紫色土陡坡耕地顺坡垄作条件下的土壤及其流失特征

顺坡垄作是在长江上游特别是紫色土坡耕地上农民普遍采用的耕作模式,以往由于主流思想的影响,没有得到应有的重视。以三峡库区紫色土坡耕地为例,采用野外调查与小区实验相结合,分别采集垄沟和垄坡表层土壤,测试顺坡垄作地块沟、垄土壤容重、粒径分布、有机质含量、TN、TP、土壤含水量等指标,小区实验调查顺坡垄作条件下的土壤流失特征,进而探讨顺坡垄作导致的土壤特性差异与顺坡垄作的水土保持机制。结果表明:与垄沟内土壤相比,垄坡土壤平均含水量、容重分别降低29.74%和16.41%,土壤总孔隙度高20.56%,说明垄坡土壤具有更大的吸持水分的潜力,降雨产流阈值相比于垄沟土壤也更大。相比于垄沟内土壤,粘粒在垄沟内发生富集,垄坡土壤中的有机质、总氮(TN)和总磷(TP)指标分别高18.79%、17.30%和9.31%。侵蚀泥沙中沙粒含量出现明显富集,几乎是垄沟土壤沙粒含量的1倍,而粘粒和粉粒含量则远小于径流小区土壤成分,说明顺坡垄作有利于50μm土壤细颗粒的保持。侵蚀泥沙中有机质和TN远小于径流小区土壤成分,而TP则高于径流小区土壤成分,与侵蚀泥沙颗粒分选现象近似,说明顺坡垄作的肥力指标流失差异同样主要由侵蚀分选导致,也说明顺坡垄作有利于紫色土有机质和氮肥的保持。     

紫色丘陵区典型小流域非点源磷迁移特征

通过对居民点、林地、坡耕地等土地利用类型的小型集水区(亚流域)径流磷形态与通量的定位监测,研究了紫色丘陵典型小流域的非点源磷流失特征。结果表明,居民点在降雨量4 mm即可产流,林地与坡耕地的产流临界降雨量为20 mm。居民点的降雨径流响应迅速,径流与降雨峰值基本同步;林地和坡耕地产流时间延迟,径流峰值较降雨延迟20~120 min。居民点、坡耕地和林地的次降雨平均径流深分别为22.4、12.3、9.5 mm,径流系数分别为0.36、0.17和0.09,泥沙流失量分别为136.2、73.5和48.6 kg/hm2。居民点和林地径流的总磷(Total P-TP)、颗粒态磷(Particulate P-PP)浓度在径流过程中迅速达到峰值后陡然下降;坡耕地径流的TP、PP浓度呈多峰变化。居民点径流的可溶性磷(Dissolved P-DP)浓度随径流量增大而减少;林地径流的DP浓度逐渐增加;坡耕地DP、磷酸盐(PO3-4-P)浓度较低且波动较小。居民点小雨、中雨、大雨和暴雨等雨型下的TP流失负荷分别为42.6、136.3、190.0、1 245.6 g/hm2,平均负荷为403.6 g/hm2,林地与坡耕地在中雨、大雨和暴雨等雨型下的TP流失负荷分别为3.5、3.9、90.6和6.6、10.2、210.6 g/hm2,二者的平均负荷为32.7和75.8 g/hm2。降雨量越大,磷流失负荷越高,暴雨条件下的TP流失负荷最高。居民点的磷流失负荷远高于坡耕地和林地,表明居民点的径流污染是非点源污染控制的关键源。     

