半湿润区农田土壤风蚀的风洞模拟研究

 采用风洞模拟手段对地处半湿润区的北京市农田土壤风蚀特征进行研究。结果表明,几类农田的风蚀特征存在较大差距,秋季翻耕不耙平地风蚀强度最大,玉米留茬地次之,翻耕耙平地最弱,垄向和风速对农田风蚀特征影响显著。各类农田风蚀强度均随风速增大呈指数规律增加,初始风蚀强度与风蚀强度增幅之间具有反对应关系,低风速时风蚀强度越大的地类,其风蚀强度随风速增加的越慢。输沙量随高度增加而减少,近地表减少较快,向上随着高度的增加减幅逐渐变缓。低风速时,风蚀物的垂向分布服从幂函数递减规律。随着风速增加,风蚀物粒径不断变粗,风蚀物的垂向分布在近地面服从指数函数递减规律,向上服从幂函数递减规律,并且风速越大,指数函数规律递减层的高度越大。     

东北典型黑土区土壤风蚀环境分析

根据1951~2000年的日平均风速、气温和降水数据以及1980~2000年的沙尘暴资料,分析东北典型黑土区的风蚀环境。结果表明,东北典型黑土区6个气象站点1~5月平均气温50年来显著升高,1~5月总降水量没有明显变化趋势。嫩江年大风日数1980年以来比1950~1960年多,年沙尘暴日数也有所上升,土壤风蚀环境趋于严重;哈尔滨等5地风蚀环境减弱。典型黑土区土壤风蚀环境在整个东北地区处于中等状态。     

中国北方风蚀区风速变化时空特征分析

利用北方风蚀区155个气象站点1971-2015年平均风速数据,采用气候趋势分析、空间插值和小波分析等方法分析北方风蚀区平均风速的时空变化趋势。结果表明：近45 a来,北方风蚀区年平均风速为2.70 m·s^-1,呈明显减小趋势,其递减速率为0.017 m·s^-1·a^-1（α=0.001）,1980s风速减小最快,1990s减小最缓慢,2010s风速出现增大趋势;我国北方风蚀区四季的平均风速均呈现下降趋势,下降速度春季>夏季>秋季>冬季（α=0.001）,不同年代不同季节风速变化存在较大差异,2010s除春季外其他季节风速均呈现增大趋势;空间分布上显示,风速变化幅度空间分布差异明显,北方风蚀区内的新疆西北部和东南部、青海、内蒙古中部和东北部、黑龙江以及吉林为风速降低较快的区域,甘肃东南部、宁夏、陕西和山西北部以及新疆的东北部和西部等地区是风速降低不明显的区域。春季和夏季风速降低较快的区域面积扩大,冬季和秋季风速降低较缓的区域扩大;平均风速存在多时间尺度的周期性结构特征,28 a时间尺度左右为风速变化的主周期,平均变化周期为18 a。     

河套平原土壤风蚀风险评估

土壤风蚀是沙漠化的首要环节,评估其发生的可能性和潜在风险对区域风蚀防治具有重要意义。现有风险评估模型缺乏表征土壤可蚀性的力学参数。鉴于此,通过野外实测土壤硬度和抗剪强度,比较了河套平原不同土地利用类型的土壤可蚀性,采用抗剪强度、气候条件、地形地貌和植被特征等影响因子,建立了土壤风蚀风险评估模型。结果表明：(1)沙地土壤硬度和抗剪强度的中值分别为2.05 kg·cm^-2和10.00 kPa,远小于其他土地利用类型,土壤可蚀性极高。(2)土壤风蚀风险具有明显的空间分异性,在空间上大致呈“西部、南缘高,中、东部较低”的特征,风蚀风险以轻险型和危险型为主,土壤可蚀性和植被盖度是影响土壤风蚀风险的重要因素。(3)风蚀极险型和强险型约占研究区总面积的27.51%,主要分布在磴口县大部、黄河两岸、托克托县以及乌拉特前旗境内的乌梁素海东部,该区沙源物质丰富、风沙危害剧烈,是土壤风蚀的重点防护区域。     

