中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2012年 10卷 4期
刊出日期 2012-08-31
1
李智广, 刘淑珍, 张建国, 张立新
我国冻融侵蚀的调查方法
冻融侵蚀是我国仅次于水蚀和风蚀的第3 大土壤侵蚀类型,也是第1 次全国水利普查水土保持情况普查的土壤侵蚀类型之一,其普查方法的制定和正确运用对普查结果有重要影响。通过介绍冻融侵蚀范围的确定方法和冻融侵蚀强度评价方法,阐述冻融侵蚀分级评价中涉及到的年冻融日循环时间、日均冻融相变水量、年均降水量、坡度、坡向和植被盖度等6 个因子的计算流程、赋值标准和权重,以及普查过程中各个环节的质量控制措施。研究结果对于完善我国冻融侵蚀的调查方法以及科学评价冻融侵蚀的现状、发展趋势和预测预报等具有重要意义。
2012 Vol. 10 (4): 1-5 [
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6
茹豪, 张建军, 黄明, 梁伟
晋西黄土区不同地类土壤抗冲性分析
为了评价植被对土壤抗冲性的影响,以晋西黄土区蔡家川流域刺槐林、油松林、次生林、退耕荒草地、农地、土质路面为研究对象,采用野外实地放水冲刷法,以侵蚀量为指标,研究不同地类土壤的抗冲性,并分析地被物、根系与土壤抗冲性的相关性。结果表明:不同地类的土壤抗冲性为次生林>刺槐林>油松林>退耕荒草地>土质路面>农地;单位面积上枯落物量及其厚度对土壤抗冲性的影响最大;土壤表层根系对土壤抗冲性也具有较大影响,能够有效提高土壤抗冲性的根系结构是0～30 cm 土层中的毛根,其中,影响最大的是表层0～10 cm 的根系,单位体积土壤内的根系越多,土壤抗冲性越强。
2012 Vol. 10 (4): 6-11 [
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12
李明熹, 江泉锋, 林焕轩
莫拉克台风引发台湾南部之降雨与崩塌
为了解2009 年8 月莫拉克台风的强大降雨在台湾南部地区引发严重的崩塌,造成500 多人死亡的灾害情况。采用ArcGIS 判释卫星影像崩塌地,统计分析降雨条件包括降雨强度、累积降雨量、降雨延时及重现期距等,对高屏溪流域在莫拉克台风期间之降雨与崩塌进行探讨。结果表明:1)莫拉克台风的降雨特性为长降雨延时(平均为3.3 d)、高累积降雨量(平均为1 677 mm)及高降雨强度(平均为80.5 mm/ h);2)尾寮山雨量站在48 h 之累积降雨量(2 319 mm)接近台湾降雨量纪录(2 361 mm);3)尾寮山、御油山与溪南雨量站降雨延时在10 ~72 h 之间,降雨强度皆大于尾寮山雨量站200 a 之重现期距;4)风灾后新增崩塌面积及新增崩塌率分别为141.24 km2 及4.92%,当累积降雨量达500 mm 或降雨强度达55 mm/ h 时,崩塌地明显增加,崩塌率随累积降雨量及降雨强度的增加而有上升的趋势。
2012 Vol. 10 (4): 12-15 [
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16
冯磊, 王治国, 孙保平, 张超, 赵岩, 钟晓娟
黄土高原水土保持功能的重要性评价与分区
根据黄土高原生态环境特点和水土流失现状,选择水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙、防灾减灾以及农田防护等水土保持功能进行评价。在此基础上进行黄土高原水土保持功能重要性综合评价,评价结果表明:黄土高原地区水土保持功能均处于中等重要以上;其中极重要地区比例最大,占全区面积的80.03%;中等重要地区较少,占全区面积的19.97%。最后根据6 个单因子功能重要性评价结果,利用ArcGIS 中的空间分析叠加功能,确定黄土高原水土保持功能区划的基本界线,将黄土高原划分为9 个水土保持功能区,并提出黄土高原各区的生态保护方向,促使自然生态系统更有效地支持社会和经济的发展,为改善黄土高原生态环境质量奠定基础。
2012 Vol. 10 (4): 16-21 [
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22
余新晓
小流域综合治理的几个理论问题探讨