黄土高原旱作区马铃薯叶片和土壤水势对垄沟微集雨的响应特征

于2011年在黄土高原半干旱地区以平地不覆膜为对照,研究了不同沟垄和覆膜方式对马铃薯叶片和土壤水势水势的影响。结果表明：不同沟垄和覆膜方式在不同土层和不同生育期对土壤和叶片水势的影响差异显著。（1）土壤水势日变化趋势：0～20 cm土层,土垄处理在开花期为先下降后上升型,土垄和覆膜垄处理在块茎膨大期为先下降后上升型,覆膜垄和全膜双垄沟播处理在成熟期为先下降后上升型,其余为逐渐下降型;20～40 cm土层,各处理土壤水势呈逐渐下降趋势。（2）叶片水势日变化趋势：开花期和块茎膨大期表现为双低谷型,双低谷分别在13：00和17：00,成熟期为“V”型,即单低谷型,低谷出现在17：00。各处理变化趋势相同,但水势存在差异。土垄处理在水分关键期（开花期和块茎膨大期）叶片水势显著高于其他处理,而全膜双垄沟播处理在成熟期最高。（3）生育期土壤水势和叶片水势均表现为先减小后增大的趋势。20～40 cm土层对叶片水势影响较大,土垄处理在该土层具有较好的水分状态,蒸腾作用较强加速了水分运移速率,是导致覆膜垄和全膜双垄沟播处理水势低于土垄的主要原因。在前期降雨较少的年份,由于较小的蒸腾作用,土垄处理可以保证马铃薯承受较小的水分胁迫;在前期降雨量较多的年份,覆膜垄和全膜双垄沟播处理则可以凭借其较大的蒸腾作用发挥较大的增产效果。     

垄沟覆盖集雨模式对玉米根际土壤微生物多样性的影响

为明确垄沟覆盖集雨模式对玉米根际土壤微生物群落结构及多样性的影响,选取“登义”2号为试验材料,采用单因素完全随机试验设计,以常规平栽不覆盖为对照（CK）,依次设置垄覆普通黑色地膜沟不覆盖（HL）、垄覆液态地膜沟不覆盖（YL）、垄不覆盖沟覆秸秆（NJ）、垄覆液态地膜沟覆秸秆（YJ）、垄覆普通黑色地膜沟覆秸秆（HJ）共计6个处理,利用Illumina高通量测序技术分析土壤微生物群落构成及多样性。结果表明：（1）垄覆膜沟覆秸秆的集雨模式均有利于玉米增产、提高水分利用效率,其中HJ处理的穗行数、千粒重、产量及水分利用效率均最大,分别较对照CK提高11.22%、31.31%、88.02%、79.83%,且与CK间差异均显著（P<0.05）,而垄无覆盖沟覆秸秆的NJ处理的产量及水分利用效率均较CK低。（2）垄覆地膜各处理均能显著提高微生物群落多样性,且能改变微生物结构,但垄无覆盖沟覆秸秆的NJ处理却不能。（3）各处理的微生物群落组成在门、纲水平上均受到覆盖集雨模式的影响。土壤微生物群落中主要优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门...     

北方农牧交错带马铃薯沟垄集雨技术适宜性研究

北方农牧交错带是典型的雨养农业区,降水少且变率大,绝大多数农田缺乏灌溉条件,降水成为限制作物生产力的重要因素。以农牧交错带半干旱偏旱典型地区武川县为例,利用1960-2012年地面气象观测资料,对该地区马铃薯沟垄集雨技术适宜性进行了分析。结果表明:武川地区马铃薯全生育期内需水量为414.7 mm,平均水分亏缺为155.1 mm,占全生育期需水量的37.4%;马铃薯生育期内≥10 mm降水次数占18.5%,其降水量占总降水量的2/3左右,容易形成径流,有利于沟垄集雨集中有限降水用于作物生长;沟垄集雨可缓解北方农牧交错带半干旱偏旱地区马铃薯需水亏缺,丰水年、平水年和歉水年马铃薯全生育期裸地垄面径流深度分别为81.1 mm,49.0 mm和21.0 mm。在当地的气象条件和环境条件下,垄面为裸地时,种植马铃薯推荐采用的沟垄宽度比为1∶2.6,垄面覆膜时,推荐沟垄宽度比为1∶0.48。     

