黄河下游河岸坡面产流产沙特征及其与汇流路径长度关系

植被和地形是影响坡面侵蚀过程的重要因子,探讨两者交互作用下坡面产流产沙和汇流特征对深入理解坡面侵蚀过程和水土保持具有重要意义。采用模拟降雨试验,探讨不同降雨强度(54和90 mm·h^(-1))、坡度(5°、10°、15°、20°)和植被盖度(0%、15%、30%)下黄河下游河岸坡面的侵蚀产流、产沙特征,并基于水文连通性模型——汇流路径长度指数(Flowlength)探究植被和地形在土壤侵蚀过程中的作用以及汇流长度与产流产沙特征的关系。结果表明:54和90 mm·h^(-1)雨强下,不同植被盖度对径流流速均有减缓作用,而90 mm·h^(-1)雨强下30%盖度的减缓作用较为明显;径流总量和径流深随坡度和植被盖度增加而逐渐减少的变化基本一致,随雨强增加,受坡度影响逐渐增大。54 mm·h^(-1)雨强下,当坡度<15°时,侵蚀产沙量随坡度增加增幅较小;当坡度>15°后,侵蚀产沙量增幅较大。90mm·h^(-1)雨强下,当坡度<15°时,侵蚀产沙量随坡度增加而增加;当坡度>15°后,其随坡度增加而减少。相关分析表明,坡度对产沙量、产流量和径流深均具有显著影响,显著水平分别为P <0.001、P <0.01和P <0.05;植被盖度仅对平均流速影响显著(P <0.05)。但植被盖度对汇流路径长度影响极为显著(P <0.001),裸坡的汇流路径长度明显大于植被覆盖坡面;坡面产流产沙量随汇流路径长度的增加基本呈增加趋势。在坡度和植被盖度交互作用下,坡面产流所引发的土壤侵蚀效应受坡度影响较为明显,而在汇流过程所引发的土壤侵蚀效应中,植被的影响明显大于坡度。

黄河中下游典型河岸缓冲带植被景观连接度及其网络构建

植被作为河岸缓冲带生态系统服务形成与维持的基础,在维持生物多样性方面,能为多种物种提供栖息地和迁移廊道。因此,本文以黄河中下游典型河岸缓冲带植被为对象,采用遥感解译、景观连接度指标、斑块重要性评价和廊道网络分析相结合的方法,分析2003年、2009年和2015年研究区的植被景观连接度和斑块重要值变化,并构建河岸缓冲带植被廊道网络,以期为黄河中下游河岸缓冲带生物多样性保护提供支持。结果表明,研究区植被斑块的连接度在2003—2015年呈增加趋势,且随距离阈值的增大而增大;不同距离阈值下,斑块重要值随斑块面积增大而增大,且随距离阈值增大的而增大;小型斑块(0~5 hm^2)重要值呈增加趋势,中型斑块(5~10 hm^2)重要值呈先增加后降低趋势,而大型斑块(>10 hm^2)重要值呈降低趋势。植被廊道网络分析表明,基于重要生态节点同时考虑沟渠和道路廊道可作为研究区植被廊道网络构建的重要参考。

北江干流河岸缓冲带景观格局的梯度效应分析

基于2000、2005和2010年的TM遥感影像,结合GIS和RS技术,采用缓冲区分析方法研究了北江干流10km河岸缓冲带景观格局特征及其水平梯度效应。结果表明,10 a间,林地是景观基质,其次是农田和水体;农田、草地和灌丛呈减少趋势,建设用地和未利用地呈增加趋势,林地和水体先增加后减少。在类型水平上,各景观组分的复杂度呈下降趋势,破碎化呈现先上升后下降状态,而连接度呈现增强的趋势;在景观水平上,最大斑块和凝聚度指数在0~1 km有明显的峰值,形状指数随着缓冲区宽度的增加逐渐上升,而聚集度指数与凝聚度指数呈现相反的趋势。

