中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2023年 21卷 4期
刊出日期 2023-08-30
1
凤紫棋, 孙文义, 穆兴民, 高鹏, 赵广举
黄土高塬沟壑区植被恢复方式对小流域土壤水分的影响
研究植被自然恢复和人工造林不同恢复方式下的土壤水分特性，对于揭示退耕还林（草）的长期水土保持生态效应具有重要的科学价值。本文基于黄土高塬沟壑区西峰水土保持科学试验站长达60多年的董庄沟（自然恢复草地）和杨家沟（人工造林）对比小流域，分析对比小流域土壤理化性质及土壤体积含水率的差异，阐明特定气候条件下植被自然恢复和人工造林2种不同植被恢复方式下流域的土壤持水能力。结果表明：1）人工造林植被恢复方式下杨家沟小流域0~100 cm的土壤密度和土壤孔隙度分别是植被自然恢复的董庄沟的91.9%和1.1倍，土壤有机质质量分数和阳离子交换量分别高于董庄沟21.4%和22.6%，表层土壤理化性质未表现出差异性，不同植被恢复方式对持水能力的影响更多表现在深层土壤；2）相同降雨条件下，董庄沟0~80 cm土层土壤体积含水率较降雨前平均增加8.85%，总量蓄水增加71.7 mm；杨家沟0~80 cm平均增加12.74%，总量蓄水增加102.1 mm；3）董庄沟土壤体积含水率对降雨事件响应迅速，而杨家沟土壤水分随土层深度增加滞后现象明显。黄土高塬沟壑区西峰水土保持试验站经过60多年长期的植被恢复后，人工造林的杨家沟土壤持水能力要优于植被自然恢复的董庄沟。
2023 Vol. 21 (4): 1-10 [
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11
汪立韬, 肖辉杰, 辛智鸣, 贾肖肖, 杨玉丽
乌兰布和沙漠绿洲区典型农田防护林带风速流场数值模拟
研究不同结构配置林带前后流场分布和防护效应的差异，能够揭示林带的防风机理，为林带配置优化提供科学依据。以乌兰布和沙漠绿洲区4种配置林带（0.8
H
宽度林带、0.2
H
宽度林带、乔灌混交林带和无灌木对比林带，
H
代表林带高度）。对研究对象进行数值模拟，分析不同林带结构配置对林带风速流场特征、不同高度处的水平风速以及防护距离的影响。结果表明：气流在经过4条林带时均产生不同的速度分区，其中下部气流加速区和带后回流区受林带配置结构影响较大；在近地面0.1
H
高度处，0.8
H
宽度林带相较于0.2
H
宽度林带在带后1
H
范围内风速降低90.8%，带后回流强度增加55.2%，林带总体有效防护距离分别为17.8
H
和15.5
H
；乔灌混交林带相较于无灌木林带，带后1
H
范围内风速降低122.4%，回流强度增加15.9%，林带有效防护距离分别为21.5
H
和23.7
H
，对比无灌木林带减少2.2
H
。总之，较宽林带和乔灌混交林带能很好地改善林带后缘风速，抑制近地面气流加速作用，但也增强带后回流，缩短了林带有效防护距离，因此在林带配置中应根据不同位置合理规划。
2023 Vol. 21 (4): 11-19 [
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20
田昕, 赵勇钢, 刘啟霞, 杨璐, 刘小芳
黄土丘陵区长期种植柠条坡地土壤饱和导水率及其影响因素
在坡面进行人工灌木种植，是黄土丘陵区控制水土流失、恢复脆弱生态系统的重要举措，但其对土壤饱和导水率（
K
s
）的影响仍不明确。以黄土丘陵区带状种植3个不同年限的柠条坡地和对照荒草地为研究对象，研究5个坡位0~100 cm土层
K
s
变化特征及其主要的土壤影响因子，并利用土壤传递函数进行模拟分析。坡地
K
s
变化范围为6.81~60.77 mm/h，柠条种植年限和坡位对其有显著影响（
P
<0.05）。随柠条种植年限的增加，0~40 cm土层的
K
s
先升后降，40~100 cm土层的
K
s
则持续增加。坡下
K
s
最高，坡顶和坡中次之，坡肩和坡上最低。选取的6个土壤传递函数模型模拟结果表明：除考虑土层深度的Wösten模型拟合相对较好外，其他模型预测值均小于实测值。通径分析得到有机碳、饱和含水量和土壤密度等是影响坡面
