不同类型生物结皮对坡面产流特征的影响

生物结皮是黄土高原地区坡面水土流失不可忽略的影响因素,目前生物结皮对坡面产流特征的影响仍不明确.在陕北神木县六道沟小流域通过径流小区放水试验,以裸地为对照,研究了浅色藻结皮、深色藻结皮、混合结皮(藻+藓)以及藓结皮4 种类型生物结皮对坡面产流特征的影响.结果表明:① 浅色藻结皮、深色藻结皮和混合结皮较裸地显著降低了初始产流时间,三者的初始产流时间较裸地分别减少89.0%、96.2%和96.0%;而藓结皮则较裸地显著增加了初始产流时间.② 浅色藻结皮和混合结皮较裸地显著延长了退水持续时间,其退水持续时间分别是裸地小区的2.28和2.13倍;而深色藻结皮的退水持续时间与裸地差异不显著.③ 深色藻结皮和藓结皮的径流流速较裸地分别降低了29.1%和67.3%;藓结皮的径流流速显著低于其他生物结皮小区;各生物结皮小区的径流深与裸地均无显著差异;浅色藻结皮的径流深显著高于深色藻结皮.④ 不同类型的生物结皮较裸地明显改变了坡面产流过程和径流量;浅色藻结皮小区的径流系数显著高于裸地,深色藻结皮和混合结皮小区的径流系数较裸地差异不显著;浅色藻结皮小区的径流系数是深色藻结皮小区的2.44 倍,差异显著;放水时段内,藓结皮小区没有径流流出.以上结果表明,生物结皮是坡面产流特征的重要影响因素,影响程度与生物结皮的发育阶段和生物组成有关.     

不同雨强下红壤坡地径流及土壤侵蚀研究

广东省的土壤侵蚀严重地影响了当地的可持续发展,研究该地区典型土壤--红壤侵蚀对于该地区的水土保持工作具有重要意义.利用天然降雨试验的方法对其不同土地利用情况的侵蚀进行研究,取得了如下结果(1)径流随雨强增大而增大;同一雨强下,有松散堆积物的地表径流量最大、开挖裸地次之、有植被覆盖的最小;(2)土壤侵蚀量随降雨强度增大,先减小、后增大、再减小;同一雨强下,有松散堆积物的侵蚀量最大、开挖裸地次之、有植被覆盖的最小;(3)开挖裸地随坡度增大,径流量、土壤侵蚀量反而减少,说明坡地径流及土壤侵蚀随坡度变化均存在一个临界值,有待进一步研究确定;(4)随雨强变化,有植被覆盖的小区侵蚀量最大值出现比其他小区推迟,表明植被对降雨的截留和改善土壤理化性能作用显著.     

半干旱黄土丘陵区土壤结皮的地表水文效应

黄土高原广泛分布的土壤结皮对地表水文过程有重要影响.以定西黄土丘陵区安家沟小流域内的土壤结皮为研究对象,基于野外采样和水文模拟实验等技术,探讨不同土壤结皮类型对地表水文过程的影响.结果表明:①与裸地相比,有结皮覆盖的地表土壤容重较小,土壤持水能力显著增强,其增加幅度为裸地的1.4～1.9倍;②土壤结皮可有效拦截降雨,以苔藓结皮的拦截能力最强,其次为混生结皮和地衣结皮,无结皮覆盖的裸地抵御降雨冲击的能力最差;③模拟实验显示,土壤结皮能在一定程度上增加水分入渗速率及总入渗量.有结皮覆盖的平均地表入渗速率是裸地的近2倍,而其累计入渗总量也远远高于裸地.     

雨强和坡度对裸地径流颗粒物及磷素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强（0~100mm/h）和坡度（0°~10°）条件下,北方砂壤土裸地降雨径流中颗粒物（SS）、总磷（TP）、颗粒态磷（PP）的流失量及径流污染物之间的相关关系,并分析了雨强和坡度对污染物流失量的影响.研究结果表明,雨强和坡度越大,SS和TP流失量越大;径流中SS与TP、TP与PP的单位面积流失量呈显著线性相关关系（R²>0.946）;在实验条件范围内,雨强对颗粒物及磷素流失量的影响比坡度更显著;径流中颗粒物及磷素单位面积流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系,相关系数大于0.911,由于0°裸地和有坡度裸地的下渗及产流情况差异较大,在模拟雨强和坡度对颗粒物及磷素流失量影响时需分别考虑.结果可为我国北方砂壤土裸地径流中颗粒物及磷素单位面积流失量的估算提供计算方法和科学依据.     

