水土保持高质量发展助推贵州省创建生态文明建设先行区

水土保持高质量发展是贵州省创建生态文明建设先行区的基础保障,在阐述贵州省“十三五”期间(2016—2020年)水土保持工作发展情况的基础上,剖析了贵州省水土保持工作存在的问题,提出构建水土保持生态文明评价体系、水土流失长效防治机制、现代化水土保持监督管理体系,以及培植水土保持优势产业、引导社会多元化投入等水土保持高质量发展路径,以建设良好的生态环境,助推贵州省创建生态文明建设先行区,为贵州经济高质量发展提供前提和基础。

贵州省水土保持高质量发展助力乡村振兴实现路径分析

本文通过实地调研,总结归纳了贵州省水土保持助力乡村振兴中存在的主要问题及制约因素,结合贵州省情进一步提出:“基于大数据平台构建现代化乡村水土保持监督管理体系、构建基于乡村居民生产生活的水土保持长效保护和治理机制、完善乡村水土保持生态补偿机制、深入探索乡村水土保持减灾技术与方法、加强乡村数字水土保持建设、基于培植水土保持优势产业的农村产业结构优化调整、构建引导社会多元化投入乡村水土保持建设的机制与路径”等针对性建议,以期为贵州省乡村振兴战略实施提供参考。

凯掌喀斯特小流域不同植被措施的减沙功能

贵州位于中国西南喀斯特地区的中心,是全国水土流失最为严重的省份之一,而喀斯特地区生态环境脆弱,土层浅薄,极容易发生水土流失。为了揭示喀斯特小流域不同植被措施减沙功能,在贵州省平坝县典型喀斯特区凯掌小流域野外径流小区定位监测的基础上,根据小流域2010-2012年4个坡面径流小区的定位观测资料,采用单因素完全随机设计方法研究在水土保持林(柏树Cupressus funebris),经济林(茶树Camellia sinensis),坡耕地(玉米Zea mays)和撂荒草地4种不同植被措施下径流小区的产沙特性,探索不同植被措施下径流小区产沙量的差异。结果表明:水土保持林与经济林差异不显著(P=0.754>0.05),与坡耕地差异显著(P=0.022<0.05),与撂荒地差异显著(P=0.008<0.05);经济林与坡耕地差异显著(P=0.046<0.05),撂荒地差异显著(P=0.003<0.05);坡耕地与撂荒地差异显著(P=0.000<0.05)。年平均产沙量最少为撂荒地29.57 g·a^(-1);最多为坡耕地1 436.59 g·a^(-1);水土保持林与经济林相差不大,分别为789.12 g·a^(-1)和876.55 g·a^(-1)。不同措施减沙功能排序为:撂荒地>水土保持林>经济林>坡耕地。在喀斯特地区,撂荒地减沙功能最好,而坡耕地是水土流失严重。

不同雨强下喀斯特坡耕地养分流失特征研究

为揭示西南喀斯特坡耕地的养分流失特征,通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强下喀斯特坡耕地养分流失的过程机制及特征。结果表明:(1)喀斯特坡耕地产流产沙从地下过渡到地表的临界雨强在30mm·h^-1~50mm·h^-1之间,产流量和产沙量均随降雨强度的增大而增大,且产流产沙主要以地表为主。(2)小雨强(15mm·h^-1和30mm·h^-1)下,喀斯特坡耕地TN、TP、TK主要通过地下径流进行流失,大雨强(≥50mm·h^-1)下,喀斯特坡耕地TN、TP、TK地表流失比例为地下漏失的3倍左右;TP径流流失量及流失浓度均随雨强的增大而增大,TN和TK径流流失量及流失浓度却随雨强的增大变化不明显。(3)喀斯特坡耕地泥沙养分流失也主要是以地表流失为主,地表流失量较地下高出约5.03倍,且泥沙中流失的养分浓度均大于径流中流失的养分浓度;地表泥沙养分富集率整体高于地下漏失部分;地表、地下泥沙养分流失总量与养分流失模数均随降雨强度的增大而增大。(4)喀斯特坡耕地径流总量与径流养分(TP、TK)、泥沙养分(TN、TP、TK)均呈极显著正相关关系(P<0.05),径流总量与径流TN呈现极显著正相关关系(P<0.01)。研究结果可为喀斯特区坡耕地养分流失防治及面源污染治理等提供理论参考依据。