K
s
的关键土壤因子，据此构建的土壤传递函数模型可以更准确地预测
K
s
变化。综上，坡地长期种植柠条总体可以提高
K
s
，但这种改变受柠条种植年限和坡位的共同影响。
2023 Vol. 21 (4): 20-27 [
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28
李月, 罗红芬
基于InVEST模型的黔中普定县域生态系统碳储量时空变化
为阐明近50 a来贵州普定县域生态系统碳储量时空变化规律及土地利用变化对碳储量的影响，基于InVEST模型和ArcGIS技术，借助土地利用转移矩阵，估算分析普定县1973—2020年碳储量及空间分布特征，探讨土地利用变化对碳储量时空分布的影响。结果表明：1）普定县陆地生态系统1973、1989、2003、2010和2020年碳储量分别为1 586.8万、1 419.6万、1 502.2万、1 583.4万和1 652.9万t，总体呈增加趋势。2）普定县东北、西南部碳储量显著增加，中南部明显减少，其中2010—2020碳损失最为显著。3）旱地、草地、水田和其他林地转为灌木林地，旱地、草地和其他林地转为有林地，以及旱地转为水田等土地利用转移情况是碳储量增加的主要原因。普定县生态系统碳储量整体上升，空间上表现出东北、西南部固碳能力提高，中南部下降。未来应着重关注普定县中南部区的碳储存能力，以提升区域生态系统质量及水土保持功能。
2023 Vol. 21 (4): 28-35 [
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36
董凌, 刘惠英, 田浪屿
赣江上游桃江流域水沙变化及驱动因素
为揭示近年来赣江上游输沙量急剧减少的影响因素及其贡献率，以赣江上游桃江流域为例，采用流域内13个雨量站1958—2018年降水数据计算得出面雨量和流域控制站居龙滩站同期径流、输沙数据，结合趋势分析、突变检验等方法，对桃江流域61 a水沙变化特征进行分析，并采用累积量斜率变化率比较法计算气候因子和人类活动在各个时段对流域水沙变化的相对贡献率。结果表明：桃江流域多年平均降水量、径流量和输沙量分别为1 565.5 mm、60.36亿m
3
和112.5万t；流域61 a降雨和径流无显著变化趋势和突变点，但降雨、径流在1972和1985年有明显波动；年输沙量存在显著减少趋势（
α
<0.01），在2002年发生突变（
P
<0.001）；若以人类活动相对较弱的1958—1972年为基准期，计算得到1973—1985、1986—2002和2003—2018年人类活动对流域输沙量减少的贡献率分别为79.14%、92.05%和100%；以水库建设为代表的水利工程和水土保持措施等人类活动是赣江上游桃江流域输沙量减少的主导因素。研究对于评价水利工程等人类活动对流域水沙的影响具有参考价值，可为流域实施水土保持措施提供科学依据。
2023 Vol. 21 (4): 36-45 [
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46
张露, 魏静, 孙增慧, 范鸿建
风沙土整治区不同林地覆被对土壤特性的影响
为了了解风沙土整治区不同林地覆被下的土壤特性，为沙地整治后的林木选种提供决策依据，在砒砂岩整治风沙土的工程项目中，按整治后5、10和15 a的年限分别采集表层（0~20 cm）土样，测定其土壤密度、含水量、有机质和碳酸钙。结果表明，在风沙土整治区，不同林地下土壤密度和碳酸钙的大小为：天然荒草地>柠条>沙棘，其中，沙棘的土壤密度比柠条小3.10%，比荒草地小10.04%；沙棘的土壤碳酸钙质量分数比柠条小13.82%，比荒草地小37.66%。不同林地下土壤含水量和有机质质量分数大小为：沙棘>柠条>天然荒草地。其中，沙棘的土壤含水量比柠条大21.71%，比荒草地大96.68%；沙棘的土壤有机质质量分数比柠条大9.48%，比荒草地的大55.64%。随着整治后林木种植年限的增加，其土壤密度和有机质质量分数均增加，土壤含水量以整治后10 a的最大，而土壤碳酸钙质量分数随整治年限的增加而降低。综上，林木的种植对砒砂岩整治风沙土后的土壤结构状况有所改善，其中又以种植沙棘为宜。
