土壤可蚀性 K 值是土壤侵蚀模型的必要参数,研究花岗岩崩岗区土壤可蚀性 K 值有助于宏观判断和定量分析崩岗区土壤侵蚀的空间变化特征。 采集湖北通城花岗岩典型崩岗淋溶层、淀积层、母质层土壤,运用5种土壤可 蚀性 K 值估算方法分析各层土壤可蚀性差异,通过室内人工模拟降雨实验验证花岗岩风化土可蚀性 K 值的有效性及5种估算方法的灵敏度。 结果表明:花岗岩风化土的各层土壤可蚀性差异显著,母质层平均 K 值最大,是淋溶层的1.20倍,淀积层的1.03倍,且各层土壤的稳定含沙率和各粒径流失量差异显著;诺莫法估算的各层土壤的可蚀性 K 值与40min每层土的稳定含沙率之比最接近,诺莫法估算各层土壤可蚀性 K 值的灵敏度最高,为修正诺莫的 1.5倍,EPIC模型法的6倍。 因此,针对南方花岗岩风化土可采用诺莫法准确评价土壤可蚀性 K 值。 通过估算崩岗不同层次土壤的可蚀性 K 值及其空间变化特征,对针对性地研究崩岗形成机制及其治理具有一定指导意义。

为了深入理解侵蚀影响下的碳排放机制,本文以黄土丘陵区不同有机碳背景的水蚀坡面土壤为研究对象,采用3因素(土壤有机碳水平、温度和土壤含水量)4水平的正交试验设计,通过对坡面不同部位土壤的室内矿化培 养实验,分析水蚀坡面土壤有机碳矿化特征,并模拟土壤有机碳矿化动态。 结果表明:土壤有机碳质量分数是影响水蚀坡面有机碳矿化的主要因素,不同有机碳背景下,水蚀坡面表现出不同有机碳矿化特征。 当土壤有机碳水平 较低时,坡面侵蚀促进了沉积区土壤有机碳矿化;当土壤有机碳水平较高时,沉积区土壤有机碳矿化受到抑制。 一 级动力学方程较好的描述土壤有机碳矿化累积动态(R>0.98),有机碳矿化潜力(C_p 值)能综合反映土壤有机碳水平、温度和含水量对有机碳矿化的影响。 通过 C _p 值修正,得到的土壤有机碳矿化多因素方程拟合度较高(R² > 0.95),能够很好地拟合不同有机碳水平下土壤有机碳矿化动态。

切沟是黄土高原常见的地貌形态,是流域产沙的主要来源,而植被常被看作抑制切沟发育的关键因子,为探究退耕还林(草)工程以来切沟发育速率的特征,本研究使用吴起研究区间隔6年的2期同时相QuickBird影像和 分辨率为5m的DEM,应用GIS技术分析研究区内的切沟发育速率及其影响因子。 结果表明:2007—2013年研究 区内小流域的年均切沟面积变化比例均<0.5%,其中无淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例为0.13%,淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例为0.12%;相关分析表明:在该研究区内沟间地的植被覆盖度是影响切沟发育的 最主要影响因子;通过对30个无淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例和植被覆盖度做非线性回归(R² =0.713) 可得,当植被覆盖度>0.6时,其抑制切沟发育的效果最明显;方差分析表明:其他影响因子值(植被覆盖度和地貌 因子)相近的条件下,有无淤地坝的6组小流域切沟发育速率无显著差异。 总之,沟间地植被覆盖度是影响切沟发育的主要影响因子,而淤地坝对发育在沟缘线上的切沟无显著影响,促进植被恢复有利于抑制切沟发育。

