崩岗土体的渗透性能机理研究

采用改进的马利奥特(Mariotte)双环渗透仪,结合土壤常规理化分析,采用DPS 5.02等数理统计方法,探讨崩岗土体不同层次的入渗特性机理。结果表明:(1)红土层、砂土层和碎屑层累积入渗量与入渗时间呈v=at-n幂函数关系,符合考斯加柯夫(Kostiakov)模型。(2)从初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量角度分析可知,各土层的入渗性能为红土层>砂土层>碎屑层。(3)对影响入渗的因子进行分析可知,土壤的有机质含量、土壤团聚状况及土壤结构与崩岗各土层的渗透性能关系密切。

水分对崩岗土体抗剪切特性的影响

通过三轴剪切实验研究崩岗不同土层抗剪特性随土壤水分含量变化的规律。结果表明:(1)随着土壤含水量的增加,红土层粘聚力逐步增大,当含水量达到22%后,粘聚力急剧下降;砂土层的粘聚力随含水量的增大而呈现先增大后减小的趋势,但粘聚力变化幅度较小,碎屑层的粘聚力随含水量变化呈波动性变化。(2)3个土层的内摩擦角均随着含水量的增加而减小。(3)3个土层的抗剪强度也随含水量的增加而逐渐减小。

安溪县崩岗侵蚀空间分布特征探讨

崩岗侵蚀以其侵蚀量巨大危害严重而成为最严重的土壤侵蚀类型,以福建省崩岗侵蚀最严重最典型的安溪县为研究对象,采用实地调查结合GIS的空间分析的方法,全面分析全县的崩岗侵蚀空间分布特征,为进行全县的崩岗侵蚀治理提供科学依据,同时也为全省乃至全国其它地区提供借鉴。研究结果表明:安溪县有崩岗12828个,侵蚀面积2305.42hm2,居全省之首,崩岗个数和面积分别占全省49.29%和31.41%,75.15%崩岗处于活动状态,是全省崩岗侵蚀最严重的地区,形态多样、类型齐全而以瓢形、混合形和弧形为主,全县24个乡(镇)都有崩岗发育,集中分布在东部,特别是东南部的官桥和龙门一带,数量、面积、大小级别、形态和发育阶段等方面都在空间分布上都大致呈现出由东南向西北递减的趋势,因此进行安溪县崩岗侵蚀防治的总体布设应该以东南部的官桥和龙门为主,重点治理的力度由东南向西北递减。

崩岗侵蚀的成因机理研究与问题

现有研究成果表明:疏松、深厚的基岩风化壳(尤其是花岗岩)是崩岗发育的物质基础,花岗岩内各种节理、裂隙存在形成大量的软弱结构面,使土体在重力作用下极易产生崩岗;降雨是崩岗侵蚀的重要诱发因素,它产生地表径流,引起冲刷,同时还通过入渗,增加土体自重和降低抗剪强度而促进崩岗发育;崩壁侵蚀量的测定是采用常规方法或航片结合常规调查的方法进行。由于这些研究未能明确崩岗侵蚀的主导岩土特性及随土壤含水量变化的规律,尤其是未能测定瞬时崩壁侵蚀量,导致成因机理的深入研究受到限制。为此,作者提出采用无棱镜全站仪测量瞬时崩壁侵蚀量,通过钻探方式获取自然地理条件相似的崩岗密集区与非崩岗区的岩土体,提炼主导岩土特性及与降雨的关系,进一步探讨崩岗侵蚀的成因机理。

福建省侵蚀坡地的可持续利用

福建省25°以下的未开垦利用的侵蚀坡地，通过多年的开发与整治，不仅有效地控制了水土流失，且建立了水果生产基地。然而，在侵蚀坡地，尤其是在中、强度侵蚀坡地上开垦的果园，土壤肥力尚未得到改善，坡地生态系统仍然较脆弱。因此，在侵蚀坡地果园上必须通过套种绿肥（牧草），以增加园面覆盖和生物归还量，促使土壤肥力的提高和环境条件的改善。研究证明，这是保证侵蚀坡地持续利用的一条根本出路。