祁连山疏勒河源区冻土退化对土壤微生物生物量碳氮的影响

对青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源区多年冻土区0~50 cm土壤微生物生物量碳氮分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:稳定型和极不稳定型多年冻土区0~50 cm土壤中微生物量碳含量范围分别为0.015~0.620 g/kg和0.019~0.411 g/kg,微生物量氮含量范围分别为0.644~12.770 mg/kg和0.207~3.725 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出稳定型显著高于极不稳定型多年冻土,表明多年冻土退化（多年冻土由稳定型退化为极不稳定型）对土壤微生物量积累有明显抑制作用。土壤微生物生物量碳占有机碳、微生物生物量氮占全氮的比值在稳定型多年冻土中显著高于极不稳定型,表明多年冻土退化对土壤微生物的矿化能力有明显抑制作用。土壤微生物量及其与土壤养分的比值有显著的剖面变化特征,随土壤深度增加而减小。土壤微生物量碳氮均与土壤温度显著负相关,与地下生物量显著正相关。稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与碳氮比正相关、与氧化还原电位负相关;不稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与pH正相关。土壤微生物量碳氮与土壤温度和pH在剖面变化上显著相关。逐步回归分析表明驱动微生物生物量碳氮在不同多年冻土类型和土层之间变化的因子是不同的。     

塔里木河下游土壤风蚀期0～15cm层土壤含水率分布规律

土壤表层含水率是影响土壤风蚀的一个重要参数。在塔里木河下游土壤风蚀期间对0~15 cm层土壤水分进行调查,发现0~15 cm层土壤含水率极低,平均含水率仅0.84%,含水率>2%的区域主要分布在绿洲边缘和河道边缘。进一步探讨植被盖度、风沙活动强度和土壤结皮对0~15 cm层土壤含水率分布的影响,结果表明:①0~15 cm层土壤含水率与植被盖度的相关性不显著;②0~15 cm层土壤含水率与风沙活动强度呈显著指数负相关;③土壤结皮能够有效保护表层土壤水分,抑制土壤风蚀。     

生物结皮演替对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤氮素转化及微生物活性的促进效应北大核心CSCD

以黄土高原风蚀水蚀交错区六道沟小流域的生物结皮为研究对象,探索了土壤氮素含量、氮转化相关酶活性及微生物数量对生物结皮演替的响应规律及其在不同土层上的变化特征。结果表明:生物结皮演替显著增加了结皮层的有机碳(SOC)和NO3--N含量(P<0.05);结皮演替后期阶段的总氮(TN)、NH4+-N含量也逐渐增加;除脲酶、亚硝酸还原酶外,结皮层中固氮酶活性、蛋白酶活性、硝酸还原酶活性均随结皮演替呈显著增加趋势(P<0.05);微生物量碳和氮(MBC、MBN)亦随生物结皮演替而呈显著升高趋势(P<0.05);细菌、真菌同样在结皮演替后期数量增加。生物结皮层的土壤养分、酶活性和微生物数量等多数指标显著高于结皮下层土壤;生物结皮下层土壤的SOC含量、硝酸还原酶活性显著高于裸地下层,但不同结皮类型的下层土壤之间无显著差异;苔藓结皮下层土壤的脲酶活性和MBN最高,显著高于藻结皮和裸地下层土壤。土壤碳氮含量、微生物量与氮转化相关酶活性之间多数具有显著的相关关系。在生物结皮演替过程中,土壤SOC的积累增加了微生物量与细菌、真菌数量,氮功能微生物提高了氮素含量和相关酶活性,在氮素积累和转化过程中发挥着关键作用,为植物的繁衍与生长提供了宝贵的养分,促进黄土高原水蚀风蚀区的水土保持与地表稳定。     

疏勒河源冻土区高寒草甸土壤碳氮含量特征

土壤碳氮是高寒植被响应多年冻土区生态环境变化的重要营养和能源物质,但对其调查仍以生长季的单次采样为主,缺乏对其他季节的研究,这对于准确把握多年冻土区土壤碳氮含量及储量评估存在明显局限性。为此,本研究以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区高寒草甸为对象,对0—50 cm土层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）、全氮（Total Nitrogen, TN）含量及其比值（C/N）的剖面分布和季节变化及其影响因素进行分析。结果表明：（1）SOC、TN剖面分布规律一致,0—10 cm土层均显著高于10—50 cm各层（P<0.05）,0—50 cm深度仅秋季逐渐下降,而春夏冬季0—30 cm递减。（2）SOC、TN含量存在季节变化,SOC表现为夏季>冬季>春季>秋季,TN表现为春秋冬季含量一致,夏季略低。（3）C/N季节变化显著,夏季显著最高,秋季显著最低（P<0.05）。（4）土壤含水量和生物量是影响SOC、TN及C/N剖面分布和季节变化的关键因素。（5）夏季土壤碳氮密度均高于全年平均。可见,仅单一节点（生长季为主）调查以表征全年土壤碳氮储量存在高估趋势。     