土石混合堆积体坡面土壤侵蚀研究进展

土石混合堆积体是一种堆弃物,因其特殊的物质组成与结构,受到雨水冲刷极易发生次生灾害,近年来越来越多的学者关注其坡面土壤侵蚀问题,但研究尚无完整的理论与方法,整体处于初步探索阶段;综述了土石混合堆积体坡面特性、入渗过程、水流水动力学特征及产流产沙特征等研究现状;提出在未来的研究中,可借鉴元素示踪等研究方法深入探讨土石混合堆积体内部水分运移规律,从物质来源、类型及研究方法等方面完善研究其坡面水流水动力学特性,注重探讨堆置形态、原地貌形态以及砾石的分布状况等对其坡面及地下土壤侵蚀的影响,着重研究降雨及径流共同作用下的坡面及地下侵蚀规律,进一步探究其不同治理措施的减水减沙效益,构建适宜各类型土石混合堆积体土壤侵蚀预报模型,为生态防护体系的构建及区域经济可持续发展奠定基础。

关岭县蚂蝗田小流域降雨年内分配特征研究

根据贵州省关岭县蚂蝗田小流域2009—2012年的降雨数据,统计分析了降雨集中度、集中期、年内分配不均匀系数等指标,研究了蚂蝗田小流域降雨的年内分配特征。结果表明:蚂蝗田小流域中雨、小雨全年分配均匀;大雨、暴雨分配不均匀。无论是枯水年还是丰水年,降雨的分配特征大体相同;旬降雨量波动很明显,降雨在月内分配不均匀。年内降水集中度为0.78~0.81,集中期变化于18~20旬,年内分配不均匀系数大于0.8。无论从4年总体还是各年情况来看,侵蚀性降雨分布都不均匀,主要集中在5—10月,其中6—7月侵蚀性降雨次数最多。

坡长对贵州喀斯特区黄壤坡耕地土壤侵蚀的影响

为揭示坡长对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响作用,根据贵州省毕节石桥小流域水土保持监测点监测资料,研究了坡长为5,10,15,20,25m的径流小区在次降雨条件下土壤侵蚀随坡长的变化规律。结果表明:喀斯特坡耕地坡面年内径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小;次降雨量小于30mm时,径流深随着坡长的增加先增大后减小;次降雨量大于30mm时,径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小。年内平均土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现一次函数关系的增长,拟合度R2=0.9217;次降雨量小于30mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现先急剧增加后减小的趋势,峰值出现在10m;次降雨量大于30mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化亦呈现一次函数的增长关系,拟合度R2=0.9146。在最大30min雨强为25mm/h和41.4mm/h条件下,随着坡长的增加,径流深均表现为先减小后增大再减小,土壤侵蚀模数均表现为先增大后减小。

喀斯特地区坡面径流对产沙的影响

贵州省关岭县蚂蝗田小流域属典型喀斯特流域,根据小流域2009—2012年6个坡面径流小区的定位观测资料,研究了乔木林(黄花梨)、灌木林(女贞)、撂荒草地三种不同植被类型下坡面径流对产沙的影响。结果表明:三种植被类型的产流次数相同,但产沙次数存在较大差异,表现为荒草地>乔木林>灌木林;灌木林与乔木林的年均径流量相差不大,荒草地的年均径流量是它们总和的2倍;荒草地的年均产沙量最大,为55.17t/km^2,是灌木林的11倍,乔木林的6倍;乔木林的产流量与产沙量无明显相关关系;灌木林表现出线性关系,拟合方程为y=0.1707x+0.2526,R2值为0.48;荒草地表现为幂函数关系,拟合方程为y=0.3246x1.2965,R2值为0.64。

