土消落带坡面时狗牙根覆盖与波浪作用力与侵蚀量关系的理解,为库区消落带植被恢复和水土保持提供一定的参考。
2024 Vol. 22 (4): 34-40 [
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41
郑晓岚, 鲍玉海, 贺秀斌, 谢航宇, 禹妍彤, 王英培
三峡水库消落带狗牙根根系对紫色土抗剪性能的影响
植物根系对提高土壤抗侵蚀能力起着最主要的作用。为探究根系对三峡水库消落带土壤抗剪性能的影响,以典型草本植物狗牙根及其根土复合体为研究对象,利用原状土和重塑土、采用直剪试验和三轴试验2种方法,揭示根系形态特征、含根量以及布根方式对土壤抗剪性能的影响。结果表明:1)内摩擦角、黏聚力与根系形态特征呈对数正相关;各形态指标对土壤抗剪性能的影响程度依次为:根表面积密度＞根体积密度＞根长密度＞根质量密度＞根径。2)根系含量与土壤抗剪性能呈正相关。含根量分别为0.9、0.6和0.3 mg/cm
3
的根土复合体抗剪强度依次比素土提高14.54%~49.56%、9.09%~35.82%和3.80%~17.58%;内摩擦角依次提高13.95%、13.07%和1.98%;黏聚力依次提高29.37%、24.48%和15.34%。3)交叉布根下土壤抗剪性能最强,与垂直布根、水平布根相比,交叉布根的抗剪强度依次提高4.22%~16.95%和11.45%~32.61%;黏聚力依次提高15.61%和16.09%;最大应力值依次提高3.78%~34.18%和36.86%~41.44%。研究结果可为三峡水库消落带固土护岸的物种筛选、水土保持生态建设以及水库岸线管理等提供参考。
2024 Vol. 22 (4): 41-50 [
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51
史砚文, 王计平, 程复, 王一川, 罗志东, 郭汉清
黄土丘陵沟壑区西川河流域近50a径流变化趋势与归因识别
气候变化和人类活动影响下流域水文过程及归因分析,对于理解水文演变规律,制订流域管理对策具有重要意义。以陕北黄土丘陵沟壑区的西川河流域为例,采用M-K检验、累积距平法等方法,分析近50 a来降雨、输沙、径流变化趋势与演变特征,基于Budyko假设识别驱动流域径流变化的主导因素,并进行定量归因研究。结果表明:流域降雨量的变化速率为-0.085 4 mm/a,
Z
值为-0.026,总体变化不明显。输沙量和径流量的
Z
值分别为-3.35和-2.38,径流量、输沙量年际变化呈显著下降;春汛发生在3月,汛期集中在7—9月,占年径流量的50%以上。输沙量的年代际波动幅度最大,径流量次之,降雨量波动幅度最小;1996年为径流突变年份,流域年径流量变化对降雨最敏感,而人类活动是其减少的主要原因。从贡献来看,下垫面条件变化为69.15%,降雨量为21.99%,潜在蒸散发为8.86%;在人类活动影响下,西川河流域径流变化呈明显的不均匀性和趋势性。未来应结合生态恢复过程,加强土地利用变化与流域水沙过程关系研究。
2024 Vol. 22 (4): 51-58 [
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亓益品, 窦永辉, 王亚楠, 肖培青, 安娟
横坡垄作措施下层状棕壤的积水入渗特征及其模拟
