紫色丘陵区小流域侵蚀沉积断面构型及土壤颗粒分形特征

土壤侵蚀沉积是地球物质循环的重要环节,但人为因素使之加剧并引起许多生态环境问题。以四川紫色丘陵区小流域为例,根据地形部位及土壤性状划分出侵蚀沉积纵横断面,分析其侵蚀沉积特征,并采集土壤样品研究其颗粒组成和分形维数特征。结果表明:侵蚀沉积纵横断面不同地形部位侵蚀沉积特征明显不同,可分冲刷剥蚀、搬运扩散和沉积掩埋3种类型并连为侵蚀沉积链;侵蚀沉积纵横断面的划分对土壤侵蚀与沉积的认识更全面,整体性更强。研究区颗粒组成特别是粘粒含量明显地体现出侵蚀沉积的差异,分形维数综合体现出明显地随高度降低粗粒物质减少、细粒物质增加的趋势。

红壤侵蚀沉积点^(137)Cs垂直剖面分布特征

研究了红壤农田和荒地侵蚀沉积点中 1 3 7Cs的剖面分布特征 ,结果表明 ,沉积点在 1 7cm处有明显的峰谷 ,农田沉积点 1 3 7Cs含量要高于荒地 ;经估算 ,两沉积点的沉积速率相近 ,1 96 3年以来为 1 .0 3 cm/ a,近 2 0年约为 0 .74cm/ a;沉积点的 1 3 7Cs分布显示该区域侵蚀有减小的趋势 ;1 3 7Cs活度与有机质存在较好的相关性 ;1 3

紫色丘陵区不同侵蚀沉积地段土壤结构特征

以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站小流域为例，研究不同土壤侵蚀沉积地段（斜坡和沟谷不同部位）的土壤结构特征，以了解侵蚀沉积对土壤结构的影响。结果表明，在植被覆盖较好的坡体顶部，土壤侵蚀较弱，团聚度达到30．1％，MWD变化为3．4mm，土壤结构良好；沟谷底部由于沉积而有较多细土物质并具有适宜的水分条件，有利于土壤团聚体的形成，结构状况亦较好，团聚度达到50．3％，结构保持率为35．4％；而坡腰侵蚀较严重，团聚度仅为13．6％，结构保持率为14．1％，土壤结构状况较差。

侵蚀沉积模型在嘉陵江流域的应用

从20世纪50年代到80年代长江宜昌水文站观测的泥沙输送量逐年增加,但是到了90年代却出现了逐渐减少的趋势。泥沙量增加的原因主要是乱伐森林和土地利用方式的快速改变,而减少的原因则可能是采取了一系列防止水土流失的对策和在上游修建了许多大坝而造成的。嘉陵江流域是长江泥沙的主要源区之一,90年代每年从嘉陵江流域到长江的输沙量减少到1988年前的约36%。因此,分析该流域每年泥沙输送动态及其变化原因,对制定减小水土流失的森林规划,防止三峡水库的淤积以及保护长江流域的生存环境和生态系统等具有重大意义。本研究开发并改进了一个流域集水坡面上的侵蚀模型,并将它应用到1987年的嘉陵江流域,以对其适用性进行了研究。结果表明,该模式可被用于月度泥沙生产量的评估中。