黄土高原土质路浮土径流产沙模拟降雨试验研究

目前关于道路侵蚀的研究较多,但针对土质路浮土侵蚀规律的研究尚未见报道,且浮土侵蚀由于浮土颗粒的特殊性质,与农地、撂荒地及道路侵蚀等有较大区别.因此,本文采用室内人工模拟降雨的方法,研究了黄土高原土质路浮土侵蚀规律.结果表明:1大坡度、大雨强时产流起始时间随浮土厚度的增大差异较小,并与雨强、坡度呈显著线性关系,坡度2°时产流时间较其他坡度滞后36.23%~52.57%,随雨强增大,产流起始时间可缩短38.57%~72.89%,开始侵蚀土质路路面发生在小区出口处.2径流量在产流开始后3 min内显著递增,增幅可达692.59%,该过程主要发生在单独浮土侵蚀时段,达到混合侵蚀时段后径流量趋于相对稳定,随雨强增大而递增,幅度可达29.84%~177.81%.开始侵蚀路面临界时间点随雨强的增大而提前,随浮土厚度的增大而滞后.3侵蚀速率在产流开始后9 min时出现转折,在此之前的单独浮土侵蚀时段波动剧烈,混合侵蚀时段在大坡度下随降雨过程持续递增,小坡度下趋于相对稳定.421 min时总径流量随雨强增大而递增,坡度对21 min时总侵蚀量影响显著,递增幅度可达15.44%~229.00%.本研究结果阐明了土质路浮土侵蚀规律,可为综合治理道路及浮土侵蚀,改善当地环境质量提供科学依据.     

稻草覆盖对赣南稀土尾渣坡面产流产沙的影响

生物覆盖措施能显著降低敏感脆弱带及裸露坡地水土流失,且具有成本低、见效快等特点,适合在矿区推广.为研究稻草覆盖对稀土尾渣坡面水土流失过程的影响,采用人工模拟降雨试验,对比研究不同雨强（60和90 mm/h）和不同稻草覆盖度（0%、50%和100%）条件下稀土尾矿地表产流、产沙情况.模拟降雨试验在位于江西省九江市德安县的江西省水土保持生态科技园开展,不同雨强采用西安清远测控技术有限公司设计的QYJY-503人工模拟降雨系统进行控制.结果表明:雨强为60 mm/h时,50%和100%稻草覆盖度处理坡面径流开始时间分别比0%稻草覆盖度坡面延迟46%和91%;雨强为90 mm/h时,延迟幅度分别为3.0和4.8倍.0%、50%和100%稻草覆盖度条件下稀土矿渣坡面单位时间产流量分别在产流开始后6、31和41 min达到稳定值.60 mm/h雨强条件下稀土矿渣坡面1 h总产流量呈现0%稻草覆盖度> 100%稻草覆盖度> 50%稻草覆盖度（P < 0.05）,而90 mm/h雨强条件下则为0%稻草覆盖度> 50%稻草覆盖度> 100%稻草覆盖度（P < 0.01）.雨强为60 mm/h时,50%和100%稻草覆盖度稀土矿渣坡面土壤侵蚀量分别比0%稻草覆盖度坡面降低73.46%和84.53%;而雨强为90 mm/h时,2种措施土壤侵蚀量降幅分别为54.83%和72.14%.研究显示,稻草覆盖措施可以有效降低矿区土壤坡面径流、泥沙产量.      