为探明飞播马尾松林不同林下植被类型对枯落物及土壤水文效应的影响,按林下植被优势(分芒萁类、禾本类及灌木类3种类型)设置典型样地,对其枯落物持水性能及土壤蓄水能力进行比较分析。 结果表明:3种类型的 枯落物现存总蓄积量为0.65~3.57t/hm2;其中,灌木类总蓄积量>芒萁类>禾本类。 3 种类型枯落物自然含水率、最大持水率、最大拦蓄率及有效拦蓄率范围分别为 15.50% ~29.74%、167.70% ~218.25%、139.00% ~ 199.66%和113.85%~167.39%;枯落物自然含水量、最大持水量、最大拦蓄量及有效拦蓄量均表现为灌木类>芒 萁类>禾本类,除半分解层自然含水量以外,其他持水量指标均表现为灌木类显著高于其他2种类型。 0~20cm 土层的饱和蓄水量、非毛管持水总量以及毛管持水总量均以芒萁类最高,分别为865.95、138.96和726.99t/hm²; 其中,芒萁类在0~20cm土层,非毛管持水总量显著高于其他2种类型,而0~10cm土层饱和蓄水量显著高于禾本类。 综合分析表明:灌木类枯落物的水文效应显著高于禾本类和芒萁类,而芒萁类土壤层水文效应明显优于灌木类和禾本类,这是由于土壤层饱和蓄水量及有效蓄水量分别占林地表层(枯落物层和0~20cm土壤层)的99% 和94%以上,总体上芒萁类林地表层水文效应明显优于灌木类和禾本类。

砒砂岩区的产沙量是以非径流的冻融风化侵蚀为主形成的,冻融循环作为一种特殊的强风化作用,其对砒砂岩进行结构性的破坏。为揭示砒砂岩冻融破坏机制,使用LDMD-A三温冻融循环试验仪,以内蒙古自治区鄂尔多斯准格尔旗红色砒砂岩为研究对象,模拟自然条件进行单向冻融,研究分析冻融次数及含水率对原状砒砂岩冻融循环的影响规律。 结果表明:冻融循环过程可以很清晰地反映砒砂岩在冻结和融化过程中,其固相、液相相互转化时内部热量的变化,以及砒砂岩冻结、融化过程的体积变化;在冻结过程中,砒砂岩冻胀率与含水率、冻融次数密切相关,含水率对冻胀率影响更显著。 当含水率为8.56%和10.27%时,冻胀率随冻融次数增加而增大;但含水率为8.56%时,冻胀量很小,当含水率>10.27%时,发生冻胀明显,试样冻胀量会随冻融次数增加而增大;当含水率逸11.53%时,冻融循环>6次,冻胀率趋于平缓。 其结果揭示了不同因素下,砒砂岩冻融循环变形规律,为砒砂岩冻融侵蚀机理的深入研究提供参考。

量化坡面钙质结核分布,有助于深化对黄土高原水蚀风蚀交错带特定土壤类型(含钙质结核土壤)中水土过 程的认识。 本研究通过对坡面不同部位的表层土壤(0~20cm)颗粒组成、钙质结核质量分数和植被地上生物量、 盖度、丰富度及多样性指数的测定和分析,研究了坡面钙质结核的分布及影响因素。 结果表明:土壤黏粒体积分数沿坡面呈逐渐降低趋势;钙质结核质量分数沿坡面呈单峰曲线分布,在坡面1/4~1/3的位置(距离坡顶20~30m) 处,达到峰值(10%~15%)。 钙质结核质量分数与坡度呈线性正相关,与植被地上生物量(盖度)呈单峰曲线关系, 峰值即为植被影响钙质结核质量分数的临界点,临界点处的植被盖度在11%~16%之间。 影响坡面钙质结核分布的最主要因素为坡度和植被;小尺寸的钙质结核在坡面分布范围最广、数量最多,起决定作用的钙质结核尺寸在 5~15mm之间。 坡面钙质结核质量分数及分布反映了径流、植被和钙质结核之间的相互作用关系,钙质结核质量分数可以用来指示坡面的土壤侵蚀状况。

为揭示不同空间尺度上,径流对降雨的响应以及降雨对不同时期径流变化的影响程度,采用泰森多边形法, 计算潮白河流域及其各个子流域的平均年降水量,并应用Mann Kendall趋势检验,计算潮白河流域1957—2001 年的径流突变点和变化趋势,使用回归分析来计算降水径流之间影响关系的强弱。 结果表明:在于不同尺度的子流域年径流变化在波动的幅度和平稳程度上具有差异,但差异并不明显。 从整体趋势上看,径流在1960—1970年之间,呈现显著下降趋势,而在1990年之后,则有所回升;而在1970—1980年期间,呈现一定的波动性,变化趋势不明显。 径流对降雨的多尺度回归结果显示,随着流域尺度的增大,降雨 径流的关系逐渐减弱。 在较小尺度的流 域,降雨与径流的联系更加紧密,气候因素在小尺度流域对径流的影响更为突出;而在大尺度的流域中,影响径流 的因素则更为复杂,降雨量变化并不能很好的解释径流量的改变。 此外,在不同时期降雨 径流关系仍然存在一定 的差异性。 径流变化处于平稳期与上升期时,对降雨响应更强,径流的下降,则受雨量变化影响较小,受其他气候因素与土地利用因素影响更多。 一般认为,人类活动和气候变化是影响径流的两个因素,综合本文分析,在较大尺度流域和径流下降的时期,人类活动对径流的影响更加显著。 因此,为保证潮白河流域及其子流域的产流量,对人类活动的有效管理,如优化土地利用,合理水资源配置等是必不可少的。

