我国水土流失典型区土壤表土结皮敏感性

表土结皮是降雨与土壤共同作用下的产物,某一土壤是否结皮、结皮的敏感程度如何,取决于该土壤的性质及所处地区的降雨情况。我国广泛分布着多种理化性质迥异的土壤,尤其是黄土、紫色土、红壤和黑土分布在我国水土流失严重的区域。但是,土壤发育表土结皮的敏感性很少见报道。本文通过分析模拟降雨试验结果及前人研究结论,提出了影响表土结皮发育敏感性的3个关键因素,并基于此对我国四大水土流失典型区土壤表土结皮的敏感性进行了分析。研究表明:细颗粒,尤其是粉粒是表土结皮发育的物质基础;团聚体稳定性是表土结皮发育快慢及程度的决定因素;高强度降雨是表土结皮发育的必要条件。黄土高原地区土壤极易发育表土结皮,四川紫色土区土壤发育表土结皮的概率大,南方红壤区除花岗岩、页岩外其他母岩上发育的土壤很难发育表土结皮,东北典型黑土不发育表土结皮,而非典型黑土易发育表土结皮。     

紫色土坡地侵蚀产沙过程的~7Be法初探

利用环境放射性核素示踪技术研究土壤侵蚀是传统土壤侵蚀监测技术的重要补充手段。宇宙成因核素7Be具有半衰期短和在表土分布浅等特点,能够用于指示短时间尺度的坡面侵蚀堆积过程。采用7Be技术与泥沙颗粒分析相结合,定量判读了模拟降雨下紫色土坡面侵蚀过程演变。结果表明,对于20°坡面,7Be法指示的坡面侵蚀方式转折点与侵蚀泥沙颗粒变化得到的结果基本一致。7Be在表征侵蚀过程演变时具有独特的优势,可以将坡面片蚀发育过程随降雨时间的变化明显地识别出来。这对防治坡面侵蚀,特别是细沟侵蚀的发生具有重要意义。     

黑土区土壤侵蚀的REE示踪法研究

应用定位小区段面法实验和稀土元素示踪剂检测,选择吉林省长春市净月开发区和永吉县的两块黑土实验小区进行土壤侵蚀过程研究,探讨了稳定性稀土元素示踪法应用于黑土区土壤侵蚀、沉积、分布和发生过程研究的可能性,并计算出坡面不同部位的侵蚀量与相对侵蚀量,较好地描述降雨对坡面的侵蚀过程。实验表明,坡面的土壤侵蚀率随降雨时间而加大;7°~12°坡面的最大土壤侵蚀量出现在坡面中部和下部(为Nd、Sm和Eu所标记的坡段)。降雨时间和地形坡度大小影响土壤颗粒运动的速度和方向,是土壤侵蚀发生的主要因素。     

表土结皮形成影响因素述评

西北干旱半干旱地区,表土结皮普遍发育,其形成受诸多因素影响。土壤质地是影响表土结皮形成的最重要因素。此外,团聚体稳定性、表面粗糙度、矿物质和交换性离子浓度、降雨历时、降雨强度、前期含水量、湿润速度等因素同样对结皮的形成具有重要影响。结皮的形成可以简要归纳为两个主要过程,一是团聚体的分散,二是分散后的粘粒阻塞土壤孔隙。因此团聚体稳定性和粘粒含量是影响表土结皮形成的关键。研究发现,土壤中粘粒含量为20%～30%时,极易形成结皮,当粘粒含量超过40%时,团聚体变得较为稳定,结皮形成受到一定抑制。此外,土壤中如果富含蒙脱石矿物,或者土壤溶液具有较低的交换性钠离子和电解质浓度,则表土结皮易于形成。前期含水量和湿润速度对结皮形成也同样具有重要影响。试验表明,粘粒含量较高的试样在较低的前期含水量情况下更容易形成结皮,因为稳定性较高的团聚体在干燥条件下更容易因迅速湿润而崩解。湿润速度对表土结皮的影响作用随着粘粒含量的增加而增大,但在土壤结构不稳定条件下,其影响作用受到很大限制。影响结皮形成的各因素并不是孤立的,它们之间互相作用、互相影响,这给定量研究和分析结皮形成敏感性带来很大难度,如何对各影响因子的临界值进行确定以及定量研...     

岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

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。     

细沟侵蚀影响因素和临界条件研究进展

细沟侵蚀是坡耕地时常发生的一种侵蚀形式.细沟侵蚀对坡面土壤侵蚀产沙有重要贡献,而且是坡面侵蚀由面蚀向沟蚀发展的过渡.本文分析了细沟侵蚀影响因素和临界条件研究取得的进展和存在的不足.影响细沟侵蚀的主要因素有降雨径流、土壤、地形、土壤表面特征和土地管理等因素,其中,前4者有多种指标来表征其效应,而土壤表面特征的影响还处于定性研究阶段.坡面需要达到特定的临界条件才可能发育细沟,细沟发生临界条件的研究主要从临界径流条件、临界土壤条件和临界地形条件等角度出发,各临界条件并非定值,而是关乎其他因素的综合指标.最后,本文对今后细沟侵蚀影响因素和临界条件研究可能的研究内容和方向进行了展望.     

黄土坡面片蚀过程稳定含沙量及其影响因素

黄土高原地区坡面土壤侵蚀具有明显的垂直分带性,溅蚀片蚀带是坡面侵蚀的最上方地带,研究片蚀过程含沙量变化有助于阐明坡面侵蚀规律。本文采用人工模拟降雨试验方法研究了黄土坡面片蚀稳定含沙量及其影响因素;试验处理包括2种质地的黄土(塿土和黑垆土),2个雨强(90和120 mm/h)和4个坡度(10°、15°、20°和25°)。结果表明：在不同质地黄土、降雨强度和坡度条件下,水流含沙量均呈现先减小后平稳的规律;稳定含沙量与土壤颗粒体积分形维数、降雨强度和坡度呈幂函数关系,稳定含沙量随土壤颗粒体积分形维数的增大而减小,随降雨强度和坡度的增大而增大,影响程度依次为土壤颗粒体积分形维数、降雨强度和坡度;所分析的水动力学指标中单位水流功率与稳定含沙量关系最密切,降雨强度对稳定含沙量的影响大于单位水流功率。     

利用高精度GPS动态监测沟蚀发育过程

基于5次连续模拟降雨试验对坡面沟蚀发育过程的模拟和ArcGis9.0空间分析功能,利用高精度GPS动态监测坡面沟蚀发育过程,估算沟蚀发育不同阶段的侵蚀量,分析误差产生的原因及提高精度的途径.结果表明,在高精度GPS测量生成的沟蚀发育不同阶段的5期图像上展现的侵蚀形态与实拍相片完全一一对应,完美反映了坡面侵蚀形态的空间分布及其变化.高精度GPS测量能很好地估算坡面侵蚀量,侵蚀量估算值与实测值之间的误差随沟蚀形态的发育而逐渐减少,5次测量估算的侵蚀量平均误差为7.38%.GPS测量过程中所产生的误差可以通过划分统一测量区域,适当增加测量点,特别是增加对沟壁和沟床的测量点及后期数据处理进行纠正.     

白云岩喀斯特侵蚀坡地的~(137)Cs法研究

在黔南峰丛洼地区林间白云岩坡地应用137Cs法研究土壤侵蚀。4个坡面采样样方的137Cs面积浓度都低于137Cs本底值浓度;表土样137Cs浓度随着坡长增加而增大,全样137Cs面积浓度的顺坡变化呈逐步下降趋势;应用137Cs农耕地侵蚀模型计算获得样点土壤侵蚀量后,加以坡长加权平均计算获得的坡长权重土壤位移量为2.045 t/(km2·a)。同时在坡脚的土壤分层剖面中的137Cs浓度峰值在土壤次表层出现,随着深度增加呈指数递减变化,属于未受耕作扰动的无侵蚀非农耕地,但表层含有相对低浓度137Cs是坡面侵蚀泥沙的搬运堆积结果,估算距1963年以来侵蚀泥沙年平均堆积厚度为0.0682~0.1364 cm/a。坡地土壤侵蚀速率远小于以往贵州喀斯特地区典型喀斯特小流域和坡地的观测结果,但坡脚泥沙堆积速率远大于坡地土壤侵蚀速率。表明季节性暴雨、坡面降雨汇流和耕作侵蚀等侵蚀作用使喀斯特坡地土壤颗粒出现微距离位移,长期则在坡脚出现显著的侵蚀泥沙堆积。     