影响福建省水土流失主导因子的研究

影响水土流失的因素众多而复杂 ,以福建省为研究区域 ,在闽西北、闽中、闽东、闽西南和闽东南 5个地区共建立了 4 4 2个样区 ,应用数量化理论 ,分析样区的土壤侵蚀强度与植被覆盖度、植被结构、土地利用类型、坡度、母岩类型和工程措施及有机质、质地、分散率和降雨侵蚀力 R值等的关系 ,结果表明 :影响福建省水土流失的主导因子为植被覆盖度、工程措施、降雨侵蚀力 R值、土地利用类型、坡度和有机质 6个主导因子 ,另外 ,母岩对福建省的水土流失也有一定的影响。

土地利用和植被覆盖变化对长汀县30多年土壤侵蚀变化的定量影响

土地利用和植被覆盖是人类活动对大自然改造的直接体现,为研究人类活动对土壤侵蚀的定量影响,以中国南方红壤典型水土流失区——福建省长汀县为研究区,利用每间隔3~4年的11个年份的遥感影像,基于USLE模型评估该县1988—2020年30多年来的土壤侵蚀时空变化特征,定量分析不同土地利用和植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)长汀县土壤侵蚀严重区域主要集中于县域中部河田镇、三洲镇和策武镇等地,30多年来,土壤侵蚀强度呈先增后减的趋势,1988—1994年土壤侵蚀状况逐渐严重,1994年的水土流失率高达30.49%,90年代中期后开始逐渐好转,至2020年水土流失率降为6.22%。(2)1988—1994年和1994—2001年2个时期,林地转化成裸地的面积最大,导致土壤侵蚀增加量平均约占每个时期增加量的93%;2001—2010年和2010—2020年2个时期,裸地转化成林地的面积最大,引起的土壤侵蚀减少量平均约占每个时期减少量的73%。(3)30多年来长汀县FVC呈先减少后增加的趋势,1988—1994年平均FVC从44%减少到35%,随后开始增加,至2020年,FVC增加至79%;土壤侵蚀量与FVC呈反比,FVC减少对土壤侵蚀量的影响更大,FVC平均每降低1%,土壤侵蚀量增加7.49万t;而FVC平均每增加1%,土壤侵蚀量减少3.75万t。(4)FVC对土壤侵蚀的敏感性与坡度呈正比,低坡度下土壤侵蚀随FVC变化较均匀,高坡度等级下,FVC低于60%时,对土壤侵蚀的敏感性高,FVC每增加10%,土壤侵蚀模数平均减少262.73 t/(km^(2)·a)。研究结果有助于分析长汀县土壤侵蚀在长时间序列上的时空变化及人类活动对土壤侵蚀的影响,为长汀县未来的土地利用规划和生态保护提供重要的科学支持。

利用GIS和RS实现厦门市水土流失的快速调查

利用ＧＩＳ、ＲＳ和数量化理论，对厦门市水土流失进行快速调查。结果表明：厦门市水土流失总面积为１７０．６５ｋｍ２，占土地总面积１０．９１％，比１９８４年下降了９．９９％，其中强度和中度的降幅分别为５．９４％和４．３３％。通过野外实地验证，准确率达８２．５％。

基于Sentinel-2光谱与地形特征的山区森林分类——以武夷山国家公园为例

为了提高山区复杂地形条件下的森林分类精度,以武夷山国家公园为研究区开展山区森林分类研究.以Sentinel-2遥感影像作为数据源,采用多尺度分割方法进行影像分割,并通过ESP2算法选取影像的最优分割尺度.首先构造了Sentinel-2光学影像的初始27维光谱特征,通过计算随机森林Gini指标对分类特征变量进行优化,最终确定17维最优特征变量,然后将提取的研究区地形特征与最优特征变量相结合,应用随机森林算法进行森林分类.结果表明:在27维光谱特征中选取重要性排名前17的特征参与分类时,精度最高值为0.911 0,其中,Sentinel-2影像的红、红边和近红外波段及其相应的光谱指数在森林分类中有较高重要性;在不同的特征参与分类时,在参考光谱特征中依次加入红边指数和地形因子,分类的总体精度分别为88.13%、89.50%、90.87%,Kappa系数分别为0.854 6、0.871 0、0.887 8.研究证明将Sentinel-2丰富的光谱特征与地形因子相结合,可有效获取各森林地物类型在不同地形特征下的不同光谱特征,此方法在森林地物信息提取中具有较高的应用价值,为今后地形复杂的山区森林进行快速、准确的分类提供技术方法参考.

