中国水土保持科学
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2018年 16卷 6期
刊出日期 2018-12-30
1
陈玫君, 穆兴民, 高鹏, 赵广举, 孙文义, 赵建民
北洛河上游径流变化特征及其驱动因素研究
研究人类活动及降水变化对北洛河上游径流的影响，分析径流变化的主要驱动因子，为北洛河上游及相类似的其他流域水土保持、水资源合理利用提供决策依据。采用累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法、降水-径流双累积曲线法对北洛河上游1971—2014的年降水量和径流量变化进行趋势分析与变异点诊断，并采用双累积曲线法和线性回归模型量化分析降水变化和人类活动对年径流、汛期径流变化的影响程度。结果表明：2003年大规模退耕还林实施后，北洛河上游降水-径流关系发生突变，突变后的年径流和汛期径流显著低于突变前；年径流变化主要是汛期径流减少造成的；人类活动相比降水对年和汛期的贡献率分别为106%和114%；突变后植被调节径流的能力显著增加，日径流量>100、>1.15和<0.5 m
3
/s 所占比例分别为0.27%，59.2%，和8%，径流变化对降水变化的敏感性降低。认为：大规模化植被恢复是北洛河源区径流量减少的直接因素，而退耕还林（草）、水土保持政策是核心驱动力；同时，随着退耕还林时间的延长，北洛河径流不会持续减少，未来将维持在相对低而稳定的水平。
2018 Vol. 16 (6): 1-8 [
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9
于现举, 刘晨光, 符素华, 母红丽, 吴思南, 刘瑛娜, 张光辉
有黏性和无黏性沙坡面流的挟沙力比较
水流挟沙力是土壤侵蚀过程模型的重要参数。利用黑龙江省嫩江县的黑土（中值粒径
d
黑土
为0.01 mm）作为有黏性沙的代表进行了坡面流挟沙力试验，将有黏性沙水流挟沙力与前期完成的没有粒径分级的的无黏性沙（该试验用沙从北京市永定河获取，中值粒径为0.28 mm）水流挟沙力进行比较，并利用前期完成的粒径分级的无黏性沙关于中值粒径的方程式进行验证。试验共设计了5个坡度（3°、6°、9°、12°和15°）和6个流量（0.25、0.50、0.75、1.00、1.50和2.00×10
-3
m
3
/s），共30组试验，在长5.0 m，宽0.4 m的水槽上进行。研究结果表明：1）有黏性沙和无黏性沙坡面流挟沙力均随着流速、水流剪切力和水流功率的增加而增加；2）在相同水动力条件下有黏性沙的水流挟沙力大于无黏性沙的水流挟沙力；3）有黏性沙的水流挟沙力与流速、水流剪切力和水流功率的关系可以用幂函数较好地表达，用流速模拟有黏性沙的水流挟沙力效果最好，用水流剪切力和水流功率模拟无黏性沙的水流挟沙力效果最好；4）有黏性和无黏性沙的坡面流挟沙力存在差异，用无黏性沙作为试验材料得到的关于中值粒径的水流挟沙力方程式不适用于有黏性沙的水流挟沙力计算。本研究为坡面土壤侵蚀过程的深入理解和模拟提供了基础知识。
2018 Vol. 16 (6): 9-14 [
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15
王曼玉, 蔡永茂, 李春征, 张志强
气候变化和人类活动对基流的影响——以密云水库上游潮河流域为例
由气候变化和人类活动加剧引起的流域水资源短缺和不确定性的增加成为当今世界亟待解决的问题之一。基流作为河川径流的重要组成部分，具有十分重要的利用价值，是水量平衡分析、水资源优化配置和水资源管理的重要内容，也是维护河流生态健康的重要基础。以潮河流域密云水库上游为研究对象，采用Chapman-Maxwell滤波法从1963—2015年潮河流域实测日径流系列中对基流进行分割；采用Mann-Kendall检验和双累计曲线法，对气候变化与人类活动对朝河流域密云水库上游基流变化进行归因分析。结果表明：1）潮河流域1963—2015年基流量呈现极显著下降趋势（
P
<0.001），其突变点为1999年；2）基流与降水呈极显著正相关（
R
2
=0.64，
P
<0.01），与潜在蒸散发（PET）呈显极著负相关（
R
2
=0.27，
P
