粤北石漠化灌丛坡地模拟降雨地表径流水中钙离子含量变化

通过模拟降雨试验,研究粤北地区不同石漠化程度的灌丛坡地地表径流水中钙离子含量的变化。结果表明,在不同雨强下,不同石漠化灌丛坡地地表径流量、地表径流水钙离子浓度和地表径流水钙离子总量随石漠化程度的加重呈逐渐上升后又降低的倒“U”型趋势;在同一雨强下,潜在、轻度和极重度石漠化坡地径流水钙离子流失量远低于中度和重度石漠化坡地;地表水中的钙离子流失总量和地表径流量、土层厚度、岩石裸露率均有较高的相关性,其中与地表径流量达到显著性相关。     

粤北石漠化地区碳酸盐岩溶蚀试验研究

在粤北石漠化地区选取不同石漠化阶段的样地,对其碳酸盐岩进行室内岩性溶蚀和野外模拟溶蚀试验,研究不同石漠化阶段碳酸盐岩溶蚀特点。结果表明：在轻度→中度→重度→极重度石漠化演化过程中,重度石漠化阶段是碳酸盐岩溶蚀变化的一个重要转折点,在这个阶段中,溶蚀过程从以化学溶蚀转为物理侵蚀为主。不同石漠化阶段不同环境中的碳酸盐岩溶蚀速度在地上50 cm处,轻度石漠化土地>中度石漠化土地;在地面0 cm处,极重度石漠化土地>重度石漠化土地>轻度石漠化土地>中度石漠化土地;在地面下10 cm处,极重度石漠化土地>轻度石漠化土地>中度石漠化土地>重度石漠化土地;在地面下20 cm处,轻度石漠化土地>中度石漠化土地>重度石漠化土地;在地面下30 cm处,轻度石漠化土地>中度石漠化土地。     

半干旱沙地樟子松林降雨再分配特征

森林植被的降雨再分配过程是影响区域水资源利用效率以及生态系统生产力的重要因素。于2018年5-8月观测27 a生樟子松人工林降雨再分配特征,探究降雨再分配的比例变化对林地水分平衡的影响机制,分析、量化林内穿透雨、林冠截留、树干径流、枯落物层入渗部分产生的阈值。结果表明:樟子松林内穿透雨量占同期降雨量的86.45%,穿透雨量随着降雨量的增加呈线性增加趋势,降雨量>0.63 mm时产生穿透雨;林冠截留量和树干径流量分别占降雨量的10.44%和2.54%,树干径流量与降雨量之间呈正线性关系,降雨量>1.19 mm时,产生树干径流;枯落物层截留量占降雨量的12.37%,枯落物层截留量随着降雨量的增加而增加;枯落物在0~24 h内平均吸水速率为1.83 mm·h^-1,其最大持水量为3.23 mm,并且枯落物层截留量占其最大持水量的42.37%。从林冠到枯落物各层截留总量为25.35%,其中有74.65%的雨水最后从枯落物层入渗进入地表,用于补充土壤水分、下渗或补充地下水。半干旱沙地樟子松林可以有效地发挥截留降雨、贮存雨水的功能,继而改善沙地土壤含水量和地下水的有效补给量,提高森林生态系统生产力。     

粤北岩溶山区石漠化过程中土壤养分变化研究

为了探讨石漠化过程对土壤养分的影响,了解粤北岩溶山区石漠化过程中土壤养分的变化规律,选择岩背镇和江英镇为调查区,按照石漠化的不同程度设置样地,系统调查了轻度、中度、重度和极重度石漠化土地表层（0~20 cm）土壤养分的变化。结果表明,石漠化过程与土壤养分状况有密切关系,随着土地石漠化的发展,土壤有机质、全N以及速效N、速效P、速效K含量呈现出显著下降趋势（P<0.05）,土壤逐步贫瘠化。土壤养分含量的减少与石漠化过程形成正反馈关系,并具有退化方向的一致性和退化过程的同步性等特点。     

粤北石漠化地区坡地土壤侵蚀模拟试验研究

在粤北山区裸地、草坡地和耕地等3种石漠化土地的坡面上,采用0.3 mm·min-1、0.48 mm·min-1、0.72 mm·min-1、1.08 mm·min-1 4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明,坡面上3种类型石漠化土地的土壤侵蚀特征、强度各不相同。在同一地类上,土壤侵蚀量随降雨过程的进行呈现出波动下降的趋势,且随雨强的增大,土壤侵蚀量亦增大;土壤侵蚀量与雨强之间均呈现极显著的线性相关关系。在任一雨强条件下,都是裸地的土壤侵蚀量最大,耕地次之,草坡地最小。地表覆被对降雨侵蚀产沙过程有重要的抑制作用,大雨强条件下抑制作用尤为突出;而水平沟耕作方式能减少小雨强条件下的土壤侵蚀量,但随着雨强的增大,其影响也随之降低。     