粤北石漠化地区水文过程试验研究

通过在粤北石漠化地区选取不同石漠化阶段样地,进行人工降雨模拟试验,研究粤北石漠化地区水文过程。结果表明:随石漠化程度的加深,地表植物对雨水最大截留量不断下降,其中以重度→极重度阶段降幅最大,达6倍多。土壤持水量在重度→极重度石漠化阶段发生转折。地表径流在中度和重度石漠化土地上具有相同特征,但在与轻度和极重度石漠化土地中差异明显。当雨强为30~50 mm/h时,产流35 min内总径流量以中度石漠化样地最高;当雨强为51~60 mm/h时,以极重度石漠化样地最高;而当雨强为61~70 mm/h时,则以重度石漠化样地最高。在各石漠化阶段样地上以雨强35 mm/h进行人工模拟降雨60 min,有0.6%~2.71%雨水被植被及枯落物截留;2%~53.31%雨水被土壤吸收;2.18%~7.37%雨水转化为地表径流;41.8%~93.41%雨水渗漏形成地下水。     

缓坡坡面径流在土粒分散阶段的作用

通过水文及水力理论 ,采用微积分方法推得超渗产流模式下 ,均匀降雨在平整坡面单位面积上产生的径流能量为(ρg/ 4)Lqsin2θ ;在 3°～ 15°坡面上 ,模拟黄土高原暴雨的特征雨强 (0 8mm/min～ 4 0mm/min) ,控制相同水量 ,分别以径流形式及降雨形式及降雨形式作用于 1m× 1m坡面小区 ,测量其产生的分散土粒量 ,发现坡度对分散量的影响远大于径流的影响 ,雨滴击溅产生的松散颗粒占总分散量的百分数随坡度增大呈下降趋势 ,径流产生的则恰相反 ,随坡度增大呈上升趋势 ,从6°时的 2 0 %上升为 15°时的 70 % ,说明其存在一个两者相等的临界坡度 (在实验条件下约为 2 1°) ,坡度大于这个值 ,径流的冲刷量将大于雨滴的击溅量     

基于改进线性光谱解混和 SCS-CN 模型的广州主城区降雨产流模拟

城市降雨产流特征的定量研究对于城市雨水资源开发利用、科学规划和管理具有十分重要的意义。以广州市主城区为研究对象,提出一种改进的线性光谱解混方法提取遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度,并结合SCS-CN 产流模型进行城区降雨径流模拟。首先利用线性光谱解混方法提取 2015-10-18 Landsat 8 OLI 遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度;然后利用归一化建筑物指数和归一化植被指数进一步优化解混结果;最后结合优化的不透水面、植被和土壤盖度计算合成的 CN 值,并应用 SCS-CN 产流模型分析研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征。结果表明：改进的线性光谱解混方法能较好地提高不透水面、植被和土壤盖度的提取精度;不透水面盖度越高的区域,CN 值越高;CN 值对地表径流深模拟有显著的影响;在不同重现期降雨条件下,研究区地表径流深空间分布格局差异显著;总体上,降雨量越大,不透水面盖度越高,形成的地表径流深越深,内涝发生的可能性越大。     

渔子溪流域水文过程影响因素的特征时间尺度分析

采用渔子溪流域三期遥感影像(1986、1994和2002年)获取该区域的土地利用/覆被资料,并结合实际调查数据、采用斑块驱动模型模拟得到该流域1986~2004年间逐年土地利用变化数据;然后根据该模拟数据以及渔子溪流域不同时间尺度的气象和径流资料,采用逐步线性回归和多元非线性回归方法,对渔子溪流域不同时间尺度下降雨-土地利用-径流系统及其内部各元素之间的关系进行了统计分析,结果表明:(1)不同时间尺度下径流量与降雨量的相关关系具有明显差别,土地利用变化对降雨-径流关系有重要影响,在年尺度上,降雨量对径流量的影响要大于气温对径流的影响,而在月尺度上则相反。(2)不同时间尺度下非线性回归的模拟误差要比线性模拟误差下降1.18%~23.8%,且不同影响因子在不同时间尺度上的非线性程度各不相同。     

