近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用方式坡面土壤水分特性研究

为分析不同土地利用方式下坡面土壤水分特性的差异和规律,对黄土高原水蚀风蚀交错带典型坡面上农地、林地和草地的土壤水分特性进行了分析。结果表明:(1)苜蓿地土壤的持水能力和供水能力最强,其次是杏树林和长芒草地,谷子地最差;(2)通过土壤水分有效性分析发现,水蚀风蚀交错带田间持水量相当于-0.2×105Pa土壤基质势时的土壤含水量,永久凋萎点则低于-2.0×106Pa土壤基质势对应的土壤含水量;(3)苜蓿地有效水含量最高,谷子地有效水含量最低,而且苜蓿地土壤有效水含量的提高主要是提高了迟效水部分;(4)对不同土地利用方式下的土壤比水容量变化曲线研究表明,土壤比水容量在田间持水量附近随土壤含水量的降低减小的很快,而当土壤水分降低到田间持水量的50%~60%以下时,土壤比水容量基本不变。

相似性降水条件下北洛河水沙变化特征

降水是河流径流来源也是水土流失的主要动力,通过选择相似降水年组比较河流水沙变化,可以更好揭示土地利用变化对河流水沙变化的影响。采用1954年到1996年北洛河状头水文站实测资料,根据年份差大于5年,年雨量差小于20 mm和汛期雨量差小于10 mm等三个指标确定了8个相似降水年组。通过比较相似性降水年组径流量和输沙量变化,分析了不同时间河流水沙变化特点;并通过组间比较初步探讨了北洛河水沙变化趋势。分析表明,与1980年相比,1996年除汛期径流量增加外,年径流量,年与汛期的输沙量和含沙量均增加;在其他时段,输沙量在1970年代后期以前呈减少趋势,年径流量和汛期径流量有增加趋势,而年均和汛期含沙量均有减少趋势。

黄土高原地区水土保持科学研究的重点领域

针对黄土高原地区生态建设的需求与水土保持科学研究现状,分析了黄土高原水土保持科学研究的成就与发展趋势,提出该区未来需加强土壤侵蚀过程、机制及侵蚀模型、植被恢复的潜力及调控、大尺度土壤侵蚀及水土保持的格局与规律、水土流失及治理的环境效应评价理论与模型、水土流失治理的生态服务功能评价和不同尺度水土保持与生态建设模式研究等重点研究领域。

基于滤波方法的DEM尺度变换方法研究

针对水土流失评价中地形因子的尺度效应问题,引入数字图像处理中的滤波分析方法,对5 m分辨率DEM进行了滤波处理,并通过地形综合特征分析,坡度、曲率制图统计分析,派生等高线与河流提取统计分析等方法,对滤波处理的综合效果进行了分析论证。结果表明,利用滤波方法可以实现对高分辨率DEM的综合,利用比例尺因子为5或者10的处理,其结果与10 m分辨率DEM或1∶5万地形图在反映地形起伏方面相似。

~(137)Cs示踪技术背景值研究进展与建议

利用环境核素137Cs示踪技术研究土壤侵蚀被越来越多的科研人员所采用,而背景值的确定是利用该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。本文从137Cs背景值采样点的选取方式,137Cs全球空间分布预报模型以及影响137Cs沉降因素等方面进行了总结性综述,对137Cs背景值研究应注意的问题和今后研究重点提出了建议。