<0.01），降水对基流量的影响比PET对基流量的影响更大；3）人类活动是导致该流域基流发生突变的主要原因，其贡献率达81.10%。人类活动包括流域土地利用变化、大规模生态恢复、水利工程措施建设以及流域取用水等多个方面。
2018 Vol. 16 (6): 15-23 [
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24
欧洋, 阎百兴, 白建宏, 陈浩生, 高远, 李绒萱, 高燕, 张延玲, 崔虎
东北黑土区侵蚀沟危害面积识别研究
目前东北黑土区侵蚀沟扩展速度快、危害严重，急需开展大规模治理，但极其缺乏侵蚀沟危害范围方面的研究成果，给政府部门决策、侵蚀沟防治规划制定及治理效益评估带来了很大困难。从侵蚀沟发生、发育特点入手，将侵蚀沟的潜在汇水面积界定为其危害面积的重要组成部分，使得侵蚀沟危害范围不仅能够反映侵蚀沟当前在空间上的影响，又能体现长时间序列尺度上危害的范围。并综合运用GIS空间分析模块，开展了黑土区部分侵蚀沟现状汇水区与潜在汇水边界的识别工作。研究结果表明：不同类型侵蚀沟危害面积差异较为明显。大型沟危害面积显著大于中小型沟，但后者潜在危害面积所占比例极高，未来应作为黑土区侵蚀沟治理的重点，从而有效提高防护工程投入资金费效比。侵蚀沟危害范围识别方法对数据精度要求适中，30 m数字高程模型（DEM）数据与第一次水利普查侵蚀沟矢量数据相配套，就能够满足侵蚀沟汇水边界识别需要。本研究结果可为东北黑土区侵蚀沟治理规划编制和水土保持工程效益评估提供有力科技支撑。
2018 Vol. 16 (6): 24-30 [
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王莹, 郑子成, 李廷轩, 何淑勤
水蚀过程中玉米生长季横垄坡面地表糙度变化及其与侵蚀量的关系
旨为探明川中丘陵紫色土区玉米生长季横垄坡面地表糙度与侵蚀量的关系。采用野外人工模拟降雨和微小区相结合，探讨不同降雨强度（1.0、1.5和2.0 mm/min）条件下，水蚀过程中玉米全生育期地表糙度和侵蚀量变化特征，并分析地表糙度与侵蚀量的关系。结果表明：1）细沟侵蚀阶段地表糙度变幅最大；苗期地表糙度最大降幅达到58.87%，抽雄期地表糙度变幅最低。2）玉米各生育期细沟侵蚀量显著高于溅蚀和片蚀；溅蚀阶段苗期侵蚀量随降雨强度增加而增加，其他生育期变化趋势与之相反；片蚀和细沟侵蚀量在2.0 mm/min降雨强度条件下最大；玉米苗期侵蚀量显著高于其他生育期，分别为拔节期、抽雄期和成熟期的1.60、3.18和1.79倍。3）片蚀和细沟侵蚀阶段玉米各生育期初始地表糙度，地表糙度变幅和降雨强度与侵蚀量显著相关，溅蚀阶段玉米全生育期降雨强度和地表糙度变幅与侵蚀量相关性达到显著水平，玉米全生育期地表糙度变幅对侵蚀量预测效果较优。
2018 Vol. 16 (6): 31-37 [
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许文龙, 赵广举, 穆兴民, 高鹏, 孙文义
近60年黄河上游干流水沙变化及其关系
为明确黄河上游干流不同区间径流、泥沙的时空变化特征，采用Mann-Kendall检验法、Spearman秩相关系数法、累积距平法和小波变换等方法分析黄河上游干流唐乃亥至头道拐区间10个水文站1950—2012年的水沙变化与水沙关系特征。黄河上游干流大部分水文站的径流量和输沙量具有较好的正相关关系。各站年径流量和年输沙量在60余年间均呈现减少趋势，且大部分站点减少趋势显著。年径流量和年输沙量突变年份多发生在1968年、1985年、1986年和1989年。月径流量和月输沙量具有0.5~1、3~5和7~9年的振荡周期。上游自上至下各站点代际径流量表现为先增大再减少的趋势，输沙量表现为逐渐增大的趋势。黄河唐乃亥至头道拐区间水沙减少趋势显著，大型水利工程建设、宁蒙灌区灌溉引用水、水土保持措施等是上游水沙变化的主要原因。
2018 Vol. 16 (6): 38-47 [
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杨维, 张学霞, 赵静瑶
基于Geosail模型和SVR算法的叶面积指数遥感反演