贵州常态地貌区降雨侵蚀特征分析——以龙里县羊鸡冲小流域为例

为了解贵州常态地貌区降雨侵蚀力特征,以贵州省龙里县羊鸡冲小流域为研究区,根据小流域2009年6个标准径流小区的定位观测资料,利用统计分析方法,确定研究区侵蚀性降雨雨量标准,估算降雨侵蚀力,分析其年内分布规律及与侵蚀模数之间的关系。结果表明:研究区侵蚀性降雨雨量标准为23.6 mm;出现侵蚀性降雨的5个月(4、5、6、7、9月)中,6月份降雨侵蚀力最大,为2 589.10 MJ·mm/(hm^2·h),侵蚀模数也最大,为5 606.4 t/(km^2·a),4月份降雨侵蚀力最小,为818.49 MJ·mm/(hm^2·h),侵蚀模数也最小,为2 277.6 t/(km^2·a);拟合侵蚀模数与次降雨量的关系曲线为y=1 377.6ln x-3 849.1(R^2=0.607 2),两者相关性显著。

短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响

探索短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响,为喀斯特区坡耕地应对极端天气的水土流失防治提供理论依据。研究采用人工室内模拟降雨试验的方法,对喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征在短历时强降雨作用下的影响因素开展研究。结果表明:(1)短历时强降雨导致喀斯特坡耕地地表输沙模数和产沙量随降雨强度的增大而增大,而地下输沙模数和产沙量与降雨强度无明显变化规律,坡耕地土壤侵蚀以地表为主。地表产沙临界雨强为30~50 mm/h。(2)坡度增大时地表产沙比重大于地下产沙比重,地表土壤侵蚀以地表为主。产沙比重发生转折的坡度值为15°~20°。70 mm/h降雨强度和5°坡度下,降雨强度对地下土壤侵蚀可能存在“负效应”。(3)喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征与降雨强度和坡度密切相关,但降雨强度因子起主导作用。强降雨主要影响地表土壤侵蚀,因此,对喀斯特坡耕地土壤侵蚀治理应以地表为主。研究结果有助于深入了解短历时强降雨对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响,为对喀斯特坡耕地应对极端天气和水土流失防治以及维持生态环境健康持续发展提供理论依据。

喀斯特不同土地利用类型裂隙土壤有机碳及磷素赋存特征

以喀斯特石漠化区不同土地利用类型裂隙土壤为研究对象,运用野外调查和实验室内分析相结合方法,探索其有机碳和磷素含量变化及其赋存特征,以期为喀斯特地区开展石漠化治理和植被恢复提供理论依据。结果表明:4种土地利用类型裂隙土层土壤有机碳赋存含量变化范围为16.067—39.436 g/kg,总体呈现出随土层深度增加而降低的变化趋势;土壤全磷、有效磷赋存含量变化范围分别为0.093—0.274 g/kg、3.836—8.025 mg/kg,整体上在裂隙表层显著高于其他土层,具有上层高下层低的特点;同时,土壤有机碳和磷素总体上属于中度变异。乔木林地和灌丛地的C/P总体上表现出随土层的加深而减小的趋势,而草地和撂荒地先减小后增加,土壤C/P在各土地利用类型裂隙土层变化范围为86.499—268.343,磷的有效性较低;随土层深度的增加,各土地利用类型裂隙土壤有机碳、全磷和有效磷含量逐渐在减少,有机碳对土壤碳磷比、有效磷含量变化有一定影响。

