普定岩溶区水土流失与土壤漏失模式研究

普定县是贵州省水土流失比较严重的地区之一,水土流失面积占全县总面积的60.8%,土壤年侵蚀模数高达4422.3 t/(km2.a)。通过现场调查,对该地区地形特征、岩性特点和水文条件进行综合分析。结果表明,岩溶裂隙、落水洞及地下暗河发育是造成水土流失的主要因素。对岩溶区水土流失与土壤漏失模式进行了概化,探讨了水土流失过程中雨滴溅蚀、坡面侵蚀、落水洞漏失及地下暗河运移之间的关系,从理论上分析了岩溶区水土流失的作用机理,对该地区水土流失防治具有一定的指导意义。

喀斯特地区土壤漏失过程氮素迁移与流失特征分析

为研究土壤漏失过程氮素径流流失的特征,选择贵州省花江示范区为试验地点,实地调查不同环境下土壤氮元素含量,研究地表径流和地下径流影响下的氮素流失影响机制和分布特征。结果表明:在地表氮元素空间分异上,在生态环境较好的人为干扰减少,土壤全氮和碱解氮的含量显著较高。从洞口到洞穴内部,全氮和碱解氮含量都是一个逐渐减少的过程,与土壤产生淋溶作用有关。另外,微地貌部位对沉积土壤的氮元素含量也会产生影响。

岩溶坡面土壤地下漏失过程模拟研究

西南喀斯特地区石漠化现象严重,其独特的地表地下二元水文地质结构导致了表层岩溶带水土流失不仅表现为坡面水土流失,同时还存在水土向地下漏失的现象。为揭示岩溶坡面土壤地下漏失过程的规律和机理,利用物理模拟试验和CFD-DEM数值模拟相结合的方法,分析坡面土壤地下漏失的过程中土壤颗粒运移规律和特征。研究结果表明随着降雨的历程,坡面不同层位的土壤颗粒运移速度由坡顶到坡底逐渐增大的趋势转变为整个坡面土壤颗粒运移速度趋于一致,从剖面上看,土壤颗粒运移速度从降雨初期的表层>中层>底层转变为降雨后期的速度趋于一致;随着降雨历程,坡面土壤由地表流失出口和地下漏失口率先侵蚀,随后坡面形成侵蚀细沟并加剧侵蚀最终发展到坡面整体滑移的过程;随着降雨的进行,坡面颗粒与坡面的接触数先显著降低后小幅增大,裂隙口下缘的颗粒与坡面接触数逐渐增大;此外,在降雨过程中,坡面上的颗粒与坡面在Y方向的接触力整体上始终较小,表明降雨过程中颗粒与坡面的相互作用力较弱。

土壤大孔隙形态对喀斯特区水土漏失过程的影响

在岩溶作用下,喀斯特土壤-表层岩溶带耦合发育,上覆土壤中大孔隙与下伏表层岩溶带中裂隙、管道存在密切的水力联系,然而土壤大孔隙影响土壤-表层岩溶带系统中水土漏失的过程机理尚不清楚。通过人工模拟降雨试验,采用试验微区模拟不同土壤大孔隙形态(出露型、浅埋型、深埋型),并以全土微区为对照,探讨了土壤大孔隙对喀斯特地区水土漏失过程的影响。结果表明:与全土微区相比,土壤大孔隙的存在明显加速了水分的垂直渗漏,其对水分渗漏量的影响表现在峰值不同(出露型>浅埋型>深埋型>全土)。土壤大孔隙也给土壤漏失带来风险性,不同形态土壤大孔隙间土壤漏失存在显著差异,表现为出露型>浅埋型>深埋型>全土。本研究中土壤漏失量总体较少(<10 g),土壤强烈漏失现象只在极端状况下发生(雨强为120 mm/h的出露型土壤大孔隙微区)。漏失泥沙主要以粒径<2 mm的小颗粒为主,>5 mm的大颗粒仅出现在出露型土壤大孔隙微区。土壤漏失因子(土壤漏失量、漏失土壤细颗粒含量)与水分渗漏因子(水分垂直渗漏出流时间、水分渗漏量)存在显著相关关系,说明土壤漏失主要受到水文过程的驱动。土壤大孔隙形态和降雨强度控制了水分渗漏过程,进而影响到土壤漏失过程。研究结果可为该区石漠化治理和地下水污染防控提供科技支撑。

碳酸盐岩风化壳中的土壤蠕滑与岩溶坡地的土壤地下漏失

本文给出了碳酸盐岩风化壳中土壤蠕滑的证据,阐明了土壤蠕滑等块体运动在喀斯特风化壳形成演化中的机制,并用以解释喀斯特风化壳岩土界面的突变接触,和土下基岩表面光滑的现象;提出了岩溶坡地的土壤侵蚀是化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀叠加的观点,分析了岩溶坡地土壤地下漏失和土地石质化的过程;最后讨论了植被破坏和土地垦殖等人类活动,破坏植物根系的网固作用,增加径流入渗,促进地下管道侵蚀及其上覆土壤的沉陷补给,加剧了纯碳酸盐岩坡地土壤地下漏失和土地石质化。