水土资源是人类生存和发展过程中不可代替的基础资源,而由土壤侵蚀引发的水土资源流失问题已严重阻碍了我国经济的可持续发展,成为我国的头号环境问题。为此以小流域为单元,开展水土流失综合治理是我国可持续发展的必然选择。经过50 多年的不断探索与发展,小流域综合治理模式成效显著,治理模式已日趋成熟,然而在肯定成果的同时,也面临着不少薄弱环节和突出理论问题亟待解决。为此,主要基于理论角度,从流域土壤侵蚀、流域水文与水资源、流域生态经济、流域生态系统健康、流域环境和流域生态工程等6 方面对小流域综合治理过程中存在的问题加以总结,为小流域综合治理的未来发展提供一定参考。
2012 Vol. 10 (4): 22-29 [
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30
靳婷, 赵文武, 赵明月, 徐海燕
黄土丘陵区缓坡地不同土地利用方式的产流效应
探讨缓坡土地利用方式与水土流失之间的作用机制,对于黄土丘陵沟壑区水土流失治理具有积极意义。利用中国科学院安塞水土保持综合试验站2009—2011 年间小区定位监测数据,探讨缓坡谷子地(F)、柳枝稷地(S)、撂荒地(A)、2/3 谷子1/3 柳枝稷地(FS)、2/3 谷子1/3 撂荒地(FA)5 种土地利用方式的产流效应,结果表明:1)缓坡谷子地(F)的径流量最大,受短历时高强度降雨影响显著;2)7 月是产生径流的敏感时期;3)土地利用方式S、A、FS、FA 与F 相比,具有不同程度的减流效应,减流效应大小顺序为A>S>FA>FS;4)植被覆盖度的增加对减少缓坡产流量起到积极作用,但当降雨量、降雨强度较大时,植被覆盖削减径流的作用会被减弱。
2012 Vol. 10 (4): 30-36 [
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赵娇娜, 徐学选, 李星, 张良德, 宇苗子
长武塬区降雨入渗特征
为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR 监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm 深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm 土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm 土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100 ~200 cm 土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm 深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。
2012 Vol. 10 (4): 37-44 [
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45
党晓宏, 高永, 汪季, 罗凤敏, 高君亮, 刘阳
砒砂岩沟坡沙棘根系分布特征及其对林下土壤的改良作用
沙棘是砒砂岩地区植被恢复的先锋树种,沙棘根系形态不但影响植物本身的生长,还影响其保土效果及改土效果。采用根系追踪法,研究砒砂岩地区同一坡面不同坡位、不同林龄沙棘根系的分布形态,测定沙棘林下土壤的理化性质,以裸坡地作为对照,分析沙棘林对土壤的改良作用。结果表明:1)砒砂岩沟坡沙棘根系在垂直方向上集中分布在0～40 cm 深的土壤中,在水平方向分布可达137 cm。2)沙棘一级侧根的数量与小环境有密切关系,土壤水分条件越好,侧根数量越多,根长越短;沙棘根系的径粗与埋深呈反比,并且与距植株中心距离也呈反比。3)人工沙棘林在砒砂岩沟坡上,其根系分布表现为坡顶根系由于土层薄受到砒砂岩的限制,水平分布较发达,在坡底由于土壤厚度及肥力的充足,沙棘在垂直分布上明显深于坡顶。4)种植沙棘可增加土壤含水量和土壤孔隙度,同时还可以提高土壤中的速效N、P、K 及有机质质量含量。
2012 Vol. 10 (4): 45-50 [
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51
高国军, 路炳军
密云水库上游地区不同土地利用方式面源污染试验