为了防止矸石山水土流失,促进煤矿废弃地植被恢复,对自然降水条件下煤矸石坡面含水量及径流变化进行观测,研究降水量及风化年限对煤矸石坡面各层含水量及产流量的影响。 结果表明:1)在小雨(<10mm/d)条件下,煤矸石坡地表、地下径流量接近; 在中雨(逸10mm/d,<25mm/d)及大雨(＞25mm/d)条件下,降雨主要以地下径流的形式流失。 在小雨情况下,煤矸石坡产生的地表径流、地下径流量均较少;中雨的发生频率和累计降水量最高,累计产生的地表径流量最高;大雨发生频率最低,累计产生的地下径流量和总径流量最高。 2)地表径流量与降水量显著正相关,地下径流量与最大降雨强度、平均降雨强度显著正相关。3)由于风化程度增加,与2013年相比, 2014年次小雨产生的地表径流、地下径流和总径流分别降低50%、100%、80%,次中雨产生的地表径流、地下径流 和总径流分别降低88%、82%、97%。4)煤矸石具有一定的蓄水能力,20~30cm含水量最高。 随着风化程度增加, 10~30cm含水量增加。 尽管10cm风化程度高,但是由于表层蒸发,含水量较低。 5)由于煤矸石颗粒粗大、渗透性强,在小雨、中雨、大雨条件下,矸石坡产生的地表径流量均小于土坡,分别为土坡的4%、26%、19%。

区域水土流失动态监测评价的目的是掌握水土流失状况及其防治成效,建成并运用大数据进行分析,可充分利用数据资源,提高监测成果的科学性、完整性和时效性。 通过大数据采集与知识挖掘,构建区域水土流失动态监测评价数据集(或集合),再利用云网络计算平台,实现基于大数据的动态监测与分析评价。 文章针对区域水土流失动态监测与评价的方法和数据基础,从完善顶层设计入手,实现大数据融合与共享,推进数据标准化建设,创新大数据和云网络服务方式,完善监测站网信息采集和大数据网络基础设施建设,探索基于大数据的区域水土流失动态监测评价方法和实现途径,并提出其大数据构成与分析流程,以及应用大数据分析的对策与建议。

为定量评价气候、下垫面2种驱动因子的变化对嘉陵江流域产流输沙变化的贡献率,采用SWAT模型,对嘉 陵江流域1975年以来的径流和输沙过程进行模拟,通过模型控制变量的方法,分析嘉陵江流域径流和泥沙变化的驱动因子。 结果表明:1988—2010年的23年间,由于下垫面变化,导致嘉陵江流域径流总量比1956—2010年的平均径流总量减少了1718.54亿m3,输沙总量减少了14.62亿t,下垫面变化对径流量减少的贡献率为76.19%,对输 沙量减少的贡献率高达91.8%;因此,说明下垫面变化是造成嘉陵江流域径流量和输沙量变化的主要原因。

为研究八达岭地区不同森林植被对土壤抗蚀性的影响,揭示不同林分林地土壤抗蚀性特征,以该地区典型植被类型(油松林、针阔混交林、阔叶林和灌木林)为研究对象,运用主成分分析及相关分析方法,研究该区域内,不同林分类型土壤的抗蚀性。结果表明:八达岭地区林分林地土壤干筛时,团聚体主要集中于5 ~2 mm 粒径范围内,在0.5 ~0.25 mm 粒径范围内质量分数最少;湿筛后, <0.25 mm 小粒径范围内质量分数最大,在10 ~ 5 mm 大粒径范围内质量分数最少。为比较各典型林分林地土壤抗蚀性,选取土壤理化性质、土壤团聚特征等12 种指标,以主成分分析方法为基础,确定评价北京八达岭地区土壤抗蚀性的最佳指标体系,同时,经相关分析选定干筛时,土壤几何平均直径(GMD)为八达岭地区各典型林分林地最佳土壤抗蚀指标。经分析,八达岭地区各典型林分土壤表层(0 ~10 cm)抗蚀性由强到弱依次为阔叶林> 灌木林> 针阔混交林> 油松林;对于主要发生土壤侵蚀的0 ~20 cm 土壤表层抗蚀性由强到弱为灌木林> 油松林> 阔叶林> 针阔混交林;在各土层平均值综合情况下,评价结果选取抗蚀性综合指数表示,得出各林地土壤抗蚀性由强到弱依次为灌木林> 油松林> 针阔混交林> 阔叶林。

