基于Web of Science的1992—2023年径流小区土壤侵蚀研究文献计量分析

土壤侵蚀是导致水土流失、土地退化和生态系统脆弱等问题的重要因素,径流小区尺度的土壤侵蚀研究有助于深入理解侵蚀机制并制定防治策略。使用CiteSpace软件对1992—2023年间Web of Science数据库收录的径流小区土壤侵蚀研究文献进行了文献计量分析。通过对4313篇文献的系统研究,分析了土壤侵蚀研究的主要研究机构及作者的合作与贡献情况、关键词共现以及研究热点的转移。结果显示:全球范围内该领域的发文量呈增长趋势,出现了“气候变化”“土地利用”和“黄土高原”等热点话题,美国和中国是发文量最大的国家,其中美国与欧洲国家和机构合作程度较高;研究热点从传统的侵蚀机理和监测预防转向气候变化、土地利用与遥感技术的综合应用;关键词共现与时区分析揭示了生态系统服务和可持续土地管理策略的重要性日益增加。未来关于跨尺度研究和技术应用,特别是在生态系统服务领域和遥感技术与GIS的应用方面将是研究的重点,同时也需要关注土壤侵蚀测量方法的准确性和实用性,以及全球合作在解决土壤侵蚀问题中的重要性。

RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟效果分析

[目的]为了探究RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟的效果。[方法]基于陕北安塞区坊塌小流域内10个径流小区2016-2022年的降雨产流产沙监测资料,通过RUSLE模型中各因子在黄土高原的不同常用算法之间的变换组合,模拟144种因子组合下各退耕植被恢复坡面的土壤侵蚀量,采用纳什效率系数(NSE)和均方根误差(RMSE)评价模型模拟结果的有效性。[结果]利用RUSLE模型144种因子组合模拟的退耕植被恢复坡面土壤侵蚀量,NSE范围为-38.47~0.19,RMSE范围为1.92~12.65 t/(hm 2·a),模拟效果较差,所选各因子算法难以适应退耕植被恢复坡面上的土壤流失量的评估,还需要对RUSLE模型各因子进一步改进。运用RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟时,建议尽可能采用时间分辨率高的数据减小对R因子的计算误差,综合考虑土壤有机质含量、土壤粒径与团粒结构组成和容重等土壤理化性质对K因子的影响,以及植被覆盖度、植被高度、枯落物、生物结皮等对C因子的影响,充分考虑10°以上的坡度,细化其LS因子的算法。[结论]RUSLE模型无法很好地适用于黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟。研究结果为土壤侵蚀模型的研发及RUSLE模型在黄土高原植被恢复坡面的应用提供一定参考依据。

不同土地利用类型对豫西黄土丘陵区坡面产流产沙的影响

[目的]分析豫西黄土丘陵区不同土地利用类型及不同坡度条件下土壤侵蚀产流产沙规律,为土壤侵蚀定量评价、水土流失综合防治提供科学依据。[方法]基于河南省嵩县胡沟小流域水土保持监测点2011—2020年12个坡面径流小区观测数据,揭示了不同土地利用类型下产流产沙规律,采用相关分析研究了降雨特征、坡度、土地利用与产流产沙的关系。[结果](1)与裸地小区相比,草地小区的减流减沙效益最大。草地的多年平均减流效益变化为78.6%~85.9%,减沙效益最高可达100%。林地的减流效益为32.9%~51.3%,减沙效益为55.3%~78.9%。(2)各径流小区产流产沙次数、大小与坡度关系密切,10°与15°的产流产沙差别不大,25°的坡度上产流产沙明显增加。此外,随着坡度的增加,林草地的水土保持效益也在降低。(3)径流小区径流深与最大30 min雨强(I_(30))、土壤流失量与降雨侵蚀力相关性最为显著。[结论]在豫西黄土丘陵区缺少径流泥沙定位观测的区域,一定的坡度和植被状况下,可用降雨过程资料来估测坡面径流量和土壤流失量。

基于回归分析的径流小区产流产沙量与降雨强度关系研究分析

以丽水石牛站为例,基于回归分析方法,研究径流小区产流产沙量与降雨强度之间的关系。通过收集丽水石牛站5个径流小区2022年的降雨、产流、产沙量数据,通过回归分析建立产流产沙量与降雨强度关系,并得出结论:随着降雨强度的增加,径流小区的产流量和产沙量也随之增加,呈现出明显的正相关关系,此外各径流小区的产流产沙量大小为裸地>桃树>杨梅>茶叶>茶花,说明种植均能对径流泥沙进行有效拦蓄,可作为防治水土流失的有效措施。

