全国土壤侵蚀量估算及其在吸附态氮磷流失量匡算中的应用

应用土壤流失方程(USLE),根据我国土壤水力侵蚀分类分级标准,建立了大尺度区域土壤侵蚀量的估算模型;基于GIS技术平台,利用土壤普查数据,构建了全国表层土壤氮磷含量数据库,完成了2000年全国境内水土流失影响下吸附态氮磷的流失量估算.经数据合理性分析验证后得出以下结论:(1)全国因水土流失引发的吸附态氮素和磷素的流失总量分别达到104.22×104t和34.65×104t;(2)长江、珠江和黄河三大流域的吸附态氮、磷流失量之和分别占全国总量的83%和89%,单位面积(1km2)吸附态氮、磷的流失量分别介于6.0×10-4～0.53t和2.1×10-4～0.13t之间;(3)吸附态氮的重点流失区主要分布在长江中上游水土易蚀区、黄河中游沟壑区、西辽河上游区、珠江流域红水河、西江等上游区以及怒江、澜沧江下游区.     

基于网格单元的碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮污染负荷研究

在ENVI、ArcGIS系统的支持下,集成土壤侵蚀模型、泥沙输移模型和污染物富集模型,建立了基于网格单元非点源吸附态氮污染负荷的通用计算方法。以碧流河流域为例,利用调查、收集的数据资料确定了模型中各计算因子,估算了流域土壤流失量、输沙量和吸附态氮负荷。结果表明:2012年,碧流河流域平均土壤侵蚀模数为1137 t/（km2·a）,平均输沙模数为295 t/（km2·a）,吸附态氮流失模数为326 kg/（km2·a）,吸附态氮流失总量为878 t,其中林地562 t、耕地285 t,分别占吸附态氮流失总量的64%和32%。为减小碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮的流失,应进一步提高流域内林地、草地质量,在水土保持功能弱的林草地上实施工程措施。     

吉林省西部新增灌区水田非点源污染负荷估算

吉林省西部实施土地整理和引水工程新增水田1.53×105ha,同时暴露了以T-N、T-P和总盐量为特征污染物的严重的农田非点源污染问题。应用美国通用土壤流失量方程(USLE)和美国农业非点源管理与化学径流模型(CREAMS),结合典型流域单元试验农田连续监测,估算了吉林省西部地区盐碱地改水田新增非点源污染物TN、TP和总盐量年输出负荷。研究表明:吉林省西部新增水田非点源污染物输出总负荷:氮素4 029.561 t/a(26.337 kg/ha),磷素1 407.982 5 t/a(9.242 5 kg/ha),总盐分851 537.871 t/a(5 565.607kg/ha)。按照驱动作用力分析,降雨径流与农田排水共同驱动水田氮素流失,降雨径流是磷流失主要驱动力,田间排水是总盐分流失主要驱动力。     

贵州省碳酸盐岩地区土壤允许流失量的空间分布

根据决定上覆土层厚度的碳酸盐岩建造中的泥质含量,贵州碳酸盐岩地区的岩石组合类型可分为连续性碳酸盐岩组合、碳酸盐岩夹碎屑岩组合、碳酸盐岩与碎屑岩互层组合,按贵州碳酸盐岩的风化溶蚀速率平均值49.67 mm/ka计算了碳酸盐岩不同岩石组合类型的成土速率,并以此作为相应岩石类型地区的土壤允许流失量。连续性碳酸盐岩组合地区土壤允许流失量小于6.84 t/(km2.a),为土壤侵蚀极度敏感区;碳酸盐岩夹碎屑岩组合地区土壤允许流失量小于45.53 t/(km2.a),为土壤侵蚀重度敏感区;碳酸盐岩与碎屑岩互层组合地区土壤允许流失量小于103.46 t/(km2.a),为土壤侵蚀中度敏感区。说明贵州碳酸盐岩地区的土壤侵蚀分级标准存在空间分异。强度石漠化主要分布在土壤允许流失量小于6.84 t/(km2.a)的连续性碳酸盐岩地区,尤其是连续性石灰岩地区分布最广。     

基于USLE的东江流域土壤侵蚀量估算

基于通用土壤流失方程(USLE),运用遥感和地理信息技术,对东江流域年均土壤侵蚀量进行估算。结果表明:东江流域年均土壤侵蚀总量为16.2×108t,土壤侵蚀模数为18.73t/(hm2.a),侵蚀强度属轻度。占流域面积94.62%的区域土壤侵蚀强度在中度以下,对流域土壤侵蚀量的贡献率为9.94%,而占流域面积仅5.38%的中度以上侵蚀区域对流域土壤侵蚀量的贡献率达90.06%。流域土壤侵蚀空间差异性大,分析土壤侵蚀与土地利用类型和坡度之间的关系表明:裸地和灌草地为区内主要侵蚀地带,土壤侵蚀模数随着坡度的递增呈先增加后减小的趋势,5°~25°为区内主要土壤侵蚀坡度段。通过以上研究分析以期为构建东江流域水生态功能分区指标体系提供科学依据。     

