中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2017年 15卷 6期
刊出日期 2017-12-31
1
肖俊波, 孙宝洋, 马建业, 刘晨光, 孙艳, 王敏, 李占斌
季节性冻融对东柳沟流域风沙土分离能力的影响
季节性冻融是影响我国内蒙古地区风沙土侵蚀的重要因素之一，为研究冻融作用与水动力条件对风沙土分离能力的影响，本文采用正交实验的方法，通过人工冻融和室内放水冲刷实验，对内蒙古东柳沟流域的风沙土分离能力的变化特征进行研究。结果表明：1）坡度、流量、土壤含水量、冻融循环次数和土层深度对土壤分离能力均具有显著影响（
P
<0.05），风沙土分离能力对各因素敏感程度大小为：坡度 > 流量 > 冻融循环次数 > 土壤含水量 > 土层深度；2）风沙土分离能力与流量和坡度呈正线性相关（
R
2
>0.94），土壤分离能力的临界流量是0.07 L/min，临界坡度是6%；3）土壤含水量、冻融循环次数和土层深度主要是通过改变土壤性质来间接影响风沙土分离能力：土壤含水量较高较低都会导致土壤分离能力增加，当土壤含水量为6%时，风沙土分离能力最小。土层深度对土壤分离能力的影响与土壤含水量的影响基本一致，中间土层分离能力较小。土壤分离能力随冻融循环次数的增加显著增加，但是10次循环后逐渐减小并趋于平缓。研究结果表明，冻融作用增大了风沙土分离能力，可导致季节性冻融区春季解冻期土壤侵蚀量增加。本研究可为季节性冻融区风沙土侵蚀机理的研究提供参考。
2017 Vol. 15 (6): 1-8 [
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9
王道正, 陈晓清, 赵万玉, 左林勇
泥石流中漂木的运动和拦截特征
泥石流中携带的漂木往往具有很大的冲击破坏力，并且在沟道突缩处容易堵塞形成临时堵塞体造成严重的次生灾害。考虑漂木尺寸、漂木量以及泥石流密度等因素对漂木的影响，通过理论分析和模型试验研究了漂木的输移和在沟道突缩处的堵塞规律。通过理论分析和试验结果分析发现：漂木在泥石流流体表面向下游运动过程中由于两端受力不均匀会发生旋转使其长轴方向趋于平行于上游泥石流流向，这一现象随泥石流容重变小越明显；漂木尺寸对漂木拦截率有一定的影响，在漂木相对长度比
L/B
≤ 0.75时，对漂木拦截率影响较小，漂木被拦截的类型均为盲区停积型，漂木相对长度比0.75<
L/B
< 1时，漂木拦截率增大，但是在漂木相对长度比
L/B
=1时，由于发生堵溃现象拦截率下降，随后漂木堵溃现象减弱，拦截率又逐渐增高，此时拦截类型主要为横向拦截型，理论分析和试验数据较一致；漂木量对漂木拦截率也有较大影响，在总体上，漂木拦截率随着漂木数量的增加而增加，当漂木数量
N
<120时，被拦截数量较少，漂木的长度对其基本没有影响；漂木数量
N
>120时，随着漂木数量的增大，多根漂木同时到达沟道突缩处的几率增大，漂木拦截率增大。综上可知，泥石流容重、漂木数量和漂木相对长度对漂木的堵塞均有较大影响，探讨漂木在泥石流中的输移和堵塞规律以及了解漂木致灾特征以及工程防治具有重要的指导意义。
2017 Vol. 15 (6): 9-18 [
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19
刘定竺, 崔鹏, 蒋德旺
堰塞坝溃口展宽过程实验研究