叶面积指数（LAI）控制着植物冠层的多种生理和生态过程，是陆地生态、水文模型中不可或缺的植被参数，因此准确反演区域LAI对研究植被与土壤侵蚀具有重要意义。本文以北京地区阔叶林为研究对象，利用Geosail模型模拟LAI和7种植被指数：比值植被指数（RVI）、归一化植被指数（NDVI）、绿波段植被指数（GNDVI）、重归一化植被指数（RDVI）、土壤调整植被指数（SAVI）、调整土壤亮度植被指数（OSAVI）和修正的土壤调整植被指数（MSAVI），并采用支持向量机回归（SVR）算法和4种统计回归方法（线性函数、二次函数、指数函数和对数函数）建立LAI反演模型，同时通过Landsat 8 OLI遥感数据和实测数据验证模型精度。研究表明：1）SVR算法相比其他统计回归方法可以提高LAI反演的模型精度和预测精度；2）OSAVI指数在LAI反演方面的表现要优于NDVI等指数；3）NDVI指数的建模精度很高，但预测精度较低；4）OSAVI和SVR算法构建的模型精度和稳定性更好，是LAI反演的优选模型，其预测结果最为精确。因此，基于Geosail模型和SVR算法的反演方法可提高LAI反演精度，为大区域LAI反演的应用提供了新的思路，扩展了Geosail模型、SVR算法和Landsat 8 OLI遥感数据在LAI反演方面的应用潜力。
2018 Vol. 16 (6): 48-55 [
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56
李子轩, 邹海天, 赵辉, 齐建怀
县域尺度水土流失重点治理区域划定方法
对国家级水土流失重点防治区的重点治理区域进行划定是一项重要基础性工作，是落实精准治理、协调不同层级重点治理区域范围划定的关键。以河北省平山县为例，在县域尺度，分别以乡级行政区和小流域为单元，划定国家级水土流失重点防治区中的重点治理区域范围。结果表明：以乡级行政区为单元划分的重点治理区域面积是1 358.81 km
2
，以小流域为单元划分的重点治理区域面积是1 273.61 km
2
，结果均大于基准参照值。将乡级行政区和小流域的划分结果叠加分析，综合考虑定量指标与定性因素，在满足相对集中连片、空间不相互重叠、便于动态监管等原则下，进行局部区域取舍，划定的平山县重点治理区域面积为1 126.44 km
2
，接近基准参照值1 106.80 km
2
，且分布合理。因此，划定县域尺度重点治理区域，首先，设置科学的定量和定性划分指标体系；其次，设置合理的划分单元尺度；第三，优先划定国家级水土流失重点治理区中重点治理区域范围，再指导省级及以下各级水土流失重点治理区域划定；第四，划定结果应根据水土流失动态监测定期调整，实施动态管理。
2018 Vol. 16 (6): 56-63 [
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马金平, 王卫锋, 朱宝才, 王双喜
灌水定额对覆膜滴灌玉米根系分布和籽粒产量的影响
为明确灌水定额对覆膜滴灌大田春玉米根系空间分布和籽粒产量的影响，在山西太谷进行了2年的覆膜滴灌大田玉米随机区组实验，设置灌水定额处理分别为0，8，12，16和20 mm，研究不同灌水定额对其0~100 cm土层深度的根系分布特征参数和籽粒产量的影响。结果表明：整体根系分布特征参数随灌水定额增大而增大，并在灌水20 mm时达到最大，其中对根长、根表面积、根尖数和根干质量的影响极显著，对根体积和根直径的影响显著；0~100 cm土层中根长的垂直分布呈现"介"型，其中10~20 cm土层的根长最大，2016年和2017年分别占总根长的47.29%~60.28%和48.29%~62.30%；根干质量分布为"T"型，0~20 cm土层内根干质量最重，2016年和2017年分别占总根干质量的72.03%~85.48%和71.50%~84.97%；籽粒产量随灌水定额增大而增大，但灌水16 mm和20 mm处理无明显差异。总之，覆膜滴灌措施明显促进玉米表层土壤的根系生长和提高了籽粒产量，推荐山西中部地区大田覆膜滴灌玉米的最佳灌水定额为16 mm。
2018 Vol. 16 (6): 64-70 [
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71
王心语, 李素艳, 孙向阳, 张骅, 熊凯毅, 曲炳鹏, 贠炳辉
不同地表覆盖物对城市表层土壤物理性质的影响