横坡垄作系统中雨水/灌溉水易在垄沟低洼处积聚,诱发积水入渗,使入渗特性有别于传统耕作系统。基于横坡垄作垄沟内积水特征,采用室内土柱供水实验,以层状棕壤为研究对象,分析5个积水深度(2、4、6、8和12 cm)下入渗率、湿润锋运移动态变化,并利用修正的Green-Ampt模型对积水入渗过程进行模拟。结果表明:1)耕层阶段,入渗率呈急剧下降后趋于稳定趋势;过渡阶段,入渗率稳定一定时段后逐渐降低;犁底层阶段,入渗率趋于稳定;2)积水深度的增加均促进湿润锋的运移,但未改变湿润锋运移过程;3)初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量等入渗参数均随积水深度增加呈幂函数增大,其中积水深度12、8、6 和4 cm下的平均入渗率较积水深度2 cm分别增加120.5%、65.4%、39.4%和29.9%;4)在解析积水深度(
h
)与饱和导水率(
K
s
(
h
))间呈线性正相关关系基础上(
K
s
(
h
)=0.092
h
+0.76),结合湿润锋处土壤吸力(25.61 cm),构建模拟积水入渗过程的修正Green-Ampt模型。积水深度的增加加快土壤水分入渗,可利用修正Green-Ampt模型对积水入渗过程进行模拟。研究结果可为横坡垄作措施下水分高效利用、水资源调控提供科学依据。
2024 Vol. 22 (4): 59-67 [
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68
李笑雨, 白金珂, 王力
青藏高原南部不同土地利用方式土壤可蚀性分析
为评估青藏高原南部不同土地利用类型土壤侵蚀风险,对该地区4种典型土地利用类型土壤进行大范围采样,测定土壤颗粒组成和有机碳质量分数,计算土壤分形维数和可蚀性因子
K
,对不同土地利用类型和不同土层土壤侵蚀风险进行定量化评估,并分析土壤粒度特征对土壤可蚀性因子的影响。结果表明:1)整体来看,研究区土壤可蚀性因子
K
介于0.022~0.036 t·hm
2
·h/(hm
2
·MJ·mm)之间,超过40%的样地土壤属于中可蚀性以上(
K
＞0.033 t·hm
2
·h/(hm
2
·MJ·mm))土壤,存在较高的侵蚀风险;2)在不同土地利用方式间,土壤可蚀性因子表现为耕地＞灌木林地＞草地＞乔木林地,其中耕地土壤可蚀性因子显著高于其他3种土地利用类型(
P
＜0.05);3)垂直剖面上,由上到下3个土层(0~10、10~20和20~30 cm),中可蚀性以上土壤分别占到样点总数的26.47%、47.22%和55.89%,中低可蚀性以下(
K
≤0.033 t·hm
2
·h/(hm
2
·MJ·mm))土壤分别占73.53%、52.78%和44.11%,土壤可蚀性因子随土壤深度增加呈递增趋势;4)土壤粒度特征对可蚀性具有重要影响,土壤可蚀性因子
K
与砂粒含量呈指数型负相关关系,与黏粒含量和分形维数呈指数型正相关关系,均达到极显著水平(
P
＜0.001)。研究结果可为降低青藏高原南部地区土壤侵蚀风险及提高水土保持效益提供重要参考。
2024 Vol. 22 (4): 68-74 [
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75
张政, 向前胜, 张登山, 王丽, 史文君
高寒沙地不同植被修复措施下土壤水分对降雨响应机制
为探究高寒沙地不同植被修复措施下土壤水分对降雨响应机制,更好地发挥其水土保持作用,以青海共和盆地设置3 a的高立式网笼沙障、麦草方格沙障+花棒、麦草方格沙障+柠条、麦草方格沙障+沙蒿和麦草方格沙障+菊芋种植为研究对象。利用2900ET气象站和ECH
2