由于溃口各处水沙作用差异较大，不同位置的展宽过程不同，目前对溃口展宽过程的研究多着眼于某一断面，不但不能反映溃口整体的展宽过程，还会影响溃决流量计算的精度。为研究不同坝高、坝后坡比条件下溃口整体展宽过程，本研究设计了6组水槽实验，分析了45个断面的观测数据，发现：1）溃口展宽随溢流的发展表现出不同的形式，以溯源侵蚀的结束为时间节点，溯源侵蚀期间为近等宽阶段，溯源侵蚀结束后为弯曲阶段。2）在断面上，展宽模式可分为线性模式和突变模式，分别占45个断面的13.3%与86.7%；突变模式进一步可分为弱侵蚀过程Ⅰ和强侵蚀过程Ⅱ，其中强侵蚀过程只发生在弯曲阶段。3）突变模式下，过程Ⅰ侵蚀率沿程呈首尾大-中部小的"U"型分布，溃口首部和溃口尾部侵蚀率较大，中间近等宽段侵蚀率有所减小，坝后坡比越大，该过程中溃口相同位置处的侵蚀率越大；随着溢流的发展，水流结构复杂，具有明显的二次流特征，导致过程Ⅱ的侵蚀率沿程分布呈"S"型；对2个过程而言，坝高越高，相同位置处的侵蚀率越大。上述对于堰塞坝溢流展宽过程的新认识，有益于今后深入定量研究溃口展宽过程和力学机理。
2017 Vol. 15 (6): 19-26 [
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魏曦, 毕华兴, 梁文俊
基于Gash模型对华北落叶松和油松人工林冠层截留的模拟
为验证Gash模型对华北落叶松和油松人工林林冠截留模拟的适用性，分别实测了3块落叶松和油松人工林样地的大气降雨、穿透雨、树干径流以及同步的相关气象环境资料，利用Gash模型，对6块样地的林冠截留分别进行模拟。结果表明：落叶松人工林和油松人工林林冠枝叶持水能力分别为（1.72±0.48）mm和（2.60±0.23）mm，树干持水能力分别为（1.16±0.89）mm和（1.46±0.65）mm，使林冠饱和的平均降雨量分别为（2.50±0.53）mm和（2.98±0.63）mm；由Penman-Monteith公式得到各样地降雨时，饱和林冠的蒸发速率为（1.14×10
-1
~1.48×10
-1
）mm/h；Gash模型对各样地截留和蒸发模拟值与实测值的相对误差在0.07%~7.51%之内，模拟值与实测值的方差与均值无显著差异（
P
>0.1），且相关性很强（
R
=0.99，
P
<0.01）。Gash模型能够很好模拟该地区林冠截留特征，为该地区水文循环和水土保持工作提供更为精确的数值模拟和理论依据。
2017 Vol. 15 (6): 27-33 [
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34
王新闯, 陆凤连, 吴金汝, 王世东
县域土地利用景观格局演变及其生态响应——以河南省新郑市为例
为了定量分析新郑市土地利用景观格局演变的生态响应及其对生态系统服务价值（ESV）的影响。基于新郑市2005、2010和2015年3期遥感影像解译结果，选取典型的景观格局指数，定量分析新郑市10年间的土地利用景观格局变化特征，并运用ESV估算方法，定量分析新郑市10年间ESV时空变化，以及由景观格局演变引起的生态价值损益，探讨ESV对景观格局演变的响应。结果表明：新郑市景观类型以耕地和建设用地为主，10年间耕地大幅减少，建设用地明显增加，景观类型主要由耕地、林地、草地向建设用地和水域转化；各类景观斑块密度、最大斑块指数及空间格局发生了不同程度的变化，整体景观优势类别控制作用减弱，景观破碎化程度降低，异质性程度提高；新郑市ESV整体呈现先缓慢后急剧的下降趋势，10年间减少了3 494万元，其中，耕地ESV减少最多，为3 406万元，建设用地ESV变化最显著，变化率为59.17%，耕地大量转为建设用地是其ESV降低的根本原因；在空间上新郑市ESV呈现中心区低，西南和西北区高的分布规律，10年间ESV低值区进一步向四周扩散，ESV空间分布愈发不均衡。该研究为新郑市水土保持工程的生态效益提供科学评估，为土地利用总体规划提供科学参考。
2017 Vol. 15 (6): 34-43 [
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王文娟, 邓荣鑫, 郝丽君