2023 Vol. 21 (4): 46-52 [
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53
刘云洁, 郭聪聪, 姚丽芳, 马长明
生长季臭椿径向变化特征及驱动因子
揭示河北省生长季臭椿径向变化特征及驱动因子，对提高该地区林木不同时期水分利用效率和林木合理经营具有重要意义。利用树干径向变化记录仪连续监测臭椿生长季树干直径变化动态，同步监测树干液流与小气象因子，研究月尺度、日尺度臭椿树干直径的变化特征，分析其与树干液流及小气象因子的协同变化关系。结果表明：1）5—9月臭椿树干直径的增长量为3 246.856 μm，生长主要集中在5月初至7月中旬，树干直径的日变化呈现周期性收缩与膨胀的变化规律，日最大变化量范围为6月>5月>7月>8月>9月；2）树干直径变化与树干液流呈现负相关关系（
P
<0.01），且滞后于树干液流变化；3）树干直径变化与太阳辐射、空气温湿度和饱和水汽压差呈显著相关关系（
P
<0.01），也存在时滞效应；4）在降雨天气下，树干直径的日变化幅度小，但雨天后树干直径明显增加。生长季臭椿不同月份树干直径增长量和变化特征存在差异，树干液流、气象因子和降雨是树干直径变化的主要驱动因子。
2023 Vol. 21 (4): 53-59 [
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60
张婷, 刘士余, 盛菲, 王艳艳, 余敏琪, 卢静媛
章水流域输沙变化对水文气象因素的响应
输沙是流域关键水文要素之一，深入探究其变化特征及影响因素，对流域水土流失综合治理具有重要意义。以赣江上游章水流域为研究区，基于1961—2018年的实测水文气象数据，采用Mann-Kendall检验、小波分析等方法分析输沙变化特征，通过逐步回归分析法筛选出输沙变化的显著性影响因素，利用通径分析量化各因素对输沙的直接、间接和综合影响。结果表明：1）输沙量年内分配不均匀，呈单峰型分布，主要集中在4—6月；年际上，输沙量呈极显著下降趋势（
P
<0.01）；周期变化上，主要存在3~7、11~19和21~30 a这3种时间尺度的变化周期，第1主周期为16 a；2）输沙量减少的显著性影响因素为径流量、风速和气温，三者的贡献率分别为52.5%、28.8%和-18.7%；3）径流量、风速和气温对输沙减少的直接影响排序为径流量>风速>气温，间接影响排序为风速>径流量>气温，综合影响排序为径流量>气温>风速。研究成果可为流域水沙调控、水土流失综合治理奠定理论基础。
2023 Vol. 21 (4): 60-68 [
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孟泽坤, 王彬, Daniel Moriasi
次降雨时空分布对流域产流产沙的影响
降雨时空变异性对流域产流产沙过程具有重要影响。选取数据完整性较好、分辨率较高的美国俄克拉荷马州柯尔堡（Fort Cobb）流域为研究对象，基于高时空分辨率次降雨空间分布及移动特征的量化分析，探究降雨雨型、降雨强度、时空变异等对流域产流产沙过程的影响。结果表明：依据降雨特征（降雨量、降雨历时，30 min最大降雨强度）可将Fort Cobb流域的雨型划分为4类（A型、B型、C型和D型），其中，降雨量和30 min最大降雨强度较小的A型、B型降雨最为常见；C型降雨的30 min最大降雨强度最大，是造成该流域水土流失的主要类型。对于4种雨型，流域产流量与降雨量，产沙量与次降雨侵蚀力皆呈显著正相关关系（
P