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用类型土壤呼吸季节变化及其环境驱动

water wind erosion crisscross region; soil respiration rate; seasonal changes; land use pattern; soil temperature; soil moisture; 【摘要】 以黄土高原水蚀风蚀交错区神木县六道沟小流域为研究区,采用动态密闭气室法对植物生长季节(2007年5～10月)5种土地利用方式的土壤呼吸速率进行了测定,并结合水热因子,对不同土地利用方式间土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明:5种土地利用类型土壤呼吸速率季节性变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,其7、8月份土壤呼吸速率均显著高于其它月份(P<0.05);生长季节土壤CO2平均释放速率顺序为:长芒草地>苜蓿地>柠条地>农地>沙柳地,草地在生长前期和旺盛期土壤呼吸强度均显著高于农地和灌木林地;除沙柳地和苜蓿地以外,在土壤呼吸与所有温度指标的关系中,与10cm深度的土壤温度相关性最好,且除沙柳地外,其它4种土地利用类型均与之达到显著相关;农地土壤呼吸对温度的响应最敏感(Q10值为2.20),除沙柳地(Q10值为1.48)外,其它4种土地利用类型Q10值均在2.0左右,接近于全球Q10的平均水平;通过Van’t Hoff模型估算,2007年植物整个生长季节(5～10月份),5种土地利用类型土壤呼吸量从高到低依次为:苜蓿地259gC·m-2,长芒草地236gC·m-2,柠条地226...

沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系

以生长在陕北水蚀风蚀交错带沙地上的人工小叶杨(Populus simonii)和柠条(Caragana korshinkii)为研究对象,采用剖面法调查2个树种的细根分布特征,通过2年土壤水分定位观测研究,初步分析沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系。结果表明:1)沙地小叶杨和柠条随土层深度增加,细根表面积密度逐渐减小,0~100cm土层分别集中了整个剖面细根总量的63%和95%;2)小叶杨和柠条林地剖面土壤水分与细根垂直分布密切相关,小叶杨和柠条林地土壤水分特征类似,可分为3个层次:0~50 cm土层为速变层,50~200 cm土层为缓变层,200cm以下土层为缓慢衰减层;3)2年观测期内,小叶杨和柠条林地总蒸散量接近,与同期降水量基本持平,而裸沙地土壤储水量增加;4)小叶杨和柠条细根趋于浅表化的分布特征是对沙地浅层土壤经常获得雨水补给适应的结果。研究结果可为水蚀风蚀交错带沙区防护林建设提供理论依据。

基于植物群落结构的水土流失植被因子指数研究

通过分析传统生态学盖度在指示植被防止水土流失功能的不足,以植被垂直结构中各个层次控制水土流失的机理为依据,提出结构化植被因子指数Cs这一新的指标,建立了植被因子指数模型并进行了案例分析。结果表明:油松和山杨群落中,林冠层、草被层及枯枝落叶层都是植被防止水土流失的关键层次,其盖度对于防止水土流失的作用权重分别为0.0150,0.591,0.394和0.0608,0.828,0.112。结构化植被因子指数考虑了群落结构中各层次的相对作用,并结合各层次的盖度来综合反映植被影响水土流失的作用,比传统的生态学盖度能更好地描述植被与土壤侵蚀的关系,是一种理想的植被因子指标。

高精度GPS,三维激光扫描和测针板三种测量技术监测沟蚀过程的对比研究

采用连续模拟降雨试验,对坡沟系统概化模型进行坡面沟蚀发育过程模拟,再现坡面片蚀—细沟侵蚀—切沟侵蚀演变过程。结合3种测量技术从测量精度、测量人员要求、数据处理、数据通用性、配套软件使用、前期投入、测量条件等几个方面入手,对比分析高精度GPS(Trimble 5700)、三维激光扫描仪(Leica HDS 3000)和测针板的3种测量方法的优缺点,同时对3种测量方法在沟蚀过程监测和侵蚀量估算方面进行对比研究。结果表明,激光扫描仪能很好地监测沟蚀演变过程,且对侵蚀量估算精度较高,误差仅为4.5%。高精度GPS也能很好地监测沟蚀演变过程,对侵蚀量估算精度误差为7.38%。测针板法不能很好的反映沟蚀演变过程,但是对于侵蚀量的估算可以满足日常要求,误差为-12.78%。

土壤侵蚀危险度评价研究进展

通过对已有土壤侵蚀危险度评价研究的分析,将这些评价方法归纳为土壤抗蚀年限评价法、土壤侵蚀危险度主导因子分级评价法和土壤侵蚀危险度模型评价法3大类,并在对各种评价方法综合分析的基础上,对土壤侵蚀危险度评价的研究方向和发展趋势进行讨论。建议今后加强土壤侵蚀危险度定量评价方法,尤其是模型方法的研究。