赤水河流域不同土地利用类型土壤侵蚀的137Cs法研究

本研究采用137Cs法对赤水河流域不同土地利用类型土壤侵蚀强度展开调查研究,以期为赤水河流域生态环境保护和实现流域的可持续发展提供基础数据。通过对赤水河中上游地区4种土地利用类型土壤剖面中137Cs含量的测定和分析,结果表明:坡耕地以侵蚀为主,平均坡度在11°~19°之间时,侵蚀模数介于3630~6776 t/(km2·a),其中,习水和叙永研究区坡耕地平均坡度均大于15°,土壤侵蚀强烈,侵蚀模数在6050~6776 t/(km2·a)之间;草地平均侵蚀模数为4235 t/(km2·a);(2)林地有微弱堆积,堆积模数为1331 t/(km2·a);水稻田堆积模数为3872 t/(km2·a)。可见,当平均坡度大于15°时,坡耕地土侵蚀强度较大,因地制宜的采取相应的水保措施是有效遏制水土流失的关键。     

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.     

侵蚀程度差异诱发的坡面产流-产沙-总磷流失特征

为了研究不同侵蚀程度下土壤坡面产流产沙及携磷流失特征,以浙江省湖州市安吉县风化花岗岩母质上发育的坡地土壤为研究对象,选择侵蚀强度不同的出露土层(分别为砂土层(A组)和红土层(B组))两组土壤进行人工模拟降雨试验.结果表明:坡地磷素流失主要以侵蚀泥沙为主,径流携磷流失中以地表径流携带流失为主,壤中流磷素流失量较小;由于土壤机械组成、容重的差异,B组土壤壤中流流量及其携磷流失量远小于A组土壤壤中流流量及其携磷流失量;雨强对坡面径流中磷素流失浓度的影响明显,坡面径流和壤中流磷素流失浓度相差极大;两组土壤坡面径流量受雨强的影响基本一致,均为150 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 90 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1)30 mm·h~(-1),不同的是红土层土壤坡面径流产流量较大且变幅小;随雨强增加两组土壤壤中流变化特征差异明显,红土层土壤在不同雨强下的壤中流流量排序为90 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1) 30 mm·h~(-1)150 mm·h~(-1),砂土层土壤在不同雨强下的壤中流流量排序为150 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 90 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1)30 mm·h~(-1);侵蚀泥沙富集较小颗粒(粉粒、粘粒)和磷素,其磷含量均高于试验用土磷含量;雨强越大,土壤细颗粒含量越高,侵蚀泥沙产量越大.     

喀斯特坡地土壤流失监测结果简报

在贵州普定岩溶地质与生态研究综合试验站陈旗小流域内,采用全坡面大型径流场的方法,对6种不同土地利用条件下喀斯特坡地径流场次降雨地表径流量和土壤流失进行了监测。2007年7月到2008年12月期间的监测结果表明:6个径流场土壤流失量均非常小,年土壤流失量和年悬沙产沙量变化范围分别为0.05~62.25 t/km2和0.03~8.68 t/km2,最大的为中度石漠化的稀疏灌丛径流场。喀斯特坡地土壤流失集中发生在降雨量超过60mm的降雨事件中,不同类型坡地间次降雨土壤流失量差异显著,最主要控制因素为地表径流量,同时也受到降雨特征和植被状况的影响。此外,前期降雨对坡地产流和土壤流失的影响也是客观存在的。前期降雨丰沛的条件下,坡耕地、稀疏灌丛径流场的地表径流量、次降雨土壤流失量相对复合植被、火烧迹地、灌草和幼林径流场均出现明显增长。     

三峡库区不同土地利用类型氮磷流失特征及其对环境因子的响应

农业面源污染治理是库区生态环境建设亟待解决的问题.通过对三峡库区退耕还林后不同土地利用类型养分流失的监测,分析不同退耕还林模式氮磷流失特征及其对环境因子的响应.结果表明:①不同土地利用类型养分流失浓度的变异性较强,速效养分浓度的变异性远高于全养分;②退耕还林后各土地利用类型磷的年流失负荷降低了84.53%～91.61%,氮的年流失负荷则只有乔木林和板栗显著降低,各土地利用类型的氮素流失负荷是磷素流失负荷的4.85～38.62倍;③不同土地利用类型的磷主要以颗粒态流失,而硝态氮则是氮流失的主要形态;④茶园与竹林的养分流失负荷与降雨量呈较好的相关性,磷素与降雨量的相关性优于氮素,养分流失负荷与降雨强度没有明显的相关性;⑤植被的总盖度、乔木层盖度以及凋落物层盖度对TN流失的影响程度较大.NO3--N的流失负荷受土壤表层NH4+-N含量影响程度较高.土壤TP含量和沙粒含量则是磷素流失的主要影响因素.     

