公路水土保持技术理论研究进展

简要回顾了公路建设的水土流失影响,重点阐述了公路边坡水土保持的发展历程及其研究现状,指出亟待开展的4个主要研究方向:①开展不同侵蚀环境下公路建设新增水土流失规律与土壤侵蚀动力学机理研究;②建立不同区域公路建设水土保持监测技术体系,发展土壤侵蚀的预测预报理论技术;③加强公路建设水土流失防治体系与植被快速建植技术研究,构建水土保持标准化治理模式与技术标准;④推动公路建设水土保持损益分析及水土保持与经济社会可持续发展的关联研究。

现代雨水利用技术研究进展与研发重点

具有工程化、科技化、规模化内涵的现代雨水利用技术是现代节水农业技术的重要研究内容,已成为缓解干旱缺水,实现农业高效用水,降低常规农业用水量的有效措施。在分析现代雨水利用技术研究进展及其发展趋势基础上,指出现代雨水利用技术是传统雨水利用技术与新材料技术、现代生物技术、现代信息技术、现代灌溉工程技术等高新技术相结合的产物,具有多学科相互交叉、各单项技术相互渗透的明显特征。在此基础上,提出了近中期现代雨水利用技术研发的重点,即以重大前沿性技术研究为基础,研发与雨水利用相关的重要关键技术与产品,探索建立适宜的现代雨水高效利用技术体系。

黄土高原水土保持政策演变

水土保持政策是指导和促进水土保持开展的主要社会驱动力之一。新中国成立以来,黄土高原水土保持经过探索治理、重点治理、全民治理、小流域综合治理和预防为主、依法防治等5个阶段。在不同阶段,水土保持目标和任务、治理主体、政策的针对性和治理主导措施侧重等均有变化。在分析政策演变的基础上,提出了针对新时期水土保持特点的政策建议。

黄土高原水土保持与雨水资源化

在分析黄土高原水土保持工作难度的基础上,进一步研究区域水土保持的科学内涵,以及水土保持与雨水资源化的关系。认为:黄土高原水土保持的关键与核心在于如何实现雨水资源化;降雨径流调控与利用不仅可实现雨水资源化,而且可以同步解决制约该区发展的干旱缺水与水土流失并存2大难题。在此基础上,提出了黄土高原水土保持亟待研究的科学问题与技术问题,并初步构建了黄土高原水土保持与雨水资源化的技术体系框架。

黄土高原半干旱区水土保持植被恢复限度——以人工柠条林为例

为了确定水资源不足地区植被恢复潜力和水土保持林建设目标,在黄土丘陵半干旱区宁夏固原上黄试区,对相同立地条件的16年生人工柠条林进行疏伐,建立不同密度林地,进行林分密度、森林植被水土保持效益和土壤水分关系的定位实验。结果表明:平均基径随密度的增加而减少,二者为线性关系;盖度随密度的增加而增大,盖度与密度为对数关系;林冠截留随密度的增加而增大,二者为指数关系;地表径流随密度的增加而减少,二者为对数关系;泥沙含量随密度的减少而增加,二者关系可用倒S形曲线描述。虽然密度增加,盖度增加,森林植被水土保持效益增强,但是受土壤水资源的限制,柠条林有一个最大恢复限度。当超过限度时,势必会引发或加剧土壤旱化。

榆林薛涧项目区水土流失类型及林草植被分布特征研究

本文通过野外调查及土壤侵蚀遥感调查制图等一系列工作,对榆林薛涧项目区植被、土壤侵蚀类型及其分布特征进行了研究,并提出具体的水土保持生物防护措施。

中国节水农业战略思考与研发重点

从分析我国战略水安全与粮食安全所引发的农业用水矛盾出发,认为解决这一矛盾的唯一出路在于依靠科学技术大力发展现代节水高效农业。据此,从战略层面对我国发展节水农业的总体思路进行了思考,提出到2020年,即近15年内,在不增加农业总用水量的前提下,通过提高农业用水利用率和作物水分利用效率,可基本满足我国粮食安全用水需求的重要观点,在此基础上,进一步提出了为实现上述目标近期我国节水农业领域应研究的若干重点。