喀斯特土石异质坡面产流产沙规律

侵蚀性降雨是引起喀斯特黄壤坡面水土流失的主要动力因子。采用贵州省遵义市浒洋水流域2018—2020年4个径流小区92次侵蚀性降雨产流产沙实测数据,研究次降雨条件下,裸露坡面和块石出露小区对产流产沙的影响。结果表明:(1)侵蚀性降雨可以分为A、B、C 3类,A类降雨是造成喀斯特黄壤坡面土壤侵蚀的主要雨型。侵蚀性降雨的标准为次降雨量>6.6 mm或I_(30)>3.6 mm/h。(2)裸露坡面63.27%的侵蚀性降雨径流深<0.4 mm,66.30%的侵蚀性降雨土壤流失量<1 g/m^(2),坡面土壤侵蚀量主要是由个别的次降雨所贡献。比较3类降雨,产流产沙的规律总体上表现为A雨型>C雨型>B雨型。(3)土壤流失量主要是由径流深决定,径流深直接决定着坡面产沙的多少。A类降雨中20 mm降雨量是喀斯特黄壤坡面径流深和土壤流失量明显增加的突变值。(4)3类降雨下,块石出露增加了坡面产流量,产流量随着出露率的增加而变大。但产沙量的变化比较复杂,A类降雨下,产沙量随着块石出露率的提高呈明显增加。研究结果对喀斯特坡面水土流失治理和土壤侵蚀预报模型的建立具有重要意义。

喀斯特坡面块石对土壤水分影响的坡度响应

土壤水分是影响喀斯特坡耕地农业发展和生态修复的关键因子。出露地表的块石显著影响着坡面土壤水分及地表产流产沙过程。为探明块石对坡面土壤水分的影响,在贵州遵义浒洋水小流域,选择8°、12°和18°坡面上的块石,对块石上下坡面顺坡方向不同距离的土壤水分进行监测。结果表明:1)3种降雨量下,不同坡度块石上下坡面土壤含水量均表现为:上坡面>下坡面,其差异表现为:横条形块石8°>竖条形块石12°>竖条形块石18°。坡度越陡,雨量越大,块石上下坡面土壤含水量差异越小。2)监测期内块石上下坡面土壤水分差异表现为:横条形块石8°>竖条形块石12°>竖条形块石18°,坡度越大,差异越小。坡度越小,块石上下坡面土壤含水量在雨季变化越大,且块石上下坡面土壤含水量越稳定。3)相同土层深度块石上下坡面各部位土壤含水量差异受坡度影响明显。4)块石上下坡面相同部位各深度土壤水分差异对坡度变化具有不同响应。研究结果可为喀斯特地区水土流失治理、缓解石漠化演替、生态经济建设和植被恢复提供理论参考。

BFRP筋应用于高延性混凝土的探讨

针对现有钢筋混凝土的缺点以及不足,研究其与BFRP筋高延性混凝土结构的性能差异。文章通过对“BFRP筋”和“高延性混凝土”国内外研究现状的梳理和总结,并结合材料性能,分别分析了两者的力学性能,为其能否结合应用于受弯构件建筑的可能性提出了理论依据。

喀斯特地区黄壤坡面土壤水分对降雨的响应

土壤水分是喀斯特地区水文生态环境的重要因素。通过在不同土地利用设置试验点,对降雨和20,40,80,100 cm深度土壤水分进行监测分析,揭示不同土地利用条件下土壤水分在降雨过程中的变化规律。结果表明:(1)植被盖度、土壤前期贮水量等因素对土壤水分的降雨补给量和土壤水分在土壤剖面上的再分配具有明显的影响。(2)土壤水分的降雨补给量在土壤剖面上的分布具有一定的层次性,随土层深度的增加整体表现为先增加后减少再增加的趋势;表层降雨补给量最小,最大降雨补给量多出现在100 cm深度。(3)土壤水分对降雨的响应具有滞后效应,并随土层深度增加而增强,随盖度增加而减弱。(4)在降雨影响阶段,可将土壤水分变化分为滞后期、上升期和消退期3个阶段;降雨过程中,植被盖度越高,降雨强度越大,土壤水分变化越快,并随着土层深度的增加减缓。研究结果为水资源的合理利用和配置以及水土保持提供参考和理论依据。