<0.05）；单位降雨量导致的流域产流量表现为C型>A型>D型>B型；相同次降雨侵蚀力条件下，不同雨型导致的流域产沙量则表现为D型>B型>A型>C型。流域降雨量空间分布呈现由东南向西北减少的趋势，集中分布在流域东部的降雨量占总降雨量38.96%。降雨移动特征分析表明，流域内向下游移动和顺时针移动的降雨场次最多，发生频次为51.16%，2类降雨量占总量的57.94%，其导致的流域产流量占总量的81.61%，产沙量占总量的84.84%。降雨过程相似时，次降雨移动特征对流域产流产沙作用存在明显差异。降雨由上游至下游移动，流域水文响应速度慢，流量、含沙量峰值高；而降雨由下游至上游移动，流域水文响应速度快，且流量、含沙量峰值较低。
2023 Vol. 21 (4): 69-78 [
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79
谢杨阳, 刘旭阳, 金强, 黄佳芳, 黑杰, 林少颖, 黄庄, 候宁, 王维奇
福州东湖湿地不同生境土壤碳氮磷及其生态化学计量比特征
为了揭示湿地不同生境下土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及其生态化学计量学特征，以福州市滨海地区东湖湿地裸滩、废弃养殖塘、芦苇湿地和防护林生境为研究对象，进行测定与分析。研究结果表明：1）土壤C和N质量分数基本表现为防护林>芦苇湿地>废弃养殖塘>裸滩（
P
<0.05），防护林土壤C和N质量分数最高，分别为13.99和1.47 g/kg。而土壤P质量分数基本表现为防护林>废弃养殖塘>裸滩>芦苇湿地（
P
<0.05），防护林的土壤P质量分数最高，为0.33 g/kg；2）不同生境土壤C与N之间回归拟合程度较高（
R
=0.98，
P
<0.05），但N与P、C与P的拟合程度相对较低；3）土壤C/N表现为芦苇湿地>防护林>废弃养殖塘>裸滩，C/P、N/P表现为芦苇湿地>防护林>裸滩>废弃养殖塘（
P
<0.05）。4）土壤环境因子对C、N和P及其计量比存在一定的影响，其中土壤C与密度（
R
=-0.45，
P
<0.05）呈显著负相关，土壤P与密度（
R
=0.64，
P
<0.01）和pH （
R
=0.67，
P
<0.01）呈极显著正相关与含水量（
R
=-0.73，
P
<0.01）呈极显著负相关；土壤C/N与密度（
R
=-0.45，
P
<0.05）和电导率（
R
=-0.52，
P
<0.05）显著负相关；土壤N/P与含水量（
R
=0.82，
P
<0.01）呈极显著正相关，与密度（
R
=-0.88，
P
<0.01）、pH （
R
=-0.66，
P
<0.01）呈极显著负相关。研究结果对明晰湿地不同生境土壤C、N和P及其生态化学计量比差异与调控因素具有重要意义，可为湿地生态系统的保护和恢复提供科学依据。
2023 Vol. 21 (4): 79-90 [
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秦建淼, 杨志, 程金花
多时间尺度下卫宁灌域水沙变化特征
卫宁灌域位处黄河与清水河交汇处，是宁夏境内得天独厚的灌溉流域。目前国内对流域内的水沙研究较少。阐明卫宁灌域的水沙变化规律及原因，可为流域水土保持及后续灌溉等地区决策提供更加有利的支撑。本文收集了卫宁灌域内泉眼山水文站水沙资料，利用累计距平法、M-K检验与小波分析，对卫宁灌域1989—2019年的水沙变化特征进行分析。结果显示：1）研究区的水沙距平值在2012年前变化较为一致，而在2012年后水沙趋势产生分化，最终导致径流整体趋势略微增加而泥沙整体趋势显著减少；2）31 a间年径流量的周期变化呈现出嵌套结构，在大的周期（15 a）内有若干小周期（9 a、6 a）控制，而年泥沙量的周期唯一（6 a）；3）31 a间年径流量未发生显著的突变事件，而年泥沙量则有1次突变事件，突变时间为2005年前。
2023 Vol. 21 (4): 91-99 [
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林娜, 潘鹏, 王斌, 张迪, 冯珊珊, 潘建平
基于Stacking集成学习的土壤侵蚀速率计算与主导因子分析——以三峡库区奉节县为例