三峡库区土质道路侵蚀与污染物传输特征分析

以三峡库区张家冲小流域为研究区,通过野外调查选择了选取土质道路、坡耕地和道路边坡等6个不同类型小区进行模拟人工降雨,定量研究了研究区典型土质道路产流产沙及氮磷流失特点,以期对三峡库区水资源保护提供科学依据。结果表明,雨强、植被覆盖度和坡度对各小区降雨产流、泥沙含量以及不同形态的氮磷污染物流失特征都具有一定的影响。     

强降雨下农田径流中溶解态氮磷的输出特征 ——以崂山水库流域为例

在崂山水库流域建立了种植5种代表性作物玉米、大豆、花生、红薯和黄瓜的径流小区,对2009~2010年10次强降雨(大雨或暴雨)产流中溶解态氮磷浓度进行了定位观测,同时记录了降雨基本特征和径流小区各类型作物的种植生长信息.结果显示,5种作物所在径流小区产流中氨氮、硝氮和水溶性磷的事件平均浓度(EMC)均存在较明显的差别,施肥条件和作物类型是造成这种差异的主要原因.玉米、黄瓜所在径流小区产流中溶解态氮磷浓度明显高于其他作物,是由于这两种作物施肥量相对较大,而叶面积指数相对较小.各径流小区的溶解态氮磷流失量与作物叶面积指数存在明显负相关(P<0.05).降雨特征与径流小区溶解态氮磷物质迁移的相关性分析表明,迁移量与次降雨量、小时最大雨强呈现显著正相关(P <0.01).     

废弃尾矿坡面产流产沙影响因素分析

为明确不同影响因素对产流产沙的作用效果,采用废弃尾矿土进行人工模拟降雨实验,分析了植被覆盖率(0、40%、80%、100%)、雨强(20、60、100、220 mm/h)、坡度(15°、30°)对尾矿坝坡面初始产流时间的作用效果及其与产流产沙的关联度。结果表明:三种因素对产沙率及产流率的关联度规律一致,当三者共同作用时,按影响程度排序依次为雨强、坡度、植被覆盖率;初始产流时间与雨强及坡度表现为负相关关系,与植被覆盖率之间表现为正相关关系;三种因素对初始产流时间的相关性极显著;覆盖率的增加对产流时间的延缓存在积极作用。     

人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征

黄土坡沟水沙及养分流失严重,不仅造成土地生产力下降,对水环境也存在潜在威胁.为探索黄绵土坡面水沙氮磷流失相关关系,采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（45、60、75、90、105、120 mm/h）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）下黄土裸地水沙氮磷的流失规律.结果表明:①产流量可用坡度的二次多项式表达,确定系数（R2）达0.83以上,产沙量随雨强变化规律不明显,但随坡度增加呈显著增加趋势.②各雨强下,25°与5°坡面的ρ（TN）比值范围为1.63~5.42,波动较大,而ρ（TP）随坡度的增加基本呈增加趋势,但整体数值低于ρ（TN）.③各雨强下ρ（吸附态氮）随降雨历时的延长呈剧烈起伏变化;大雨强（105和120 mm/h）下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长逐渐减少至稳定值,其他雨强下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长呈现波动增加.各雨强与坡度下,ρ（吸附态氮）与ρ（吸附态磷）分别占ρ（TN）、ρ（TP）的60.66%、96.62%,是黄土裸坡氮磷的主要流失形式.④随水沙流失的氮磷中,TN占主要部分,其流失量是TP流失量的1.43~22.46倍,径流量增加时TN流失量显著增加,而产沙量增加时TP流失量显著增加.研究显示,雨强和坡度变化对水沙氮磷流失影响各异,吸附态氮磷是黄土养分流失的主要途径,可为黄土坡耕地水土流失治理提供科学依据.      

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.     

Response of runoff and soil loss to reforestation and rainfall type in red soil region of southern China

To evaluate the long-term effects of reforestation types on soil erosion on degraded land, vegetation and soil properties under conventional sloping farmland (CSF) and three different reforestation types including a Pinus massoniana secondary forest (PSF), an Eucommia ulmoides artificial economic forest (EEF) and a natural succession type forest (NST), were investigated at runoff plot scale over a six-year period in a red soil region of southern China. One hundred and thirty erosive rainfall events generating runoff in plots were grouped into four rainfall types by means of K-mean clustering method. Erosive rainfall type I is the dominant rainfall type. The amount of runoff and the soil loss under erosive rainfall type III were the most, followed by rain-fall type II, IV and I. Compared with CSF treatment, reforestation treatments decreased the average annual runoff depth and the soil loss by 25.5%–61.8% and 93.9%– 96.2% during the study period respectively. Meanwhile, runoff depth at PSF and EEF treatments was significantly lower than that in NST treatment, but no significant difference existed in soil erosion modulus among the three reforestation treatments. This is mainly due to the improved vegetation properties (i.e., vegetation coverage, biomass of above- and below-ground and litter-fall mass) and soil properties (i.e., bulk density, total porosity, infiltration rate and organic carbon content) in the three reforestation treatments compared to CSF treatment. The PSF and EEF are recommended as the preferred reforestation types to control runoff and soil erosion in the red soil region of southern China, with the NST potentially being used as an important supplement.     