为了更合理地利用土地、减少面源污染,利用密云水库上游石匣坡地径流场不同土地利用试验小区的5 年观测数据,分析不同土地利用方式对面源污染的影响。研究表明:不同土地利用方式多年平均次径流系数差异明显,依次为清耕休闲地>坡耕地玉米>荒草坡>鱼鳞坑刺槐>水平条山楂,多年平均土壤侵蚀量与径流中TP、TN 和CODMn流失量随径流系数的增大而增加,流失量与径流系数呈显著的正相关关系;径流中养分含量与径流系数之间没有显著相关关系。因此,通过增加植被覆盖或改变土地利用方式可大大减轻水土流失及其造成的面源污染。
2012 Vol. 10 (4): 51-54 [
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祁新华, 叶士琳
不同利益主体在水土保持生态建设中的作用机制——以福建长汀县为例
贫困与生态环境之间的关系是多维、复杂、因地而异的,需要翔实数据与典型案例的支撑,更需要全新的视角。传统研究过于强调某一主体的作用,忽略了不同主体综合作用的结果,尤其是忽视了不同主体之间相互作用过程,因此,还不足以全面理解贫困与生态环境之间的复杂关系。以福建长汀县为典型区域,运用利益主体分析框架探讨政府、民众、企业、非政府组织(NGOs)、国际组织等不同利益主体在水土保持生态建设过程中的作用机制。研究结果有助于充分理解不同利益主体的作用机制,并为同类区域制定扶贫战略与资源环境保护政策提供借鉴。
2012 Vol. 10 (4): 55-59 [
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刘丙霞, 邵明安
黄土区退耕草地小尺度土壤水分空间异质性
通过在黄土高原水蚀风蚀交错带选取3 块不同年限退耕草地,进行高密度、高频度样带采样,研究分析在表层土壤干旱和湿润状况下,小尺度表层土壤含水率的空间异质性,并分析改变采样间距对土壤含水率空间异质性的影响。结果表明:小尺度表层土壤水分空间异质性为12 a 退耕草地>20 a 退耕草地>5 a 退耕草地;空间变异强度表现为干旱时为中等变异>湿润时为弱变异;表层土壤水分方差与含水率均值呈正相关,土壤水分方差随含水率均值增大而增大;表层土壤水分空间连续性为12 a 退耕草地>20 a 退耕草地>5 a 退耕草地,且与表层土壤含水率呈负相关;小尺度下改变采样间距,在土壤干旱和湿润时均不改变3 块退耕草地表层土壤水分空间变异程度。
2012 Vol. 10 (4): 60-65 [
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李宏伟, 刘敏, 詹松, 王贞, 王文龙
神府东胜煤田非硬化路面野外降雨试验
神府东胜煤田是世界7 大煤田之一,在开发建设过程中造成了严重的水土流失,其中非硬化路面水土流失是其重要的组成部分。采用野外模拟降雨试验,研究非硬化路面的侵蚀产流、产沙规律以及二者之间的关系。结果表明:非硬化路面的径流含沙量过程曲线包括平缓型、多峰型、单峰型3 种类型,侵蚀速率随时间变化过程可分为快速增长阶段、波动起伏阶段以及稳定阶段;非硬化路面的产流时间随降雨强度的增大呈幂函数减小,随坡度的增大呈先增大后减小的抛物线趋势;径流率随降雨强度的增大而增大,拟合关系式为r =2.596I-0.431;产沙量与径流量之间呈幂函数关系,其关系式为Ms =0.223 9W1.946 2 。研究结果可为矿区水土流失预测和治理提供依据。
2012 Vol. 10 (4): 66-72 [
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73
郭宝妮, 张建军, 王震, 茹豪, 黄明
晋西黄土区刺槐和油松树干液流比较
应用TDP (Thermal Dissipation Probe) 热扩散探针技术,通过对晋西黄土区刺槐和油松进行一个生长季(2010 04—10)的野外实地定位观测,结合同步测定的大气相对湿度、大气温度、太阳总辐射等气象因子,研究刺槐、油松树干液流的日变化及季节变化规律。结果表明:1)刺槐在5 月上旬仅产生微弱液流,日均液流速率小于油松,无明显昼夜变化规律,到5 月下旬,日均液流速率超过油松,并与油松呈现相同的昼夜变化规律,2 树种夜间存在一定的树干液流,液流速率均于09:00 开始快速上升,到12:00 左右达到峰值;2)8 月刺槐日均液流速率均大于油松,2 树种液流速率连日变化规律基本相同,液流速率开始快速上升和达到峰值的时间与5 月基本一致,峰值分别为5 月的1郾79 和1郾49 倍,月平均值分别为5 月的3郾01 和1郾48 倍;3)刺槐、油松树干液流和月耗水量呈现明显的季节性变化规律,耗水旺季集中在6—9 月,4 月达到最小值,7 月达到最大值,在整个生长季(4—10 月),油松林的总耗水量是刺槐林的1郾63 倍。经回归分析可知,影响刺槐、油松液流速率的主要因子均为太阳总辐射。