喀斯特石漠化地区土壤地下漏失的机理研究--以贵州普定县陈旗小流域为例

土壤的地下漏失是喀斯特石漠化地区一种特殊的水土流失方式。本文以喀斯特石漠化严重地区——贵州普定县陈旗小流域为例,阐明了土壤地下漏失的过程及其机理。研究结果表明喀斯特地区特殊的地质环境为土壤的地下漏失创造了有利的空间条件;地表降水的大量渗漏为土壤的地下漏失提供了侵蚀的水动力条件;风干的土壤团聚体遇水易崩解,离散出的细粒物质可沿土间孔隙和岩溶裂隙向地下空间迁移;岩溶洞隙内填积的粘土在流水的浸润软化下呈可塑、软塑甚至流塑状,可向其下的溶洞、地下河蠕滑搬运,最终导致地表土壤漏失。

表层岩溶裂隙带土壤地表流失/地下漏失室内模拟实验

以表层岩溶裂隙带为研究对象,采用室内模拟降雨的方法,通过控制降雨强度、坡度、裂隙宽度、裂隙产状,研究其对土壤地表流失、地下漏失的影响。结果表明:(1)土壤地表流失主要受降雨强度和坡度的影响,土壤地表流失量随降雨强度的增大而增大、随坡度的增大而增大,30°坡面土壤地表流失量最高。(2)土壤地下漏失主要受裂隙宽度、产状和坡度的影响,对降雨强度的响应不明显;土壤地下漏失量与裂隙宽度大小呈正相关关系,裂隙走向与坡面走向呈30°时最容易发生土壤地下漏失;坡度与土壤地下漏失的发生呈负相关关系;伴随降雨,土壤地下漏失速率变化幅度较大,漏失速率先增加后减小直至停止。无落水洞、漏斗等管道的岩溶坡面土壤流失的主要形式是地表流失,而土壤地下漏失的主要通道是落水洞、漏斗等大型岩溶管道,土壤地下漏失对土壤流失的总贡献率小于5%。

滇东石漠化坡地浅层裂隙漏失土壤的抗剪强度及其影响因素

[目的]探讨滇东岩溶断陷盆地植被恢复对改善浅层裂隙土壤理化性质及增强土壤抗剪强度的影响,为减缓土壤漏失,有效遏制该区石漠化态势提供科学参考。[方法]通过野外调查取样和室内土壤团聚体湿筛、土壤抗剪试验等方法,分析云南松次生林、小铁仔灌丛裂隙土壤基本性质、土壤抗剪性能的垂直变化特征。[结果]①植被恢复能改善裂隙土壤理化性质,但随着土层深度的变化出现差异。两对比群落裂隙土壤中有机质、砂粒含量、水稳性团聚体(>0.25 mm)随着土层深度的加深呈递减趋势,土壤黏粒含量、水稳性团聚体(<0.25 mm)呈递增趋势;云南松次生林裂隙土壤砂粒(55.46%)、有机质(19.63 g/kg)、水稳性团聚体(76.51%)含量>小铁仔灌丛裂隙(50.16%,11.31 g/kg,67.57%),粉粒(17.55%)、黏粒(26.99%)、小颗粒团聚体(23.49%)含量<小铁仔灌丛裂隙(22.56%,27.27%,31.43%)。②两对比群落裂隙土壤黏聚力都随着土壤黏粒、水稳性细颗粒团聚体的增多而增大(p<0.05),土壤内摩擦角随着砂粒、有机质、水稳性大颗粒团聚体的减少而逐渐减小(p<0.05)。③两对比群落裂隙土壤抗剪强度随土层深度的加深而减小,但云南松群落在提升浅层裂隙土壤抗剪性能上要优于灌丛群落,尤其是在中层和深层裂隙土壤,云南松群落抗剪强度大于小铁仔灌丛,两对比群落裂隙的抗剪强度差异性极显著(p<0.01)。[结论]在滇东断陷盆地石漠化地区,乔林群落更有助于改善中层和深层土壤理化性质,提高土壤抗剪强度,减缓浅层裂隙土壤漏失效应更显著。

岩溶峰丛洼地不同环境水土流失差异及防治研究——以广西果化岩溶生态研究基地为例

与碎屑岩地区相比,特殊的岩溶水文地质结构,导致岩溶区存在不同的水土流失过程和特点,尤以峰丛洼地区最具代表性。通过广西平果县果化岩溶峰丛洼地土壤地表侵蚀和地下漏失的调查研究显示:洼地不同地貌部位水土流失差异较大,从山峰、垭口、山坡、山麓到洼地底部,土壤地下漏失模数分别为49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)、909.11 t/(km2·a),分别占该点年均总土壤侵蚀模数的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%;不同土地利用方式下的土壤侵蚀存在差异,其土壤侵蚀模数大小依次为坡耕地>苦丁茶地>苏木林地>灌草坡>牧草地。通过对该地区水土流失防治及石漠化综合治理,山峰主要涵养水源林、山坡主要发展生态产业防治水土漏失、洼地修建排水系统工程得到良好的效果,治理区土壤侵蚀模数从2003年到2010年下降了65%。