典型黑土区坡面侵蚀-沉积对土壤微生物养分限制的影响

在典型黑土区黑龙江省克山县选取开垦百年坡耕地,采用^(210)Pb_(ex)示踪技术估算坡面侵蚀-沉积速率,并划分土壤侵蚀强度等级[包括沉积(DS)、轻度侵蚀(LE)、中度侵蚀(ME)、强烈侵蚀(IE)和极强烈侵蚀(SE)],对比不同土壤侵蚀强度等级下土壤碳氮磷含量、微生物生物量和酶活性的差异,通过酶计量矢量模型量化土壤微生物养分限制对土壤侵蚀-沉积的响应.结果表明:坡耕地土壤侵蚀-沉积速率变化于-782.7~10914.5t/(km^(2)·a)之间,其平均侵蚀速率为3507.6t/(km^(2)·a);土壤LE和ME主要发生在坡上部和沉积部位周围,IE和SE主要发生在坡中部,而DS主要位于坡脚.土壤碳氮磷含量和微生物生物量总体随土壤侵蚀强度等级增加而降低.土壤碳获取酶活性(BG+CBH)和氮获取酶活性(NAG+LAP)在坡面DS部位最高;而土壤磷获取酶活性(ACP)在坡面SE部位最高.酶计量矢量模型表明土壤微生物受到相对碳和磷限制;土壤微生物相对碳限制随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性下降趋势,而土壤微生物相对磷限制则随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性增加趋势,表明土壤微生物受到土壤磷素的限制作用相对突出.土壤养分含量和微生物生物量解释了坡面不同土壤侵蚀强度等级下土壤酶活性和微生物养分限制变化的60.1%,其中土壤有机碳(SOC)含量在条件效应下的解释度最高,其解释度为17.4%.总之,土壤侵蚀-沉积对土壤质量的影响是土壤性质和微生物养分限制共同作用的结果.

典型黑土区农业流域土壤侵蚀-沉积对土壤养分和酶活性的影响

研究农业流域土壤侵蚀—沉积对土壤养分和酶活性的影响可为土壤侵蚀退化评价提供重要科学依据。选择典型薄层黑土区的宾州河流域为研究区,在流域上游、中游和下游各选取2个代表性坡面,基于137 Cs示踪技术估算土壤侵蚀—沉积速率,分析流域和坡面尺度土壤侵蚀—沉积对土壤养分(有机质、全氮和速效磷)和土壤酶活性(转化酶、脲酶和碱性磷酸酶)的影响。结果表明:(1)土壤侵蚀速率在流域上游最大,分别是流域中游和下游的1.9,11.2倍;坡面尺度上土壤侵蚀速率在坡中部最大,分别是坡上部和坡下部的1.3~2.6,2.8~12.2倍。(2)在流域尺度上,土壤有机质空间分布与土壤侵蚀速率空间分布呈相反的变化趋势,土壤全氮和速效磷含量在流域下游皆大于流域中游;坡面尺度上土壤有机质、速效磷含量、转化酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均表现为坡下部>坡中部,说明农地土壤侵蚀降低土壤养分含量和酶活性。(3)流域沉积区土壤沉积速率对土壤有机质、速效磷含量、脲酶和碱性磷酸酶活性有显著影响。(4)土壤有机质和速效磷含量对土壤脲酶和碱性磷酸酶活性有显著影响,表明土壤侵蚀—沉积引起的土壤养分再分布是造成土壤酶活性空间分异的重要原因。

海底峡谷侵蚀-沉积作用与天然气水合物成藏

近年来海底峡谷和海域天然气水合物的调查和研究表明,二者在空间分布上具有一定的相似性,同时海底峡谷强烈的侵蚀作用和良好的内部建造,与海域天然气水合物的聚集、分布和成藏具有直接或间接的关联。通过对目前海底峡谷和海域天然气水合物的资料调研和系统分析,指出海底峡谷和海域天然气水合物的相关性主要表现在3个方面:侵蚀-沉积作用与有利沉积体的分布、侵蚀-沉积作用与含烃流体渗漏的相互作用、侵蚀-沉积作用与海域天然气水合物的动态成藏。将海底峡谷和水合物的关联性应用到珠江口盆地海底峡谷群,初步分析了二者的关联。研究认为该区域的海底峡谷将会对有利沉积体进行破坏和改造,使其表现为"斑状/补丁状"的平面分布特征,影响了水合物的分布和实际产出;此外,峡谷侵蚀-沉积作用导致了先前形成的水合物的分解,一部分的甲烷等气体将会进入到海水之中,而受有利沉积体上部细粒均质层的遮挡,大部分的含气流体将被"继续"限制在有利沉积体之中而形成新的水合物,这可能是该区域内细粒沉积物中水合物饱和度较高的原因。