研究不同地表覆盖物对土壤物理性质的影响，为减少城市绿地裸露面积、减少水土流失、建设海绵城市提供理论依据。共选择5种覆盖物（水性聚氨酯有机覆盖垫、酚醛树脂有机覆盖垫、园林绿化废弃物、树皮、鹅卵石）和对照进行桶装实验，研究其温度、水分、孔性等土壤物理性质的变化。结果表明：1）树皮覆盖可以在1月提升土壤温度，在7月降低土壤温度，园林绿化废弃物覆盖温差最小，水性聚氨酯有机覆盖垫7月日温差最小；2）水性聚氨酯有机覆盖垫在春夏秋季土壤含水量显著高于其它处理，冬季差异不显著；3）鹅卵石覆盖可显著增加土壤密度，其他处理之间密度差异不显著。综合指标表明水性聚氨酯有机覆盖垫和树皮覆盖对于土壤物理性质有较优的影响，可作为裸土覆盖的首选材料。
2018 Vol. 16 (6): 71-78 [
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79
齐实, 刘卉, 毕超, 李月, 陈芳孝, 李世荣, 陆大明
北京市小流域水土保持安全研究
水土保持是保障北京市未来向国际化大都市发展的基石，以小流域作为最小分区单元实现其功能定位，提出具有针对性的治理及管理措施，对建立小流域精细化管理模式具有重大意义。以北京市1 085个小流域为研究对象，以水源安全、防洪安全、生态安全 "三个安全"为目标导向，利用GIS技术，采用主成分分析和聚类分析的方法，构建"三个安全"的评价指标，划分了北京市水土保持"三个安全"分区，提出不同分区小流域的功能定位。结果表明：北京市水土保持小流域的水源安全分区中的主要问题是水质污染，面积为16%，水源危险占1.9%；防洪安全分区的主要问题是山洪易发，占24%；生态安全分区的主要问题是生态危险，占17.2%。认为：以"三个安全"综合得分来分区，其中平原区的主要问题是水质污染和生态危险，山区存在山区水质污染-水土流失风险（占2.2%）、水质污染-山洪易发（占1%）、水源危险-山洪易发（占0.9%）的双重风险区域，是需要关注和治理的重点区域。
2018 Vol. 16 (6): 79-88 [
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郑永林, 王海燕, 解雅麟, 李翔, 秦倩倩, 杨丹丹
北京平原地区造林树种对土壤肥力质量的影响
土壤肥力影响林木的生长发育，反之林木的生长也会使土壤肥力发生变化。以北京市大兴区平原造林地区5种人工纯林（国槐、毛白杨、银杏、油松和榆树）为研究对象，测定林下0~20和20~40 cm土壤颗粒分形维数、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷和pH值，采用主成分分析法评价不同树种对土壤肥力质量的影响。结果表明：1）研究区土壤质地为砂壤土，土壤颗粒分形维数介于2.439~2.609，不同造林树种对其无显著影响。2）在0~20 cm，树种对土壤有机质、全氮、全磷和有效磷影响显著（
P
< 0.05）；在20~40 cm，树种对土壤全氮、全钾和pH影响显著。随着土层加深，土壤有机质、全氮和全磷质量分数显著降低。总体来说，土壤全氮和全磷处于缺乏状态，有效磷较高，pH值偏高。3）在0~20 cm，土壤颗粒分形维数与土壤全氮呈极显著正相关（
P
< 0.01），与土壤有机质呈显著正相关；在20~40 cm，土壤pH值与全氮呈显著负相关，与全钾和有效磷呈显著正相关。4）通过主成分分析提取3个主成分，表明土壤颗粒分形维数、全氮和全钾对土壤肥力影响最大。综合得分为油松 > 国槐 > 银杏 > 毛白杨 > 榆树。认为，在北京大兴区进行平原造林应该根据造林目的进行树种选择，短期内提升土壤理化性质应该考虑种植国槐和油松等，同时应该进行传统肥料和有机肥的配合施用，以更好地改善土壤理化性质，为造林树种提供良好的生长环境。
2018 Vol. 16 (6): 89-98 [
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99
马俊明, 齐实, 程柏涵, 梁斌, 郭虎波, 陈建辉
云南省红河下游暴雨特征分析:以河口县为例
云南省是暴雨多发的地区，但是由于气候条件、地理环境复杂，不同地区暴雨特征差异显著；因此，进行小区域的暴雨特征研究有助于预防暴雨灾害。红河下游的河口县是云南省6大暴雨中心之一，是暴雨多发区。本文基于河口县近年来177场暴雨数据，利用
K
-均值聚类方法研究了河口县暴雨雨型、特征以及暴雨危险性。结果表明：河口县暴雨具有明显的季节性，主要发生在4—9月，暴雨以
P
24