黄土坡面发育平稳的细沟流水动力学特性

由于天然降雨存在间歇性,常会出现前期降雨已经发育成型的细沟又经历了二次降雨的情况,但目前对这一条件下细沟流水动力学特性的研究还很少。本文采用室内人工模拟降雨的方法,通过间隔24 h两场不同雨强的降雨,研究黄土坡面经过第一场降雨形成比较稳定的细沟之后,在第二场较小雨强降雨过程中,细沟发育平稳时的流水动力学特性。研究结果表明:①细沟流速大小受坡长影响并不显著,相同坡度下不同坡长的细沟流平均流速差别不大;细沟流速受细沟形态影响较大,25°坡面比20°坡面细沟密度大,流速相对较小;②剪切力大小受流量和坡度共同作用;雷诺数与水流剪切力呈显著正相关关系,弗洛德数与水流剪切力则呈显著负相关关系;③随着距坡顶距离的增加,阻力系数呈增大趋势;第二次降雨强度相同,坡度大的坡面上阻力系数也较大,可见阻力系数与径流量和坡度的关系十分紧密;阻力系数与雷诺数之间呈显著正相关关系,雷诺数的增加意味着平均流速增大,水流强度增大导致细沟形态更为复杂,水流受到的阻力增大;虽然雷诺数增加同时也意味着水流深度增大,但从试验结果可见,陡坡条件下阻力系数受流速的影响较大。     

典型黄土坡面土壤侵蚀特征及径流流速空间变化试验研究

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土径流量明显高于安塞土,10º、15º和20º时前者的平均径流量分别比后者高出51.1%、55.5%和63.0%,且前者更易形成细沟,使得其平均含沙量和平均产沙率分别是后者的1.14~3.59倍和2.50~8.48倍。在片蚀阶段,与绥德土相比,安塞土的含沙量较高,后者的平均含沙量是前者的1.24~1.73倍,但两种土壤的含沙量和产沙规律相同,均表现为先快速增加到最大值,然后逐渐降低到相对稳定状态,该现象证明片蚀的初期阶段主要受控于径流输沙能力,后期受径流的剥蚀能力控制。在细沟侵蚀阶段,绥德土细沟发育以沟头溯源侵蚀为主,崩塌作用频繁,该侵蚀形式不仅控制着细沟形态的总体特征,也导致含沙量和产沙率均急剧增加,该阶段平均含沙量是相应片蚀阶段的3.25~4.34倍。细沟沟口下方坡面存在明显的泥沙沉积带,表明细沟集中水流的搬运能力远高于坡面漫流,细沟侵蚀主要受径流输沙能力控制。两种土壤的径流流速均表现为坡面下部高于坡面上部,径流稳定后高于径流稳定前,总体来看,绥德土和安塞土上坡和径流稳定后的平均流速分别是下坡和径流稳定前的1.4倍、1.25倍和1.75倍、1.29倍,此外细沟侵蚀或侵蚀强度与微地貌形态之间的互馈作用对径流流速也有较大影响。     

Runoff and Soil Erosion on Slope Cropland: A Review

Soil erosion has become a serious environmental problem worldwide, and slope land is the main source of soil erosion. As a primary cover of slope land, crops have an important influence on the occurrence and development of runoff and soil erosion on slope land. This paper reviews the current understanding of runoff and soil erosion on slope cropland. Crops mainly impact splash detachment, slope runoff, and sediment yield. In this review paper, the effects of crop growth and rainfall on the splash detachment rate and the spatial distribution of splash detachment are summarized. Crop growth has a significant impact on runoff and sediment yield. Rainfall intensity and slope gradient can influence the level of erosive energy that causes soil erosion. Furthermore, other factors such as antecedent soil water content, soil properties, soil surface physical crust, and soil surface roughness can affect soil anti-erodibility. The varying effects of different crops and with different influence mechanisms on runoff and soil erosion, as well as changes in their ability to influence erosion under different external conditions should all remain focal points of future research. The effect of crop vegetation on runoff and soil erosion on slope land is a very important factor in understanding large-scale soil erosion systems, and in-depth study of this topic is highly significant for both theory and practice.     

坡面动力侵蚀过程的实验研究进展

本文首先总结了坡面流及坡面动力侵蚀过程的实验设备、技术手段及实验内容方面的进展,然后全面探讨了坡面侵蚀实验方面的国内外研究最新进展,最后作者分析了实验研究方面存在的问题,并提出了前景展望。     

坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究

通过室内放水冲刷试验,对坡面细沟侵蚀发生的临界条件、细沟发展过程中的侵蚀产沙特征、以及影响细沟侵蚀产沙的因素进行了分析研究,得出了试验土条件下产生细沟的临界流量与坡面坡度的关系式.在分析产沙变化的基础上,探讨了细沟侵蚀量随径流量和坡面倾斜度的变化规律.     