不同次降雨条件对黄土区主要地类水沙动态过程的影响及其机理研究

通过野外人工模拟降雨试验,对不同次降雨条件下黄土丘陵区主要地类坡面水沙过程进行对比研究,分析降雨因素与产流产沙过程的关系,并对林草植被的水土保持机理做了有益探讨。结果表明,降雨因素是影响径流和产沙的主要动力因素之一,在不同降雨条件下,各地类小区产流产沙过程线均表现出较为强烈的波动趋势,产沙过程较产流过程波动更为剧烈,在植被覆度较低的黄土丘陵区,降雨强度是产流产沙的主控因子。不同地类的产流量和产沙量的变化,随着降雨强度的增强而增加,随着植物被覆度的增加,由于林草植被措施具有蓄水固土作用,减沙效益显著,降雨的影响相对降低。因此将陡坡耕地退耕还林还草是解决水土流失、恢复黄土高原良性生态环境的必由之路。

HEC和AAM添加剂对提高黄土集流效率的试验研究

基于西北地区黄土资源丰富、地形复杂、外源材料运输困难的实际状况 ,提出将 HEC(High Strength andWater Stability Earth Consolidator)和 AAM(Active Aluminate Mixture)材料添加剂与黄土混掺 ,以期提高其集流效率。通过室内人工降雨模拟试验 ,探讨了典型黄土与 HEC和 AAM材料添加剂分别混掺后集流效率和性能的变化过程。同时 ,对照其它几种集雨材料 ,对不同雨强、雨量及坡度下的起流历时、集流效率和材料性能进行了比较。结果表明 :黄土与 HEC和 AAM添加剂混掺后形成的黄土复合集流材料具有较强的抗拉、抗压能力 ,不同雨强和雨量等级范围均具有较高的集流效率 (>78% ) ,已达到混凝土的集流效果 ,其成本仅为混凝土的 1/ 3～ 1/ 2。

黄土结皮的发育机理与侵蚀效应研究

了解土壤结皮的发育特征及其对侵蚀的影响作用,是认识土壤侵蚀机理、建立精准侵蚀预报模型的重要理论支持之一。本文通过模拟降雨试验,探讨有无雨滴打击作用下黄土结皮的发育过程以及前期有无结皮时结皮侵蚀效应的动态特征。结果表明:(1)随降雨的进行,黄土结皮发生层容重、抗剪强度(含水率为20%)不断增加,30min内形成厚度约3～4mm稳定结皮层;(2)消除雨滴打击后,黄土结皮发育过程同有雨滴打击时类似,但程度减弱。雨滴打击同湿润作用对黄土结皮形成的贡献作用基本相当;(3)降雨初期有、无结皮处理抗剪强度差别大,随后急剧下降并趋同,因而黄土结皮影响抗蚀性的作用微弱,累积溅蚀量的差异主要由溅蚀起始时间的变化引起;(4)黄土结皮的存在明显的减少入渗、增加径流,但结皮效应随降雨进行逐渐消失。溅蚀效应的函数表达式为C=0.6670ln(t)-3.2459,结合溅蚀量的计算式,可较为准确地预测前期无结皮时某降雨历时的累积溅蚀量。

坡面调控措施下的水沙输出过程及减流减沙效应研究

为了了解坡面调控措施对其产流、产沙过程的减流减沙效应,通过坡面上方放水冲刷实验,研究不同放水流量下20聚流坑调控措施和裸地坡面产流、产沙过程以及径流携带泥沙的作用机制,运用起流时间、调控度、产流速率、输沙率定性指标阐明了调控坡面减流减沙效应,建立了次降雨输沙模数与径流量之间的水沙关系。本研究提出了"用水减沙比"概念与计算式,定性描述了调控措施拦截的径流量与减少的侵蚀量之间的复杂关系,揭示聚流坑工程措施在调控坡面径流的同时对侵蚀产沙的影响机制。