东北黑土区农田防护林与沟谷侵蚀关系
东北黑土区是中国重要的商品粮基地，但是严重的水土流失给其粮食产量带来了严峻考验。选择东北黑土区黑龙江省的克山县作为研究区，以2007年2.5 m分辨率的模拟真彩色合成的SPOT5影像为基础数据源，获取该区的侵蚀沟分布数据；以2008年分辨率为30 m的标准假彩色合成的TM影像为基础数据源，获取该区的农田防护林分布数据，进而从坡度、距离以及两者密度等方面，分析典型黑土区防护林和沟蚀之间的耦合关系。结果表明：研究区防护林密度在空间分布上沿东北-西南方向逐渐增大，而侵蚀沟密度分布则呈现相反趋势；随着坡度的增加，防护林密度逐渐增大，而侵蚀沟密度与坡度的关系则呈现相反趋势；在距防护林120 m的防护距离内，防护林对沟蚀的防护效应基本一样，120~240 m的防护距离内，随着距离增加，防护林对沟蚀的防护效应线性减弱，而240 m以外的距离，防护林对沟蚀的防护效应明显减弱；随着防护林密度的增大，侵蚀沟密度是减少的，从经济和资源角度出发，防护林密度在1 100~1 300 m/km
2
时，对沟蚀防护效果达到最优，可以做为防护林参考种植密度。该研究为有针对性的进行沟蚀防治提供科学指导。
2017 Vol. 15 (6): 44-51 [
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52
魏慧, 赵文武
土壤可蚀性
K
值最优估算方法遴选——以陕北安塞集水区为例
基于EPIC公式、诺谟方程、修正诺谟方程、Torri模型和Shirazi模型5种土壤可蚀性（
K
值）估算方法，以降水、土壤、遥感影像和社会经济数据为基础数据，运用GIS技术，结合CSLE模型，计算安塞集水区2006-2014年土壤侵蚀量，对比相应年份输沙量监测值，遴选集水区尺度
K
值最优估算方法。结果表明：基于5种模型的集水区2006-2014年平均土壤侵蚀量分别为65.59、106.00、108.47、76.69和47.68 t/hm
2
。相较于安塞水文站相应年份的平均输沙量监测值17.73 t/hm
2
，按照平均绝对误差（MAE）、平均相对误差（MRE）和均方根误差（RMSE）越趋近于0，精度因子（
A
f
）越接近于1，模型区域适用性越高的原则可知，Shirazi模型的适用性最高，其MAE、MRE和RMSE值依次为30.93、3.25和43.66，
A
f
值为4.41；EPIC法次之，
A
f
值为5.80；Torri模型的适用性处于中间水平；修正诺谟方程和诺谟方程的适用性最低，与实际情况相差最大，
A
f
值分别为7.99和7.88。因此，相对于其他4种方法而言，Shirazi模型在研究区具有最佳的适用性，在未来集水区尺度土壤可蚀性
K
值估算乃至土壤侵蚀评价工作中，应优先选用基于几何平均粒径的Shirazi模型。
2017 Vol. 15 (6): 52-65 [
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66
王坤香, 王克勤
昆明松花坝水源区坡耕地对集水区产流产沙的影响
为了研究集水区尺度上坡耕地对产流产沙的影响，选取昆明市松花坝水源区迆者小流域内面积为0.42 km
2
的集水区（混合集水区，L+P）为研究对象，混合集水区上部为天然次生林（林地集水区，L），中下部为坡耕地。在自然降雨条件下，研究含坡耕地的混合集水区和上部林地集水区的坡面产流、产沙特征。结果表明：1）在强降雨条件下，混合集水区的径流量是林地集水区的9.31倍，且径流系数、流量变异系数是林地集水区的1.14倍和1.43倍；2）林地集水区和混合集水区的产沙量分别为69.76和359.10 t/km
2
