祁连山石羊河上游山区土壤侵蚀的环境因子特征分析

在GIS技术支持下, 运用通用水土流失方程USLE, 对祁连山北坡东段的哈溪林区的土壤侵蚀量及空间分布进行了模拟运算, 并定量分析了各种环境因子与土壤侵蚀之间的关系. 结果显示: 研究区平均土壤侵蚀模数为25.1 t·hm^-2·a^-1, 微度和轻度侵蚀面积占总面积的80%, 而强度到剧烈侵蚀产生的侵蚀量占78.3%; 各土地类型土壤侵蚀模数由高到低依次是裸地>草地>农田>灌丛>乔木林, 裸地侵蚀量占到总侵蚀量的54.9%; 乔木林和灌木林95%以上侵蚀面积属微度侵蚀区, 农田中度到剧烈侵蚀的面积比例达到35.9%, 高于草地和其他植被类型, 而草地剧烈侵蚀面积比例高于农田. 海拔高度范围与土壤流失量之间的关系与植被的海拔分布范围明显相关; 土壤平均侵蚀模数随坡度的增加而增大, 土壤侵蚀量主要分布在15°～45°的坡度范围, 不同植被覆盖下土壤流失随坡度变化的趋势可在一定程度上反映该类植被对土壤流失的防止作用.     

植被作用下土壤抗剪强度和径流侵蚀力的耦合效应

利用野外径流小区动态监测和人工模拟降雨试验,阐明了草被和灌木的减流减沙效应,从力学层面揭示了坡面侵蚀产沙的过程机理。结果表明,与裸地相比,野外坡面草地和灌木地径流量分别减少28.1%~56.5%和85.7%~100%、产沙量分别减少84.9%~90.7%和98.5%~100%;在人工模拟降雨强度下,草地和灌木地径流量分别减少51.9%~90.9%和61.7%~80.6%、产沙量分别减少93.6%~99.2%和95.5%~99.2%;植被具有明显的增强土壤抗剪强度的作用,不同植被坡面抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;不同下垫面条件下土壤黏聚力与坡面径流量和侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,径流量和侵蚀产沙量呈下降趋势;草地和灌木地坡面侵蚀临界径流切应力分别为裸地的2.64~3.16倍和2.44~3.18倍,建立了不同被覆坡面临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系。研究结果对定量评价植被减蚀作用和深化土壤侵蚀力学过程有一定的参考意义。     

植被影响下坡面侵蚀临界水流能量试验研究

坡面侵蚀临界水流能量是反映土壤抗蚀作用强弱的重要特征值.利用人工模拟降雨试验,定量研究了在45mm/h、87 mm/h和127 mm/h降雨强度下、20°陡坡面裸地、草地和灌木地的坡面侵蚀临界水流能量.结果表明,不同植被条件下坡面输沙率随径流切应力、单位水流功率和断面比能的增大而增大,有良好的响应关系.裸地、草地和灌木...     

重庆金佛山表层岩溶生态系统土壤的CO2释放规律

采用碱溶液吸收法通过对重庆金佛山林地、裸地表层岩溶生态系统土壤CO2释放量进行野外监测,研究了影响土壤CO2释放量变化的主要因素,揭示土壤CO2释放变化规律。土壤CO2释放量的变化主要随着温度而变化,即气温降低,土壤CO2释放量减少,在昼夜时段,土壤CO2也随温度而变化,但相比温度变化有明显滞后性;降雨对土壤CO2释放有比较复杂的影响,但非简单的线性相关;同时植被也会影响到土壤CO2的释放,总体上,相比裸地而言,林地的土壤CO2的释放量大,但在不同时间段内土壤CO2释放强度与气温的关系有较大差异。一天时间段内林地土壤CO2释放强度与温度的关系较裸地灵敏,这是因为林地本身生物量大,对温度反应敏感,温度很小的变化就能引发土壤CO2释放量的大幅度地改变。而在以月为单位观测时间段时,裸地土壤CO2释放强度与气温的关系较林地灵敏,这可能是因为植被覆盖减缓气温对土温的影响,对土温有较强的调节作用。这种不同植被系统下,在不同时段土壤的CO2释放量动态差异在讨论岩溶作用与碳循环时应充分注意。     