三亚市蜈支洲岛海岸侵蚀与沉积的定量分析

传统的海岸侵蚀和沉积信息的获取多以实地测量为主,且多用一维或二维指标来表示,缺少海岸形态变化的三维立体表达。利用中国海监南海航空支队获取的两个时期高密度机载激光雷达点云数据,构建了蜈支洲岛高精度的5m分辨率数字高程模型;在此基础上结合同步获取的航空影像生成了蜈支洲岛0.45m分辨率的数字正射影像,并对两期数字正射影像进行监督分类和叠置分析,提取出发生海岸侵蚀与沉积的区域;这些侵蚀与沉积区域基本上交替出现在砂质海岸附近。结合蜈支洲岛两期数字高程模型,提取了12个海岸侵蚀与沉积对象多边形的典型几何属性、形状属性、表面属性和体积属性,如面积、周长、紧凑系数、平均坡度差、平均坡向差、平均曲率差、总体积变化等。分析结果实现了海岸形变的立体多角度表达,为海岸带资源的管理和控制规划提供新的研究方法。

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程关系的研究进展

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程紧密相关。首先就机械和化学风化两种不同的陆地侵蚀机制在提供河流碳源方面所发挥的不同作用作了详细论述,并比较了季风流域和非季风流域间河流碳输移在通量及性质上的差异。之后对陆地碳沉积机制进行了归纳,指出了包括大坝截留,河漫滩、河口-近岸带沉积及陆地碳沉降等几种可能的陆源碳踪迹。陆地环境的截留效应相对于侵蚀尚不太清楚,今后应加强对陆地碳沉积的研究,进一步明确各种碳沉积的作用机制及其对全球陆地碳汇的贡献量。此外,人类活动对陆地侵蚀-沉积过程及河流碳循环所产生的直接或间接的影响也有待于今后继续深入探索。

侵蚀—沉积连续地形中土壤碳库的空间分异

侵蚀和再沉积过程可导致土壤碳库在空间上重新分布,但至今对这一过程中不同碳库的迁移和再分布特点还了解不多。在浙江省亚热带地区选择了由严重侵蚀区—轻微侵蚀区—坡脚堆积区—坡底堆积区组成的侵蚀—沉积系列连续地形,分别采集了4个代表性土壤剖面,研究了不同地形部位土壤碳库的分异特征,探讨了侵蚀—再沉积过程中各种碳库的转归。结果表明,土壤有机总碳及各组分碳均是:严重侵蚀区<轻微侵蚀区<坡脚堆积区<坡底堆积区。侵蚀区土壤总有机碳自上而下明显下降,而堆积区土壤有机碳库分布较深,垂直变化相对平缓。黑碳极易随地表径流发生迁移,呈由高处逐渐向低处明显富集的趋势。堆积区为连续地形中的碳汇。

中国北方沙漠-黄土体系的沉积和侵蚀过程与未来趋向探析

中国北方有大面积的土地被沙漠和黄土覆盖,是现代沉积和侵蚀比较活跃的地区。强烈的地表过程不仅影响着区域的生产生活活动,还通过粉尘传输影响北半球甚至于更大范围的气候和环境。长期以来,由于综合研究不够,对沙漠-黄土体系的沉积和侵蚀规律以及未来趋向的认识有限。结合对沙漠沙地-黄土沉积的高密度光释光年代测试结果,基于地统计法和遥感分析的黄土堆积量估算以及现代降尘、地表侵蚀的观察研究,认为沙漠沙地-黄土堆积区的沉积和侵蚀过程受气候变化控制,这里既是堆积区,又是侵蚀区,处于动态变化过程中;黄土比沙地沉积保存着更完整的过去气候变化信息。黄土高原水蚀和风蚀在地质历史时期就存在,人类活动加强了侵蚀过程,但可能还没有实质性地改变这一趋向。通过对地质记录和古气候模拟结果的分析,在未来全球变暖的背景下,沙地地区可能由于有效湿度减少变干而使风尘活动加强,黄土高原地区的粉尘沉积速率也将随之加快。