黄土丘陵区雨强对水流含沙量的影响

以黄土丘陵区的3个典型小流域为重点对象,基于不同时期实测的1300多对雨强和含沙量数据,分析了不同空间尺度情况下的雨强—沙峰含沙量关系。结果表明：在峁坡尺度上,含沙量总体上随雨强的增大而增大;但在既有峁坡、也有沟坡的各级流域尺度上,无论流域层级高低或面积大小,雨强对含沙量的影响均存在明显的阈值现象,当雨强超过该阈值后,洪水含沙量不再随雨强增大而增大。雨强阈值随林草覆盖程度增大而增大,如研究区在1956-1969年下垫面情况下的雨强阈值为10~15 mm/h、1990-1997年为20 mm/h,目前估计达40 mm/h。由于流域尺度上雨强大于10~15 mm/h的降雨几乎每年都有发生、20世纪50-80年代的林草植被变化不大,加上黄土丘陵区产沙主要靠坡面水流对地表土壤的冲刷,而贴地表水流的流速不会随流量的增大而无限增加等原因,形成了20世纪90年代以前黄土区支流的年最大含沙量基本稳定的现象。     

生物炭作为海绵城市雨水滞留池填料的效果初探

生物炭吸附性强、抗氧化,在海绵城市建设中具有广阔的应用前景。通过模拟渗水实验,对土壤、生物炭和土壤生物炭混合物等对雨水吸持和净化效果进行研究。结果表明:以生物炭作为滞留池填料,具有较好的储水能力,储水量达0.45 mL/mL;能够缓冲酸性地表径流雨水的pH值,模拟雨水pH值从6.34提升至7.82;对雨水中总氮、总磷和铵氮的截留率分别为34.4%、48.0%和35.0%。因此,生物炭可作为海绵城市建设中雨水滞留池的新型填料。     

基于GIS与地理探测器的岩溶槽谷石漠化空间分布及驱动因素分析

岩溶区土地石漠化已成为中国西部继沙漠化和水土流失后的第三大生态问题,近年来岩溶槽谷区石漠化表现出增加趋势。通过获取槽谷区石漠化、岩性、坡度、海拔、降雨量、土地利用、人口密度和第一产业生产总值等数据,利用GIS空间分析功能和地理探测器模型,探讨了岩溶槽谷区石漠化空间分布特征及驱动因子。主要结论为：① 岩溶槽谷区总石漠化面积为21323.7 km ²,占研究区土地面积的8.3%,其中轻度、中度和重度石漠化面积分别是11894.8 km ²、8615.8 km ²和813.1 km ²,分别占石漠化面积的55.8%、40.4%和3.8%;② 从石漠化的空间分布来看,槽谷区石漠化主要发生在连续性灰岩中,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的22.1%、22.4%和1.9%;槽谷区石漠化主要发生在15°~25°的坡度范围,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的27.1%、18.2%和2.3%;从海拔来看,主要分布于400~800 m范围内,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的24.9%、18.4%和0.2%;从土地利用类型来看,主要发生于山地旱地中;从人口密度来看,集中分布于100~200人/km ²中;从第一产业生产总值来看,集中分布于25亿~50亿元中;③ 地理探测器的因子探测器揭示了岩性（q = 0.58）、土地利用（q = 0.48）和坡度（q = 0.42）3个因子是槽谷区石漠化形成的主要驱动因子,交互式探测器进一步揭示了岩性与土地利用类型（q = 0.85）、坡度与土地利用类型的组合（q = 0.75）共同驱动槽谷区石漠化的形成。     

粤北石漠化地区植被退化及其与降雨截留量和土壤的相关性

在粤北石漠化地区运用面上调查、定位观测和模拟降雨试验相结合的方法,研究了石漠化地区植被退化特征及其与降雨截留量、土壤的相关性。结果表明：石漠化土地从轻度→中度→重度→极重度变化时,植物群落从草本+藤本+乔灌木→草本→苔藓变化,群落层片从4层→4层→2层→1层变化, 平均高度从87.06 cm→63.32 cm→42.13cm→6.21 cm变化,物种减少比例从0%→14%→46%→86%变化,植物优势种从黄连木+苎麻+黄荆+三裂叶野葛→黄连木+青蒿+野菊→五节芒+野古草+牛筋草→苔藓变化,Margalef丰富度指数从2.33 →2→1.25→0.33变化,Shannon-Wiener指数从2.96→2.31→1.94→0.42变化。植被退化特征与降雨和土壤理化性质都呈显著相关性。     