西安地区4- 5月份土壤CO2 释放规律研究

本文根据碱溶液吸收法,对西安地区不同植被条件下土壤CO2释放量进行了昼夜观测。观测资料显示,西安地区4月份土壤CO2 释放量在一昼夜内具有明显的变化,从当日上午到次日上午, CO2 释放量表现出由低变高再变低的规律。土壤CO2 释放量变化与温度变化具有相同的特征,但释放量的变化具有滞后性,相对于温度的变化滞后4～7h 左右。不同植被条件下,土壤CO2 释放量不同,林地释放量大于草地,草地释放量大于裸地。夜间12h释放量大于白天12h 释放量。      

^137Cs法测算黄土高原土壤侵蚀速率的初步研究

核尘埃~(137)Cs降落到地表后,被土壤胶粒强烈吸附,集中分布于0—25cm的土壤表层。土壤剖面的~(137)Cs总量随土壤的流失而减少。根据黄土农耕地和非农耕地土壤的~(137)Cs流失模式,推导了它们的流失量和侵蚀速率的相关公式。根据陕西洛川黑木沟和山西离石羊道沟的13个土壤剖面的~(137)Cs含量测试结果,求得的黑木沟草坡覆盖的老谷坡和新谷坡的侵蚀速率分别为1400 t/km~2·a和5700t/km~2·a;羊道沟梁峁坡农耕地的侵蚀速率为3270—6030 t/km~2·a;裸露新谷坡的侵蚀速率大于8000 t/km~2·a。     

隧道渗流侵蚀的颗粒流模拟

建造在砂土环境中的盾构隧道渗漏水会将砂土颗粒带入隧道内部,导致隧道周围砂土流失,引起隧道的不均匀变形与沉降。建立了隧道–土体离散元计算模型,模拟隧道不同部位发生局部渗流侵蚀时隧道中心位移、隧道表面土压力分布及地表沉降的变化。结果表明,隧道中心位移、地表沉降量均与颗粒流失比例呈线性增加关系;受颗粒流失及流失缝周围形成的颗粒力拱影响,隧道表面土压力重分布,会使流失缝宽度进一步扩大而加剧渗流侵蚀进程,且渗流侵蚀发生于隧道底部产生的影响大于渗流侵蚀发生于隧道腰部与顶部。     

花江峡谷喀斯特区土壤质量两种定量化评价方法研究

选取贵州省花江峡谷喀斯特区5种主要的土地利用类型（灌丛、乔木林、人工林、耕地、草坡）研究土地利用方式对土壤质量的影响。研究结果表明:不同土地利用类型下土壤质量有显著差异。本文应用土壤质量指数法及退化指数法对花江峡谷喀斯特区不同的土地利用方式下土壤质量的变化情况进行定量化的对比研究,得出相同的变化趋势,即灌丛>乔木林>人工林>耕地>草坡。并且相关性分析表明,两种定量评价方法的土壤综合质量指数与土壤退化指数之间存在线性相关性（R2=9.277）,说明两种评价方法都能有效地反映不同土地利用方式下土壤质量的变化情况。      

基于包气带水分运移数值模型的黄河三角洲蒸发量研究

蒸发是重要的水循环过程,在野外试验和室内分析的基础上,建立了黄河三角洲地下水浅埋区观测试验场土壤水分运移数值模拟模型,模型中对上边界条件处理采用了考虑气象因素、地表覆盖条件和表层土壤含水量的Penman Wilson公式。利用模型对试验点1999年、2000年、2002年的蒸发量进行了数值模拟计算,计算并分析了裸地、棉花地、芦苇地不同地表植被条件下,地表蒸发量(包括棵间裸地蒸发量和植物蒸腾量)的变化规律。从时间上看,黄河三角洲7、8月是蒸发量较高的时期, 1、2月是蒸发量最低时期,一般日蒸发量在0~8 mm/d。影响地面蒸发的主要因素除气象因素外,还有植被类型和覆盖程度、地下水位埋深等因素。植被覆盖程度越高、地下水位埋深越浅,则蒸发量越大,从而导致裸地蒸发量相对较小,农田年蒸发量稍大,而芦苇地蒸发量最大。研究表明,土壤水分运移模型是估算各种复杂条件下蒸发量的有效工具。     

