近景摄影测量技术在坡耕地土壤侵蚀速率研究中的应用

以5°,10°,20°的紫色土坡耕地为研究对象,分别进行5,10,15次强度的模拟耕作试验,在此基础上采用60L/min的流量进行3轮放水冲刷试验,采用近景摄影测量技术监测试验前后紫色土坡耕地小区的地形变化,通过生成高精度DEM数据计算土壤流失体积,并采用插钎法测量土层深度变化,验证近景摄影测量技术测定地形变化的准确度,进而推算不同坡度条件下的紫色土坡耕地耕作侵蚀速率和水力侵蚀速率。结果表明:(1)采用近景摄影测量技术能够准确监测地形变化,其测算结果与插钎法的结果比较接近,且通过计算土壤流失体积推算土壤侵蚀速率的方法比较可靠,精度较高;(2)紫色土坡耕地在坡度为5°,10°,20°条件下平均耕作侵蚀速率分别为69.85,131.45,155.34t/(hm2·tillage pass),耕作侵蚀速率随坡度增加呈增加趋势,随着耕作次数增加则呈逐渐减小的趋势;(3)紫色土坡耕地在坡度为5°,10°,20°条件下平均水力侵蚀速率分别为1 892.52,2 961.76,4 405.93t/(hm2·h),水力侵蚀速率与坡度呈正相关关系,与此同时,随着耕作强度的增加,水力侵蚀也呈逐渐增大的趋势,表明耕作侵蚀对水力侵蚀有加速作用。该研究为紫色土坡耕地耕作侵蚀和水力侵蚀交互作用下的土壤侵蚀研究提供技术支撑和数据基础。

集水区耕作对干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响

为探明集水区耕作对金沙江干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响,该文选取一条仍处于发育阶段的冲沟沟头及其集水区构建了4个原位试验小区,集水区分别为裸地(无人类活动且植被盖地低于5%)和一年3次耕作2种处理,然后进行原位放水冲刷试验来模拟冲沟沟头溯源侵蚀过程。结果表明:1)随着冲刷时间的持续,两种处理下原位试验小区各部位的土壤侵蚀速率时间变化趋势一致,均呈先减少后逐渐趋于稳定趋势,耕作活动会显著增加集水区的土壤侵蚀速率(约为裸地的1.62倍),耕作对沟壁、沟床部位的土壤的侵蚀速率并无显著影响。2)耕作后,冲沟沟头不同部位的径流阻力系数均出现了显著增加,与裸地相比,耕作后集水区、沟床的阻力系数分别提高了约6.96倍和2倍。与此同时,随着冲刷时间的增加,裸地冲沟的径流阻力系数呈现出先增大后逐渐趋于稳定的趋势,而耕作后冲沟的径流阻力系数则呈现出先减小后逐渐趋于稳定的趋势。3)随着冲刷时间的持续,两种处理下冲沟沟头的径流能耗、侵蚀单位土体的径流能耗均呈现出先增加后趋于稳定的趋势;集水区农耕活动并未对冲沟各部位的径流总能耗产生明显影响,但耕作会对侵蚀单位土体的径流能耗产生显著影响,耕作状态下集水区侵蚀单位土体径流能耗比裸地降低了约50%。因此,在集水区部位进行耕作活动,会导致集水区径流阻力系数增加和侵蚀单位土体径流能耗降低,并显著增加坡沟系统的侵蚀量,但是对冲沟溯源侵蚀速率影响有限。

干热河谷区冲沟地貌演化动力机制及其生态治理模式

冲沟侵蚀是干热河谷区一种重要的土壤侵蚀类型。干热河谷区内冲沟分布范围广、沟壑密度大,冲沟侵蚀对当地居民生活生产和工程建设造成威胁。从干热河谷区冲沟形成的环境背景条件入手,论述了干热河谷区冲沟的地貌演化过程和演化过程中的重要因素,从水力侵蚀过程和重力侵蚀过程进行了梳理,探讨了冲沟发育过程中的动力机制,并对干热河谷冲沟发育区生态治理模式的研究成果进行了分析。

干热河谷冲沟沟头活跃度对植物群落结构的影响

为研究干热河谷冲沟沟头活跃程度对植被物种组成及其群落结构的影响,从而服务于冲沟植被恢复过程中最佳植被配置,采用典型样地法对元谋县内22条冲沟进行实地调查。研究结果表明:1)冲沟内植物种类随着沟头的稳定程度增加而增加,其中活跃型冲沟内植物12科28属共28种,半稳定型冲沟内植物16科29属共29种,稳定型冲沟内植物15科35属共37种;2)不同活跃程度的冲沟植被群落按生活型可分为3个层次,一是以扭黄茅为优势种,孔颖草、三芒草为次优种的草本层;二是以车桑子为优势种,银合欢为次优种的灌木层;三是以印楝为优势种,桉树为次优种的乔木层,但活跃型冲沟无乔木层;3)冲沟乔木层、灌木层和草本层的植被盖度均随着冲沟沟头稳定性的增加而增加,表现为稳定型冲沟>半稳定型冲沟>活跃型冲沟;4)不同活跃程度的冲沟沟头群落结构均以多年生草本和灌木为主,乔木种类较少,优势物种相同且占有显著地位,但随着冲沟沟头的逐渐稳定,乔木数量和多样性均逐渐增加;5)活跃型冲沟、半稳定型冲沟、稳定型冲沟之间草本层、灌木层、乔木层的植物群落相似性分别表现为中等相似、极为相似、极度不相似,且冲沟不同恢复阶段灌木层中植物有趋同演化的趋势,共有程度很高,冲沟沟头活跃程度对灌木层植物群落功能造成的影响小于对草本层和乔木层植物群落。总体而言,不同活跃程度的冲沟沟头植被群落结构之间具有显著差异,研究结果将为冲沟生态恢复提供科学依据。