黄土高原土壤干层初步研究

在详细描述土壤干层现象和类型的基础上 ,分析了土壤干层的成因 ,即低降水高蒸发、水土流失、植被类型选择失当、群落生产力过高和群落密度过大等 ,指出土壤干层的危害主要表现为使局部小气候环境趋于旱化、土地退化、植被生长衰退、天然下种更新不良及加大造林难度等 ,最后提出了缓解土壤干层对黄土高原生态环境的恢复和重建的意义和重要性。

桔梗氮、磷、钾施肥效应与施肥模式研究

采用氮、磷、钾3因素2次D-饱和最优设计(310),通过大田试验建立了氮、磷、钾施肥量与桔梗产量和总皂苷含量的效应函数。结果表明,氮、磷、钾肥对桔梗产量的影响大小依次为氮肥>钾肥>磷肥;氮、磷、钾肥对桔梗总皂苷含量的影响大小依次为氮肥>磷肥>钾肥。对各效应函数进行频率分析法寻优结果表明,桔梗目标产量在4200～4800 kg/hm2,95%置信区间的优化施肥量为N 83.72～119.41 kg/hm2、P2O564.10～134.39 kg/hm2、K2O 78.80～147.20 kg/hm2;桔梗总皂苷含量在5.5%以上,95%置信区间的优化施肥量为N 113.37～140.12kg/hm2、P2O585.96～153.44 kg/hm2、K2O 76.86～136.38 kg/hm2;桔梗高产优质高效栽培最优施肥量为N 113.37～119.41 kg/hm2、P2O585.96～134.39 kg/hm2、K2O 78.80～136.38 kg/hm2,N、P2O5、K2O的最优施用量配比为1∶0.72～1.18∶0.66～1.20。

紫色土表土结皮发育特征的试验研究

通过模拟降雨试验,探讨了紫色土表土结皮的发育特征。结果表明：有、无雨滴打击下,紫色土在30min内均形成稳定结皮层,厚度约7～8mm;淋移作用是紫色土形成结皮的主导作用,降雨打击使表土在降雨前期迅速形成致密薄层,抑制了淋移作用并使盖网处理的结皮容重略高;孔隙的剖面分布对入渗、抗剪强度有较大影响,表现在发生层总孔隙度低但分布均匀的盖网处理具有更强的入渗能力,且由于降雨初期未发生致密上层使其抗剪强度略低。

黄土高原半干旱区集雨补灌生态农业研究进展

黄土高原半干旱地区在中国旱作农业生产中占有重要地位。干旱缺水与水土流失并存是制约该区域经济发展的两大瓶颈因素。水保农业和径流农业两种旱作农业生产方式已趋于成熟,但对天然降水调控利用能力低下,难于实现农业生产的优质高产高效。集雨补灌生态农业是在继承水保农业和径流农业成功技术基础上,对降雨调控利用方式的进一步发展,它能在时间和空间两个方面实现降雨径流的富集叠加,能充分发挥环境资源与水肥光热因子的协同增效作用,大幅度提高农业生产力,实现同步缓解干旱缺水与水土流失双重目标。集雨补灌是黄土高原半干旱区农业可持续发展的一种综合模式和战略性措施,对黄土高原半干旱区生态型现代农业发展具有重要推动作用。