芦溪流域非点源污染物流失的一般规律

以芦溪小流域为研究对象,监测在自然降雨条件下,不同土地利用类型小区、流域出口的污染物流失情况,研究一次降雨径流过程中非点源污染物流失的一般规律,以及不同前期降雨条件下的污染物流失特征.研究表明:随着前期降雨量的增大,SS的流失明显降低,当试验前5天总降雨量为15、115、161mm时,流域出口的SS流失浓度分别为265.6、145.8和124.2mg/L;流域出口的营养物质与COD受前期降雨条件的影响相对较小,波动幅度不大于±15%.小区试验的结果表明:污染物流失浓度的一般规律为:旱地>居民点>草地>林地>水田.植被覆盖可有效地减少泥沙流失,当植被盖度从50%上升到90%时,泥沙流失浓度可减少80%.土壤背景值是决定TN流失浓度的关键因子,旱地、草地、林地的TN流失浓度与土壤背景值的比值为2.75%、2.79%和2.42%.NO₃^--N与NH₄⁺-N的流失浓度随植被盖度的增大而增大.     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

降雨──产流过程与氮、磷流失特征研究

以于桥水库流域为例,通过人工降雨模拟实验与天然降雨径流过程监测,对所获主要营养盐物质－氮、磷的监测数据进行归纳、分析、验证,得出氮、磷随径流过程的输出特下,变化趋势、共性与差异,以及主要影响因子对氮、磷流失的影响过程与原因分析,为水体富化的防治研究提供依据。     

降雨──产流过程与氮、磷流失特征研究

以于桥水库流域为例,通过人工降雨模拟实验与天然降雨径流过程监测,对所获主要营养盐物质──氮、磷的监测数据进行归纳、分析、验证,得出氮、磷随径流过程的输出特征,变化趋势、共性与差异,以及主要影响因子对氮、磷流失的影响过程与原因分析,为水体富营养化的防治研究提供依据．     

黄土高塬沟壑区砚瓦川流域水沙关系及其对流域治理的响应

选取黄土高塬沟壑区砚瓦川流域作为研究对象,分析综合治理前后年水沙关系及次降雨水沙关系变化及其对流域治理的响应,研究结果表明：1997年为砚瓦川流域减水减沙作用明显生效的转折年。治理期（1998-2009年）与基准期（1981-1997年）相比,无论年尺度还是次降雨尺度上,径流深与输沙模数间的关系均发生显著变化,其单位径流输沙量显著降低。其中在次降雨尺度上水沙关系趋于稳定的临界径流深为3 mm;当降雨量<50 mm、雨强<4 mm/h或历时>3 h 时,治理期较基准期水沙关系变化显著。水土保持综合治理是造成年尺度和次降雨尺度上水沙关系变化显著的原因,并且可以显著降低中低降雨量、中低雨强和中长历时降雨的单位径流输沙量。     

基于格局-过程理论的非点源污染实证研究:以黄土丘陵沟壑区水土流失为例

非点源污染是影响地表环境的主要污染方式之一.针对黄土高原丘陵沟壑区水土流失这一典型的非点源污染问题,应用非点源污染的空间识别方法———景观空间负荷对比指数和景观坡度指数,对黄土高原泾河流域12个子流域进行了实证研究.结果表明,耕地、低覆盖度草地和各种林地的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数对流域土壤侵蚀模数有显著的响应关系,对径流深度存在着一定的响应关系,而对径流变异系数和侵蚀变异系数没有明显的响应.说明景观空间负荷对比指数和景观坡度指数对流域水土流失具有一定的指示作用,可作为水土流失等非点源污染空间风险评价的1个有用方法.