（连续24 h降雨量 > 50 mm的降雨）为主；河口县暴雨可分为前期降雨（Ⅰ）型、中期降雨（Ⅱ）型、后期降雨（Ⅲ）型、均匀降雨（Ⅳ）型4种雨型，其中前期降雨型的次数占暴雨总次数的2/3以上，是该地区主要的暴雨类型。该类暴雨历时以7~12 h为主，80%暴雨量和平均降雨强度较大值发生在前0.4累计降雨历时内，即大概4 h以内，短历时强降雨危害较大，且多发生在夜间；因此需要引起高度重视。河口县暴雨黄色预警及以上级别的暴雨占暴雨预警总场次的80%左右，危险等级较高，可能会引起山洪、泥石流等灾害，应提前做好预防和治理措施。
2018 Vol. 16 (6): 99-107 [
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108
李亦然, 张兴刚, 李泽东, 张如明, 程甜甜, 张永涛
基于TOPSIS法的鲁中南山区不同混交林水土保持效益评价
为更好地开展鲁中南山区水土流失生态工作，有必要对该地区混交林的水土保持效益进行综合评价并筛选出适宜的混交林模式。以鲁中南山区典型石灰岩山地和砂石山地的12种10年生混交林为研究对象，采用野外调查与室内分析相结合的方法，研究林分的蓄水保土效益和改良土壤的效益，运用熵权法计算权重，并基于TOPSIS原理对各混交林模式进行评价；综合13项水土保持效益指标，对不同混交林的水土保持综合效益进行评价，筛选出适合石灰岩山地和砂石山地的混交林。结果表明：对于石灰岩山地，乔灌混交林中的侧柏黄栌混交林、针阔混交林中的侧柏刺槐混交林表现较优；对于砂石山地，针阔混交林中的黑松刺槐混交林、阔阔混交林中的刺槐麻栎混交林较为适宜。
2018 Vol. 16 (6): 108-117 [
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118
姚成平, 张晓远, 郑国权, 杨宪杰, 李建生
广东省水土流失重点防治区划分
划分广东省水土流失重点防治区，为省内水土保持规划编制和水土流失分区防治提供依据。以镇级行政区为基本划分单元，利用GIS技术，在水土流失现状综合调查的基础上，分析广东省水土流失重点防治区划分特点，采用定量、定性结合的方法，提出水土流失轻微率、水土流失高潜在危险区面积比及林草植被覆盖率等重点预防区划分定量指标，以及土壤侵蚀强度、崩岗侵蚀面积比、坡耕比等重点治理区划分定量指标，结合定性分析，构建出广东省水土流失重点防治区划分指标体系，对广东省的水土流失重点区域进行划分。结果表明：全省范围内划分出漠阳江上游和北江上中游2处省级水土流失重点预防区，面积约23 613.52 km
2
，占国土面积的13.13%；划分出鉴江上中游、榕江上中游和西江下游等3处省级水土流失重点治理区面积约8 211.79 km
2
，占国土面积的4.57%。本次划分成果使得广东省内水土流失重点防治管理更具操作性，便于精细化管理，为落实市县级政府水土保持目标责任考核和奖惩制度提供了重要依据。
2018 Vol. 16 (6): 118-123 [
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曹丹妮, 钟琦, 秦嘉惠, 程谅, 郭忠录
基于知识图谱的根系对土壤侵蚀阻控作用的研究进展
为了揭示根系对土壤侵蚀阻控作用的研发态势，笔者以中国知网（CNKI）数据库中1988—2017年的1 193篇中文核心期刊文献为原始数据，利用文献计量学方法，应用知识图谱工具CiteSpace Ⅲ绘制根系对土壤侵蚀阻控作用的知识结构框架图，识别出主要载文期刊、基金来源、核心作者与机构以及该领域不同时期的热点问题与前沿趋势。研究发现：1）近30年来，该主题研究的文献量快速增长，特别是2012—2017年的发文量占近30年总量的43.25%。2）载文期刊以水土保持类为主，受到国家自然科学基金和国家科技支撑计划支持的文献占总文献量的25.23%。3）作者之间呈现出部分集中、整体分散的状态，并且发文频次较高作者之间的合作仅限于该团队内部。4）早期研究以根系对土壤抗冲性影响为重点，进而发展为以根系固土护坡、根系特征对土壤渗透性影响以及根—土复合体等为主导方向。研究结果可为该领域的后续研究提供参考和借鉴。
2018 Vol. 16 (6): 124-135 [
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