安溪县崩岗侵蚀防治分区探讨

为弥补以往崩岗侵蚀治理措施布设都是针对单个崩岗而缺少全面防治的不足,以安溪全县域的崩岗侵蚀为研究对象,将安溪县崩岗侵蚀分为强度、中度和轻度侵蚀3个区,并由此建立相应的防治体系:东南部的官桥镇和龙门镇属于强度侵蚀区,应以强化治理为主,实行工程和植物措施相结合、以小流域为单元的综合整治;从东南的城厢往西北延伸到感德及西南的龙涓在内的10个乡镇为中度崩岗侵蚀区,采取以植物措施为主,结合必要的工程措施进行治理;其余的乡镇即西北地区为轻度侵蚀区,总体上以预防保护为主,充分发挥生态系统的自我修复功能,同时加强封禁补植。

不同剪切方式下崩岗红土层抗剪特征随水分变化规律

崩壁土体抗剪强度随水分变化的规律是研究崩岗发生机理的关键,但不同剪切方式得出的抗剪特性可能存在差异。该研究采用直接剪切和三轴剪切试验方法,在100、200、300和400 k Pa 4个围压下,测量10%~30%之间5个不同体积含水率下崩岗红土的抗剪应力和内摩擦角,确定典型崩岗土体抗剪特征随水分变化规律。结果表明:直接剪切试验中当土壤体积含水率在10%~15%之间时,黏聚力的最高值达80 k Pa,随着土壤含水率增加,黏聚力和内摩擦角逐渐降低到最小。三轴剪切试验得出的结果与直接剪切试验相似,但黏聚力总体接近或大于直接剪切试验结果,而内摩擦角小于直接剪切试验结果,这与2种试验的土样制备方法、试验原理等密切相关。研究可为花岗岩崩岗区崩岗土体抗剪强度测定方法合理选择提供依据。

坡度和雨强对崩岗崩积体侵蚀泥沙颗粒特征的影响

不同侵蚀条件下崩积体的侵蚀产沙特性是阐明崩积体侵蚀机理的关键。采用人工模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下崩积体坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征。结果表明：随着雨强和坡度的增大,泥沙粗颗粒含量及粗颗粒的富集率均增加;侵蚀物质随降雨过程逐渐变粗,后趋于稳定,大雨强条件下细沟侵蚀阶段表现为对供试土壤的＂整体搬运＂;侵蚀泥沙颗粒的平均重量直径（Mean weight diameter,MWD）随雨强的增大而增大,1.00 mm min-1和1.33 mm min-1雨强下,细沟间及细沟侵蚀泥沙的MWD随坡度变化均存在临界坡度（30°-35°之间）,其他雨强条件下则无此种情况;雨强对侵蚀泥沙MWD的影响大于坡度。

崩岗崩积体土壤渗透特性分析

利用环刀法测定2处不同时间崩塌的崩积体不同部位的渗透性能。结果表明:(1)崩壁上的土壤崩塌形成崩积体后,土壤疏松,水分达到稳渗的时间比崩壁上红土层、砂土层的短。(2)崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量的均值均比崩壁上的红土层、砂土层和碎屑层的高;经过压实的BJ1的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量均比BJ2的低;崩积体表层形成结皮,土壤入渗能力降低;崩积体物质组成的不同及堆积、胶结、压实等作用,崩积体不同部位的渗透性能有较大的差异,BJ1的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量的变异系数(CV)分别为0.70,0.65,0.60和0.63,BJ2的为0.54,0.51,0.56和0.56,均属于中等变异。(3)最小二乘法拟合结果显示,Kostiakov模型能更好地模拟崩积体土壤的入渗过程。

南方花岗岩区典型崩岗侵蚀产沙来源分析

研究分析了典型崩岗泥沙源地的31种土壤理化性质,利用Kruska-Wall无参检验结合多元回归分析筛选指纹因子体系,通过多元混合模型得出侵蚀泥沙来源。结果表明:该典型崩岗筛选出的8种指纹因子累积正确判别率达到96.87%,可以组成指纹因子体系。多元混合模型结果表明崩积堆泥沙样品超过60%来源于红土层,但在冲积扇中的沉积泥沙仅有10%左右来源于红土层,其余90%的泥沙都来源于砂土层和碎屑层。这表明红土层有较强抗侵蚀能力,崩塌后会残留在崩积堆上。但由于红土层细颗粒含量较多,在二次侵蚀作用下红土层泥沙大都被径流带出崩岗。组合指纹法在崩岗中的成功应用,为高效、定量研究崩岗侵蚀泥沙来源提供可能。