O,分别对研究区降雨量和各沙障类型下0~140 cm(10、20、40、60、80、100、120和140 cm)土壤含水量进行连续自动监测,选取3种不同等级降雨事件进行研究,分析其土壤水分响应情况和0~60 cm土壤水分补给特征。结果表明:1)2020年8月—2021年8月,研究区降雨主要集中在4—9月,以低频率小雨为主,<2 mm降雨事件占总降雨事件最高(38.98%),贡献率最小(6.12%),各沙障类型按月土壤总蓄水量变化划为缓慢积累期(1—4月)、消耗期(5—6月)、积累期(7—9月)和稳定期(10—12月)且均在8月达到峰值,其中高立式沙障土壤蓄水量最高(4万7 563.54 mm),菊芋沙障最低(2万5 564.09 mm),其各土层土壤蓄水量的增加量随着土壤深度增加呈现出"减小—增大—减小—增大"变化。2)降雨量＜5 mm时,菊芋沙障 0~10 cm、花棒沙障及沙蒿沙障0~20 cm土层水分产生波动;降雨量在5~18 mm时,高立式沙障0~10 cm,柠条沙障、沙蒿沙障及菊芋沙障0~20 cm,花棒沙障0~100 cm土层水分产生波动;降雨量＞18 mm时,高立式沙障0~10 cm,柠条沙障、沙蒿沙障及菊芋沙障0~60 cm,花棒沙障0~140 cm土层土壤水分产生波动。综合该地区不同植被修图措施下土壤水分对降雨响应情况,建议在5—6月进行修复。
2024 Vol. 22 (4): 75-83 [
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84
李晨晖, 薄一览
氮添加对荒漠草原植被特征和土壤性质的影响
为探究荒漠草原植被特征和土壤性质对氮沉降的响应,设置对照CK(0)、低施氮量LN(5 g/(m
2
·a))、中施氮量MN(10 g/(m
2
·a))和高施氮量HN(15 g/(m
2
·a))4个纯氮添加处理,以尿素为氮源在宁夏荒漠草原进行氮添加。结果表明:1)随施氮量的增加,荒漠草原植被物种结构发生改变,禾草和豆科草本植物重要值增加,十字花科植物重要值下降。植被盖度和地上生物量均以MN处理最高(
P
<0.05)。2)随氮添加量的增加,荒漠草原植物Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数先降低后升高,LN处理的Simpson多样性指数显著低于CK、MN和HN处理(
P
<0.05),MN处理的Pielou均匀度指数显著低于CK处理(
P
<0.05)。3)短期氮添加对荒漠草原土壤全量养分和酶活性均无显著影响,但显著降低荒漠草原土壤速效钾含量(
P
<0.05)。4)冗余分析表明:土壤pH值、脲酶和过氧化氢酶是影响荒漠草原植被特征的主要因子。综上所述,LN和MN可在短期内提高荒漠草原植被地上生物量,且土壤含水率、养分含量和酶活性较高;HN下荒漠草原土壤养分和含水率含量总体较低,植被地上生物量有所下降,但优势种群的生长得到促进。这说明低、中氮添加量有利于荒漠草原植被的恢复和土壤环境的改善,但高氮添加量会削弱这种有利影响。
2024 Vol. 22 (4): 84-92 [
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李奇奇, 徐其静, 侯磊, 王润柳, 王克勤
基于团聚体性质的等高反坡阶改良土壤结构评价
为探明等高反坡阶(CRT)措施促进坡耕地退化土壤生态修复的机理,以云南松华坝迤者流域坡耕地为对象,测定CRT坡耕地不同位置(阶上,CRT-A;阶下,CRT-B)和土层深度的土壤团聚体性质和物理性质,并以原状坡耕地(CK)相应位置作对比,构建基于团聚体性质的土壤结构评价指标体系。结果表明:1)CRT措施可显著改善土壤孔隙状况、团聚体组成特征和稳定性;2)通过构建最小数据集,获得土壤结构评价指标体系(包括土壤密度、孔隙度、几何平均直径、稳定性团聚体、总团聚体和＞2~5 mm团聚体),计算土壤结构指数评价土壤结构水平;3)土壤结构整体上表现为CRT>CK。CRT坡耕地土壤结构指数相较于CK提高23.1%~36.2%,土壤结构属于中等水平; 4)CRT使坡耕地阶下土壤结构优于阶上,0~5、5~10和10~20 cm土层阶下土壤结构指数较CK分别增加25.2%、27.3%和25.7%,主要由于阶下土壤受到CRT的防冲刷保护和营养富集作用的影响。综上,CRT通过提高土壤大团聚体比例,增加土壤孔隙度,改善土壤结构,提高坡耕地土壤结构性能,促进其退化土壤的修复。