华北山区坡地产流规律试验研究

人工模拟降雨是研究坡地产流规律的一种有效手段。在华北石质山区东台沟流域的5m×10m的坡面径流小区中,进行了13场不同雨强和历时的人工模拟降雨试验,并同步监测了降雨、地表径流、壤中流、风化带出流和土壤含水量。结果表明,各层出流过程均呈现起涨与回落迅速的特点;相比较而言,地表径流和壤中流的退水很快,而风化带出流的退水则相对缓慢。地表径流量是研究小区内总径流的主要组成部分,其占了总径流量的60%以上,在大雨强下甚至能超过90%。径流系数主要受雨强、降雨量、土壤前期含水量的影响,它们的多元线性回归关系式为琢=0.002P 0.182i 4.88Wa-0.821。地表径流、壤中流、风化带的出流滞时与降雨强度均符合幂函数关系。可将退水常数分为2层,计算得到地表径流退水常数为0.75,壤中流和基岩风化带出流的退水常数为0.94;研究区主要以超渗产流方式为主,可以用Horton模型来描述,在不同雨强下均监测到了约0.10mm/min的深层渗漏,该值可以认为是该区的稳定入渗率。     

坡面侵蚀水沙流时间变化特征的模拟实验

多坡段实验模型以黄土丘陵沟壑区垂向上梁峁坡面与沟谷坡面构成的坡沟系统为原型,采用人工降雨模拟实验方法,对坡沟系统土壤侵蚀链内降雨径流产沙随时间变化的规律进行了系统的研究。结果表明:雨强29 7mm/h时36′40″开始产流,60 5mm/h时3′43″产流,90 2mm/h时2′30″产流。雨强29 7mm/h时侵蚀过程以面蚀为主,产沙起伏20min出现一次。60 5mm/h时以面蚀与细沟蚀为主,35°陡坡伴有崩塌、滑塌等重力侵蚀,产沙波动平均12min出现一次。雨强90 2mm/h时坡面上细沟发育充分,有细沟合并及出现浅沟侵蚀现象,35°坡崩塌、滑塌剧烈,产沙过程波动频繁,每10min一次。雨强29 7mm/h时单位流量的产沙量为0 10kg/L;雨强60 5mm/h时为0 30kg/L;雨强90 2mm/h时为0 41kg/L。流量的大小影响了侵蚀方式和形态分异的程度,使产沙过程出现强弱相间的波动性特点。     

紫色土坡面降雨侵蚀试验研究

坡面水蚀的主要侵蚀动力来自降雨及其产生的地表径流,将坡面水蚀过程分为降雨侵蚀和径流侵蚀,可以从侵蚀动力、侵蚀特征差异与侵蚀规律等方面研究坡面水蚀过程与机理。应用人工模拟降雨及微小区测定技术,以大田紫色土为研究对象,模拟和测定不同雨强与不同坡度条件下降雨侵蚀过程和侵蚀量,揭示以降雨为主要动力的土壤降雨侵蚀特征和规律。研究结果表明：(1)小雨强(＜67．26 mm/h)下,紫色土坡面降雨侵蚀率具有稳定性,随着降雨历时的增加变化微小；大雨强(106．57 mm/h)下,降雨侵蚀率随降雨历时增加呈上下波动；(2)紫色土降雨侵蚀率与降雨强度呈线性相关,随降雨强度增加而直线增加；(3)降雨侵蚀率与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,且临界坡度随雨强的变化而改变。在中小雨强(18．06～67．26 mm/h)条件下,临界坡度SK的变化范围在17°～19°。在大雨强条件下,临界坡度有逐渐增大的趋势；(4)当坡度与雨强共同影响产沙效应时,坡度对降雨侵蚀的影响较小,雨强能掩盖坡度对产沙的贡献。     

