植物路与土质路产流产沙过程的比较试验

通过室内人工降雨+放水冲刷相结合的方法,对5个坡度(3~18°),5种雨强(1~3mm.min-1),5组放水流量(1.4~9.0kg.m-2.s-1)下的黄棉土土质路面和早熟禾植物路面进行了共60余场次试验,对比分析了植物路相对于土质路侵蚀过程差异及产水、减沙效果。结果表明:在放水冲刷条件下,植物路侵蚀率随放水历时降低,其过程可用对数函数描述;土质路面侵蚀率变化复杂。两类道路的放水流量与侵蚀强度均呈现幂函数变化,且植物道路表现出明显的防蚀作用。雨强增加引起径流量、侵蚀强度增加,土质路的增加快于植物路;坡度增大时,侵蚀强度增大,径流深则为植物路稳定,土质路有小幅增加。植物路相对土质路的减沙幅度为26.24%~47.22%,减少能力可用抛物线方程描述,但植物路较土质路面有利于产生径流,径流深增加幅度平均为58.7%~144.1%,由于径流的泥沙含量大大降低,道路的侵蚀产沙反而有一定降低。

黄土坡面下坡位土壤侵蚀过程的模拟试验

在中国科学院水利部水土保持研究所,采用2个不同坡长小区室内模拟降雨试验方法,对黄土坡面下坡位侵蚀过程进行研究。结果表明:1)坡面下坡位侵蚀模数随降雨过程、降雨强度及坡度的变化均具有大小交错,上下波动的特征,侵蚀模数随降雨过程的变化总体呈先上升后趋于稳定的态势,随降雨强度的增大而增加,随坡度的增大而先增大后减小,再增大再减小;2)坡面上、下坡位侵蚀模数随降雨过程、坡度及降雨强度的变化均具有明显差异,下坡位明显不如上坡位;3)坡面上坡位汇流和下坡位产流与坡面上坡位输沙对坡面下坡位侵蚀模数的影响可用二元线性方程很好地描述,前者的贡献率为47.8%,后者为20.4%;只通过观测分析小区平均侵蚀特征得出的坡面侵蚀过程,掩盖了坡面下坡位的真实侵蚀过程,采取水土保持措施减少坡面上坡位汇流及增加降雨就地入渗,可以有效地治理坡面下坡位的水土流失。

辽河流域降雨侵蚀力的时空变化分析

降雨侵蚀力是反映流域降雨侵蚀能力的综合指标之一。根据辽河流域10个气象站的日降雨量资料,利用日降雨侵蚀力模型估算辽河流域的降雨侵蚀力。结果表明:辽河流域降雨侵蚀力的空间变异与降雨量的空间分布趋势基本一致,由东南向西北递减,变化于1 000~3 800 MJ.mm/(hm2.h.a)之间;降雨侵蚀力年内集中度高,6—8月3个月约占全年的80%;降雨侵蚀力年际变化大,年际变率Cv在0.367~0.649之间,采用时序系列的Mann-Kendall检验表明,降雨侵蚀力并无显著变化趋势;特别是在流域水土流失严重的西辽河地区,年降雨侵蚀力较小,但年内集中程度大,年际变化更突出。

土丘陵沟壑区植被恢复过程中的土壤抗蚀与细沟侵蚀演变

对黄土丘陵沟壑区安塞纸坊沟和县南沟、延安燕沟3个流域不同恢复年限的植物群落的土壤抗蚀性和侵蚀程度进行了研究。对12个土壤抗蚀性指标进行主成分分析表明,土壤抗蚀性(主成分综合指数)强弱为灌木群落阶段>多年生草本和蒿类群落阶段>一二年生草本群落阶段,与一二年生草本群落阶段相比,灌木群落阶段与多年生草本和蒿类群落阶段的土壤抗蚀性分别增加了362.29%～673.33%和574.71%～930.00%;野外调查结果分析表明,随着植被的恢复演替,土壤侵蚀量呈现明显的下降趋势,灌木群落阶段的土壤侵蚀量仅为演替初期的1.42%～5.59%;通过回归分析,土壤侵蚀量和水稳性团聚类因子,以及有机质含量之间分别存在极显著与显著相关关系,鉴于土壤分析的易获性,可选择>0.5mm水稳性团聚体与有机质含量作为反映土壤侵蚀程度的指标。

黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应

以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C、N及土壤呼吸熵的变化。结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加。在恢复前23a,土壤微生物量碳在0～20cm土层年增加率为24.1%;20～40cm为104.4%。植被恢复23a后,0～20cm土层增长率为0.83%,20～40cm为0.19%。土壤微生物量N表现为在植被恢复的初期略有下降,3a后,开始出现明显增加。0～20cm土层年增长率为20.14%,20～40cm为15.11%。在植被恢复23a后,0～20cm土层的年增长率为0.14%,20～40cm变化不大。土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势。土壤呼吸熵(qCO2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小。相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤pH值对其也有明显影响。草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高。

黄土高原丘陵沟壑区草地植物群落健康动态评价

植被恢复重建是遏制水土流失的有效措施之一,研究植被恢复重建过程、评价植物群落健康状况对加速植被建设具有重要的实践意义。本文根据黄土丘陵沟壑区的特点,建立了植物群落健康评价指标体系,对草地植被恢复重建过程中的不同阶段的植物群落的健康状况进行了评价。结果表明:植被群落活力变化过程呈抛物线型;群落组织力基本呈波动性变化;恢复力的变化则与活力变化过程相反,在群落活力达到最高水平时,群落的恢复力降至最低;土壤健康呈波动性上升的变化趋势。综合评价表明,植物群落健康水平随着演替过程的发展呈波动性且逐渐上升的变化过程。

~7Be示踪坡耕地次降雨细沟与细沟间侵蚀

对于坡面细沟与细沟间侵蚀过程的了解是建立侵蚀预报模型的基础,但传统方法难以对其进行深入研究。利用7Be示踪技术并结合人工模拟降雨,考虑坡脚沉积作用,研究了25°坡耕地径流小区次降雨过程中细沟与细沟间侵蚀动态。结果表明:根据流出径流小区泥沙7Be含量变化计算坡面明显细沟出现时间,由于坡脚沉积作用使得A、B两试验小区这一时间比实际细沟出现分别延迟了45min和11min;根据坡面-侵蚀泥沙中7Be总量守恒和泥沙质量平衡原理,坡面细沟间侵蚀及细沟侵蚀在坡面总侵蚀、坡脚沉积区泥沙及流出径流小区泥沙中的比例被定量区分开;总体上,细沟间侵蚀量在径流泥沙中的比例逐渐减少,而细沟侵蚀量逐渐增加。两试验小区中7Be示踪计算坡面细沟侵蚀量和坡脚沉积量与实测值相比相对误差均较小,因此7Be示踪技术可以对土壤侵蚀进行较为准确地定量研究。

确定~(137)Cs背景值所需的采样点数与采样面积

137Cs背景值的确定是利用核示踪技术研究土壤侵蚀的前提和根本,直接关系到侵蚀速率计算的准确与否。而大部分研究对137Cs背景值的确定均采取随机采样,没有统一的采样点数与确定的采样面积。本研究利用网格加密采样法,对未扰动地和长期耕种且未平整的农耕地各两块样地的137Cs背景值空间变异进行了分析,结果表明:在未扰动地与农耕地采样地块,137Cs采样点数与背景值空间变异系数都存在指数回归关系;在未扰动地块137Cs背景值存在较大空间变异性,且随着网格面积的扩大137Cs空间变异系数表现为增加趋势,在0.25m2范围内选取最少11个样点才能满足试验精度;在农耕地采样地块,因长期的耕种作用使得137Cs在耕层中混合相对均匀,137Cs背景值空间变异性显著变小,最少选取7个样点就能满足试验精度,且不受采样面积的影响。

黄土丘陵区撂荒对土壤酶活性的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复对土壤酶活性的影响,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复1至50年撂荒地长期定位试验点为研究对象,选取坡耕地为对照,分析了植被恢复过程中土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶及理化性质的演变特征。结果表明,土壤酶活性前期变化波动较大,后期(20-30a)年变化趋于稳定;尿酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶与其他因子相关性相对较强,可以作为评价土壤质量的生物学指标;尿酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和纤维素酶活性随恢复年限而增加,多酚氧化酶则减少;土壤酶指数可以作为评价土壤质量的方法。