土壤侵蚀速率的计算是水土保持工作的关键之一。为提高计算精度，引入Stacking集成方法，利用其能充分融合不同机器学习模型的特点，获取高精度的土壤侵蚀速率空间分布数据并分析影响研究区土壤侵蚀速率的主导因子。基于重庆市奉节县三峡库区2018年降雨量、遥感影像等数据构建特征集，以奉节县土壤侵蚀速率真实数据作为基准，通过训练不同机器学习模型，使用精度评价指标和多样性度量来建立最优的基学习器和元学习器组合，构建Stacking模型并获取土壤侵蚀速率空间分布图，然后针对土壤侵蚀速率分布规律对其主导因子进行边际依赖性分析。结果表明：1）以轻型梯度提升机、随机森林为基学习器，线性回归器为元学习器的Stacking集成模型效果最优，平均绝对误差、均方根误差和决定系数的表现分别为252.48 t/（km
2
·a）、537.78 t/（km
2
·a）和0.868 7；2）高程、降雨量、植被覆盖、坡度、距道路距离和距水源距离对奉节县土壤侵蚀速率影响程度排序位于前6，重要性所占比例均超过9%；3）在高程200~520 m，年总降雨量高于1 250 mm，NDVI为0.24~0.27，坡度在26°~35°之间，距道路距离0~220 m，距水源地距离63~387 m的地区土壤侵蚀速率较高。综上，构建的Stacking模型能够有效融合不同模型优势，提升预测土壤侵蚀速率的精度；奉节县土壤侵蚀速率受多方面因素综合影响，总体上与高程、植被覆盖程度之间呈正相关关系，与降雨量、坡度之间呈负相关关系，较高速率的土壤侵蚀倾向于发生在降雨充沛、植被覆盖度低、距道路及水源较近的低海拔陡峭区域。
2023 Vol. 21 (4): 100-112 [
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113
李鑫, 施明明, 曹龙熹, 陈果, 王云, 姚连福
藏东南工程扰动小流域泥沙来源的复合指纹解析
工程建设在推动社会发展的同时也易导致严重的水土流失和流域环境问题。为明确工程扰动土壤侵蚀对流域水环境的影响范围和程度，选取西藏米林县派镇附近的公路建设扰动小流域，测定流域内潜在侵蚀源地和河道沉积泥沙的18种物化指标，使用复合指纹识别技术解析各侵蚀源地的泥沙贡献率及其空间分异特征。结果表明：流域内3类主要侵蚀源地的平均泥沙贡献率表现为道路及边坡（61.61%）>渣场（21.15%）>自然林草地（17.24%），说明工程扰动土壤侵蚀是河流沉积泥沙的主要来源。不同工程扰动类型泥沙贡献率的空间分异特征表现出集中分布的渣场泥沙贡献率沿沟道向下游呈线性衰减趋势，在本研究条件下的有效影响距离约为2 800 m；与河流平行分布的道路边坡全程均产生泥沙贡献，其中在距道路约220 m范围内的影响最为显著，随着路河距离增大其泥沙贡献率呈指数函数衰减趋势。该研究成果可用于辅助预测工程扰动泥沙影响范围和贡献率，为研究区工程规划和修复措施布设等实践工作提供参考。
2023 Vol. 21 (4): 113-122 [
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靳新红
利用奥维地图开展水土保持监测工作的方法
随着国家对水土保持监管工作的加强，需要应用新的技术手段提高水土保持监测的效率和精度，来满足新时期行业主管部门对该项工作的要求。利用奥维地图、CAD、ArcGIS软件和加载奥维地图的移动终端开展生产建设项目水土保持监测，其便捷之处在于：项目区水土流失本底值调查中可快速定位监测点位，施工期可提前判定施工过程中易发生水土流失的区域，日常水土保持监测工作中可有序记录监测数据，制作扰动地表面积专题图件，计算监测范围内的土壤流失量。行业主管部门通过上报的监测数据，可实时查看管辖范围内建设项目的水土流失现状，提前部署水土流失危害事件应急响应措施，核查建设单位水土保持措施落实情况等。借助该方法可逐步实现多种专题的"一张图"管理，减少水土流失，达到水土保持监测数据共享化、主管部门监管方式多元化、群众参与渠道开放化的目的。奥维地图的部分功能需要用户支付费用，且地图的地理要素属性数据统计汇总和叠加分析功能较弱，建议进行优化。
2023 Vol. 21 (4): 123-131 [
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132