2012 Vol. 10 (4): 73-79 [
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80
翟鹏辉, 李素艳, 孙向阳, 张冬华, 张涛, 张薇, 程龙
隔盐层对滨海地区盐分动态及国槐生长的影响
以天津市大港区的盐渍土为研究对象,通过大田试验分别在栽植穴底部和侧壁铺设10 cm 厚的陶粒、蛭石和沸石作为隔盐层,研究种植国槐后不同隔盐措施对中度盐碱地的改良效果。通过每月定期测定土壤盐分质量含量及国槐的生长指标,分析不同隔盐措施的降盐效果及对国槐生长状况的影响。结果表明:不同隔盐措施的表层土壤盐分质量含量受当地气候条件的影响发生积盐和脱盐的周期性变化,在此期间出现2 次显著的聚盐高峰期,分别是春末和夏末;3 种隔盐材料都能够降低该地区土壤中的主要盐离子和全盐量,其中以沸石作为隔盐层处理的降盐效果最佳;不同隔盐措施都能够改善国槐生长环境,其中以沸石作为隔盐材料最有利于改善国槐生长环境,可最大程度地促进国槐生长。
2012 Vol. 10 (4): 80-83 [
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江淼华, 谢锦升, 王维明, 黄荣珍, 杨玉盛
闽北不同土地利用方式与不同降雨强度对水土流失的影响
运用径流小区法研究闽北不同土地利用方式与不同降雨强度对水土流失的影响。结果表明:1)不同土地利用方式年均径流量的大小顺序为裸露地>柑橘园>锥栗林>杉木林,年均土壤流失量的大小顺序为裸露地>锥栗林>柑橘园>杉木林;2)降雨强度对土壤流失量的影响高于对径流量的影响,不同土地利用方式的径流量及土壤流失量与各降雨强度指标呈显著性幂函数关系,但各指标的拟合相关程度不同;3)裸露地(对照)土壤流失量与I
10
的相关性最高,锥栗林的土壤流失量与I
30
和I
60
的相关性最好,柑橘园的土壤流失量与I
30
的相关性最好,而杉木林的土壤流失量与降雨强度的相关性极弱;4)裸露地、锥栗林和柑橘园的径流量与I
60
和I
30
的相关性较好,杉木林的径流量与降雨强度的相关性极弱;5)各土地利用方式的径流量和土壤流失量与I
ave
的相关性均很弱。
2012 Vol. 10 (4): 84-89 [
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周明涛, 杨平, 许文年, 肖海
三峡库区消落带植物治理措施
根据三峡库区消落带的水土流失程度及库区水位变化规律,将145 ~152 m、152 ~170 m、170 ~177 m 的消落带分别划为消落带下端、消落带中端与消落带上端,并以三峡库区185 m 观景平台的上游消落带生态治理试点为例,采取植物与工程相结合的治理模式,通过选取植被覆盖率、物种种类、物种多样性、植物生长基质流失量4 类指标,对试验区的生态修复效果状况进行监测分析。结果表明:试验区的植被覆盖率沿消落带梯度方向从上至下在观测期内逐年降低;物种种类因受库水长时间的淹没有所减少,均匀性随高程的不同也呈现较大差异,琢多样性指数在监测期内随时间的增长逐年降低;库岸受库水的长期浸泡以及浪涌的高频繁冲刷是消落带植物生长基质流失的关键因素,造成消落带上下两端植物生长基质流失比中端严重的主要原因为行船所产生的涌浪,且其随时间的增长日趋严重。
2012 Vol. 10 (4): 90-94 [
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高俊, 梁超, 彭贤锋, 许宗文, 赵廷宁, 闫继斌
Topcon 影像全站仪在废弃采石场地形测量中的应用
近年来,废弃矿山生态环境问题越来越受到国家的重视,废弃矿山生态恢复逐渐发展为我国城市生态环境建设的重要内容之一,而区域地形测量则是生态恢复的基础。影像全站仪测量技术作为近年来发展的一种新兴地形测量技术,在废弃采石场地形测量中应用较为广泛。在介绍日本Topcon Corporation 公司生产的影像全站仪测量技术原理的基础上,以实例实现地形测量及后期成图的全过程。实践证明,影像全站仪测量技术具有操作简单、测量速度快、精度高等优点,特别是影像全站仪测量过程中不需要用棱镜进行光线反射,极大地提高了地形测量的效率,同时对测量人员的安全性也有保障,适用于常规测量难以实现的困难立地地形测量。