不同结皮条件对崩岗崩积体坡面侵蚀的影响

通过人工模拟降雨试验,对3个雨强下(1.00,1.67,2.33mm/min)和3种处理(未结皮、5min结皮、10min结皮)的崩岗崩积体坡面的产流产沙及细沟的发育与形态特征进行研究,结果表明:结皮产生使崩积体坡面的产流时间提前,出现细沟的时间延迟,土壤侵蚀量及细沟侵蚀密度、侵蚀宽度、侵蚀深度减少,结皮的存在具有减缓土壤侵蚀的作用;但10min结皮的产流时间和出现细沟的时间均比5min结皮的提前,土壤侵蚀量及细沟侵蚀程度增加,说明结皮程度高的侵蚀效应大于结皮程度低的,结皮只在一定程度上起到抗侵蚀的效果。

基于TAVI的长汀县植被覆盖度时空变化研究

植被覆盖度(FVC)是指示生态环境状态的重要参数,开展区域FVC估算与分析对于科学决策具有重要意义。利用1988—2013年5个时期的Landsat系列遥感数据,引入地形调节植被指数TAVI来估算FVC,有效消除了阴坡和阳坡由于地形不同造成的差异。研究结果表明:长汀县植被覆盖情况总体良好,中高以上植被覆盖度区域占全县面积的65%以上,植被覆盖度较高区域主要分布在县域周边;中低以下植被覆盖度区域不到全县面积的15%,主要分布在中部沿汀江两岸的水土流失严重乡镇。1994年植被覆盖度最差,1988—1994年植被覆盖度降低幅度较大,在全县各乡镇都有分布,主要与1993—1994年冬季的严重霜冻有关;1994年后,植被覆盖度逐步提高,2003年以后,植被覆盖度增长较快,尤其是中部原水土流失严重乡镇的植被覆盖度显著改善。长汀县植被覆盖度的变化情况与地方政府对水土流失治理的投入强度密切相关,特别是2000年以来的高强度投入与治理,极大地改善了当地的植被覆盖状况。

套种牧草果园土壤浸提液对萝卜种子发芽和幼苗生长的化感效应

采用生物检测方法,探讨果园套种牧草,其土壤浸提液对萝卜种子发芽和幼苗生长的化感效应。结果表明:果园分别全园套种宽叶雀稗、百喜草、平托花生、圆叶决明4种牧草,其土壤浸提液均对受体萝卜种子萌发有抑制作用,而对受体萝卜根的生长有不同程度的促进作用;全园套种百喜草处理对受体萝卜根干重起抑制作用;全园套种百喜草、平托花生、圆叶决明处理对受体萝卜的幼苗生长和干重均起显著的促进作用,而全园套种宽叶雀稗处理则反之;全园套种百喜草、平托花生、圆叶决明3种牧草处理对受体萝卜的化感综合效应指数均大于套种宽叶雀稗处理,且前者起促进作用,而后者起抑制作用;用不同牧草区土壤浸提液进行砂培法培养的萝卜幼苗根系活力受到极显著抑制,对照处理的萝卜根系活力最强,为156.3μg·g-1·h-1,而宽叶雀稗处理区的根系活力最小,为64.3μg·g-1·h-1。

闽南地区地形坡度与土壤侵蚀的关系研究

在GIS的支持下,研究了闽南地区地形坡度与土壤侵蚀之间的关系。结果表明,水力侵蚀是闽南地区的主要土壤侵蚀类型,其面积占总侵蚀面积的97.4％;水力侵蚀中有1/3的面积分布在≤5°的坡地上,而且>25°坡地的土壤侵蚀面积最小;大部分的风蚀和工程侵蚀分布在≤5°的坡地上。

区域水系与崩岗空间分布的关系

利用GIS空间叠加图层,通过野外实地调查取样,探讨了南方典型崩岗区(安溪县龙门镇)水系和崩岗的空间分布规律.结果表明,区域一级河流两侧斜坡几乎没有崩岗,二级河流两侧斜坡仅有少量崩岗发育,三级河流及其支流两侧和源头沟谷斜坡崩岗强烈发育.导致不同级别河流水系崩岗空间分布差异的原因是:一、二级河流长期处于侧向侵蚀状态中,其两侧斜坡有发育良好的坡积土覆盖;三级以上河流以及源头沟谷两侧斜坡在发展历史上处于强烈侵蚀状态,残积砂土层暴露,导致崩岗侵蚀发生概率增大.