滇东海峰岩溶盆地石漠化坡地土壤机械组成和有机碳的变化特征

[目的]探讨滇东海峰自然保护区岩溶盆地内小生境裂隙土壤异质性特征,为该区水土流失的治理提供科学支持。[方法]通过野外取样结合比重计法、团聚体湿筛法等方法,分析海峰石漠化坡地不同小生境裂隙土壤机械组成、水稳性团聚体和有机碳随深度的变化特征。[结果](1)地表小生境和地下裂隙在空间上具有一定的关联,结合小生境类型和裂隙形态初步将采样裂隙分类命名为土面漏斗、石沟裂隙和石坑小生境。(2)土面漏斗、石沟裂隙和石坑小生境由于裂隙形态、小生境类型以及有无根系等因素导致土壤性质存在异质性。石坑小生境砂粒含量显著高于土面漏斗和石沟裂隙(p<0.05),粉砂粒含量显著低于石沟裂隙,表层有机碳含量显著低于石沟裂隙(p<0.05);土面漏斗砂粒含量显著高于石沟裂隙,粉砂粒含量显著低于石沟裂隙,表层有机碳含量显著低于石沟裂隙。(3)土面漏斗、石沟裂隙和石坑小生境的土壤稳定性随土层深度的增加逐渐变差,为土壤的漏失提供便利。深根系植被介入裂隙—土壤系统,改善土壤性质,增强土壤抗侵蚀能力。[结论]海峰岩溶盆地小生境裂隙土壤性质存在异质性,应加强对小生境的保护和利用,种植深根系植被,改善土壤理化性质,增强土壤抗侵蚀能力。

贵州石漠化地区棕黄色粘性土团聚体稳定性研究

以贵州省普定县碳酸盐岩石漠化研究试验区(陈旗村)的棕黄色粘性土为研究对象,考虑了初始含水率和浸润时间两个影响因素,对研究区土体中占绝对优势的>5mm的大颗粒团聚体进行了共计16组湿筛法试验。结果表明:棕黄色粘性土团聚体遇水破裂的过程主要发生在被浸润初期,初始含水率越小的土壤,经雨水浸润后,大颗粒团聚体破裂得越快越彻底;而原本就比较湿润的土体,团聚体的稳定性则较好。因此,对碳酸盐岩石地区石漠化的防治,应着重考虑气候长期干燥、蒸发量对水土流失的影响。

黔中喀斯特坡地浅层裂隙土壤机械组成对降雨的响应

运用野外取样调查结合室内吸管法,分析黔中喀斯特坡地不同土地利用类型浅层裂隙土壤机械组成随降雨的变化特征,以期为该区地下土壤漏失研究提供理论依据和技术支撑.结果表明:黔中喀斯特坡地浅层裂隙土壤粒径含量总体以粉粒为主,约占57%.在不同降雨量的作用下,坡耕地裂隙土壤颗粒含量变化整体表现为细砂粒含量的减少和粉粒、黏粒含量的增大.草地裂隙土壤颗粒的变化主要是细砂粒含量的减少和黏粒含量的增加.乔木林地和灌木林地裂隙土壤颗粒的变化不规律.降雨量与土壤砂粒含量变化之间存在正相关关系.随着土层深度的增加,各土地利用类型的裂隙对粉粒和极粗砂粒含量的变化有一定影响,其中,粉粒含量随土层深度的增加而减少.

西南喀斯特地区土壤侵蚀研究进展与展望

西南喀斯特地区是我国因水土流失导致生态环境问题严重而研究相对薄弱的地区。从侵蚀特征、不同空间尺度土壤侵蚀研究进展及研究中的关键问题3个方面系统总结了该地区土壤侵蚀研究成果,在此基础上,提出现有研究中存在的不足以及未来土壤侵蚀的研究方向。结果表明:(1)在独特的地质水文背景下,喀斯特地区形成地表地下二元结构,导致地表侵蚀与地下侵蚀并存,在此基础上形成了复杂的坡面产流产沙过程和流域汇流输沙过程。(2)目前喀斯特地区土壤侵蚀机理研究多集中在坡面尺度,在土壤侵蚀影响因子定量评价上取得了丰硕成果;小流域水沙关系的连续高精度监测资料较少;资料不足时,河流泥沙可作为研究喀斯特地区土壤侵蚀强弱及时空分异特征的有效途径。(3)以50 t/(km^2·a)作为允许土壤流失量,较以前的土壤侵蚀强度分级标准更为合理;石漠化与土壤侵蚀关系复杂,仍需进一步定量研究石漠化对土壤侵蚀的影响;目前对土壤漏失界定、漏失机理和比例等问题未形成统一认识,多方法组合、多尺度匹配是揭示漏失的可靠途径。总之,为进一步探明喀斯特地区土壤侵蚀规律,建立和完善适用于该地区的土壤侵蚀预报模型,迫切需要在坡面—流域—河道尺度上开展同步试验和监测,追踪泥沙来源,从而为推进西南喀斯特地区水土保持工作提供理论和技术支撑。