2024 Vol. 22 (4): 93-101 [
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吴常雪, 翁学先, 徐瑞瑞, 高鹏, 穆兴民, 赵广举
退耕还林前后渭河流域土壤保持功能变化
基于InVEST模型的土壤保持模块,定量评估退耕还林前后渭河流域土壤保持功能的变化,并统计不同土地利用类型及坡度下的土壤保持量。结果表明:1)相较于1980年,2020年实际土壤侵蚀量减少1.40亿t,平均土壤侵蚀模数减少1 033.51 t/(km
2
·a),微度侵蚀的比例由60.75%增加至77.43%,土壤保持总量由48.60亿t增加到53.73亿t;2)不同土地利用类型中,草地的土壤保持量最大,占土壤保持总量的40%以上; 而单位面积土壤保持量最大的是林地;3)0~5°的微坡地区土壤保持量最小,单位面积的土壤保持量也最低;＞15°~25°的较陡坡地区土壤保持量最大,占土壤保持总量的1/3以上。退耕还林工程主要通过减少土壤侵蚀量来提高土壤保持功能,随着植被恢复,不同土地利用类型及坡度的土壤保持功能增强。研究结果可为流域植被恢复效果和土壤保持功能的定量评估提供参考。
2024 Vol. 22 (4): 102-108 [
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芦杰丰, 赵庆, 李瑞栋, 王文龙, 娄义宝
植物根系对鄂尔多斯矿区排土场边坡产流产沙特征的影响
为探讨鄂尔多斯矿区排土场边坡不同植物根系对产流产沙特征的影响,采用原位放水冲刷试验研究不同植物根系(须根系、直根系、须根系—直根系混合)排土场边坡面的细沟侵蚀水动力学特征和产流产沙特征。结果表明:1)冲刷过程中不同植物根系小区的径流流速、阻力系数、径流剪切力和径流功率呈现不同的变化趋势,须根系和直根系均使坡面径流流速、径流剪切力和径流功率降低,须根系使阻力系数增大,直根系则相反。2)须根系小区的平均产流率最小;不同植物根系均使坡面产沙率降低,各小区平均产沙率减少51.28%~69.40%。3)根系有效降低土壤剥蚀率,须根系小区的最大减蚀率达71.1%。4)各小区临界径流剪切力和临界径流功率分别为0.04~1.28 N/m/s和0.02~0.25 Pa,2组临界值从大到小排序均为须根系小区、直根系—须根系混合小区、直根系小区和裸地小区。研究结果可为该区排土场边坡水土流失防治提供依据。
2024 Vol. 22 (4): 109-118 [
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达安, 韩海荣, 李华一, 吴会峰, 程小琴
黄土丘陵沟壑区典型人工林植物-凋落物-土壤化学计量特征及互作关系
人工造林是黄土丘陵沟壑区治理水土流失和恢复退化土地的重要措施,而人工林植物-凋落物-土壤化学计量特征是影响植被重建的关键限制因素。以山西省静乐县退耕还林示范区油松纯林、油松+柠条锦鸡儿混交林、华北落叶松纯林和华北落叶松+柠条锦鸡儿混交林为研究对象,分析乔木层各器官(叶、枝、干、根)、凋落物和土壤(土层深度0~30 cm)碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其相互关系,为黄土高原植被重建模式提供科学支撑。