黄芩干物质累积和氮磷钾吸收、分配规律研究

为了探讨黄芩干物质累积和氮、磷、钾吸收与分配的特点及两者间的相互关系,通过田间试验和采样分析,研究了黄芩不同生育期植株的干物质和氮、磷、钾累积量。结果表明,黄芩干物质的累积量随生育进程不断地增加,出苗后52～85 d干物质累积量占总累积量的61.62%。在整个生育期,黄芩对K2O的吸收累积量最大,N次之,P2O5最小,N、P2O5、K2O吸收比例约为2.8∶1.0∶2.9,并且黄芩地上部氮磷钾的累积量大于根部,不同生育期,根部N、P2O5、K2O的累积比例呈现增加—降低—增加的趋势。黄芩对氮磷钾的积累量与干物质积累量呈极显著正相关关系。在供试的土壤和施肥条件下,每生产100 kg的黄芩根需要从土壤和肥料中吸收6.34 kg的N,2.60 kg的P2O5,7.02 kg的K2O。

土壤改良剂改土培肥增产效应研究综述

土壤改良剂研究已是近年来国内外广泛关注的热点,在对土壤改良剂发展及其种类进行简要回顾的基础上,对土壤改良剂的改土培肥效应(物理结构、化学特性、生化特性)、作物增产效应及其施用技术进行了较为全面的分析和评述,并提出了目前存在的问题和展望了土壤改良剂的研究趋势。

新型高分子有机硅材料集流效率试验研究

将高分子有机硅材料喷施在夯实的坡面上,在坡表面形成一层致密的防水膜,减少土壤入渗,增加径流量,从而提高了坡面的集流效率,并减少土壤的侵蚀量,是一种简单、方便的集雨方式。本试验以一种新型有机硅材料作为对象,采用室内渗透和室外人工模拟降雨试验,探讨其应用于集雨工程的可能性,并确定其最佳配比和最适宜用量。研究结果表明:硅水最优配比(体积比,文中所有硅水配比均指体积比)在1∶5～1∶7,适宜用量为150ml/m2。当雨强在1.2～1.5mm/min,前期含水率17%左右,干容重为1.3g/cm3左右,其集流效率可以达到70%以上,是对照夯实坡面集流效率的2～3倍,而侵蚀量只是对照坡面侵蚀量的1/5。新型有机硅材料具有集流效率高、成本低、施工简单等优点,在集雨工程中具有广阔的应用前景。

气候变化对中国农业用水和粮食生产的影响

全球气候变暖作为一个不争的客观事实,不可避免地会对中国农业用水和粮食生产产生影响。该文分别采用Palmer干旱指数(PDSI)、单位灌溉面积用水量(GIQ)、单位面积粮食产量(PHGO)作为气候变化、农业用水和粮食生产具体度量指标,分析了中国1949-2005年PDSI、GIQ、PHGO年际变化特征及其相关关系,发现在1949-1983年PHGO和1949-1990年GIQ均与PDSI具有较好线性相关关系,表明气候变化在上述时间段对农业用水和粮食生产影响显著,人为因素(技术进步、政策机制、生产投入等)影响相对较小。依据相关关系对1949-2005年GIQ和PHGO进行预测发现,1991-2005年GIQ和1984-2005年PHGO预测值与实际值拟合程度较差,表明人为因素(技术进步、政策机制、生产投入等)在农业用水和粮食生产中已逐渐占据主导地位,对农业节水平均影响率达27%以上,对粮食增产平均影响率达40%以上。通过技术创新、政策机制保障和生产投入增加等人为因素控制,可在一定程度上缓解气候变化对中国农业用水和粮食生产带来的负面影响。

长江上游川中紫色土丘陵区小流域泥沙输移比空间尺度效应研究

应用分形理论空间尺度效应原理,采用^(137)Cs同位素示踪法测定小流域多年平均侵蚀模数和调查紫色土丘陵区不同小流域多年平均淤积模数的方法,探讨了泥沙输移比与小流域集雨面积的关系,得出了长江上游川中紫色土丘陵区小流域泥沙输移比空间尺度效应泥沙输移比(SDR)统计模型。经验证,该模型可用于估算紫色土丘陵区资料短缺小流域的输移比和产沙量。