基于USLE和GIS的阳宗海流域土壤侵蚀量预测研究

借助GIS技术,运用USLE预测模型,以云南省九大高原湖泊之一——阳宗海为研究对象,对该流域的土壤侵蚀量进行了估算。运用遥感和数学统计对USLE中的参数进行了选定,并通过合理的USLE因子算法,得出了2004年阳宗海流域的土壤侵蚀分布图和侵蚀总量。结合实地考察和土壤侵蚀状况,对土壤侵蚀原因进行了合理的分析,提出了相应的控制措施。     

江西省赣州市稀土矿开采导致的水土保持价值损失评估

稀土矿的无序开采既造成了稀土资源的浪费,也导致了水土流失和环境污染等一系列环境问题。论文基于通用土壤流失方程（USLE）,利用江西省赣州市的稀土矿调查点数据、遥感数据、气象数据和基础地理数据分别测算了基准参考区（未受稀土开采干扰的植被覆盖较好的区域）与稀土矿开采所导致的植被破坏区内的土壤侵蚀量,通过对二者的横向对比估算由稀土开采所导致的土壤侵蚀量,并进一步对稀土开采所导致的水土保持实物量及价值量损失进行了核算。结果表明：1）赣州市稀土开采所导致的土壤侵蚀极为严重,相较于基准参考区较低的土壤侵蚀模数 [平均为2 345.9 t/(km²·a)],矿区及其周边的平均土壤侵蚀模数达到了8 487.5 t/(km²·a),土壤侵蚀严重区甚至高达70 000 t/(km²·a)以上,总体上,赣州市2013年稀土矿开采所导致的土壤侵蚀量为646 917 t;2）赣州市稀土开采所导致的水土保持实物量及价值量损失巨大,2013年,赣州市稀土开采所导致的水土保持价值损失量为461 921.3万元,占到了其当年总产值的12.35%。论文构建的水土保持价值损失评估方法可为其他类似矿区的评估提供解决思路,研究结果可为稀土矿区生态评估、稀土资源定价以及矿区的生态环境管理提供依据。     

白洋淀流域氮、磷、COD负荷估算及来源解析

基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,并提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过文献调研和区域情况调查获取模型参数,建立白洋淀流域氮、磷、COD污染负荷模型,并进行污染源解析.结果表明:流域氮负荷为31815.47t/a,主要来自种植和土壤侵蚀,贡献率分别为26.52%和21.03%;磷负荷为3873.33t/a,主要来自土壤侵蚀和种植,贡献率分别为30.78%和25.80%;流域COD负荷为110728.52t/a,主要来自畜禽养殖和城镇污水,贡献率分别为43.47%和23.53%.总体分析表明,种植、畜禽养殖、土壤侵蚀和城镇污水是影响白洋淀流域氮、磷、COD污染物的主要来源,需优先施以管控.     

基于RUSLE模型的延河流域2001-2010年土壤侵蚀动态变化

以黄土高原典型丘陵沟壑区--延河流域为研究区, 基于GIS和RS技术, 利用2001-2010年延河流域水文站月降雨量数据、MODIS NDVI数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定了修正的通用土壤流失方程(RUSLE)的相关参数,计算了研究区2001-2010年逐年的土壤侵蚀模数, 利用杏河水文站实测的泥沙数据, 验证了模型的有效性,分析了延河流域土壤侵蚀强度的时空变化特征。结果表明,2001年到2010年延河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2001年土壤侵蚀模数最大,为6 596.72 t/(km²·a),2008年土壤侵蚀模数最小,减小到2 485.46 t/(km²·a),降低62.32%;2009年由于暴雨冲刷,土壤侵蚀模数显著增大;2010年土壤侵蚀模数和2006、2007年相差不多;土壤侵蚀强度分布比例变化明显,土壤侵蚀强度为强度、极强、剧烈的面积比分别由16.21%、21.93%和12.36%降低为10.85%、4.58%和0.39%。土壤侵蚀强度等级转移矩阵表明大部分地区的土壤侵蚀强度向低一级转移,2001-2005年31.68%的面积土壤侵蚀强度降低一级,2005-2010年42.13%的面积土壤侵蚀强度降低一级。     