Preliminary Experimental Study on Effectiveness of Vegetative Filter Strip to Pollutants in Surface Runoff

Vegetative filter strip (VFS) is a main kind of Best Management Practices for the control of non-point source pollution. The goal of this paper is to evaluate the effectiveness of VFS in Chinese northwest regions. Three VFSs with natural grass and Hippophae rhamnoides/grass patterns have been constructed in the bank slope of Xiaohuashan reservoir, Huaxian County, Shannxi Province. The removal effects of VFS and influencing factors have been analyzed based on field experiment data. The result reveals a positive effect on reducing the transportation of suspended solids, phosphorus and nitrogen in surface runoff, and it is more efficient on suspended solids removal. The experiment also shows that most of the suspended particles and pollutants bound to them were entrapped in the first 10 m of VFS. The main factors influencing effectiveness of VFS include vegetation patterns and inflow rate. In addition, inflow pollutant concentration has a larger impact on reducing total nitrogen and total phosphorus by VFS, but the reduction effect on SS has no significant difference.

Effects of slope gradient on runoff from bare-fallow purple soil in China under natural rainfall conditions

Purple soil is highly susceptible for overland flow and surface erosion, therefore understanding surface runoff and soil erosion processes in the purple soil region are important to mitigate flooding and erosion hazards. Slope angle is an important parameter that affects the magnitude of runoff and thus surface erosion in hilly landscapes or bare land area. However, the effect of slope on runoff generation remains unclear in many different soils including Chinese purple soil. The aim of this study was to investigate the relationship between different slope gradients and surface runoff for bare-fallow purple soil, using 5 m × 1.5 m experimental plots under natural rainfall conditions. Four experimental plots(10°, 16°, 20° and 26°) were established in theYanting Agro-ecological Experimental Station of Chinese Academy of Science in central Sichuan Basin. The plot was equipped with water storage tank to monitor water level change. Field monitoring from July 1 to October 31, 2012 observed 42 rainfall events which produced surface runoff from the experimental plots. These water level changes were converted to runoff. The representative eight rainfall events were selected for further analysis, the relationship between slope and runoff coefficient were determined using ANOVA, F-test, and z-score analysis. The results indicated a strong correlation between rainfall and runoff in cumulative amount basis. The mean value of the measured runoff coefficient for four experimental plots was around 0.1. However, no statistically significant relationship was found between slope and runoff coefficient. We reviewed the relationship between slope and runoff in many previous studiesand calculated z-score to compare with our experimental results. The results of z-score analysis indicated that both positive and negative effects of slope on runoff coefficient were obtained, however a moderate gradient(16°-20° in this study) could be a threshold of runoff generation for many different soils including the Chinese purple soil.

鄂西北山丘区水土流失时空格局及影响因子定量评价

[目的]揭示十堰市水土流失时空格局及影响因子,可对该区域水土保持及丹江口水库水质保护工作提供科学依据。[方法]基于2005-2020年十堰市水土流失动态监测数据及监测站点长时序观测数据,探究十堰市水土流失时空变化特征,并借鉴RUSLE模型定量评价其主要影响因子。[结果]十堰市水土流失在2005-2011年处于遏制阶段、2012-2020年处于相对稳定阶段;2020年十堰市中部地区水土流失呈现面积小、强度高的特点,南部三区呈现面积广、强度低的特点,而北部地区呈现面积广、强度高的特点。对于不同土地利用类型的径流小区,裸地小区平均土壤侵蚀模数最高[2 320 t/(km^(2)·a)],随后依次为耕地、经济林和草地小区;3个坡度等级(0°~10°,10°~20°,20°~30°)小区平均土壤侵蚀模数分别为[616.73,1 226.65,2 080.26 t/(km^(2)·a)],表明坡度超过10°后水土流失严重加剧;与天然植被覆盖小区相比,紫穗槐植物篱和土坎梯田小区的水土流失明显减弱,且紫穗槐植物篱的水土保持效果更优;不同土地利用类型小区的土壤侵蚀模数与坡度、侵蚀性降水量之间均呈显著二元线性或指数函数关系。[结论]十堰市水土流失的重点区域为郧西县和郧阳区,土地利用类型、坡度、植被覆盖类型及侵蚀性降水量均为该区域水土流失的重要影响因子,研究结果可为鄂西北地区水土保持措施优化配置及侵蚀模型构建提供科学依据。