祁连山西段老虎沟流域消融季径流变化特征研究

基于祁连山西段老虎沟流域断面的径流数据与大本营气象站的气象资料,对冰川区径流与气象要素之间的相关性进行了分析,并建立了多元指数非线性回归方程对径流进行重建以弥补缺失径流,此外,对冰川区径流的年际、季节、日尺度的变化特征进行了分析。结果表明：(1)冰川区径流量与气温的相关性最高0.86,其次是水汽压(0.81)、相对湿度(0.46)、降水量(0.27),径流受气温影响最大。(2)21世纪观测资料显示日平均径流量为2.10 m³·s^-1,较20世纪50年代末的1.65 m³·s^-1有所增加,主要因消融季气温上升0.75℃所致,强消融期(7、8月)径流量的年际变化较大,消融期初(5、6月)和末(9月)年际变化较小。消融季5—9月产流占比分别为5.3%、16.1%、37.3%、35.1%、6.2%。(3)多元指数非线性回归方程可以较好地模拟日径流量(纳什效率系数平均为0.70),补充缺失径流后,对于径流的日变化,消融期初和末日变化较小,而强消融期径流的日变化较大。对于径流的时滞效应,老虎沟流域消融季各月径流...     

In-situ rainwater harvesting and gravel mulch combination for corn production in the dry semi-arid region of China

A field study was conducted to determine the effect of a combination of ridge and furrow method of in-situ rainwater harvesting with gravel mulch on corn production, soil moisture storage, and water-use efficiency in the dry semi-arid region of China. Results showed that plastic-covered ridges had an average runoff efficiency (runoff/rainfall) of 87% as compared to 7% for bare ridges, and could generate runoff at a threshold value of 0·8±0·2 mm rainfall. Bare ridges produced runoff only under high intensity rainfall events, and was ineffective for harvesting rainfall in the study area. The plastic-covered ridge and gravel-mulched furrow method of rainwater harvesting was effective in conserving moisture and increasing yield and water-use efficiency. The grain yield in this treatment was 1·9 times that of the conventional flat soil cultivation (control), and the water-use efficiency was 1·8 times that of the control. The good performance of the film-covered surface ridges and gravel-mulched furrows is attributed to the better utilization of light rains, improvement of infiltration in the root zone, and suppression of evaporation losses.     

Effectiveness of coir-based rolled erosion control systems in reducing sediment transport from hillslopes

Accelerated soil erosion is ubiquitous on human-modified hillslopes. A variety of erosion control products have been developed to reduce on-site soil resource degradation, and off-site transport of sediment and sediment-associated contaminants to receiving water bodies. However, limited quantitative data are available to assess erosion reduction effectiveness, and to establish the salient properties of the erosion control products. A replicated field-based rainfall simulation study was conducted to compare the runoff and erosion effectiveness of three coir (coconut) fiber rolled erosion control systems (RECSs) with a bare (control) treatment. Detailed temporal measurements of runoff and sediment transport were made during two phases of each experiment: (1) a 110-min application of rainfall via a rainfall simulator at 35 mm h⁻¹ after runoff initiation and (2) a 30-min period, at 3 times the flow rate of phase 1, applied via an overland flow generator. All coir treatments enhanced infiltration, delayed time to runoff generation, reduced intensity of rill incision, and reduced sediment output compared to bare treatments. More importantly, statistically significant differences were observed between coir RECSs of different architecture. For the two open weave coir systems tested, the most effective design had a higher mass per area, and less open space between the regularly aligned grid of fibers. The random fiber coir architecture was the most effective, having significantly lower runoff sediment concentrations, lower sediment yields, and a lower frequency of rill initiation. The differences in system architecture are examined in light of fundamental controls on runoff and erosion processes.     

不同雨强对裸露坡地水土流失的影响研究

运用坡面径流小区法,研究了闽北裸露坡地水土流失与不同雨强的关系,结果表明：1）裸露坡地径流量受雨强的影响较小,小雨和中雨时径流量与雨强呈线性相关,大雨时径流量与雨强不相关．2）雨强对土壤流失量的影响高于对径流量的影响．在降雨量相近的情况下土壤流失量与平均雨强呈线性关系．3）各时段雨强与裸露坡地的土壤流失量的相关性表现为...     