金沙江干热河谷区坡面剑麻的水土保持效应

为查明剑麻的水土保持效应,以金沙江干热河谷作为研究区域,通过径流小区定位观测法,分别观测了10°和20°坡面上种植剑麻的产流产沙特征。结果表明:(1)元谋县2014—2016年,年均降雨量为659.46 mm,年均降雨天数为82天。(2)三年间10°剑麻地和裸地平均径流深分别为101.91±7.56 mm和236.70±9.06 mm,剑麻地比裸地减少56.95%; 20°剑麻地和裸地平均径流深分别为152.78±8.12 mm和252.20±10.47 mm,剑麻地比裸地减少39.42%。(3) 2014—2016年,10°剑麻地平均径流系数仅为0.23±0.17,裸地为0.50±0.17,剑麻地比裸地减少了54.00%; 20°的剑麻地与裸地平均径流系数分别为0.36±0.16和0.53±0.17,两者相比减少32.08%。综上所述,剑麻不仅拥有明显的拦沙作用,其截流效应也十分显著,在金沙江干热河谷区表现出良好的水土保持效应。(4)观测期间10°坡面上剑麻地和裸地的平均土壤侵蚀模数分别为355.27±31.86 t/(km^2.a)和1788.68±153.11 t/(km^2.a),剑麻地相比裸地减少80.14%; 20°坡面上剑麻地平均土壤侵蚀模数为2023.29±189.22t/(km^2.a),裸地为4506.14±362.70 t/(km^2.a),两者相比减少55.10%。

不同恢复年限矿山排土场植物群落特征

为研发适宜于干热河谷矿山排土场的生态恢复技术,采用数量生态学样方调查的方法对攀枝花地区钒钛磁铁矿区5 个不同恢复年限的排土场进行植被群落特征调查,记录植物物种,计算物种重要值、群落多样性、均匀度和相似性等指标。结果表明,矿山排土场植被种类较为稀少,共36 种。其中,禾本科种类最多,其次为菊科和豆科植被;扭黄茅(Heteropogon contortus)、芦苇(Phragmites australis)和碱蓬(Suaeda glauca)等草本植被在排土场优势程最大,是金属矿山排土场的耐性物种;以草本为主的灌草丛是矿山排土场植被恢复前期的优势群落类型;恢复演替过程中,物种数量和多样性均呈现先增加后减少的趋势,各物种间存在竞争淘汰关系;10 年内不同恢复年限的矿山排土场植被群落间的差异性较大。

西南干暖河谷土壤细沟可蚀性垂直地带性差异

为探究以干暖河谷为基带的西南山地土壤细沟可蚀性垂直地带性差异,选择该区不同垂直带典型土地利用类型(林草地和耕地)下不同土壤类型(红壤、黄壤、棕壤和暗棕壤)为研究对象,利用室内“V”形细沟模拟装置,分别进行6种流量(150,300,450,600,750,900mL/min)和3种水文状态(排水状态、饱和状态和渗流状态)的模拟冲刷试验。结果表明:(1)该区土壤颗粒组成无明显的垂直地带性,林草地的砂粒含量偏高,各土壤的颗粒含量差异在9%以内,所有土壤均为粉质壤土,但有机质差异较大,且随着海拔增加而增加;(2)土壤的细沟可蚀性具有明显的垂直地带性,随海拔升高,林草地土壤可蚀性Kr值逐渐减小,相比于红壤,暗棕壤的Kr值减小幅度平均为47.74%,耕地土壤中黄壤略大于红壤,可能与人为活动强度和土壤熟化程度有关;(3)不同土地利用方式下,林草地土壤Kr值显著大于耕地土壤Kr值,平均增幅为22.63%,这可能与有机质促进土壤抗侵蚀性能的提高有关;(4)不同近地表水文状态下,土壤的细沟可蚀性表现为渗流状态>饱和状态>排水状态,表明随着近地表水文状态变化,尤其是垂直水力梯度的增加会显著导致土壤的细沟可蚀性增大;试验还发现,土壤的临界剪切力仅在不同的水文状态下具有渗流状态>饱和状态>排水状态的规律性,而在不同海拔和土地利用类型之间没有明显的规律性。

河北坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗特征及其影响因素

为查明河北省坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗能力,选择张北县(坝上风蚀区)和阳原县(坝下水蚀区)作为典型研究区,采用微型圆盘入渗仪测量土壤入渗特性,并分析其主要影响因素。研究结果表明:(1)阳原县不同土地利用类型土壤渗透性能表现为:高盖度草地>低盖度草地>耕地>林地,张北县表现为:草地>耕地>灌木林地>防护林地;(2)不同入渗模型拟合度之间存在显著差异,其中Philip模型拟合效果最佳;(3)土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、稳定入渗时间与容重呈极显著负相关关系,而与总孔隙度均呈极显著正相关关系。结果表明,该区草地土壤入渗能力最强,后期开展生态工程建设时应更加重视草地涵养水源的作用。