工程堆积体上不同植被类型枯落物和土壤水文效应

为探讨工程堆积体不同植被类型的枯落物特征、枯落物持水及拦蓄能力、土壤物理性状和土壤涵水性能,采用室内浸水法和环刀法分别对工程堆积体植被与原生植被的枯落物及0—20 cm土层的持水能力进行研究。结果表明:(1)不同植被类型枯落物厚度及蓄积量均存在显著差异(P<0.05),原生乔木林、乔木林、灌木林、草地枯落物厚度依次为3.76,2.89,2.67,1.23 cm,蓄积量分别为5.95,3.86,3.19,0.65 t/hm^(2)。枯落物未分解层厚度、蓄积量均大于半分解层。(2)各植被类型土壤容重与毛管孔隙度范围分别在1.19~1.25 g/cm^(3)和41.58%~46.13%,原生乔木林土壤容重小于乔木林,而土壤毛管孔隙度大于乔木林。堆积体各植被类型土壤毛管孔隙度大小依次为草地>灌木林>乔木林。(3)各植被类型土壤最大持水量及毛管持水量均存在显著差异(P<0.05),土壤最大持水量与毛管持水量范围分别为44.31~46.23,34.07~37.98 g/cm^(3),均呈现原生乔木林最高,乔木林最低。(4)枯落物持水量随时间呈对数关系,吸水速率随时间呈幂函数关系,其吸水速率在0.5 h最高,在4.0 h下降,12 h最大持水量达饱和,吸水速率接近于0。(5)原生乔木林枯落物最大持水率、有效拦蓄率均大于乔木林,工程堆积体各植被类型最大持水率及有效拦蓄率表现为草地>灌木林>乔木林。从堆积体枯落物和土壤持水能力角度来看,草灌混交这一搭配模式可以作为工程堆积体的先锋植被,用于在堆积体初期构建稳定群落生态结构。研究结果可为工程堆积体开展水土保持治理措施和植被恢复提供理论依据。

喀斯特裸坡地径流对降雨强度与坡度的响应

为探究喀斯特裸坡坡面在不同降雨强度与坡度组合下径流过程及其径流总量特征。将表层岩溶带中孔(裂)隙视为可透水的“筛孔”,设定地下“二元”结构中孔(裂)隙度(5%)一致的情况下,探索裸坡地在不同降雨强度与坡度组合下地表/地下径流过程与总径流量的特征,并以此为基础揭示降雨强度、坡度对喀斯特坡面水文特征的影响。结果表明:(1)在较小降雨强度条件下(≤30 mm/h),裸坡地表并未出现产流迹象,以地下所产生的径流为主。在中大雨强(≥50 mm/h)条件下,裸坡地地表产流,且在设计降雨30 min时长内其径流过程并未出现规律性变化,而地下径流过程则在不同坡度与雨强下均呈现出先增加后趋于平缓的趋势,且其转折点多居于9~12 min时段内。(2)30 min内裸坡地地下总径流量在15 mm/h降雨强度且坡度为5°,10°,15°,20°这4个坡度条件下变化并不显著(P>0.05),而其余降雨强度下地下/地表径流量均随着坡度增加差异显著(P<0.05);同时除地下径流量与坡度呈极显著负相关(P<0.01)外,其余地表/地下径流均与降雨强度与坡度均呈现出极显著正相关(P<0.01);(3)降雨强度为大雨强(90 mm/h)条件下首次出现了地下径流系数<0.5的情况,证明大雨强(90 mm/h)条件下存在着临界坡度使得地表与地下径流量相接近。研究成果能够为喀斯特坡地水土流失防治提供参考和合理意见。