侵蚀环境人工灌木林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

采用时空互代法,以黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工柠条和沙棘林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,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)及碳库管理指数的演变特征。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为干扰,土壤碳库含量偏低,退耕营造柠条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,25 a时TOC、LOC和NLOC分别较坡耕地增加271%、144%和204%,仅为侧柏林的32%、30%和29%,碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别达到144%和108%,仅为侧柏林的28%和43%;不同灌木林对土壤碳库管理的改善作用不同,恢复年限相同的沙棘林土壤碳库组分含量和管理指数明显高于柠条林,坡耕地营造灌木林后土壤经营和管理水平得到了显著改善,土壤系统向着良性方向转变。相关性分析表明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性极其密切,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标。

模拟降雨下初始含水量对砂黄土硝态氮迁移特征的影响

利用室内人工模拟降雨,研究了不同初始含水量砂黄土在降雨条件下入渗-径流、土壤侵蚀,以及NO3--N随径流流失和土壤深层淋溶特征。结果表明,初始含水量对产流时刻的影响在相对含水量为49.4%和76.9%之间存在一个转折点,高初始含水量较低含水量产流提前大约15 min;土壤侵蚀量随着土壤初始含水量的增加而增加,相对含水量为97.1%时,侵蚀泥沙量分别是相对含水量22.9%时的2.8倍,49.4%时的2.3倍,76.9%时的1.5倍。初始含水量高的处理径流初始NO3--N浓度高,随后各处理均衰减很快,10 min左右NO3--N含量趋于雨水本底值;土壤初始含水量越低,NO3--N被淋洗的程度越严重,土壤剖面中NO3--N的浓度峰越深。对于黄土高原坡地砂黄土NO3--N迁移特征来看,按照NO3--N迁移数量,随径流和泥沙流失量比向土壤深层迁移的数量小。说明在降雨条件下,NO3--N主要通过土壤深层淋溶损失,且土壤初始含水量越低其损失越严重。针对黄土高原降水量小、分布集中的特点,采取措施增加入渗,蓄积水分,在一定含水量下施肥,以提高氮肥利用率,降低NO3--N的淋溶。

分布式水文模型的误差分析

分布式水文模型以其具有明确物理意义的参数结构和对空间分异性的全面反映,能够准确详尽地描述和模拟流域内真实的降水径流过程而被广泛需求和关注。在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失等各种变化过程的水文响应,面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等诸多领域都有广泛的应用。模型的预报精度和误差至关重要,决定了模型的应用和推广。在分析分布式水文模型建立和验证过程的基础上,提出了模型的4类误差来源:被排除在外的因素引起的误差,实测历史记录资料的随机或系统误差,参数误差和模型结构误差,讨论了各类误差的分析与计算方法,为模型的发展和成长提供了依据。

侵蚀环境人工刺槐林土壤水稳性团聚体演变及其养分效应

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水稳性团聚体变化规律及其与土壤养分状况之间的相互关系。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为耕作干扰,土壤水稳性团聚体含量低下,抗蚀性能较差。营造刺槐林前5 a土壤水稳性团聚体含量较坡耕地显著快速增加,随后增幅变缓,成对数增长,恢复25 a后土壤水稳性团聚体含量已经达到天然侧柏林水平。在植被恢复过程中土壤小粒径的水稳性团聚体逐渐聚集转变形成大粒径的团聚体。相关性分析和回归分析表明,植被恢复过程中>0.25 mm土壤水稳性团聚体与有机碳、全氮、碱解氮、速效钾、容重等相关性达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01),与全磷和速效磷相关性较弱。坡耕地退耕营造刺槐林后可以减少人为干扰,增加碳素和氮素供给,提高水稳性团聚体含量,使土壤抗蚀性能提高。