陕北生态脆弱区土壤水蚀变化及驱动因子——以榆林市为例

[目的]分析陕北生态脆弱区土壤水蚀的时空变化特征,阐明影响土壤水蚀空间分布格局的驱动因子,以期为黄土高原生态脆弱区土壤水蚀治理和生态恢复提供一定的理论依据。[方法]基于修正的通用土壤流失方程(RUSLE),选取降水、土壤属性、地形、遥感等多源数据,估算榆林市2000年、2010年和2020年的土壤水蚀量,开展榆林市土壤水蚀的时空变化及驱动因子研究。[结果]榆林市2000年、2010年和2020年均以微度侵蚀为主。相较于2000年、2010年和2020年榆林市强度侵蚀及以上的面积显著减少。榆林市南部土壤水蚀程度要高于北部,其中南部局部地区土壤水蚀现象较为严重。2010年土壤水蚀量(5.339×10^(7)t)较2000年(1.124×10^(8)t)大幅度下降,而由于近年来榆林市降雨侵蚀力的增加,2020年的水蚀量(6.864×10^(7)t)则较2010年(5.339×10^(7)t)有小幅增加。榆林市的西南和东南由水蚀造成的流失量较北部更为严重,尤以定边最为严重,三年分别贡献了全市由水蚀造成的土壤流失量的44.68%,16.69%,14.66%。中度及以下强度对榆林市土壤水蚀流失量贡献较大。驱动榆林市土壤水蚀形成空间分布差异的主要因子为地形及降雨,不同因子的交互作用增加了对水蚀程度的影响,不同地貌区间的驱动因子也有较明显的差异。在2000年和2010年,榆林东部覆盖度为40%~50%的山区砂质陡坡发生强烈水蚀的风险最高,而2020年发生剧烈土壤水蚀风险最高的地区为覆盖度为30%~40%的砂质平原地区。[结论]榆林市土壤水蚀状况在2000年、2010年和2020年三年间发生了变化,且水蚀分布格局主要受到地形和降雨因子的驱动,未来还需进一步优化模型因子,以提高模型对中等以下侵蚀强度的预测精度。

多糖(Jag C162)对黄土坡面径流过程的影响

天然高分子多肽衍生物Jag C162是一种新型高聚物,研究其对黄土坡面径流过程的影响可为土壤侵蚀的化学调控技术提供新的理论依据。通过室内人工模拟降雨试验,在不同坡度(10°,15°,20°)、降雨强度(1,1.5,2 mm/min)、Jag C162不同撒施剂量(0,1,3,5 g/m^(2))的组合条件下,研究了Jag C162对坡面径流过程的调控效应。结果表明:(1)撒施中(3 g/m^(2))、小剂量(1 g/m^(2))Jag C162的初始产流时间相对裸坡显著滞后(p<0.05),大剂量(5 g/m^(2))的初始产流时间则显著提前(p<0.05)。(2)不同剂量Jag C162的坡面径流率随径流过程的变化大致趋势为由快速增长逐渐趋于缓慢递增状态。不同剂量Jag C162径流率的大小顺序为:裸土>1 g/m^(2)>5 g/m^(2)>3 g/m^(2)。(3)Jag C162会显著改善>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量,显著提高各粒级土壤水稳性团聚体的含量(p<0.05),尤以1~2,2~5,>5 mm粒径的团聚体含量的提高幅度大。因此,Jag C162可显著改善土壤团聚体结构,提高土壤入渗性能,减少地表径流量,从而减弱侵蚀发生的径流动力,达到调控土壤侵蚀的目的。

黄土高原水蚀风蚀交错区风沙土细沟分离能力探究

细沟侵蚀产沙是黄土高原水蚀风蚀交错区坡面侵蚀产沙的主要来源,明确该区细沟侵蚀过程特征及其影响因素,对有效防控入黄泥沙和维护流域安全具有重要的科学意义和实践价值。选取水蚀风蚀交错区下垫面典型风沙土为研究对象,通过不同流量(3,5,7,9,11 L/min)、不同坡度(9°,12°,15°,18°,21°)组合下的室内水槽冲刷试验定量揭示风沙土细沟分离过程对坡度、流量以及流速的响应关系,并建立分离能力方程。结果表明:(1)分离能力对坡度和流量的响应均呈线性正相关关系,且相关性极显著。流量对风沙土分离能力的影响大于坡度。除了受到坡度、流量的影响,分离能力还受到坡度和流量叠合作用的影响,这3种因子对分离能力影响由强到弱依次为流量、坡度和流量的叠合作用、坡度,且分离能力与这3种因子的关系可用线性正相关关系表示。(2)流速可作为反映坡度和流量之间叠合作用的关键因子。细沟分离能力对流速的响应呈显著线性正相关关系,试验条件下,临界流速为0.607 m/s。(3)坡度与流量组合下,坡度、流量与坡度和流量叠合作用组合下,单个流速因子下以及坡度、流量与流速因子组合下的4个分离能力方程均能较好地预测和模拟风沙土的分离能力,其中考虑坡度、流量以及坡度和流量叠合作用的方程拟合效果最佳。该研究结果可为完善水蚀风蚀交错区细沟水蚀过程模型提供一定的理论基础。

黄土溅蚀过程中土壤有效粒径分布和富集/损耗的临界粒径

Effective soil particle size composition can more realistically reflect the particle size sorting process of erosion.To reveal the individual contributions of rainfall intensity and slope to splash erosion,and to distinguish the enrichment ratio of each size and the critical size in splash,loessial soil collected on the Loess Plateau in May 2019 was tested under different rainfall intensities(60,84,108,132,156 mm h^(-1))and slopes(0°,5°,10°,15°,20°).The results demonstrated that 99%of splash mass was concentrated in 0–0.4 m.Rainfall intensity was the major factor for splash according to the raindrop generation mode by rainfall simulator nozzles.The contributions of rainfall intensity to splash erosion were 82.72%and 93.24%,respectively in upslope and downslope direction.The mass percentages of effective clay and effective silt were positively correlated with rainfall intensity,while the mass percentages of effective very fine sand and effective fine sand were negatively correlated with rainfall intensity.Opposite to effective very fine sand,the mass percentages of effective clay significantly decreased with increasing distance.Rainfall intensity had significant effects on enrichment ratios,positively for effective clay and effective silt and negatively for effective very fine sand and effective fine sand.The critical effective particle size in splash for loessial soil was 50μm.