结果表明:1)4种人工林乔木C、N、P质量分数变化均呈叶＞枝＞干＞根,华北落叶松+柠条锦鸡儿混交林叶片N质量分数显著增加3.18 g/kg,叶片C∶N和C∶P降低,且区域乔木生长表现出P限制。2)华北落叶松+柠条锦鸡儿混交林凋落物N质量分数显著增加1.35 g/kg,同时凋落物C∶N降低,油松+柠条锦鸡儿混交林凋落物化学计量无显著变化。3)4种人工林土壤C、P质量分数随土层深度增加而减少,其中0~10 cm土层C、P质量分数显著高于其他土层,分别是8.92和0.31 g/kg。华北落叶松+柠条锦鸡儿各土层C质量分数升高,其中0~10 cm土层增加最明显,显著增加49.15%。4)Pearson分析和结构方程模型表明,凋落物层N质量分数直接对土壤层C∶N产生影响,进而影响乔木层养分特征,而乔木层C∶N又正向影响凋落物层。混交可有效改善研究区人工林养分状况,且华北落叶松+柠条锦鸡儿混交林最优,研究结果可为该区植被恢复提供理论依据。
2024 Vol. 22 (4): 119-128 [
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高连炜, 马子澳, 刘春和, 赵莉丽, 王奥, 查同刚
北京低山区典型人工林树干液流对土壤水分胁迫的响应
树干液流在不同土壤水分胁迫下的变化规律和对气象因子的响应机制,是了解树木适应环境变化机制和林分水分循环机制的重要内容。以北京低山区典型造林树种元宝枫、油松为研究对象,采用热扩散探针技术监测树干液流年度变化,探究不同土壤水分条件下树干液流密度变化规律及其驱动因素。结果表明:1)元宝枫和油松树干液流密度均呈现"单峰"型年度变化,2022年存在土壤水分胁迫的时间占全年的76.2%;2)元宝枫和油松树干液流密度均随水分胁迫程度加剧而显著减小(
P
<0.05);土壤相对含水量在水分胁迫时对单位饱和水汽压差的树干液流密度影响显著(
P
<0.05),在无水分胁迫时影响不显著,重度水分胁迫条件下,土壤相对含水量对元宝枫和油松单位饱和水汽压差的树干液流密度的解释率分别为62.2%和54.3%;3)多元逐步回归分析表明,无水分胁迫时,树干液流密度主导因素为气象因子,轻微水分胁迫时,树干液流密度受气象因子和土壤水分共同制约,重度水分胁迫时土壤水分成为唯一主导因素。本研究阐明了北京低山地区典型人工林树干液流对土壤水分条件的响应规律,结果可为该区域人工林抚育管理提供技术指导。
2024 Vol. 22 (4): 129-136 [
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马婷婷
顺应地形梯度的矿山景观生态修复设计——以威海建材开发区华夏城设计为例
矿山开采在引发较多矿山生态环境问题的同时也严重影响了人民的生产生活。如何合理规划矿山景观生态修复模式以保护生态环境和提升社会经济效益是十分重要的问题。以威海华夏城为对象,以矿山迹地地貌为研究基础,提出和搭建矿山景观生态修复的策略与技术框架,开展顺应地形梯度的矿山景观生态修复的设计与实践研究。结果表明:从环境要素设计、结构设计、功能设计3方面建立的矿山景观设计技术框架,在矿山迹地修复设计实践中具有指导意义,使建成后华夏城景区生态优良,实现了生态效益、经济效益和社会效益的共赢,同时在矿山生态环境恢复和绿化景观设计实践中起到了示范性作用。
2024 Vol. 22 (4): 137-145 [
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赵院, 田芷源, 梁音, 赵艳
基于2次全国制图的土壤可蚀性因子变化趋势
2011年第1次全国水利普查水土保持专项普查基于全国各省(区、市)土壤类型图和土种志剖面数据,制作首张全国土壤可蚀性因子分布图(简称2011版