东北黑土区主要黑土土种的容许土壤流失量

容许土壤流失量(T 值) 是进行水土流失治理的定量标准,目前以专家经验确定为主,缺乏定量研究。本文以我国重要的粮食生产基地东北黑土区为研究区,实地调查区内21 个黑土土种典型剖面的厚度,采集分层土壤样品测定理化性质后,利用修订的生产力指数模型计算了21 个土种的T值,并分析其影响因素。结果显示：21 个土种的T值变化于68~358 t/km²×a,平均141 t/km²×a。按亚类T 值为白浆化黑土(漂白滞水湿润均腐土) 106 t/km²×a,黑土(简育湿润均腐土)129 t/km²×a,草甸黑土(斑纹简育湿润均腐土) 为184 t/km²×a。土壤厚度和土壤侵蚀脆弱性指数是影响T值的主要因素,它们与T值的相关系数分别为0.750 和0.605。草甸黑土厚度明显高于其它两个土壤亚类,脆弱性指数与黑土接近,其T值较黑土T值大42.6%。白浆化黑土厚度较黑土厚度大22.1%,但T值却比黑土T值小21.7%,因为白浆化黑土有明显的障碍层存在。因此确定不同土种或亚类的T值,更能反映土壤剖面特性,对于指导水土流失治理更具实际意义。     

喀斯特小流域分布式土壤侵蚀估算模型

为了准确估算喀斯特小流域土壤侵蚀量,根据喀斯特山区小流域复杂地貌特征、径流与侵蚀产沙在垂直方向上的差异性,以栅格DEM为基础,建立了由水文模块和侵蚀模块组成的喀斯特小流域分布式土壤侵蚀模型.其中水文模块选取了改进的喀斯特流域SCS产流模型进行产流量计算,改进的喀斯特流域DHSVM汇流模型进行小裂隙渗流、大裂隙以及管道(地下暗河)流汇流计算.侵蚀模块考虑侵蚀产沙在垂直方向上侵蚀特征的差异性,在典型区域野外调查的基础上,设计室内模拟试验,并对试验数据进行多元线性回归、逐步回归和多元非线性回归分析,建立不同坡度条件下土壤侵蚀模数的多因子模型(非线性回归模型达到极显著或非常显著水平,0.692＜R2＜0.988)进行产沙量计算,并运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算.该模型与GIS结合可实现对土壤侵蚀的时空分布过程进行模拟,为加深对该区域土壤侵蚀过程及模型研究提供参考.     

黄土模拟小流域降雨侵蚀中地面坡度的空间变异

运用近景数字摄影测量方法,获得在不同人工降雨时段黄土模拟小流域高精度、高分辨率的DEM数据,并以地面坡度及其组合形态的变化为切入点,通过对比分析和理论验证探讨黄土小流域降雨侵蚀过程中地貌的发育特征。研究结果表明:1)在不同的侵蚀发育阶段,黄土地貌平均坡度及坡度组合持续变化。平均坡度在地貌发育幼年期呈加速增长趋势,到了壮年期增长幅度呈递减性变化;坡度组合以侵蚀临界角度为轴点呈持续逆转变化,侵蚀临界坡度单元所占面积基本保持稳定。2)黄土地貌地面坡度及其组合形态的变异不仅能有效表征黄土高原地貌形态的空间变异规律,也可以对黄土地貌侵蚀规律和它产生的时间规律进行高分辨率的地貌认识和划分。     

黄河流域内蒙古片水土流失遥感监测研究

以黄河流域内蒙古片为例，利用TM影像及有关辅助数据，通过遥感软件ERDAS IMAGINE、GIS软件ARC/INFO，对影像进行增强处理、格式转换、解译等处理，得到土壤侵蚀的数据。结果表明，黄河流域内蒙古片风力侵蚀，水力侵蚀总体上仍比较严重。风力侵蚀与水力侵蚀所占比例分别为48．76％和24．32％。与1990年调查数据相比表明，水土流失面积减少、强度降低。但仍存在“边治理、边破坏”现象。水土流失集中分布于黄土丘陵区、风沙区，这也是水土保持的重点区域。     