辽河口芦苇湿地蒸散试验研究

在研究区用带有地下水补给的芦苇培养箱测量蒸散量,同时,采用PM-5型稳态气孔计测量了不同水深条件下芦苇的蒸腾速率,并与同一实验条件下的水面蒸发和裸地蒸发进行对照,分析了辽河口芦苇湿地区的蒸散耗水规律。研究结果表明:当控制水位在地表以上10 cm时,芦苇蒸腾速率曲线呈"单峰"型,而且芦苇的蒸腾作用在这种地表积水情况下随着栽培时间的延长受到抑制;当控制水位在-5 cm、-20 cm、-40 cm和-60 cm时,芦苇蒸腾速率变化曲线呈"双峰"型,并且出现明显的"午休"现象。芦苇群落的蒸散发比值有一个极小值埋深,在-20～-40 cm。地表积水时芦苇群落的蒸散量是自由水面蒸发量的2倍左右,水位在地表以下时芦苇群落蒸散量是裸地蒸发量的3.0～3.5倍。芦苇蒸散影响量与日均光合有效辐射、日均大气温度和日均相对湿度有很好的相关性。在以后的研究中,当无实测芦苇蒸散量数据时,可以通过建立芦苇蒸散影响量与气象因素的相关关系式,根据裸地蒸发量得到芦苇的蒸散量值。     

岩溶生态系统的土壤特性及其今后研究方向

岩溶石漠化退化土地是目前西南岩溶地区经济发展、生态恢复与重建工作中严重的问题之一。由于岩溶生态系统的独特性和脆弱性,岩溶生态系统土壤具有不同于其它生态脆弱区土壤的特征,本文将其归纳为成土速率决定的在人类活动尺度下土壤不可再生性即脆弱性、土壤侵蚀(土层丢失)的独特性、土壤退化过程中空间分布的斑块化及其与岩性的相关性、土壤退化过程中有机碳活性成分下降和来源变化、土壤退化导致岩溶生态系统生态过程中断。因此,在退化岩溶生态系统的研究中,要加强对岩溶生态系统土壤特性及退化恢复理论的研究。      

岩溶生态系统中的土壤

在偏碱富钙的岩溶生态系统中,其土壤具以下特征：①形成速率十分缓慢,形成1 m厚的土层需要250～7 880 ka,因而对岩溶区土壤侵蚀的评价应有新的认识;②高含量的钙离子使土壤腐殖质中胡敏酸的含量比例较高,且稳定性好,不易分解的腐殖质使石灰土供应营养元素具缓效性;③微量营养元素含量及有效态具有不平衡性,且随钙镁含量的降低,其有效率显著提高;④粘粒含量高,当有机质含量高时,具有良好的团粒结构,有较好的供水、供肥能力,反之其团粒结构就失去稳定性,使土壤有效水含量、抵御水土流失的能力降低;⑤岩溶地貌制约石灰土的类型及分布,并延缓其向地带性土壤演化。因此石灰土资源的有效利用应从岩溶学、土壤学与植物学相互协调的角度进行生态经济规划。     

陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值

根据陇东黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域1954—2014年实测降雨产沙资料,应用降雨侵蚀力偏差系数法研究不同土地利用类型及空间尺度下侵蚀产沙的雨量阈值、雨强阈值及复合阈值标准,并通过对比分析确定了最优降雨阈值标准。结果表明:① 对于林地和草地坡面小区,其雨量阈值标准平均值（21.0 mm）较裸地（8.7 mm）和农地（9.7 mm）坡面小区分别提高了141%和116%,植被措施能够显著提高降雨阈值标准。② 杨家沟林地小流域的雨量阈值标准为16.5 mm,低于布设在该流域的林地坡面小区,同时对比董庄沟草地小流域及其坡面和全坡面小区的雨量阈值标准,其大小亦为:草地坡面尺度 > 草地全坡面尺度 > 草地小流域尺度,由此可见,降雨阈值标准会随着空间尺度增大而减小。③ 降雨阈值标准综合评价结果表明,各样点最优降雨阈值标准均为P≥a或I₃₀≥b这一复合因子标准,而在降雨单因子阈值标准中,对于农耕地和裸地坡面小区,宜采用最大30 min雨强（I₃₀）标准;对于经过水土流失治理的下垫面,宜采用雨量（P）标准。该研究可为区域土壤侵蚀预报提供参考。     

桂江流域土壤侵蚀估算及其时空特征分析

桂江流域的水土流失现状研究对珠江三角洲的水生态安全有重要的现实意义。采用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）估算了桂江流域的土壤侵蚀模数与年侵蚀总量,分析流域内土壤侵蚀的时空分布特征,探讨了影响该区域土壤侵蚀强度的自然与人文因素。结果表明,桂江流域51.8%的地表都在发生不同程度的土壤侵蚀。从全流域平均土壤侵蚀强度来看,属于中度侵蚀。从土壤侵蚀面积来看,约85%的地表处于微度、轻度与中度侵蚀。4-6月的全流域平均土壤侵蚀强度最大,侵蚀总量也是最大的。流域的土壤侵蚀主要发生在高程在30~600m的低山丘陵-高地地貌区内的林地与耕地中。流域内岩溶区的土壤侵蚀强度随着石漠化程度从无到中度逐渐增加,轻、中度石漠化区的土壤侵蚀强度达到强度侵蚀等级。      

Deforestation effects on soil properties,runoff and erosion in northern Iran

Improper cultivation practices are seriously degrading native forest ecosystems in northern Iran. Hence, the objectives of this study are to compare selected soil properties, runoff amount, erosion and also introducing equations to predict the runoff and soil erosion in three types of land use (forest, garden and cultivated). A simple portable rainfall simulator has been set in 90 random points to create experimental rainfall. Result showed that changes in natural forest led to a significant clay, organic carbon of soil, total N and antecedent soil moisture decrease and sand, pH and bulk density increasing. The rainfall runoff experiments indicate that runoff content of the natural forest soils was 35 % and respectively 38.45 % higher than the garden and cultivated land soils .This result could be related to the higher antecedent soil moisture in natural forest compared with the other land uses. According to the obtained results, garden soil erosion and cultivated land was 1.351 and respectively 1.587 times higher than the forest. The correlation matrix revealed that runoff content was positively correlated with antecedent soil moisture, bulk density and silt, and negatively with soil organic carbon, total N and sand. Also, soil organic carbon, total N, clay and sand showed negative correlation with soil erosion, while there is a positive correlation between erosion and silt, bulk density, pH and antecedent soil moisture. The results of multiple linear regression showed that runoff in forest, garden and cultivated land can be predicted with correlation coefficient of 0.637, 0.547 and 0.624, respectively. The correlation coefficients of 0.798, 0.628 and 0.560 in equations indicate their moderate potential in simulating soil erosion.     

Assessing soil erosion in Mediterranean karst landscapes of Lebanon using remote sensing and GIS

Maps showing the potential for soil erosion at 1:100,000 scale are produced in a study area within Lebanon that can be used for evaluating erosion of Mediterranean karstic terrain with two different sets of impact factors built into an erosion model. The first set of factors is: soil erodibility, morphology, land cover/use and rainfall erosivity. The second is obtained by the first adding a fifth factor, rock infiltration. High infiltration can reflect high recharge, therefore decreasing the potential of surface runoff and hence the quantity of transported materials. Infiltration is derived as a function of lithology, lineament density, karstification and drainage density, all of which can be easily extracted from satellite imagery. The influence of these factors is assessed by a weight/rate approach sharing similarities between quantitative and qualitative methods and depending on pair-wise comparison matrix.The main outcome was the production of factorial maps and erosion susceptibility maps (scale 1:100,000). Spatial and attribute comparison of erosion maps indicates that the model that includes a measure of rock infiltration better represents erosion potential. Field investigation of rills and gullies shows 87.5% precision of the model with rock infiltration. This is 17.5% greater than the precision of the model without rock infiltration. These results indicate the necessity and importance of integrating information on infiltration of rock outcrops to assess soil erosion in Mediterranean karst landscapes.     