雨强和地下孔(裂)隙度对喀斯特坡耕地养分流失的影响

【目的】研究不同降雨强度和地下孔(裂)隙下,喀斯特区坡耕地表和地下土壤养分流失途径及流失规律,为喀斯特坡耕地土壤养分流失控制和农业面源污染防治提供理论依据。【方法】以喀斯特区坡度为15°的坡耕地为研究对象,通过模拟其地表形态和地下孔(裂)隙特征,设置不同雨强(30、50、70、90 mm·h^-1)和地下孔(裂)隙度(1%、3%、5%)交叉试验共36场降雨,探索喀斯特坡耕地地表和地下养分流失特征。【结果】(1)雨强对喀斯特区坡耕地产流产沙影响显著(P<0.05),地表、地下产流产沙量随雨强增大而增加,其产流产沙从地下过渡到地上的临界雨强可能在30—50 mm·h^-1;随地下孔(裂)隙度增大,地下产流产沙量增加,地表呈相反的规律。(2)喀斯特坡耕地径流养分主要通过地表流失,小雨强下通过地下孔(裂)隙流失;径流中全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)流失量和流失模数均随雨强增大而上升,雨强对各径流养分流失浓度影响不明显。地表养分流失量和流失模数随地下孔(裂)隙度增加而下降,地下反之。地下孔(裂)隙度的增加使地下径流养分流失占比逐渐增加。(3)养分会通过附着于泥沙流失,其中以地表泥沙流失为主。地表、地下各泥沙养分平均流失浓度、流失量和流失模数均随降雨强度增大而增加,其中TK流失平均浓度和流失量在不同雨强下显著高于TN和TP。同雨强下,地表泥沙各养分平均流失浓度、流失量和流失模数随孔(裂)隙度增加呈减小趋势,地下反之,但流失量从地表为主到地表与地下二者并重。(4)相关性分析表明,降雨强度与径流和泥沙流失量均呈现显著正相关关系,雨强对各养分径流的影响高于泥沙,地表径流受雨强影响最大。地下孔(裂)隙度对泥沙养分流失量的影响高于径流,而泥沙养分中地下泥沙养分流失量受其影响较大。【结论】喀斯特坡耕地养分主要通过地表流失,但地下孔(裂)隙对养分流失的影响不容忽视。在坡耕地养分流失防治上,地表通过增加植被覆盖度和添加枯落物等方式减缓坡耕地产流产沙量,地下通过植被根系固定土壤,防止养分通过孔(裂)隙向地下渗漏进而达到减少坡耕地土壤养分流失。

喀斯特区石漠化坡耕地产流产沙模拟试验

为进一步了解掌握喀斯特区石漠化坡耕地土壤侵蚀规律,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度及地下孔(裂)隙度下的坡耕产流产沙特征。结果表明:小降雨强度(30 mm/h)时,喀斯特区石漠化坡耕地无坡面产流、产沙,主要以地下漏失为主;降雨强度对坡耕地地表产流、产沙影响呈极显著正相关;地下孔(裂)隙度对坡耕地地下产流、产沙影响呈显著正相关;地表产流情况下,地下产流所占比例在35.87%~80.32%之间;地下产沙所占比例在18.47%~72.08%之间,所占比例均较大。产流量随降雨时长的变化趋势整体表现为先增加后趋于稳定,而产沙量则因降雨强度与地下孔(裂)隙度不同而异。研究结果补充完善了喀斯特区石漠化坡耕地土壤侵蚀机理,可为喀斯特石漠化治理和生态修复提供理论参考依据。

全球气候变化背景下贵州草海湿地极端降水特征

利用逐日降水量资料,选取8个降水指数,采用趋势分析、相关性分析等方法,对2000—2016年贵州草海湿地极端降水特征进行分析。结果表明:21世纪以来,草海湿地降水量总体呈上升趋势。雨季、旱季降水量占年降水量比例的均值分别为87.3%和12.7%。四季降水量占年降水量比例的区间,春季为8.5%—29.8%,夏季为8.7%—65.1%,秋季为0.9%—38.7%,冬季为0.9%—4.9%。暴雨日数最大值为5 d,暴雨日降水量接近400 mm,两者变化均呈显著上升趋势;连续有雨日数和连续有雨日数≥10 d发生次数的均值分别为14 d和2次;连续无雨日数和连续无雨日数≥10 d的发生次数均值分别为15 d和3次。日最大降水量、暴雨日降水量和连续有雨日降水量三类极端降水指数均值分别为67.0、109.3和115.0 mm,占年降水量比例的均值为7.9%、11.7%和13.3%,比例区间分别为5.4%—13.3%、0—30.4%和7.2%—23.6%。