Soil erodibility and processes of water erosion on hillslope

The importance of the inherent resistance of soil to erosional processes, or soil erodibility, is generally recognized in hillslope and fluvial geomorphology, but the full implications of the dynamic soil properties that affect erodibility are seldom considered. In Canada, a wide spectrum of soils and erosional processes has stimulated much research related to soil erodibility. This paper aims to place this work in an international framework of research on water erosion processes, and to identify critical emerging research questions. It focuses particularly on experimental research on rill and interrill erosion using simulated rainfall and recently developed techniques that provide data at appropriate temporal and spatial scales, essential for event-based soil erosion prediction. Results show that many components of erosional response, such as partitioning between rill and interrill or surface and subsurface processes, threshold hydraulic conditions for rill incision, rill network configuration and hillslope sediment delivery, are strongly affected by spatially variable and temporally dynamic soil properties. This agrees with other recent studies, but contrasts markedly with long-held concepts of soil credibility as an essentially constant property for any soil type. Properties that determine erodibility, such as soil aggregation and shear strength, are strongly affected by climatic factors such as rainfall distribution and frost action, and show systematic seasonal variation. They can also change significantly over much shorter time scales with subtle variations in soil water conditions, organic composition, microbiological activity, age-hardening and the structural effect of applied stresses. Property changes between and during rainstorms can dramatically affect the incidence and intensity of rill and interrill erosion and, therefore, both short and long-term hillslope erosional response. Similar property changes, linked to climatic conditions, may also significantly influence the stability and resilience of plant species and vegetation systems. Full understanding of such changes is essential if current event-based soil erosion models such as WEPP and EUROSEM are to attain their full potential predictive precision. The complexity of the interacting processes involved may, however, ultimately make stochastic modelling more effective than physically based modelling in predicting hillslope response to erodibility dynamics.     

东北黑土漫岗区长坡面坡耕地侵蚀产沙沿程变化

Characteristics of soil erosion change along a long slope in the gentle hilly areas in black soil region in Northeast China are discussed. A simplified slope model based on seg-ments was used to analyze the runoff data and soil erosion data observed between 2003 and 2004 over 10 field plots with different slope length in Heshan Farm,Heilongjiang Province. We found that soil erosion rate over long slopes in the black soil region changed alternatively along the slope and creates alternative zones of intensive erosion and week erosion.The exact place of each zone is different for different rainfall conditions. In a year with less and mild precipitation,rill cannot happen within the top 50 m,while in a year with large and inten-sive precipitation,rill can be formed starting even at 15 m from the top of the slope.     

黄土坡面细沟侵蚀过程的REE示踪

利用REE示踪技术探讨了坡面细沟侵蚀的发育过程。试验结果表明：在细沟发育过程中，各坡段细沟侵蚀量呈动态变化趋势；细沟发育过程可以分为起始、发展、稳定3个阶段，在不同阶段，侵蚀方式、发育特征迥异。总的看来，在坡顶部、上部、中部、下部4个坡段上，细沟发育过程中，坡面下部的侵蚀量较大。但随着放水流量的增加，坡面上部侵蚀量的比重增加。由于溯源侵蚀，最下部坡段的相对侵蚀量从92％减少到37％，呈显著下降趋势，其它3个坡段则分别从4．7％、0．25％、2．14％增加到29％、17％和23％。试验结果还表明，REE示踪法不仅可定量测定不同坡位的侵蚀量，还可以揭示冲刷过程中各坡位相对侵蚀量的变化趋势。     

Soil erosion along a long slope in the gentle hilly areas of black soil region in Northeast China

Characteristics of soil erosion change along a long slope in the gentle hilly areas in black soil region in Northeast China are discussed. A simplified slope model based on seg-ments was used to analyze the runoff data and soil erosion data observed between 2003 and 2004 over 10 field plots with different slope length in Heshan Farm, Heilongjiang Province. We found that soil erosion rate over long slopes in the black soil region changed alternatively along the slope and creates alternative zones of intensive erosion and week erosion.The exact place of each zone is different for different rainfall conditions. In a year with less and mild precipitation, rill cannot happen within the top 50 m, while in a year with large and inten-sive precipitation, rill can be formed starting even at 15 m from the top of the slope.     

山前洪积扇坡面细沟侵蚀跌坑特征的试验研究

跌坑的出现是坡面侵蚀过程中的重要现象,标志着细沟侵蚀正在发育,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。采用土槽冲刷模型试验,选取流量、坡度、冲刷时间和坡面形态作为影响跌坑发育的因子结合正交试验调查了不同试验条件下跌坑发育特征及影响因素。结果表明：影响跌坑发育的因素主次为冲刷时间、流量、坡面形态、坡度;跌坑沿坡面连续分布,深度具有波动性,沿坡向下呈现先增大后减小的趋势,最大值一般发育在坡面中部;根据跌坑的发育特征将坡面细沟侵蚀划分为片蚀、细沟雏形、细沟发育和细沟调整四个阶段;坡面细沟侵蚀跌坑深宽积与土壤侵蚀量具有较显著线性关系。研究结果对输油管线水毁及水土流失防治具有一定的参考价值。