粤北石漠化过程土壤与植被变化及其相关性研究

粤北英德市岩背镇典型石漠化区在石漠化从轻度向极重度发展的过程中,土层厚度、土壤覆盖度和土壤有机碳含量均呈显著下降的趋势,土壤有机碳含量在石漠化初期下降幅度更大,而土层厚度、土壤覆盖度在石漠化发展的后期阶段下降程度更为明显;石灰岩植被随石漠化程度加重,向旱生和岩生方向演替,群落结构渐趋简单,植被盖度和现存生物量显著降低;除岩石裸露率与土层厚度、土被覆盖度、土壤有机碳、植被盖度和生物量都呈极显著的负相关关系外,其它各因子之间都呈显著性的正相关关系。     

降雨径流汇入背景下受纳水体可溶态Ni和As的动态变化

选取降雨丰沛、降雨径流突出的热带海岛城市海口美舍河市区河段,使用室内分析与野外采样结合的方法开展降雨径流汇入后受纳水体可溶态Ni和As的动态变化研究。结果表明：降雨径流的汇入直接对受纳水体中Ni和As的固液分配产生干扰,且其对受纳水体Ni和As的输入贡献主要依赖悬浮态,可溶态Ni和As输入相对较弱。具体表现为：降雨径流汇入前受纳水体可溶态Ni和As占总质量浓度的比例分别达到55.67%和94.77%。降雨径流汇入后,受纳水体Ni和As发生一系列动态变化,排水口处可溶态Ni和As占比分别达总质量浓度的20.97%和76.92%,可溶态占比明显下降,变化较为剧烈;排水口下游可溶态Ni和As占比也均下降,分别为47.23%和88.38%。对不同降雨情境下的数据分析发现：当降雨量≤10 mm时,雨前干燥期长短是受纳水体可溶态Ni和As动态变化的主要影响因素;当降雨量在10~30 mm时,雨前干燥期长短、雨强峰值出现时间及其大小是受纳水体可溶态Ni和As对降雨径流响应时间及响应程度的主要影响因素;当降雨量≥30 mm时,雨强峰值出现时间是受纳水体可溶态Ni和As动态变化的主要影响因素。降雨径流对受纳水体可溶态Ni和As的影响存在差异,当干燥期短、且存在最大雨强值过高现象时,受纳水体可溶态As受降雨径流影响小,而可溶态Ni受降雨径流影响明显。     

粤北典型岩溶山区土地石漠化景观格局动态分析

利用1988年和2004年的2期TM遥感数据,在GIS和FRAGSTAT景观格局分析软件支持下,定量地分析粤北典型岩溶山区及其4县（市）的土地石漠化类型变化及其景观格局时空动态特征。结果表明：16 a来各种类型石漠化土地无论是在数量、面积和空间分布特征方面都发生了十分显著的变化,总面积减少721.67 km²,斑块数减少了1 900块;2004年粤北4县（市）石漠化土地的面积占各区的比例分别是:连州为3.33％、阳山为7.28％、英德为1.54％、乳源为5.11％;粤北及其4县（市）石漠化土地的总体景观空间格局动态变化趋势基本一致,但在程度上有所差异,均表现为景观异质性减弱,破碎度降低,而景观优势度增加;随着相关石漠化治理措施地开展,中度与重度石漠化土地成为研究区内重点关注区域,尤其在阳山与乳源,这种空间格局变化的特征更为明显。     

三江平原挠力河上游径流演变趋势及其驱动因素

利用Mann-Kendall检验法分析三江平原挠力河上游径流在1956~2002年间的演变趋势,结果表明,径流在1966年发生突变,将流域径流分为1956~1966年和1967~2002年两个阶段。应用统计方法分析气候要素和人类活动对径流减少的影响并借助IHACRES模型将影响量化,研究结果表明,在第一阶段,气候要素是导致径流减少的主要原因;在第二阶段,人类活动为主要原因,并且31%的年份径流较基准期减少50%以上,25%的年份径流较基准期减少30%~50%,25%的年份径流较基准期减少10%~30%。     

基于SWAT模型的晋江流域土地利用变化对水文过程影响分析

为了进一步揭示晋江流域土地利用变化的水文效应,基于SWAT模型,分别模拟了1985年和2006年2种土地利用条件下,2002—2010年气象条件时的年、月水文过程,以定量分析土地利用变化对流域年、月的蒸散发、土壤剖面渗漏、地下径流和地表径流的影响。研究表明:与1985年土地利用相比,在2006年土地利用涵养水源能力较好的林草地减少了,而不透水面积的增加,降低了流域的降雨截留能力和土壤下渗能力,地表蒸散发量和地下水随之减少,而减小的水量则转为地表径流直接汇入河道,其中晋江全流域的蒸散发量、土壤渗漏量和地下径流量年平均减少11.86 mm、48.86 mm和25.62 mm,年平均减少幅度分别为2.23%、11.27%和16.69%,而地表径流量年平均增加76.06 mm,年平均增幅为26.12%;土地利用变化的水文过程效应与年内降水分布具有密切的关系,降雨量越小,蒸散发和地表径流的效应越显著,而土壤剖面下渗和地下径效应则相反。     