基于径流小区实测的干热河谷土壤侵蚀荟萃分析

为详细了解干热河谷地区的土壤侵蚀状况,通过对径流小区资料的广泛收集、整理和标准化分析,对干热河谷主要土地利用类型的土壤侵蚀模数和水土保持措施效益进行定量评价,并将当地主要土地利用类型平均坡度下的土壤侵蚀模数与容许土壤流失量进行对比分析。结果表明:(1)灌草地、农地、园地和裸地等主要土地利用类型标准坡长坡度条件下的土壤侵蚀模数分别为110.88,389.58,320.66,507.87 t/(km^(2)·a),呈现出裸地最大,农地和园地次之,灌草地最低的特点。(2)封禁、水平阶整地、梯田和植物篱等水土保持措施均能较好地发挥水土保持效益,平均可以减少72%的土壤侵蚀量。(3)各流域主要土地利用类型,特别是农地和园地在当地平均坡度下的土壤侵蚀模数明显高于容许土壤流失量,说明该地区土壤侵蚀状况仍相当严峻。研究结果将有助于进一步深化对干热河谷地区土壤侵蚀规律的认识,并为后续水土流失治理和水土保持措施优化配置提供技术支撑。

鄂东南水土流失时空变化及其影响因子定量评价

为探究鄂东南红壤侵蚀规律,根据该区域典型红壤区咸宁市2005~2020年的水土流失面积和强度数据,揭示其土壤侵蚀时空演变特征,并结合RUSLE模型和2012~2020年咸宁市通城、通山等监测站点的径流小区观测数据,定量评价了该区域土壤侵蚀因子。结果表明:2005~2020年咸宁市水土流失总面积及其占国土面积之比总体呈持续下降趋势,咸宁市土壤侵蚀强度整体表现出“南重北轻”的空间格局;裸地小区平均土壤侵蚀模数最高,为958.78 t/(km^(2)·a),耕地小区次之,经济林小区最小;所有作物覆盖的耕地小区中,黄花小区的土壤侵蚀模数最低;复合水土保持措施较单一水土保持措施的抗侵蚀效果更明显,其中“土坎+植物篱”复合措施的水土保持效果最佳;土壤侵蚀模数与侵蚀性降水量之间呈指数或幂函数关系;咸宁市土壤侵蚀主导因子为植被覆盖与管理因子及水土保持措施因子,其次为土壤可蚀性因子和侵蚀性降水量因子。研究结果可为揭示鄂东南红壤区水土流失时空演变规律及水土保持措施优化配置提供参考。

降雨对不同作物径流小区产流产沙的影响——以四川北部低山深丘区为例

作物种植与降水均对泥沙量和径流量有重要影响。基于四川省南部县升钟水土保持试验站的长期野外观测数据,研究径流小区尺度上2008—2016年作物种植状况、降水与产流产沙之间的关系。结果表明:在裸地小区降雨产生的径流量与泥沙量均大于有作物种植的小区,降雨量与4个小区径流量与产沙量均呈极显著相关(P<0.01),产沙量与径流量的相关性优于产沙量与降雨量。平均降雨强度与裸地小区径流量的相关性显著(P<0.05),在其他径流小区相关性不显著;平均降雨强度与谷物种植小区和裸地小区产沙量极呈显著相关(P<0.01),与蔬菜小区显著相关(P<0.05);30 min最大降雨强度与径流小区的径流量和泥沙量均呈极显著相关(P<0.01)。研究结果可为该区域水土流失防治、生态建设等提供参考。