为探求适用于晋西黄土区果农间作系统的水肥管理制度,研究灌水施肥对土壤含水量的影响,避免盲目施肥和灌溉造成环境污染、资源浪费以及水土流失。以晋西黄土区典型的苹果+ 玉米间作系统为研究对象,设置双因素3 水平水肥耦合试验,分析不同水肥调控下,玉米灌浆期和成熟期土壤水分空间分布及土壤水分效应。试验设置灌水量3 水平分别为:田间持水量的50%、65%和85%,追肥量3 水平分别为:N 289 kg/ hm² + P₂ O5118 kg/ hm² + K₂ O 118 kg/ hm² (F₁, 70%经验施肥量)、N 412.4 kg/ hm² + P₂ O 5168.8 kg/ hm² + K₂ O 168.8 kg/ hm² (F₂,100%经验施肥量)、N 537 kg/ hm² + P₂ O219 kg/ hm² + K₂ O 219 kg/ hm² (F₃,130%经验施肥量)。结果显示:灌浆期试验组较对照组土壤含水量最高提高7.6%,成熟期最高可提高10.9%,试验组较对照组土壤含水量水平分布差异变小;灌溉和施肥对土壤水分的垂直分布影响较大,可显著提高作物生育后期30 ~60 cm 土层土壤含水量,可以缓解间作系统种间的水分竞争;试验组W3 F1 在玉米灌浆期土壤含水量最高,所以,推测其为最利于间作系统增产的水肥调控模式。本研究可为晋西黄土区果农间作系统灌溉和施肥管理,提供理论基础和技术支撑。

为明确不同土地利用结构对流域产流产沙及其过程的影响,以黄土高原沟壑区典型小流域罗玉沟流域为例, 基于1986—2000 年气象资料,以该流域4种主要土地利用类型及调整后的土地利用结构为假设情景,通过SWAT 模型模拟探讨土地利用结构对流域水沙的影响。结果表明:1)与1995 年土地利用结构下的产流产沙量相比,极端情景下,林地和梯田可分别减少径流56.86%、11.97%,减少泥沙达80% 以上;2)林地集中分布较分散分布的水沙量最大可分别减少4%、27%左右,但集中程度可能存在一个阈值,大于该阈值后流域产流产沙量无太大变化;3)相同面积比例的土地利用类型在流域中分布位置不同,流域出口的产沙量也较1995 年有不同程度减少,最大可减少 26.79%,产流量无明显差异,但流域内部产流产沙过程有所不同,林地分布在上游时,流域上中游的水沙量最低。因此,调整流域土地利用结构时可适当提高林地集中程度;重视流域上游尤其是源头的土地利用结构优化,在流域产流产沙源头可采取减水减沙效果更好的植被措施,梯田等受人类活动影响的措施尽量布设在流域中下游。

测钎法是一种应用广泛的水土流失监测方法,但是传统测钎法难以适应复杂监测地形,缺乏专门测读装置, 还会产生较大监测误差,需要对其加以改进。以颐和园万寿山山体为研究对象,针对其山体特征和文物分布状况, 选定18 块监测场地,发明单钎多点式测读装置,选用改进的测钎法对水土流失进行监测。结果表明:1)18 块监测场地考虑了土壤、坡度、植被等因素的差异,可以全面反映万寿山水土流失状况;2)单钎多点式测读装置有效降低了测钎埋点环境条件、测读方式等客观和主观误差,提高了测钎法水土流失监测结果的准确性;3)监测期间,万寿山平均土壤流失值在-3 mm ~ +1 mm 范围内。说明新型水土流失监测装置是可行的,所用水土流失监测方法和数据处理方法,可供其他类似工程借鉴与应用。