BFRP筋再生混凝土简支梁的抗弯性能

基于12根玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土简支梁的三点静力试验,研究不同骨料取代率(0%、10%、25%、40%)的再生混凝土对BFRP筋受弯构件的破坏形态、弯矩-曲率关系曲线(M-φ曲线)、荷载-挠度关系曲线(P-f曲线)、裂缝开展情况等方面的性能,结果表明随着再生骨料取代率的提高,试件的抗弯承载力基本不变,但延性明显增加,且裂缝数量也明显增多,裂缝间距分布更加均匀,说明利用再生骨料制作的混凝土和BFRP筋之间有较好的粘结性,受力性能良好,作为结构构件来使用是可行的。

基于坡面水文连通性的黄河下游河岸缓冲带植被格局优化

河岸缓冲带作为河流-陆地之间重要的生态过渡区,恢复以及优化其退化的植被系统对防止水土流失、改善生态环境及实现该区域生态系统的可持续发展具有重要的现实意义.本文基于植被格局情景模拟和汇流路径长度指数,分析不同植被盖度和坡度下坡面水文连通性对植被格局的响应,探讨黄河下游河岸缓冲带水土保持效应的最优植被格局.结果表明:坡中格局-粗粒度-集群分布的植被配置方式所产生的汇流路径长度最小、水文连通性最弱,是抑制坡面产流汇流效果最优的植被格局类型.对于最优植被格局,其汇流路径长度随坡长的增加而增加,坡长越长,坡度的作用越明显,水文连通性在各坡度之间的差异越显著;汇流路径长度随植被盖度增加而减小,低盖度时各坡度之间的汇流路径长度差异明显,当盖度达到45%时,各坡度之间的汇流路径长度趋于一致、水文连通性差异较小.实证坡面汇流路径长度随植被盖度增加其降低趋势无规律性,而最优植被格局汇流路径长度随植被盖度增加均呈现出一致的先急剧后平缓下降趋势.在设置的5°~20°坡度范围内,最优植被格局在一定程度上改变了盖度变化过程中不同坡度之间汇流路径长度的差异,突显了河岸缓冲带植被格局对水文连通性的影响.

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度(5°、10°、15°、20°)和植被盖度(0、15%、30%)条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明:不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响(P<0.001),植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响(P<0.001),而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响(P<0.01),同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。

华北平原冬小麦农田生态系统CO_2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO_2通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO_2通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15g C·m^(-2),总初级生产力总量为1920.01 g C·m^(-2),冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO_2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO_2·μmol^(-1),光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO_2·m^(-2)·s^(-1),月平均生态系统呼吸为193.92g C·m^(-2)·month^(-1).冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.

黄河中下游典型河岸缓冲带植被格局时空动态

河岸缓冲带的植被结构特征是维持其多种生态服务发挥的重要因素。本研究以黄河中下游由丘陵向平原过渡区域的典型河岸缓冲带为研究对象,基于2003、2009和2015年Google Earth高分辨率遥感影像,通过景观格局分析、缓冲分析和回归分析,探讨研究区植被景观格局的时空动态及其驱动因子。结果表明,农田为黄河中下游典型河岸缓冲带景观基质,林地和草地呈逐年增加趋势,受黄河游荡和农业开垦种植与弃耕影响,水体和河漫滩相互转化频繁,农田与其他景观类型转化频率较高,林地的主要转化方向为草地、居民区和农田,草地的主要转化方向为农田和林地,不同时段植被变化的空间分布差异明显。研究区植被景观连通性较高,景观破碎化程度呈逐年增加趋势,景观斑块形状整体趋于复杂化,但不同植被类型存在差异,其中林地斑块的几何形状逐渐复杂,而草地斑块的几何形状逐渐规则,林地的空间连通性高于草地。草地和林地斑块沿居民区、河岸、沟渠、坑塘和道路缓冲具有明显的梯度分布特征,两者在2003—2015年的变化率受河岸和道路缓冲驱动较小,受居民区缓冲驱动显著,而对沟渠和坑塘的响应则存在差异,其中草地变化受沟渠驱动显著,林地变化受坑塘驱动显著。