陕西省水蚀土壤因子指标插值方法比较研究

基于地统计学原理和半变异理论,采用地理信息系统技术定量研究了陕西省水蚀土壤因子指标的空间变异特征。分析比较了反距离权重法、样条函数法与普通克吕格法对陕西省土壤因子指标空间插值的精度。结果表明,研究区土壤抗冲系数具有中等强度的空间相关性,块金系数为32.29%,而稳渗速率、崩解速率、抗剪强度均表现为强烈的空间相关性,块金系数分别为13.19%,11.61%和12.98%。综合考虑平均相对误差、均方差及插值效果,认为普通克吕格法最好,更能反映土壤参数的空间特征并符合区域水土流失模型对数据的要求。对于普通克吕格法,稳渗速率的Lag步长为30 000 m,半方差理论模型为指数模型;抗冲系数、崩解速率、抗剪强度的Lag步长为55 000,半方差理论模型均为高斯模型。在空间分布上,各指标随土壤类型由北到南呈现明显的地带性规律。

关于水土保持监测概念的讨论

自1990年代初期以来,我国开展了大量水土保持监测工作,但水土保持监测工作理论研究比较薄弱。在总结水土保持监测工作及其理论研究基础上,对水土保持监测的概念,水土保持监测与试验观测和侵蚀模型研究的关系,以及水土保持监测的内容与方法等问题进行了初步讨论。

我国水土保持监测与发展研究的思考

回顾了水土保持学科及水土保持监测的发展简史,探讨了水土保持监测内容的合理界定,如监测范围、对象、指标等。分析了水土保持基础理论对水土保持监测的支持问题及其相对于水土保持学科的外延性问题。讨论了水土保持监测的过程和成果的深入研究问题,即如何使得监测成果的各类效益更加明显,提出了水土保持监测发展及研究等基本问题。

基于日雨量的延安地区降雨侵蚀力动态特征分析

延安地区是黄土高原水土流失最为严重的地区之一。利用延安气象站1951-2005年的日降雨量数据,采用日雨量侵蚀力模型估算延安地区降雨侵蚀力,结果表明:该地区降雨侵蚀力主要集中在6-9月,占到了全年的85.6%。年降雨侵蚀力的平均值为1765.73MJ.mm/(hm2.h),55年间,年降雨侵蚀力变异程度适中,从整体上看,趋势保持平稳,其离差系数Cv和变异趋势系数r分别为0.41和-0.071。

黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

土壤碳库管理指数是表征土壤碳变化的重要量化指标,研究黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数(CPMI)的演变特征,并运用相关和回归分析方法对生态恢复过程中碳库各组分和恢复年限进行拟合。【结果】营造刺槐林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,50a时TOC、LOC、NLOC和碳库指数(CPI)分别较坡耕地增加271%、174%、467%和271%,其中NLOC增加速率略高于LOC,表明植被恢复增加的土壤碳素绝大多数以非活性形态贮存起来,而为了满足生物生长所必须的活性物质来源,土壤碳库必须维持一定的活度状态来满足碳素的动态转化平衡,碳库管理指数在营造刺槐林初期显著降低,随后先增加后降低,与刺槐林生长特性密切相关;但与天然林相比差距仍然较大,恢复50a时TOC、LOC和NLOC仅...

CLIGEN非降水要素在黄土塬区的适用性评估

许多基于物理机制的水文和作物模型需要日序列气象数据来驱动,CLIGEN是为WEPP等模型产生气候输入文件的天气发生器,可以产生10个日序列气象变量来满足这种需要,但是其在中国的适用性需要进行评估。研究的目标是利用黄土高原陕西长武1957~2001年的气象数据评估CLIGEN产生非降水要素(最高温度、最低温度、露点温度、太阳辐射和风速)的能力。结果表明,CLIGEN对最高温度、最低温度和露点温度的模拟效果较好,对太阳辐射和极端气候事件的模拟效果较差,对风速的模拟效果最差。相关性检验表明CLIGEN很好地保持了气象要素的季节性,这对模拟农业生产是非常重要的;但是没有保留气象要素逐日的自相关和互相关性,进而导致产生的温度变化不符合连续渐变的规律。