生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响

海洋沉积物的侵蚀和沉积过程对海底地形地貌具有重要的作用,侵蚀和沉积速率的相对比值不仅影响沉积层的稳态过程,还能改变沉积层的理化属性。侵蚀和沉积过程涉及因素复杂,不仅包括物理因素(海流、潮汐、沉积物性质)、化学因素(浑浊度、间隙水的离子组成),还包括生物因素(海草、海藻的丰度以及生物扰动作用)。生物扰动是海洋生态学重要的研究内容之一,是水层-底栖界面的耦合过程中的关键生物影响因子。自20世纪50年代以来,生物扰动逐步得到重视,尤其是在水层-底栖界面耦合过程中的作用,并逐步由定性研究过渡到定量研究,进入室内生态模拟、现场测试和构建模型相结合的阶段。但生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响研究起步相对较晚,10余年前才开始得到较多关注。本文综述生物扰动对沉积物侵蚀和沉积的影响,包括目前研究状况,常用的研究材料和方法以及研究热点,为今后深入研究关键生物种群的生物扰动对沉积物侵蚀的影响以及地形地貌的形成提供参考。

黄河入海径流量与河口沉积物的侵蚀关系

河口地区海水环境变化复杂,岸滩侵蚀严重,入海径流对侵蚀的影响不可忽视。从入海径流量与河口盐度变化的关系入手,主要阐述了海水盐度变化对河口泥沙沉降及泥沙沉降后固结的影响,进而讨论盐度变化对河口沉积物侵蚀的影响,其中,着重对黄河口地区入海径流量与河口沉积物侵蚀的关系进行了探讨;并且概述了黄河口沉积物侵蚀相关的研究情况,指出在黄河三角洲等河口岸滩侵蚀的研究中,可以以盐度等为媒介,把入海径流与沉积物本身联系起来,综合考虑分析岸滩侵蚀机理。

典型黑土小流域侵蚀强度时空变化特征——以海伦市光荣小流域为例

为了系统反映黑土区典型水蚀小流域土壤侵蚀特征,基于连续的Landsat TM/OLI影像计算NDVI,并基于优化后的土壤和土地利用参数,结合实地调查,利用中国土壤流失方程(CSLE)、基于单位流量加权侵蚀沉积模型(USPED)分别模拟了海伦市光荣小流域2000—2021年间平均土壤侵蚀模数和侵蚀沉积分布格局,并通过融雪侵蚀模型(SHI)模拟了2017年春季融雪侵蚀空间分布,综合分析了小流域的侵蚀格局成因。结果表明:2000—2021年间CSLE模拟发现,小流域平均土壤侵蚀模数为5.57 t/(hm^(2)·a),平均土壤流失量为0.55 mm/a,坡上侵蚀量较少[0~2 t/(hm^(2)·a)],为微度侵蚀,坡中处于极强烈侵蚀和剧烈侵蚀等级,侵蚀贡献主要来自坡度2°~6°区域,占总侵蚀量的79.56%;USPED模拟发现,小流域78.11%面积发生侵蚀或沉积,其中侵蚀面积占流域面积24.89%,平均侵蚀模数为9.40 t/(hm^(2)·a),且多集中在坡中和坡底侵蚀沟位置;沉积面积占流域面积的53.22%,平均沉积模数为-4.39 t/(hm^(2)·a)。受降雨的变化影响,2000—2021年间小流域平均侵蚀模数整体呈上升趋势,侵蚀性降雨集中发生在7,8月。SHI模型结果显示,小流域2017年春季平均融雪侵蚀模数为1.65 t/(hm^(2)·a),占该年总侵蚀量的32.07%,高于基于降雪量数据计算的融雪侵蚀模数。研究结果可为东北典型黑土小流域水土流失模拟和科学防控提供依据。