2012 Vol. 10 (4): 95-99 [
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时圣玉, 李海福, 苏芳莉
河流沉坠式人工生态浮岛固定方式试验
以辽河实际水文资料为基础,在沈阳农业大学水利学院综合试验场内,模拟不同流速水流冲击作用下沉坠式生态浮岛固定方式的稳定特征。结果表明:制作合理的浮岛模型,要始终保持浮岛在水面漂浮,同时减低浮岛在水中的重心;根据不同水流情况,应适当调整浮岛之间的距离,以免发生浮岛相互碰撞,水流速度越大,浮岛之间的距离就越大。研究结果对辽河生态浮岛的布设有着重要的意义。
2012 Vol. 10 (4): 100-103 [
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王会利, 蒋燚, 曹继钊, 曾辉, 梁燕芳, 吴海潮, 刘德杰
桉树复合经营模式的水土保持效益分析
运用径流场观测方法,对桉树牧草、桉树农作物和桉树药材3 种复合经营模式的地表径流量和土壤侵蚀量进行定位观测,筛选出水土保持效益好的复合经营模式,为桉树人工林的可持续经营提供参考依据。研究结果表明:桉树间作牧草、农作物和药材后,地表径流量分别降低了21.07% ~ 31.02%、33.91% ~ 38.71% 和1.51% ~67.12%;土壤侵蚀量受人为干扰影响较大,但种植2 年后,桉树3 种复合经营模式均未产生土壤侵蚀;桉树+木薯复合经营模式的地表径流量和土壤侵蚀量降幅最明显,初步认定桉树+木薯复合经营模式水土保持效益较好,是比较适宜的种植模式。
2012 Vol. 10 (4): 104-107 [
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李冬林, 张文豹, 金雅琴, 周军
京杭运河淮安段天然芦苇群落的消风减噪效应
植物群落是河岸带湿地的重要组成部分,对河流护坡生态系统的改善发挥着重要作用。通过实地调查和测定研究京杭运河淮安段天然芦苇群落对风速、噪音的影响。结果表明:与无植物对照地相比,有芦苇分布的背风面风速变小,噪音降低,其日变化也呈现一定变异。不同芦苇群落由于宽度及密度等结构特征的差异其作用强度明显不同。密集芦苇群落和中密芦苇群落的消风减噪效应明显好于稀疏芦苇群落,日平均消风率分别为63.95% 和66.25%;日平均减噪率分别为9.81%和6.13%。气流与声波穿越苇群后,在苇群内部形成明显的低风弱噪区,但越过苇群后二者呈现不同的变化曲线。通过苇群的风速变化拟合方程为:y
1
= -0.000 5x
3
+0.033 6x
2
-0.542 8x+2.741 6(R
2
=0.821 6);通过苇群声级变化的拟合方程为:y
2
= -0.001 2x
3
+0.080 6x
2
-1.536 2x+65.09(R
2
= 0.8452)。芦苇群落对航道行船具有明显的抵风消浪与消音降噪功能,是一种值得保护和应用的河岸带生态护坡模式。
2012 Vol. 10 (4): 108-112 [
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113
刘星飞, 原立峰, 吴淑芳, 霍云云
不同空间尺度下的土壤侵蚀元胞自动机建模评述
土壤侵蚀系统是一个典型的非线性动力系统,系统内部的侵蚀发育演化过程十分复杂,为了对该过程进行精确的模拟和预测,需要发展有效的技术和方法。元胞自动机(cellular automata,CA)是一种具有时空特征的离散动力学模型,采用“自下而上”的构模方式,对于模拟和分析具有空间特征的土壤侵蚀系统具有先天优势。由于空间尺度变化所引起的土壤侵蚀因子对侵蚀产沙过程的影响不同,CA 模型在坡面尺度下主要针对细沟侵蚀和土壤颗粒的变化,在小流域尺度下涉及到更多的元胞状态和更加完整的侵蚀过程,在大区域尺度下重点研究气候和地貌之间的相互作用。不同空间尺度建立的CA 模型没有确定的转换规则,模型通用性较低,今后需要在三维可视化、智能化等方面深入研究CA 模型在土壤侵蚀领域的应用。
2012 Vol. 10 (4): 113-120 [
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