耕作土壤表面的空气动力学粗糙度及其对土壤风蚀的影响

土壤表面粗糙度是影响耕作土壤抗风蚀能力的一个重要因素。根据风速廓线计算得到的空气动力学粗糙度,可以简捷而有效地刻画土壤表面的空气动力学性质。风洞模拟实验表明,耕作土壤表面的空气动力学粗糙度主要取决于暴露地表的土块直径,在土块大致均匀分布的条件下,直径愈大,空气动力学粗糙度愈大。土壤风蚀速率则随空气动力学粗糙度的增大而迅速减小,二者具有良好的相关性。     

河北坝上土地利用方式对农田土壤风蚀的影响

采用集沙仪、风速廓线仪和土壤紧实度仪对河北坝上地区多种土地利用方式的风蚀因子和输沙量进行观测。结果表明：土壤含水率与输沙量相关性最大,是影响风蚀量的关键性因子。回归拟合显示,风蚀因子与输沙量均符合三次函数方程。在各土地利用方式中,退耕地的地表粗糙度、土壤含水率和土壤硬度最大,其次为东西向莜麦留茬地、小麦留茬地、南北向莜麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最小为翻耕地。输沙量退耕地最小,其次为东西向莜麦留茬地、南北向莜麦留茬地、小麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最大为翻耕地;输沙量垂向分布随集沙高度增加呈幂函数减少。因此,适宜增加退耕地和留茬地的分布面积,减少翻耕地面积和垄向沿盛行风向分布的地块有利于降低农田土壤风蚀程度。     

土壤风力侵蚀研究现状与进展

土壤风蚀实质上是土壤颗粒在风力作用下发生位移的自然过程,它包含了土壤夹带起沙、空间输移及沉降淀积等三个阶段。风蚀研究的根本任务是对土壤风蚀的范围、强度及数量进行监测、评价以及预测预报。为此,科学家在断面尺度、地块(图斑)尺度以及区域尺度上,以年、月、日、小时等时间尺度展开了研究。当前的风蚀研究主要有以下四个方向:实验室和野外风洞实验研究、野外观测与网络监测、风蚀评价以及风蚀估算与过程模拟研究等。实验室和野外风洞实验有助于人们深入理解风蚀的基本过程;而网络监测数据对于实现风蚀研究从局部到整体的尺度转换具有重要意义;在风蚀评价方面,对风蚀发源地的风蚀评价研究卓有成效,但针对风蚀物运移过程及沉降过程的研究成果还不多见;在风蚀估算和过程模拟方面,一些模型或应用系统已经在不同的区域以不同的时空尺度取得良好的效果,但是要将这些模型和系统在不同的时空尺度上做进一步推广还有许多工作要做。遥感和GIS等现代地理信息技术在区域尺度的风蚀研究中有着显著的优势,并贯穿了风蚀研究的全过程。     

基于GIS纸坊沟小流域土壤侵蚀强度空间分布

给出水蚀预报模型各因子计算方法,利用GIS空间数据提取和运算,结合水力侵蚀强度分级,获取流域土壤侵蚀强度空间分布特征.结果表明,流域实际土壤侵蚀强度分布特征是流域沟头侵蚀面积大,侵蚀强度高于沟口,且极易发生极强烈和剧烈侵蚀;流域中部以轻度和中度侵蚀为主,同时左岸侵蚀强度明显强于右岸.流域强烈侵蚀区位于苦荞沟、拐沟、大范家沟、大罗锅沟、正沟,年均侵蚀模数23 000～33 000 L/(km2·a);浅沟侵蚀是造成沟间地剧烈土壤侵蚀发生的主要原因,流域土壤侵蚀强度空间分布受地面植被覆盖和坡度制约.     

土壤风蚀野外测量技术研究进展

野外测量是使用最早、应用最广的土壤风蚀研究方法。经过几十年的努力,国内外学者已开发出一系列土壤风蚀野外测量仪器与技术。由于没有制定统一的标准,目前世界各国使用的野外测量仪器和技术并不相同,这给研究结果的比较与集成造成一定困难,不利于交流与合作。基于此,本文对国内外土壤风蚀野外测量技术进行了全面梳理,归纳了土壤风蚀野外测量技术的发展历史,并从风蚀影响因子测量、风蚀物收集和风蚀量确定3方面详细介绍了土壤风蚀野外测量技术的研究进展,比较了不同类型仪器与方法的优缺点,指出目前一些被广泛采用的技术手段,并对今后土壤风蚀野外测量技术的发展趋势进行了展望,以期为中国土壤风蚀野外测量技术的发展提供参考。