不同雨强对裸露坡地水土流失的影响研究

运用坡面径流小区法,研究了闽北裸露坡地水土流失与不同雨强的关系,结果表明：1）裸露坡地径流量受雨强的影响较小,小雨和中雨时径流量与雨强呈线性相关,大雨时径流量与雨强不相关．2）雨强对土壤流失量的影响高于对径流量的影响．在降雨量相近的情况下土壤流失量与平均雨强呈线性关系．3）各时段雨强与裸露坡地的土壤流失量的相关性表现为,I10〉I30〉I60,在不同雨型时均以I10的拟合效果最好．     

北京地区农田氮素养分随地表径流流失机理

田间模拟降雨径流试验研究了北京地区农田暴雨径流氮素流失与雨强、作物覆盖、施肥因子的关系，以及侵蚀泥沙的粒径分布特征和对氮的富集作用。结果表明：（1）降雨强度越大，地表径流模数和侵蚀模数增大，氮素流失越多；作物覆盖有效地减少地表水土和颗粒态氮流失；（2）颗粒态氮浓度占径流全氮浓度的88.9%(施尿素）和98％以上（未施氮肥），是农田径流氮损失的主要形态；（3）施用化学氮肥增大了农田径流溶解态氮浓度，化学氮肥容易通过地表径流流失；（4）侵蚀泥沙的团聚体组成和原来土壤有很大差异，粒径＜0.25mm的团聚体，尤其是含氮量较高的＜0.045mm团聚体的富集是侵蚀泥沙富集氮的主要原因。减少地表径流和土壤侵蚀，降低表土速效氮含量是减少农田地表径流氮养分流失的关键。     

AN EXPERIMENTAL STUDY OF SHEET EROSION IN GRANITIC REGION OF WUHUA COUNTY,GUANGDONG PROVINCE

1.IntroductionWuhuaCounty,locatedintheupstreamOfHanjianghiver,isoneofthemostseriouslyerodedcountiesinSouthChinagraniticweatheringregionOfGUangdOngPrOvince.ByinveStighion,thetOtalerodedareaisestimatedtobe875.33km,whichoccupiedbot30percentofthetOtalerodedareaoftenmostseriouserodedcountiesintheregion.Insomeconununes,theeroddareaevenreachedtomorethan6Opercent.ErosionresuItedinwidesPedOfbemountalns,landdopadaion,shortOfwterresourceshoperecotw.~ngthethreetypesoferosionintheupstreamOfHanjian…     

陇中黄土丘陵沟壑区人工草地土壤水蚀预测模型

针对陇中黄土丘陵沟壑区土壤水蚀过程复杂且难以有效预测的问题,以定西市安家沟水土保持试验站2005—2016年1~12月人工草地径流场试验数据为主要来源,将流域月降雨量、月侵蚀性降雨量、月径流量、月降雨强度、径流场面积、径流场坡度、土壤砂粒含量、土壤粘粒含量8个因子作为输入因子,月土壤水蚀量作为输出,运用偏最小二乘法(Partial Least-Squares Regression,PLSR)和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)循环神经网络建立人工草地土壤水蚀预测模型,并利用BP(Back Propagation)、RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM常见神经网络模型,对模型的有效性进行评估。结果表明：PLSR将模型8个输入因子减少为4个,从而有效解决LSTM神经网络模型对样本数量要求过高的问题; PLSR和LSTM神经网络模型的结合可以有效提高模型对人工草地土壤水蚀过程的预测精度和收敛速度,预测结果的平均相对误差小于4%,相关系数高于其他3种神经网络模型,而迭代次数、均方根误差和平均绝对误差均低于其他3种模型;研究发现坡度对人工草地土壤水蚀过程影响较为明显,降雨量小于25 mm时,人工草地土壤水蚀量不会随坡度增加而明显增长,但当降雨量超过25 mm时,人工草地土壤水蚀量会随坡度明显增加。 PLSR LSTM神经网络土壤水蚀预测模型可以准确预测陇中黄土丘陵沟壑区人工草地土壤水蚀量,为该地区水土流失的准确预报提供新的思路和方法。     