大别山南麓裸地小区径流泥沙过程对降雨特征的响应

作为水土流失重点预防保护区,大别山南麓裸地坡面水土流失严重,为探究该区典型裸地坡面径流泥沙对降雨的响应,利用自动化径流泥沙监测设备对裸地径流小区的降雨—径流-泥沙过程进行监测。以2020年全年侵蚀性降雨数据为基础,依据降雨峰值时序划分雨型,分析了4种雨型的累计产流产沙特征和次降雨的径流泥沙特征,并建立了累计产流产沙的最优函数模型。结果表明:(1)大别山南麓降雨事件的I_(30)是影响降雨事件的泥沙量和径流系数的重要因素;前期集中型和中期集中型降雨事件的泥沙量与前48 h内的降雨量呈显著正相关。(2)不同雨型下产流产沙过程有显著差异,但径流泥沙指标的差异不显著。不同雨型下累计产流产沙的最优模型为Logistic模型。(3)不同雨型下,雨强、产流率和产沙率的变化趋势和峰值出现规律存在一致性,也存在产沙产流过程滞后于雨强变化过程的现象,产沙滞后多出现在前期集中型降雨,产流滞后多出现在中期集中型和后期集中型降雨。研究结果揭示了降雨-产流-产沙相互关系,对该区域坡面水土流失防治具有一定的科学指导意义。

基于站点观测的河南土壤侵蚀因子变化分析

土壤侵蚀产生水土流失是影响生态环境的重要因素,土壤侵蚀因子是开展水土保持综合治理与生态保护的依据。基于河南水土保持观测站实测资料,选择土壤侵蚀因子量化方程,计算河南土壤侵蚀降雨、地形、土壤、植被、水土保持因子,并分析其变化特征。结果表明:降雨侵蚀力R呈增大趋势,自东南向西北R呈减小趋势;土壤可蚀性K整体呈减小趋势;地形LS南召站高于陕州站和罗山站,当坡度超过20°时,土壤侵蚀加剧;不同植被类型植被覆盖C存在差异性,乔灌植被C较小,空地C较大;水土保持P整体呈减小趋势,水土保持措施发挥了良好的防护效果。

平顺县白马小流域综合观测站径流小区监测结果分析

基于平顺县白马小流域综合观测站2017-2021年降雨、径流深、植被盖度等观测资料,计算了该区土壤流失量及蓄水保土效益,得出如下结论:(1)植物措施在蓄水保土效果方面,自然植被>乔木>灌木>白羊草。(2)工程措施在蓄水保土效果方面,水平沟、水平阶、石坎梯田优于鱼鳞坑和隔坡梯田。研究成果可为我省水土保持工程建设及水土保持监测站点建设提供参考和帮助。

喀斯特坡地地表径流系数监测初报

通过对喀斯特坡地6种不同土地利用条件下径流小区的地表径流和植被穿透雨量以及地下水出口水位变化进行野外定点连续观测研究，结果表明，6个径流小区地表径流系数均非常小，介于0.01％-12.81％。显然，喀斯特坡地的地表径流易于入渗转化为地下径流。受人为活动影响较大的径流小区，地表径流系数随降雨量的变化呈指数函数型变化特征，容易产生地表径流系数的突变式增长。

耕作措施对三峡库区土壤侵蚀和养分流失的影响

为研究三峡库区土地耕作措施对土壤侵蚀和营养物质流失的影响,在三峡库区张家冲小流域设置10个不同土地利用方式的试验小区,在自然降雨条件下,进行为期1 a的小区试验,研究不同土地利用方式下土壤侵蚀和径流中氮、磷流失特征。结果表明:在10个试验小区中,土坎梯种柑小区年均径流量和土壤侵蚀量最大,土坎篱种柑小区年均径流量最小,坡地种粮小区土壤侵蚀量最小;坡篱种粮小区总氮和总磷年流失量最大,坡地种柑小区年流失量最小;土壤侵蚀和营养物质流失主要发生在6—8月降雨集中的暴雨季节。在类似于研究区域的其他农业区域,适合于坡地种柑,而坡篱种粮和土坎梯种柑是不适合推广的种植方式。

称重式坡面径流小区水流流量自动测量系统

坡面径流小区流量观测是坡地水土流失状况研究的重要内容。该文提出了一种新型的含沙水流流量自动观测方法和测量系统。通过受力分析和水力推导,得到了无含沙水流流量测定计算模型和含沙水流流量校正公式。模型验证和参数标定的试验结果表明:无含沙水流的拉力输出值和流量之间的关系与推导得到的水力学模型非常吻合,决定系数可以达到0.99。含沙水流流量通过校正可以得到精度很高的观测结果,与人工观测平均相对误差仅为0.4%。因此,该含沙水流自动测量系统具有很好的可靠性和观测精度,有一定的应用前景。