北江干流河岸植被缓冲带景观渗透性时空变化及其影响因素

景观渗透性指数反映景观保持水土的能力,可为景观功能评价提供新途径。本研究以北江干流河岸植被缓冲带为例,在阐述景观渗透性指数计算原理的基础上,以1995年、2000年、2005年、2010年和2015年的Landsat TM影像为植被数据源,以30m分辨率的DEM数据为地形数据源,结合USLE模型,对景观渗透性指数在研究区的适用性进行验证,并分析研究区景观渗透性指数的时空分异及其影响因素。结果表明,景观渗透性指数分析在研究区具有一定的适用性,渗透性值与侵蚀模数呈显著正相关关系(P<0.05);研究区景观渗透性指数时空差异显著,1995—2015年,整体呈增加趋势,而韶关、南雄和清远等地景观渗透性值较高并呈波动性变化;林地面积和建设用地面积的变化是影响渗透性指数时空分异的主要因素。本研究可为景观渗透性指数在北江河岸植被缓冲带的应用及其水土保持能力的评价提供一定的方法参考。

坡度和植被盖度对粉砂质河岸带坡面流侵蚀水动力特征的影响

揭示坡面水流水动力参数特征对于深入了解坡面土壤侵蚀的内在机制具有重要意义.本试验在黄河下游河岸带原生坡面上,采用野外模拟径流冲刷的方法,研究了4个坡度(5°、10°、15°、20°)和3个植被盖度(0%、15%、30%)在特定放水量(15 L·min^(-1))条件下坡面薄层水流剥蚀土壤的水动力学过程,分析了径流剪应力(τ)、水流功率(ω)、径流能量(F)等水动力学参数的变化及其对坡度、植被盖度以及二者交互作用的响应差异.结果表明:在坡度和植被盖度的影响下,τ、ω和F变化规律明显,坡度不变情况下,τ随着植被盖度的增加而增加,ω和F随着植被盖度的增加而减小;植被盖度不变情况下,τ、ω和F均随坡度的增加而增加.坡度小于10°时,坡度和植被盖度的变化对坡面土壤侵蚀的影响不明显;坡度大于10°时,相同坡度条件下植被盖度越大减蚀效果越明显,相同植被盖度下坡面侵蚀量随坡度的增大而增加.τ、ω均与土壤剥蚀率呈显著的线性关系,在土壤侵蚀发生时均存在临界剪应力和临界功率;F与土壤剥蚀率则呈现良好的对数关系.双因素方差分析表明,坡度和植被盖度对τ、ω和F的影响显著,两者的交互作用对ω影响显著,但对τ、F的影响不显著.

喀斯特坡面生物结皮发育特征及其对土壤水分入渗的影响

作为地表植被恢复的先锋种群和景观的重要组成部分,生物土壤结皮(BSCs)对地表过程具有重要影响。为探明喀斯特地区BSCs发育特征及其对土壤水分入渗的影响,本研究选取喀斯特代表性坡面开展了BSCs实地调查和人工模拟降雨试验,探究了BSCs覆盖土壤的水分入渗过程,试验设计了5个BSCs盖度水平(0、28%、40%、70%、97%)和2个雨强(42和132 mm·h^(-1))。结果表明:在不同土地利用条件下,BSCs发育水平存在显著差异,但在同一土地利用条件下,BSCs发育水平沿坡面的空间变化规律不明显。与裸地相比,地表发育BSCs可使地表粗糙度增大,显著延长初始产流时间,促进土壤水分入渗。在小雨(42 mm·h^(-1))和强降雨(132 mm·h^(-1))下,BSCs覆盖小区初渗速率分别为裸地小区的1.7~1.9和1.2~1.9倍,平均入渗速率分别为裸地小区的2.5~3.0和1.4~3.3倍。在试验雨强下,BSCs盖度与初始产流时间均呈显著正相关,BSCs促进水分入渗的临界盖度为65%~70%,在强降雨条件下,BSCs对地表径流的阻滞作用有所削弱。Horton模型对喀斯特坡面BSCs覆盖下土壤水分入渗过程模拟结果最优,其次为Kostiakov模型和Philip模型。综上,喀斯特坡面BSCs发育的空间变异程度高,对水分入渗过程影响显著。