沙层特性对沙盖黄土坡面产流产沙变化贡献的定量分析

沙盖黄土坡面产流产沙方式独特,侵蚀过程复杂,量化降雨过程中该类坡面产流产沙变化影响因素贡献的大小对揭示其侵蚀机理具有重要的意义。基于室内模拟降雨试验,定量分析沙层厚度（2 cm、5 cm和10 cm）和粒径组成（100%粒径≤ 0.25 mm、75%粒径≤ 0.25 mm +25%粒径> 0.25 mm、50%粒径≤ 0.25 mm+50%粒径> 0.25 mm、未处理原沙和100%粒径> 0.25 mm）在降雨过程中对产流产沙变化的影响和贡献。结果显示：沙层厚度增加能明显延长产流时间,减少总产流量,增加总产沙量,增大降雨过程中产流产沙的变异性;随沙层粒径组成变粗,初始产流时间和产沙量无明显变化规律,产流量有增大趋势。沙层厚度、粒径组成及二者交互作用对初始产流时间变化的贡献率分别为68.03%、15.77%和3.85%。沙层厚度对降雨不同时段15 min产流量和不同历时总产流量的贡献率分别在23.89%~52.22%和41.10%~48.94%之间,对相应产沙的贡献率分别在29.19%~62.01%和13.53%~30.31%之间。整体上沙层粒径组成变化对产流产沙量变化的贡献率小于沙层厚度,且无明显规律。沙层厚度和粒径组成交互作用对产流量和降雨中前期产沙量的影响显著（p < 0.05）,其对产流产沙变化的贡献率分别在13.12%~26.62%和3.22%~43.12%之间,不同降雨时段变化明显。研究结果说明,沙层厚度决定沙盖黄土坡面产流产沙过程,其和沙层粒径组成对产流产沙的影响和贡献随坡面沙层的侵蚀演化而动态变化,且二者的交互作用也不容忽视。     

黄土丘陵沟壑区极端降雨事件及其对径流泥沙的影响

半干旱黄土丘陵沟壑区是我国水土流失的重灾区。在全球气候变化的大背景下,极端降雨事件时有发生,加重了区域水土流失防治的难度。因此,科学界定极端降雨事件、进而探讨其发生规律及其对径流侵蚀的影响尤为重要。通过整理定西市安家沟流域(35°35′N,104°39′E)17年的降水和径流侵蚀数据进行统计分析。以降雨量和最大30min雨强为指标,采用世界气象组织的标准划分了极端降雨事件。结果发现:(1)研究区内极端次降雨事件的雨量和雨强的临界值分别为40.11mm和0.55mm/min,次降雨量的多年平均值为18.87mm。17年间共发生12次极端事件,5月、7月、8月份的发生概率分别为16.67%、50%和33.33%。因此最佳防治时间段为7、8月份。(2)聚类分析表明极端降雨事件可分为三类:降雨量和雨强都大于临界值,占25%;降雨量大于临界值,而雨强小于临界值,占41.67%;雨强大于临界值,降雨量大于多年平均值而小于临界值,占33.33%。(3)在极端降雨事件作用下,径流系数和侵蚀模数要比对应的多年平均值高。总体而言,降雨量和雨强都很高的极端事件的破坏性最强,但高历时低雨强的极端事件所产生的破坏也不容低估。(4)沙棘林在生长演替的过程中显著增强了抵御土壤侵蚀的能力,对极端降雨事件有很好的防治作用。抵御极端降雨最弱的是坡耕地,主要是由于受到坡度大、植被覆盖率低以及人为干扰等因素的影响。     

广东鹤山赤红壤坡地林茶利用模式的水土保持效应

野外观测试验于1997年在广东省鹤山茶叶科技研究所的赤红壤坡地上进行，试验设计了人工林下地表覆盖（A）、人工林下地表裸露（B）、等高梯田种植茶树（C）和等高梯田裸地对照（CK）4个处理，采用自制的径流收集器分别测定了各处理4场降雨的径流深度、径流系数、水土流失量和侵蚀量等指标，结果表明，CK的平均径流深度高产田3.72mm/10mm，降水流失率为37.2%，平均每10mm降雨的土壤侵蚀量为43.6kg.hm^-2，年土壤侵蚀模数为7.42t.hm^-2；其它3个不同植被覆盖处理的地表径流量比裸地对照降低2.20%-67.08%，平均土壤侵蚀量减少43.81%-90.83%；林下地表覆盖处理的保土效果果好，等高梯田种植茶树处理的保水效果最好。