植被过滤带对地表径流中污染物的净化效果

植被过滤带是控制非点源污染的"最佳管理措施"之一。为了探讨植被过滤带在中国西北地区的实际应用,该文作者在陕西小华山水库岸坡地建设了3条不同配置方式的植被过滤带,通过试验测定了植被过滤带对地表径流中几种污染物的净化效果,并分析其影响因素。结果表明,植被过滤带对地表径流中的颗粒态氮、颗粒态磷、总氮、总磷和化学需氧量浓度削减率分别达到82.02%、77.13%、46.05%、73.28%和60.48%以上,负荷削减率分别达到89.98%、87.25%、69.93%、85.11%和77.97%以上,并能有效地削减溶解态氮和溶解态磷的负荷量;自然草地过滤带和沙棘-草本过滤带对地表径流中这几种污染物的削减主要发生在前10m。过滤带内的植被条件、入流流量和入流污染物浓度是影响过滤带净化效果的重要因素。

黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征

土壤容重和饱和导水率是影响坡地土壤入渗产流和抗侵蚀能力的两个重要因素,研究径流小区表层土壤容重和饱和导水率在坡面的空间变化规律,有助于深入理解坡地的降雨入渗产流产沙规律。借助经典统计学和地质统计学,采用1m网格布点法对神木六道沟流域41m×5m径流小区表层土壤容重和饱和导水率坡面空间变异规律进行研究,结果表明:(1)表层土壤容重沿坡面的变化没有明显的规律,经地质统计学分析土壤容重具有明显的空间结构和自相关特征,自相关特征长度为7.6m。(2)表层土壤饱和导水率在坡面的变化也不具备明显规律,Ks和lnKs在坡面的变异经地统计学分析均不具有空间结构特征,属于纯随机变量。

影响土壤氮素径流流失的因素探析

从自然因素和人为因素出发探讨了地形、降雨、土壤理化性质、植被以及施肥、耕作制度等因素对土壤N素流失的影响,并综述了国内外有关研究的最新进展。并认为,基于这些因素相互作用的复杂性,有必要开展以下3方面的内容:一是大量开展多因子交叉实验,定量评价它们之间的关系,这为深入理解土壤N素流失机理和确定流域非点源污染模拟模型参数提供科学依据;二是加强有关土壤N素流失机理的多学科之间的联系,协同攻关建立较完善的理论认识;三是利用微观径流小区开展田间试验,结合遥感和GIS分析等方法,建立宏观大尺度土壤N素流失模型,为环境问题的宏观决策提供支持。

人工模拟降雨条件下紫色土陡坡地土壤颗粒分布空间变异特征

土壤颗粒分布特征作为土壤物理性质的基本组成部分,对土壤中水分运移、溶质迁移等土壤物理过程有着重要的作用,同时也是影响土壤侵蚀过程的主要因素之一。紫色土作为一种侵蚀型高生产力的岩性土壤,当其分布于三峡库区大于25°陡坡地时,成为了该地区水土流失的重要物质来源。为了分析降雨强度对紫色土陡坡地土壤颗粒分布空间变异的影响,该文研究了25°径流小区在不同人工模拟降雨条件下(0.285,0.978,1.737mm/min)紫色土土壤机械组成和团聚体稳定性的空间变异特征,结果表明:(1)25°陡坡地土壤机械组成在各个降雨强度下,空间分布特征都表现为小区上坡位置粘粒和粉粒含量减少,砂粒含量增加;中坡粘粒及粉粒含量增加,砂粒含量减少;下坡粘粒及砂粒含量增加,粉粒含量减少的特征。但是土壤机械组成各组分随雨强的变化,各自的含量表现出不同程度的增加或减少幅度。(2)陡坡地中>0.25mm水稳性土壤团聚体含量(WAS0.25)、>2mm和>0.25mm团聚体分散度(P2、P0.25)的变化特征与降雨强度有密切关系,但是其空间差异性变化不明显。在不同降雨强度影响下WAS0.25的减小幅度在6.7%～16.87%中变化,而P2和P0.25各自的增幅则分别达到了1.94%～5.45%和4.46%～15.45%。通过对陡坡地径流小区紫色土土壤颗粒分布在降雨作用下的空间变异特征研究,为坡面土壤颗粒侵蚀-迁移-沉积这一微观过程的宏观反映提供了一定的理论依据,同时也为三峡库区紫色土25°陡坡地水土流失的防治提供相应的理论基础。