黄土高原地区水土流失对土地利用和降水变化的响应

[目的]为阐明不同降雨类型下各土地利用类型产流产沙规律,评估不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效益。[方法]基于黄土高原地区自然降雨条件下31个径流场连续2年(2015—2016年)的径流量和土壤流失量监测数据,探讨不同土地利用类型(农地、撂荒地、人工草地、自然草地、灌丛地、人工林地)的产流产沙特征,明确不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效率。[结果]年降雨尺度下撂荒地径流量与土壤流失量最大(30 mm,86 t/hm^(2)),人工林地最小(8 mm,24 t/hm^(2)),其他土地利用类型无显著差异。次降雨尺度下,通过聚类分析根据降雨历时、30 min最大降雨强度和降雨强度将120场降雨分为3个降雨类型。降雨类型Ⅰ:降雨历时适中(749 min),降雨量适中(35.4 mm),降雨强度适中(16.9 mm/h);降雨类型Ⅱ:降雨历时短(222 min),降雨量适中(25.2 mm),降雨强度大(23.8 mm/h);降雨类型Ⅲ:降雨历时长(1451 min),降雨量大(40.6 mm),降雨强度低(11.5 mm/h),发现径流系数在3种降雨类型下表现为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,土壤流失量表现为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。降雨类型Ⅰ灌丛地产生的径流系数显著高于其他土地利用类型,达到17.7%,是人工林地的2.36倍;降雨类型Ⅱ下各土地利用类型径流系数无显著差异,平均径流系数为19.9%;降雨类型Ⅲ撂荒地、人工草地、自然草地与农地的径流系数(平均14.3%)显著高于灌丛地与人工林地(平均9.0%);农地、人工草地、灌丛地和人工林地在降雨类型Ⅱ产生的土壤流失量(3.94,0.87,1.06,1.08 t/hm^(2))>降雨类型Ⅰ(1.60,0.60,0.59,0.63 t/hm^(2))>降雨类型Ⅲ(0.09,0.20,0.06,0.04 t/hm^(2))。[结论]在黄土高原地区,中低雨强的中长历时降雨条件下人工林地是有效控制水土流失的首选,在短历时强降雨条件下灌丛地与草地水土保持效果较好。

毛乌素沙地不同植被恢复类型的土壤碳水效应

[目的]探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳和水分含量特征及其关系,为毛乌素沙地植被恢复类型的选取提供科学依据。[方法]以毛乌素沙地自然恢复草地及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,分析不同植被恢复类型对0-5.0 m土层土壤剖面碳、水的影响及其相关性。[结果](1)植被恢复增加土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0—0.2 m土层显著高于深层,表现为表聚效应;随着土层深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低;沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在0.8—2.2 m土层范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1.0—3.0 m土层,具体亏缺程度为沙柳×樟子松>樟子松>沙蒿×沙柳>沙柳>草地>沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素;土壤有机碳含量与土壤含水量在0—5.0 m土层范围内负相关。[结论]植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗水分最少。因此,从土壤固碳和保水2个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。

利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量,探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物,验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明:土壤介电常数随容重的增大而增大,随土壤含水量的增加而减小;黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述,其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比,精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同,且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大,坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。

植物根系对鄂尔多斯矿区排土场边坡产流产沙特征的影响

为探讨鄂尔多斯矿区排土场边坡不同植物根系对产流产沙特征的影响,采用原位放水冲刷试验研究不同植物根系(须根系、直根系、须根系—直根系混合)排土场边坡面的细沟侵蚀水动力学特征和产流产沙特征。结果表明:1)冲刷过程中不同植物根系小区的径流流速、阻力系数、径流剪切力和径流功率呈现不同的变化趋势,须根系和直根系均使坡面径流流速、径流剪切力和径流功率降低,须根系使阻力系数增大,直根系则相反。2)须根系小区的平均产流率最小;不同植物根系均使坡面产沙率降低,各小区平均产沙率减少51.28%~69.40%。3)根系有效降低土壤剥蚀率,须根系小区的最大减蚀率达71.1%。4)各小区临界径流剪切力和临界径流功率分别为0.04~1.28 N/(m·s)和0.02~0.25 Pa,2组临界值从大到小排序均为须根系小区、直根系—须根系混合小区、直根系小区和裸地小区。研究结果可为该区排土场边坡水土流失防治提供依据。