K
值)。为了提高土壤侵蚀评价的准确性和可信度,2022年利用全国土系调查数据和随机森林制图方法对中国土壤可蚀性因子分布图进行更新(简称2022版
K
值)。以全国水蚀区2011版和2022版的土壤可蚀性因子(简称
K
值)为研究对象,分别在流域尺度和不同土壤类型下对
K
值大小及空间分布进行研究。结果表明:2022版全国平均
K
值(0.029 8 t·hm
2
·h/(MJ·mm·hm
2
))略低于2011版
K
值(0.032 3 t·hm
2
·h/(MJ·mm·hm
2
)),说明全国水土流失治理发展状况有向好的趋势。其中栗钙土、暗棕壤、盐碱土等土壤类型
K
值的降低幅度最大,潮土、褐土、黄壤等土壤类型的
K
值则有所升高。
K
值降低主要与退耕还林、土壤改良等政策措施的出台和布设有关,升高则与集约化耕作及坡地侵蚀有关。该结果可为水土流失动态监测及治理成效评价提供科学依据。
2024 Vol. 22 (4): 146-151 [
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张俊彬, 张岩, 李坤衡, 陈昶, 梁彦荣, 杨润泽
基于高分七号立体影像提取松嫩典型黑土区切沟和浅沟的精度分析
沟蚀作为一种极端形式的土地退化现象,对东北黑土区生态安全和粮食安全都构成潜在危险。为探索高分七号立体影像监测东北黑土区沟蚀的适用性,在沟蚀严重的黑龙江省宾县选取典型小流域,以无人机数据为参照,分析使用高分七号提取浅沟和切沟参数的精度。结果表明:1)高分七号解译小流域浅沟数量和密度的误差在50%以上,存在多种情况的误判;而解译切沟线密度和面密度的精度很高,误差分别为1.00%和5.62%。2)基于高分七号影像解译浅沟单沟沟长的平均误差为4.54 m,相对误差在10%以下的浅沟占40.48%,但与无人机测量值在统计上无显著差异,且具有良好的线性关系(
R
2
=0.93)。3)高分七号提取切沟单沟沟长、沟宽和面积的可靠性较高,平均误差分别为2.89%,14.92%和16.02%。切沟平均沟深的平均误差为1.24 m,相对误差24.46%,纵比降误差多在7%左右。切沟体积解译的平均相对误差为69.95%。高分七号切沟单沟二维参数、小流域尺度切沟密度测量方面都具有较高精度,但提取三维切沟参数存有较大误差,难以用于切沟侵蚀量的测量。
2024 Vol. 22 (4): 152-161 [
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祁子寒, 王云琦, 李通, 李克文, 闫相君, 马磊, 王太强, 刘玉芳
缙云山典型林地根系分布对土壤土水特征和渗透性的影响
森林土壤的土-水特征曲线和渗透系数是衡量土体非饱和特性中土壤持水能力和渗透能力的重要方式。为了了解不同林地根系表层土壤土水特征和渗透性,基于经典VG模型,通过土壤变水头渗透试验和离心机试验研究缙云山针阔混交林、常绿阔叶林、毛竹林和灌木林4种林地土土水特征和渗透性,同时建立土壤根系含量影响非饱和渗透系数的归一化数学模型。结果表明:1)毛竹林根系分布最多,且粗根比例较大,针阔混交林和常绿阔叶林各径级的根系分布范围均较广,但是每层数量较少;灌木林每层根系分布均数量较多,且细根分布范围最广;2)针阔混交林、常绿阔叶林、毛竹林和灌木林的表层饱和渗透系数
k
s
分别为7.00、7.04、0.69、3.70 μm/s,4种林地土壤的
k
s
整体呈随深度增加而减小的趋势,毛竹林第一土层与此规律反常;3)4种林地土壤的进气参数值随土层深度整体呈现先增大后降低的趋势,孔径参数则基本随土层深度增大而减小;4)4种林地土壤的饱和渗透系数与根系数量均呈幂函数关系,