张玉波, 邹国富, 杨继清, 孙熙宁, 李欣怡, 魏庆喜, 雷平, 李博林
高寒岩质边坡生态修复基材制备及植生性能试验
矿产资源的开发形成大量的岩质边坡，水土流失严重，导致矿山地质灾害等一系列生态环境灾难。为制备植物生长性能良好、水土保持能力强且适合高寒地区岩质陡边坡生态修复的生态基材，采用小车边坡模拟试验、多因素正交试验以及高寒山区基地试验，制备不同配比组成的生态护坡基材。为更加符合现场施工过程将基材分为结构层和面层分别开展植生性能研究，通过综合种子的发芽率、植物生长高度评价基材植生性能。极差分析发现：当基材结构层中陶粒和核桃壳颗粒各取7.50 g、谷壳和稻草节分别取2.50 g和1.25 g、聚苯乙烯泡沫颗粒（EPS）取0.10 g、土壤改良高次团粒剂（PAM）取1.50 g、保水剂取0.50 g时，基材结构层的植生性能最优；当稻草节取2.50 g、谷壳取7.50 g、EPS取0.30 g、PAM取0.40 g、保水剂取0.20 g时，基材面层的植生性能最优。该结果可为高寒、海拔矿山岩质陡边坡的生态修复及水土保持，提供一种制备工艺简单、植物生长性能优异、水土保持能力强的生态护坡基材，为滇西北高寒岩质边坡的生态环境恢复提供技术支撑。
2023 Vol. 21 (4): 132-143 [
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姜德文
长三角珠三角新时代水土保持创新引领
中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加强新时代水土保持工作的意见》后，各省、各行业都在制订实施方案。作为中国改革发展引领区的长三角、珠三角，应以更高站位，前瞻谋划，作引领示范。区域水土保持目标要由量变到全面提升水土保持功能和生态产品供给能力的质变。要以河网水系为重点，维护和提升生态系统良好功能，创新城市水土保持；以人为水土流失严格管控为重点，促进经济高质量发展与生态环境高水平保护；以提质增效为重点，推进乡村振兴与共同富裕；以水土保持生态价值与碳汇能力提升为重点，服务新时代生态文明建设；以提升管理能力及水平为重点，加快推进治理体系和治理能力现代化。要创新体制机制，推进智慧水土保持，创建现代化社会服务与管理体系，创建更加开放、高效的国际一流营商环境，高效服务社会；创新建设单位自我约束的守信机制，以高等级的水土保持信用水平，从源头减少违规行为及水土流失；创新大数据、互联网、云计算、人工智能、区块链、物联网在水土保持管理的智慧应用，全面提升工作效能；创新社会文明进步机制，全面提升水土保持生态保护认知水平，全社会共建共享。
2023 Vol. 21 (4): 144-149 [
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150
彭旭东, 戴全厚
西南石漠化区地表侵蚀/地下漏失的侵蚀环境特征
西南喀斯特区具有独特的地表-地下双重侵蚀环境系统，而基岩明显出露的石漠化区露石与土壤的镶嵌分布塑造该区最复杂的侵蚀环境系统，其侵蚀环境组成和作用特点具有自身独特性，但目前尚缺乏系统认识。以贵州石漠化区的野外调查、定位试验和室内分析等前期研究成果为主线，深入分析和总结地表侵蚀/地下漏失的双重侵蚀环境组成、侵蚀对象、侵蚀方式、侵蚀动力因子及作用特点。结果表明：石漠化区侵蚀环境具有典型的脆弱性、复杂性及速变性；在组成上，侵蚀动力包括水力（降雨、岩面流、地表径流）、重力、风力、人为因素以及岩溶作用和石漠化等营力因子；侵蚀对象包括土壤、腐殖质、岩石及岩石风化物等；侵蚀界面包括地表和地下、水-土-岩-气-生等多界面；地表侵蚀多以水力侵蚀形式发生，而地下漏失呈叠加水力侵蚀、重力侵蚀和化学溶蚀的复合侵蚀类型；提出石漠化区土壤侵蚀研究应关注的重点问题和建议。研究有助于深化对石漠化区土壤侵蚀环境的认识，为该区地表侵蚀/地下漏失的研究提供理论参考。
2023 Vol. 21 (4): 150-158 [
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