Rocky desertification and its causes in karst areas: a case study in Yongshun County,Hunan Province,China

Rocky desertification, a process of land degradation characterized by soil erosion and bedrock exposure, is one of the most serious land degradation problems in karst areas, and is regarded as an obstacle to local sustainable development. It is well known that human activities can accelerate rocky desertification; however, the effects of climate change on rocky desertification in karst areas are still unclear. This study focused on the effects of temperature and precipitation changes and human activities on rocky desertification in karst areas to determine the impacts of climate change and human disturbances on rocky desertification. Areas of different level of rocky desertification were obtained from Landsat TM (1987) and Landsat ETM+ (2000) images. The results show that, although the total desertification area increased by only 1.27% between 1987 and 2000, 17.73% of the slightly desertified land had degraded to a moderate or intense level, 2.01 and 15.71%, respectively. Meanwhile, between 1987 and 2000, the air temperature increased by 0.7°C, and precipitation increased by 170 mm. Statistical results indicate that the increase in precipitation was caused by heavy rainfall. In addition, under the interactive influences of heavy rainfall and temperature, the average karst dissolution rate was about 87 m³ km⁻² a⁻¹ during the 14 years in the study area. Further analysis indicated that rocky desertification was positively related with the increase in temperature and precipitation and especially with the heavy rainfall events. Climate change accelerated rocky desertification in the karst areas. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

西南喀斯特区土壤侵蚀研究进展

西南喀斯特区土层浅薄、成土速率低等特点决定了其允许土壤流失量小,土壤一旦流失,极难恢复,土壤侵蚀及其造成的石漠化现象已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。文章首先明晰西南喀斯特区土壤侵蚀特征,从坡面、小流域和区域三个尺度上系统概括西南喀斯特区土壤侵蚀的相关研究进展。针对当前喀斯特区土壤侵蚀研究野外径流小区、小流域及区域空间尺度数据缺少和相关研究模型限制性强等不足,建议从不同尺度深入研究喀斯特区土壤侵蚀发生发展规律及时空演化格局,并结合高新遥感、地球物理探测技术及模型,同步监测坡面—小流域—区域土壤流失,对土壤侵蚀进行定量评估,结合不同空间尺度土壤侵蚀特征构建系统性水土保持生态恢复治理模式和监测系统评价体系。      

贵州省大方县人类活动对土地利用的影响

基于分区—分层—分波段方法,对贵州省大方县1988年、2001年、2009年三期TM影像进行土地利用类型分类,并对其时空变化规律进行分析。结果表明:三个时间段内耕地既有扩张也有缩减,但总体面积减少,减少幅度为33%;林地扩张范围大于退缩范围,总体面积增加,增加幅度为34%;草地面积先减少后增加,空间格局变化剧烈,总体减幅为11%;建设用地数量上持续扩张,增幅比例最大,增幅达715%。总体而言,人类活动是影响大方县土地利用数量和空间格局变化的主要原因,海拔和坡度等自然因素对耕地、林地的扩张和退缩有明显影响。      

近年来我国西南岩溶石漠化研究进展

石漠化是目前岩溶学领域最突出的环境问题和研究热点。我国近年来不但系统调查研究了西南岩溶石漠化的分布现状和趋势,分析了石漠化形成的自然因素和人为原因,对石漠化环境质量从生态、水资源、土壤、土地生产力和灾害情况等方面进行了评价,还探索了不同环境下石漠化综合治理模式和方法。今后一段时期内石漠化的主要研究方向是深化石漠化的形成过程研究,揭示石漠化与水土资源的相关性,探索石漠化区生态恢复技术及水土地资源合理利用途径,开展石漠化综合治理工程的效益评价。