土石混合工程堆积体土壤理化性状与物种多样性的响应

为了探讨喀斯特区土石混合工程堆积体植被恢复过程中物种多样性与土壤理化性状的互作关系,以不同恢复时段恢复时间(1,2,4,6 a)依坡倾倒型工程堆积体为研究对象,采用“空间代替时间”的研究方法,研究了不同恢复时间土壤理化性状和植物物种多样性的特征及相互之间的响应机制。结果表明:随恢复时间增加,土石混合堆积体台面和坡面植物种类呈现先上升后下降的趋势,且坡面植物种类(99种)多于台面(74种),植物群落逐渐由草本向草灌混交转变。台面和坡面的物种丰富度、多样性、优势度和均匀度指数随恢复年限恢复时间增加均表现为先增加后减小。随植被恢复时间增加,土壤理化性质得到不同程度的改善,其中土壤全氮(TN),全磷(TK),速效磷(AP)和有机质(SOM)含量显著增加,土壤养分含量呈上升趋势,坡面土壤理化性质优于台面。冗余分析(RDA)表明,土壤含水量(MC),容重(BD),TN,TK和速效钾(AK)在不同恢复时段恢复时间内对植物物种多样性有较大影响;钾素在较短的恢复时间内对物种多样性影响较大,氮素随恢复时间延长影响逐渐增加,MC和BD对台面物种多样性的影响大于坡面,而土壤养分因子对坡面影响较大。因此对土石混合堆积体进行植被恢复时,恢复前期采取添加覆盖物等措施减少水分流失的同时施用钾肥尽量保证植物存活,植物物种种类上选择既能保水保土又能与土壤微生物相互作用补充土壤中营养元素的豆科类植物。

工程堆积体植被类型对土壤有机碳组分特征及影响因素研究

为明确工程堆积体不同植被类型下土壤有机碳(SOC)及易氧化有机碳(EOC)变化特征及其影响因子,分别设置乔木、灌木、草地和裸地这4种类型样地,分层采集0—10,10—20,20—40,40—60,60—80 cm的土壤并测定其有机碳组分及理化性质,采用主成分分析法及相关性分析法进行分析。结果表明:(1)不同植被类型之间SOC含量存在显著差异,乔木、灌木、草地和裸地下SOC均值依次为45.73,41.81,34.75,21.11 g/kg,植被恢复显著提升SOC含量,且表层土壤提升效果优于深层土壤。(2)乔木和灌木下土壤碳库活度(活性有机碳与非活性有机碳之比)显著高于草地,乔木、灌木下SOC更容易被植物吸收利用。(3)全氮(TN)、全磷(TP)、水解氮(HN)与SOC、EOC均呈显著正相关(p<0.05),对SOC的提升起主要作用。因此,混种具有固氮作用的豆科植物有利于SOC的提升和积累。

工程土石混合堆积体坡面植被恢复过程的土壤有机碳演变特征

采用"空间代替时间"的研究方法,研究了喀斯特区不同植被恢复时间(1、2、4、6 a)依坡倾倒而形成的工程土石混合堆积体土壤有机碳与土壤理化性质的变化特征及其互作关系。结果表明:随恢复时间增加,混合堆积体土壤有机碳增加,植物种类总数先增加后减少、且乔灌层植物种类增加而草本层植物减少,坡面的这一变化趋势大于台面;同样,坡面土壤全氮、C/N和全磷含量上升,全钾含量下降、容重降低,而台面土壤的这一变化则刚好相反;土壤有机碳与全氮、C/N显著正相关,与容重、pH负相关,坡面土壤理化性质间相关性弱于台面。前瞻性变量分析结果还表明,台面土壤C/N对有机碳提升的贡献率最高,而坡面全氮贡献最高,因此在土石混合堆积体坡面应优先选择具有固氮作用的豆科类植物栽植。本研究可为喀斯特区工程土石混合堆积体生态修复提供理论支持。