薄层黑土微生物生物量碳氮对土壤侵蚀—沉积的响应

研究土壤侵蚀—沉积对土壤微生物生物量的影响可以为科学评估土壤侵蚀的环境效应提供依据。以典型薄层黑土区——黑龙江省宾州河流域为研究区,利用土壤137Cs含量估算侵蚀速率,通过分析流域不同位置和不同坡面部位土壤微生物生物量碳和氮含量以及土壤侵蚀强度的差异,揭示土壤微生物生物量对土壤侵蚀—沉积的响应规律。结果表明:流域不同位置和不同坡面部位土壤微生物生物量的分布存在明显差异,并呈现出与土壤侵蚀—沉积空间分布相反的变化趋势。土壤侵蚀速率在流域的分布为上游>中游>下游,在坡面的分布为坡中部>坡上部>坡下部;土壤微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)在流域表现为下游>中游>上游,在坡面表现为坡下部>坡上部>坡中部。回归分析表明,MBC、MBN、有机质(Organic matter,OM)和全氮(Total nitrogen,TN)含量随土壤侵蚀强度的增大而减少。土壤侵蚀对土壤微生物生物量的分布有重要影响,土壤侵蚀—沉积过程引起土壤养分的迁移和再分布是导致侵蚀区和沉积区土壤微生物生物量分布产生差异的重要原因。

薄层黑土区流域尺度土壤养分对侵蚀-沉积的响应

分析薄层黑土区流域尺度土壤养分与土壤侵蚀速率之间的空间分布关系,可为土壤侵蚀退化评价提供重要的科学依据。基于土壤样品采集与分析测定,结合^(137)Cs示踪技术,对比了典型薄层黑土区流域侵蚀区和沉积区的土壤养分含量,明确了流域尺度土壤养分含量及其空间分布对侵蚀—沉积速率的响应。结果表明:(1)在流域尺度土壤侵蚀对土壤养分含量有重要影响,侵蚀部位土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_(3)—N)和速效磷(AP)含量较之沉积部位分别降低27.4%,21.1%,29.2%和54.1%,SOC和TN含量在侵蚀部位和沉积部位存在极显著差异,AP含量在侵蚀部位和沉积部位存在显著差异,而NO_(3)—N含量在侵蚀部位和沉积部位无显著差异。(2)土壤SOC、TN和AP含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系。(3)流域尺度土壤SOC和TN含量空间分布与土壤侵蚀—沉积速率的空间分布呈相反的变化趋势,表明在研究流域土壤侵蚀是造成土壤质量退化的关键驱动因子。

黑土区典型小流域土壤侵蚀空间格局模拟研究

利用校正后的基于GIS的USLE模型预测了黑土区域土壤侵蚀量的空间分布格局。研究结果表明，研究区小流域年侵蚀量值范围在O～60t／（hm2a），无侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀和强度侵蚀面积分别占研究区总面积的28．7％，56．2％，18．6％和0．1％。研究区坡顶土壤侵蚀量较少[O～5t／（hm2a）]，坡肩和坡背侵蚀量较大[3～15t／（hm2a）]。基于GIS的USLE不能够很好地模拟黑土区坡麓和坡足区域土壤沉积和侵蚀沟的空间分布格局，但可以较好地模拟坡顶、坡肩和坡背处的土壤流失状况。

不同冲刷阀门对雨水管道沉积物清洁效率的数值模拟研究

城市雨污混合制管道中的沉积物会导致管道腐蚀、排水效率降低,甚至管道堵塞,影响城市正常运转.在各种清洁方法中,使用产生冲刷波的冲刷装置已被广泛认为是一种有效和经济的解决方案.本文使用Flow-3D软件进行了一系列数值模拟计算,通过与文献中的实验进行水动力和泥沙冲刷对比,验证了该软件中泥沙冲淤模型的正确性,在此基础上利用该模型研究了3种简化的自动冲刷装置对管道沉积物的清淤效率.结果表明,半开口阀门高度对冲刷效率存在直接影响,阀门相对高度设置为0.2时冲刷效率最高.在3种阀门冲刷作用下,沉积层形态各异,冲刷效率也存在差异.开口阀门、倾倒式阀门、半开口阀门在冲刷下沉积床形态分别呈现直线形、V形和U形.半开口阀门条件下,清除全部沉积物所需的冲刷时间比开口阀门少30%.与开口阀门和倾倒式阀门相比,半开口阀门可分别节约75%和26%的水.