R
2
≥0.959 76,考虑根系影响的林地土体非饱和渗透性函数可用归一化数学模型来描述和预测。研究结果可为含根土体水力特性及非饱和土渗流机理的研究提供理论基础。
2024 Vol. 22 (4): 162-170 [
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谭露, 郭红丽, 刘霞, 吴芳, 张雪, 蒙雯婷, 陈建鹏
基于中国水土保持区划的江苏省植被盖度监测点布局
植被盖度是土壤侵蚀监测与评价的重要因子。植被空间分异性是影响植被盖度分布的主要因素。以江苏省为研究区,以全国水土保持区划的三级区为控制单元,采用多源数据空间分析、分层抽样和野外调查相结合的方法,分析植被类型、林种与树种的空间分异性,提出植被盖度监测点布局方案。结果表明:1)鲁中南低山丘陵土壤保持区(Ⅲ-4-2t)、黄泛平原防沙农田防护区(Ⅲ-5-3fn)及淮北平原岗地农田防护保土区(Ⅲ-5-4nt)地带性植被为栎类落叶林;江淮丘陵岗地农田防护保土区(V-1-2nt)、江淮下游平原农田防护水质维护区(V-1-1ns)、沿江丘陵岗地农田防护人居环境维护区(V-1-5nr)以及太湖丘陵平原水质维护人居环境维护区(V-1-4sr)北部地带性植被从含有常绿灌木的落叶阔叶林演变为常绿落叶阔叶混交林;V-1-4sr南部地带性植被为常绿阔叶林;2)研究区用材林占53.45%,其次为防护林和经济林,分别占26.06%和13.10%,各水土保持三级区林种、树种的比例结构差异较大,自北向南用材林和防护林由杨树、侧柏等转变为马尾松、杉木、香樟以及以麻栎、栓皮栎、枫香、青冈等为优势树种的阔叶混交林等,经济林由苹果、梨、板栗、银杏等转变为茶、桃、柑橘等;3)基于水土保持三级区林种与树种的空间分异性,以17个县(区)为抽样区获取96个抽样监测点,通过野外调查确定49个植被盖度监测点,涵盖各区划的主要林种与树种。研究结果可为江苏省开展植被盖度监测提供技术支撑,也可为其他区域布设植被盖度监测点提供借鉴。
2024 Vol. 22 (4): 171-181 [
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刘欣悦, 蔡有柱, 赵丽娟, 程唱, 陈笑, 贺康宁
云杉、白桦人工林地土壤有机碳密度分布特性差异分析——以青海省大通县塔尔沟流域为例
森林是陆地生态系统中最重要的贮碳库,研究林地土壤有机碳密度(SOCD)的空间分布模式及其相关影响因素,对于改善土壤肥力有重要意义,进而促进生态系统的林分稳定性和植被生产力的提高。该研究在塔尔沟流域,对云杉纯林、白桦纯林以及云杉白桦混交林3种典型林型进行了筛选,并运用灰色关联分析法进行研究,分析林地SOCD的空间分布规律及其受到的影响。结果表明:云杉白桦混交林的土壤有机碳密度显著高于白桦纯林(
P
<0.05),而云杉纯林的土壤有机碳密度则最低。此外,垂直剖面上的有机碳密度随着土壤深度的增加而逐渐降低,与植被层因子中的灌草生物量和郁闭度呈显著正相关,而与角尺度呈显著负相关。在这3种不同的林分类型之中,云杉纯林0~20 cm速效磷与SOCD的关联程度最大(关联度为0.92);白桦纯林中,与有机碳密度关联性强的因素有0~20 cm碱解氮、0~40 cm速效磷和平均树高;云杉白桦混交林中,郁闭度与有机碳密度的关联程度最大(关联度为0.95)。云杉白桦混交人工林综合性质最优,更有利于土壤有机碳的储存和积累,对该地区的林分功能提升具有重要的指导意义。
2024 Vol. 22 (4): 182-190 [
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