为了探究豆科植物种植初期对黄土高原地区弃土场的改良效果,本文采用野外模拟弃土场和实验室测定相结合的方法,在弃土场上种植柠条、白三叶、红豆草、草木樨和紫花苜蓿5 种豆科植物,研究1 年后弃土场土壤的水分和养分状况。结果表明:各小区种植植物1 年后,土壤水分状况有了明显的改善;土壤养分硝态氮质量分数增加,有机质、速效钾的质量分数除了草木樨有所增加以外,其他均减少,速效磷的质量分数均减少,土壤中的速效钾由于植物生长消耗而减少,但其质量分数丰富,足以满足植物生长的需要;土壤中的铵态氮和硝态氮质量分数表现为表聚作用,且硝态氮的质量分数均大于铵态氮;植被对土壤的改良程度依次为白三叶> 柠条> 红豆草> 紫花苜蓿> 草木樨。因此,种植豆科植物可以有效的改善土壤的水分和氮素营养,为今后弃土场土壤改良提供一定的理论参考。

滩地是河道生态系统的重要组成部分,具有保护生物多样性、维持生态系统的动态平衡、提高河流的自我修复能力等作用,对河道水土保持与河流健康具有重要意义。为探究中小河流滩地的分类方法,笔者选取浙江省龙游县灵山港滩地为研究对象,利用ImageJ 获取河道滩地几何特征参数,在计算圆形率、紧凑度、延伸率、形状率和平均曲率等基本形态指数的基础上,应用主成分分析法,获得描述滩地形态的2个主成分,以其构建平面直角坐标系,根据形态指数数对所在象限,对滩地的几何形态进行定量分析。结果表明:山丘区中小河流滩地可划分为短宽规则型、窄长规则型、窄长不规则型与短宽不规则型等4种类型;分别在2003、2010 及2013 年,对龙游灵山港各类型滩地的面积与数量进行统计,发现灵山港滩地面积减少约17.82%;其中,短宽不规则型滩地面积减少幅度最大, 约达60.76%,且滩地几何形态明显呈窄长化与不规则化趋势。本文提出的滩地形态分类方法,能够反映滩地的纵横比例和边缘规则程度,并用于分析不同类型滩地的增长与衰退趋势。

由于边坡修复工程中植物配置单一,尤其是草种比例过高,导致后期景观效果不佳,且物种退化现象严重,因而丰富边坡喷播植物群落多样性和提高其稳定性,已成为解决此问题的重要途径。针对华南地区首次选择8 种乡土植物种子,通过设置不同的种子配比,进行边坡客土喷播绿化试验,持续观测其株高、密度和冠幅的变化,以及样方群落物种多样性指标,以评价其适应性及护坡效果。结果表明:车前草、白背枫、牡荆、蓖麻和木芙蓉这5 种多年生乡土植物,其生长速度基本符合边坡绿化工程验收的需求,且具备绿化效果快、护坡效果显著、种子易收集等优点,为边坡的稳定和植物群落演替提供可行性途径,比较适合应用于边坡生态修复和其他水土保持工程,具有极高的推广应用价值;但应注意植物种子配比量,保证灌木所需的生长空间,以保持后期边坡植物群落的稳定性和多样性。

生产建设项目的土壤侵蚀是土壤侵蚀学科研究的热点话题。生产建设项目边坡及弃土侵蚀是一种典型的人为加速侵蚀,严重制约着生态文明建设和经济的发展。本文对边坡和弃土侵蚀影响机制,从降雨径流条件、土壤特性、地形及微地貌因子、水土保持防护措施等方面,将国内外研究成果进行了系统阐述。首先,总结了国内外边坡和弃土坡面侵蚀在降雨径流条件下,其坡面泥沙剥蚀、运移、沉积过程和坡面水流条件的时空变化;指出在土壤自身特性(包括外来物石砾、土壤物理性质、土壤添加物等)条件下,土壤中石砾质量分数是边坡和弃土坡面侵蚀水沙变化的重要因子,土壤物理性质决定坡面径流发生与否,土壤添加物促进土壤团聚过程,增加入渗为主;其次,揭示了坡面地形及其微地貌条件下,影响径流再分配和侵蚀分异特征;最后,对边坡及弃土坡面侵蚀在水土保持防治措施下,调控径流、削减泥沙的效果进行分析,并为今后生产建设项目边坡及弃土侵蚀研究的内容和方向作出展望, 为边坡和弃土水土流失防治提供理论依据。