，混合集水区的输沙量变异系数大于林地集水区，主要是林地集水区对泥沙的调控能力相对于混合集水区强，泥沙流失量较小；3）林地集水区与混合集水区的产流量与产沙量单因素差异性分别为0.01和0.001，且产沙量的显著性大于产流量。因此，坡耕地是集水区水土流失量增加的直接影响因素。
2017 Vol. 15 (6): 66-72 [
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73
王谦, 刘琳奇, 王佩舒, 曹静, 陈景玲, 张劲松, 寇渊博
静风下土壤水分胁迫的栓皮栎幼苗气候空间上限列线
栓皮栎幼苗气候空间上限列线（SLCSUL）是反映高温胁迫温度指标的重要特征。研究选择在典型晴天，控制风速为0.2 m/s以下，测定并分析不同土壤干旱胁迫条件下，栓皮栎幼苗叶气温差随太阳辐射的变化规律，进而确定其气候空间上限列线（SLCSUL）。结果表明：1）太阳辐射对叶气温差起主导作用，晴天、静风条件下，上午叶气温差随太阳辐射强度的增强而增大，呈显著线性相关关系；2）叶气温差与太阳辐射线性相关的斜率均随土壤湿度的增加而降低，并呈显著线性相关；3）中午且严重干旱条件（土壤湿度为5%）下的叶温要比适宜土壤湿度下的叶温提高3 ℃，说明不同土壤湿度下，栓皮栎幼苗叶温随太阳辐射的变化而变化，与不同风速下叶温变化有相似的规律，不同土壤湿度也形成气候空间列线。该研究丰富了植物气候空间理论，并为农作物等其他植物多因子作用的热胁迫指标的确定提供指导。
2017 Vol. 15 (6): 73-80 [
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81
王兵, 刘祖英, 赵雨森, 牛香
东北重点国有林区天然林生态区划
东北重点国有林区是构建"两屏三带"为主体生态安全战略格局的重要组成部分，为了对该区域天然林资源保护工程（简称"天保工程"）的生态效益进行全面、系统和科学地定量化评估，对东北重点国有林区天然林的生态区划是不可或缺的。结合天保工程实施范围、中国生态地理区域系统、中国植被、中国土壤侵蚀区划以及中国行政区划，应用地理信息系统空间分析，区划出东北重点国有林区天保工程生态区。分别选取水热条件、植被类型、土壤侵蚀类型及强度作为3个级别的区划指标，一级区域3个，二级区域4个，三级区域12个。基于能够表征其特性的多重指标，对东北重点国有林区天保工程范围进行区划，直观地反映该区域的实际地理分域规律，用分区特征来印证生态效益的评估结果，为其生态效益监测与评估奠定基础。
2017 Vol. 15 (6): 81-88 [
摘要
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89
连转红, 杨海莉, 吴芳明, 黄海霞
NaCl或PEG胁迫对裸果木种子萌发的影响
为保护亚洲中部荒漠区比较稀少的第三纪孑遗濒危物种裸果木，模拟不同程度的盐分和干旱胁迫，研究裸果木种子萌发的抗旱抗盐机理。采用不同浓度的NaCl溶液（50、100、150、200、250和300 mmol/L）、不同渗透势的PEG-6000（-0.1、-0.3、-0.5、-0.7和-0.9 MPa）溶液，分别模拟盐胁迫和干旱胁迫，以蒸馏水为对照，测定裸果木种子的发芽率和发芽天数，计算发芽势、发芽指数和活力指数，分析裸果木萌发特性，以及对盐胁迫、干旱胁迫的响应特性。结果表明：在低浓度的NaCl溶液（50 mmol/L）中，种子的发芽率和活力指数较对照提高，表现出促进种子萌发的作用；较低浓度的NaCl溶液（100和150 mmol/L）或较高渗透势的PEG溶液（≥ -0.3 MPa）中，对种子的发芽能力和发芽整齐度的影响不显著；在高浓度的NaCl溶液（≥ 250 mmol/L）或低渗透势的PEG溶液（≤ -0.7 MPa）中，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数降低极显著，发芽进程明显延长，由于渗透作用和毒害作用增强，种子萌发被明显抑制和延缓。裸果木种子萌发对盐胁迫或干旱胁迫具有一定的耐受性，当胁迫超过该范围（NaCl溶液浓度 ≥ 250 mmol/L或PEG渗透势 ≤ -0.7 MPa）时，萌发能力受到显著抑制。研究裸果木种子萌发特性，为干旱荒漠区裸果木的人工培育和荒漠化防治提供依据。