西苕溪流域不同土地类型下氮元素输移过程

以西苕溪流域为研究对象,选择最有代表性的5种土地类型,模拟天然大暴雨,通过3次重复实验研究不同形态氮素随暴雨径流及径流沉积物的迁移过程,估算氮素在流域内不同土地利用/土地覆被条件下的损失率。研究结果表明,在相同的降雨条件下,氮素的流失速率和流失量随土地利用/土地覆被类型的不同表现出明显差异,地表径流水相总氮的流失量桑林最大,水田最小。水相不同形态的氮素流失量亦有所不同,悬浮颗粒态氮占地表径流水相总氮的70 %~90 %,水相溶解态氮的流失量以松林为最高,竹林、桑林和水田接近而且较低,不同类型的水相溶解态氮也随土地利用类型的不同表现出各自的特征。各土地类型单位面积、表层10 cm土壤氮素流失高达4.66~9.40 g·m-2,其中随径流沉积物相迁移的氮素占绝大部分(90 % 以上)。估算出的各土地利用类型总氮流失速率,地表径流水相为2.68~14.48 mg·m-2·min-1,径流沉积物相高达100.01~172.67 mg·m-2·min-1。     

气阻作用下堆积碎石土渗透规律

降雨过程中,堆积碎石土渗透特性改变是触发滑坡等灾害的主要因素。碎石土中封闭气泡阻碍水相流动,从而对雨水入渗产生影响。通过自制渗流沉降综合测试仪,进行入渗试验,探究不同雨强(1.2 mm/min、1.6mm/min、2.0 mm/min)下,碎石土的渗透规律与沉降变形。通过Seep/w软件耦合Air/w软件进一步分析不同雨强下气阻作用对湿润锋迁移速度的影响。结果表明:入渗深度-时间曲线存在阶梯状趋势,即湿润锋迁移速度首先随表层土含水率的突增迅速增加至最大值(约30~40 mm/min),然后随气压的增加缓慢减小,最后湿润锋迁移速度随气压减小略微增大,湿润锋平均迁移速率(无积水状态)随雨强的增大趋近线性增长;碎石土沉降变形在入渗过程中经历缓慢增长、急剧增大、逐渐停滞三个阶段,雨强为2.0 mm/min时,碎石土发生急剧沉降变形时间最早(约50 min);碎石土渗透系数与干密度呈线性负相关关系。     

2010—2015年贵州省关岭县石漠化时空演变及人类活动影响因素

石漠化是中国西南喀斯特地区面临的重要环境问题之一,其演化过程和驱动机制分析一直是相关研究领域的难点和热点,尤其是人类活动的影响分析方面仍有待于进一步研究。论文选择贵州石漠化极其严重的关岭县为研究区,利用2010年SPOT5/ALOS数据、2015年的高分一号/资源三号数据等,结合地面调查、采用目视解译的方法获得了2010—2015年石漠化分布、演化过程及驱动因素等信息;在系统分析石漠化的空间分布及演化过程的基础上,着重分析土地利用类型、社会经济水平及石漠化治理工程等人类活动因素对贵州石漠化演化的影响。研究结果表明：① 关岭县石漠化土地占有很大比重(2015年占总土地面积的45%以上)且以中度石漠化为主;② 石漠化总体上得到明显改善,石漠化土地面积逐年减少,尤其是重度石漠化和极重度石漠化土地明显减少,但仍有部分石漠化土地的状况在恶化。③ 人类活动对石漠程度和演化过程具有重要的影响,首先,土地利用类型尤其是灌木林、旱地和有林地对石漠化演化起着重要的作用;其次,人口密度较大和GDP较高的地区,石漠化程度也较高且石漠化恢复治理的效果越不明显;另外,关岭县的各类石漠化治理工程取得了显著的成果,约1/3的处于稳定和得到改善的石漠化土地是通过治理工程来实现的。本文查明了土地利用类型、人口及石漠化治理工程与石漠化演化的关系,研究结果可为石漠化治理与生态恢复工作提供科学的依据。