北部湾钦江流域土壤侵蚀及其硒元素流失评估

以钦江流域2015年的气象数据、遥感数据及数字高程模型、土壤类型以及土壤质地等数据为基础,基于修正的通用土壤流失方程（RUSLE）和GIS空间分析技术,定量分析了广西北部湾钦江流域土壤侵蚀及其硒元素流失的空间分布特征.研究结果表明：（1）北部湾钦江流域2015年土壤侵蚀总量为381.64×104t/a,平均土壤侵蚀模数为14.79t/（hm²·a）,小于2010年钦江流域的土壤侵蚀模数,但远大于水利部规定的在南方红壤丘陵区土壤允许流失量;（2）流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主,侵蚀强度从流域上游到下游依次降低,0~240m之间的高程带以及>15°的坡度带是未来土壤侵蚀防治的重点区域;（3）山地地区的土壤侵蚀模数最高,达23.49t/（hm²·a）,高于流域平均土壤侵蚀模数约1.59倍,丘陵地区次之,而冲积平原最小;（4）流域土壤的硒含量介于0.38~0.72mg/kg之间,平均值0.49mg/kg,高于中国土壤硒元素背景值的1.69倍;（5）不同土地利用类型土壤硒含量随着土壤剖面深度的增加均呈现出减低趋势,硒的含量在不同土地利用类型中的排序为林地 > 园地 > 草地 > 水田 > 旱地,而在不同土壤类型中硒含量大小顺序则为：新积土 > 石灰岩土 > 潜育水稻土 > 淹育水稻土 > 赤红壤 > 潴育水稻土 > 砖红壤 > 滨海沙土 > 紫色土 > 咸酸水稻土.（6）流域土壤硒元素的流失总量为8987.05kg/a,平均流失模数为0.0344kg/（hm²·a）,其中流域中游的硒元素流失量最大.该项研究成果可为钦江市政府开发富硒农产品、发展富硒农业以及提升钦江流域土地利用的价值提供科学依据.     

基于流域水环境模型评估重金属面源污染负荷

为定量评估重金属面源污染负荷,以分布式流域水环境模型SWAT模型为基础,借鉴输出系数模型,考虑溶出率影响,发展了一个重金属面源污染模型—SWAT-MT模型. SWAT-MT模型模拟重金属在流域内的大气沉降、地表径流冲刷、土壤和河道中的运移过程,结构较为简单,兼具机理模型和输出系数模型的优点. 本文应用SWAT-MT模型评估了湘江株洲段一个子流域的铅面源负荷,并通过敏感性分析和蒙特卡洛模拟识别了铅面源模拟的敏感参数,量化了模型输出中的不确定性. 结果表明:①研究区铅的面源侵蚀量为2.09 t/a,侵蚀强度为5.27 kg/(km2·a). 铅侵蚀强度时空差异明显,汛期(4—7月)雨水集中,铅的侵蚀量大. 侵蚀强度高的地方集中在流域下游,城镇用地的侵蚀强度约为流域平均水平的2倍. ②流域出口的铅负荷为0.79 t/a,约60%的铅侵蚀量滞留在河道,说明沉降是河道运移的主要过程. ③蒙特卡洛模拟结果显示,模型输出存在显著的不确定性, 95%置信区间下,铅的面源侵蚀量为1.62～2.59 t/a,流域出口负荷为0.50～1.16 t/a;为降低模拟不确定性并提高模型可靠性,应重点关注城市地表积尘的铅浓度、铅溶出率和河道铅沉降速率等敏感参数的取值. 研究显示,通过合理的参数赋值,SWAT-MT模型能够提供较为可靠的重金属面源负荷估算结果,为重金属污染综合防治工作提供科学工具.      

基于R语言的非点源颗粒态磷指数构建及应用——以丘陵红壤区小流域为例

以南方丘陵红壤区典型小流域为例,构建了基于R语言的流域非点源颗粒态磷污染指数并进行应用.结果表明,（1）流域土壤侵蚀模数在0.7~15244.2t/（km²·a）之间,超出南方丘陵红壤区容许土壤侵蚀量的区域占流域面积59%;平均非点源颗粒态磷产生强度为0.86kg/hm²,超出非点源磷流失阈值的区域占流域面积14%.流域侵蚀等级以微、轻度为主,但中度及以上强度区域以较小的面积（7.2%）贡献了较大比例的流域侵蚀产生量（35%）和输出量（43%）、以及非点源颗粒态磷输出量（31%）.（2）识别的关键源区占流域面积14%,贡献了65%和58%的侵蚀土壤和颗粒态磷输出负荷;主要分布在近河道的坡地（<25°,水文距离≤800m）,林地、耕地、园地是主要土地利用类型组成.（3）过量施肥导致的土壤磷素富集、强降雨条件下低丘缓坡地带的高易蚀性是关键源区形成的主因.研究进一步对关键源区进行分类分区,提出了以水土保持、配方施肥、工程治理为核心的非点源颗粒态磷污染治理组合措施.研究为丘陵红壤区流域非点源颗粒态磷污染的防治提供了较为系统完善的思路.