2017 Vol. 15 (6): 89-96 [
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97
马涛, 贾志清, 于洋, 张峰, 董彦丽, 田晋华, 陈爱华
土壤环境对陇东黄土高原刺槐林土壤碳通量的影响
土壤环境是影响人工林土壤碳通量的关键因素之一。以甘肃陇东不同林龄（12、14、15和18 a）刺槐林和荒草地为研究对象，采用Li-8100系统定位，监测土壤碳通量，并对土壤温度（5 cm）、地表温度、土壤含水量和土壤有机质等因子进行监测。结果表明：1）地表温度和土壤温度与土壤碳通量显著相关（
P
<0.01），拟合程度64.64%~96.27%，相比地表温度，土壤碳通量对土壤温度的变化更为敏感，
Q
10
值为2.21~4.36；其中，15和18 a刺槐林
Q
10
值较大，荒草地
Q
10
值最小。2）土壤含水量与土壤碳通量显著线性相关（
P
<0.01），但拟合度较低，仅可以解释土壤碳通量变化的19.57%~36.70%。3）土壤养分质量分数的高低，影响土壤碳通量的释放速度，12 a到14和15 a的刺槐林土壤养分增量明显。各因子中，土壤温度是土壤碳通量变化的主导因子。研究结果可为探究陇东黄土高原林地土壤碳通量机理提供数据支撑。
2017 Vol. 15 (6): 97-105 [
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106
程冬兵, 赵元凌, 张平仓, 赵健
基于Logistic模型的江西省崩岗侵蚀风险评估
崩岗侵蚀是我国南方水土流失的一种特殊类型，关于崩岗的风险评估方面的研究较少。选择江西省作为研究区域，通过相关因子分析，筛选风险评估指标，利用Logistic模型计算崩岗发生风险，在此基础上采用专家打分法，计算崩岗危害风险，将崩岗发生风险与崩岗危害风险叠加，即可得到崩岗侵蚀风险，以此探讨区域尺度崩岗侵蚀风险评估的可行性。结果显示，江西省南部和西部崩岗发生风险较高，东部、北部和中部相对较低。全省崩岗危害风险总体较轻微，相对较高的危害风险呈零星分布。综合发生风险和危害风险后，江西省崩岗侵蚀以低中风险为主，占全省总面积的95%；其中，较低及以下风险占全省总面积的68%。较低及以下风险主要分布鄱阳湖周边区域，风险防控措施应以预防保护为主。中风险及以上风险主要分布在江西省南部和西部，宜采取预防保护与综合治理并重的风险防控措施。研究表明，Logistic模型对崩岗侵蚀发生风险评估是可行的。
2017 Vol. 15 (6): 106-116 [
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117
李虎军, 王全九, 陶汪海, 柴晶, 赵光旭
不同改良剂对黄土坡耕豆地水土及氮磷流失的影响
土壤改良剂对改善土壤结构、减少土壤及养分流失有着重要意义。通过野外人工模拟降雨试验，研究在暴雨（100 mm/h）条件下，不同改良剂（聚丙烯酰胺PAM、羧甲基纤维素钠CMC和腐殖酸HA）对坡耕大豆地的水土和氮磷流失过程的影响。结果表明：与对照处理CK相比较，施用PAM和CMC后，均表现出减小入渗、增加径流的作用，分别较对照处理增加径流20.8%和12.1%；HA处理较CK处理径流量略微增加，但变化较小。施加改良剂对控制土壤侵蚀的效果均优于对照处理，减沙作用表现为PAM > CMC > HA，泥沙累积流失量分别减少34.8%、22.5%和7.9%。施用PAM和CMC在径流中后期，对铵态氮流失的抑制作用优于HA和CK；而施加改良剂对水溶性磷流失过程的影响并不明显，PAM处理的径流中，水溶性磷流失总量最大，约为对照处理的1.13倍。不同改良剂处理的土壤剖面铵态氮质量分数差异较大，但表层15 cm总体表现为PAM > CMC > CK > HA；HA处理促进大豆根系生长，增加了土壤渗透性及铵态氮的淋溶深度。土壤有效磷主要集中在表层10 cm土壤内部，10 cm以下质量分数极低。改良剂在黄土坡耕地的施用，对减少土壤侵蚀和控制养分流失方面能够发挥一定作用，可为改良剂的合理选择和施用提供科学指导。
2017 Vol. 15 (6): 117-125 [
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126
亢庆, 姜德文, 扶卿华, 王晓刚
基于最优尺度的生产建设扰动图斑识别
遥感识别生产建设扰动图斑对水土保持监测具有重要的意义。本文尝试提出一套基于高分辨率影像自动获取生产建设扰动图斑的方法，重点探讨扰动图斑最优分割尺度的自动获取方法，以解决当前过度依赖分类者的多次尝试和主观判断问题。以高分1号影像为例，利用局部方差方法和目标函数方法计算生产建设扰动图斑的最优分割尺度，结果显示，与目视判读的最优分割尺度对比，目标函数方法的结果精确，局部方差方法的结果略微偏大。在此基础上，利用面向对象的监督分类方法，实现了对扰动图斑的识别。利用现场调查的结果验证，本文中的方法较为可靠，制图精度和用户精度分别达到86.3%和84.2%，高于其他分割尺度的识别精度。
2017 Vol. 15 (6): 126-133 [
摘要
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134
王春红, 王治国, 樊华
水土保持与水生态文明的关系及其规划问题
水土保持和水生态文明建设是国家生态文明建设的重要组成部分，加强与水有关的生态建设也是水利部新时期改革发展的新要求。为正确认识和处理新时期水土保持与水生态文明的关系，充分发挥水土保持在水生态文明建设中的作用，本文通过对水土保持与水生态文明概念、内涵的阐述，分析了水土保持与水生态文明的区别与联系，明确了水生态文明建设中水土保持核心内容：一是水土保持功能的维护和提高，二是水土保持功能的保护与恢复。进一步讨论了生态文明规划中水土保持专题规划的关键技术与重点内容，提出水土保持专题规划应着力于为水生态文明建设创造良好水土与植被条件，达到维护和提高区域水土保持功能，特别是达到水源涵养、水质维护、土壤保持、拦沙减沙的目的。
2017 Vol. 15 (6): 134-139 [
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140
朱毕生, 曹文洪
水土保持领域强制性标准的分析与建议
为了解决行业强制性标准交叉重复矛盾、超范围制定问题，按国家强制性标准整合精简的要求，开展水土保持领域强制性标准研究分析。在全面收集梳理水土保持领域强制性标准基础上，通过分类汇总，并尝试按标准制定必要性、目的、核心内容、适用范围等因素逐条逐款进行研究分析。在全部71条186款强制性标准中，建议保留19条74款，整合24条35款，废止7条10款，转化22条67款，并提出水土保持领域强制性标准建设完善建议和框架，为水土保持领域强制性标准整合精简和完善提供参考。
2017 Vol. 15 (6): 140-146 [
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