坡耕地土壤侵蚀研究进展
第15卷第3期2001年9月
水土保持学报
Journal of So il and W ater Conservati on
V o l.15N o.3
Sep.,2001
坡耕地土壤侵蚀研究进展①
傅 涛,倪九派,魏朝富,谢德体
(西南农业大学资源与环境学院,重庆400716)
摘要:论述了坡耕地土壤侵蚀的机理、研究方法及防治措施,分析了坡耕地泥沙、径流、养分流失的特征及影响
因素,认为坡耕地是水土流失的主要来源,在整个生态环境建设中具有重要地位。目前国内外研究多偏重于坡面
水土流失特征的描述和控制坡面水土流失、提高土壤肥力的效果等,研究方法以定性和统计分析为主,在坡耕地
水土流失机理、养分流失所造成的面源污染、坡面流失定量预测模型以及控制措施与坡面的相互作用等方面还需
作更深入的研究。
关键词:坡耕地; 土壤侵蚀机理; 防治措施
中图分类号:S157.1;S157.2 文献标识码:A 文章编号:100922242(2001)0320123206
Recen t D evelopm en t of Slop i ng F ield Erosion
FU T ao,N I J iu2pai,W E I Chao2fu,X IE D e2ti
(Colleg e of R esou rces and E nv ironm ent,S ou thw est A g ricu ltu ral U niversity,Chong qing400716)
Abstract:T he p rogresses of slop ing field ero si on,study m ethods and of p reven tive m easu res are summ a2 rized.T he m echan is m and affect facto rs of sedi m en t,runoff and nu trien t lo ss on the slop eland su rface are an2 alyzed resp ectively.T he slop ing fields w ere the m ain sou rce of sedi m en t,runoff and nu trien t lo ss.M o st of the research w o rk s focu sed on the p reven ti on so il and w ater lo ss on the slopeland su rface and i m p rovem en t of so il fertility.M o st of the study m ethods w ere qualitative and statistics analysis.How ever,studies on the m echan is m of so il and w ater lo ss and nu trien t lo ss,the m odel of quan titative analysis w ere scarce yet,the fu rther studies shou ld pay m o re atten ti on to the p rocesses of runoff and sedi m en t yield,so as to study the m echan is m of slop e ero si on and bu ild the p rocess2based m odel of w ater ero si on p redicti on.
Key words:slop ing field; m echan is m of so il ero si on; m easu res of p reven ti on and cu re
坡面侵蚀过程包括降雨溅击和径流冲刷引起的土壤分离、泥沙输移和沉积3大过程,研究和分析这些过程发生、发展的水力、土壤、地形条件以及各过程间相互转化、相互影响的机理,是建立土壤侵蚀物理模型的前提。我国在该领域的研究较少,同时我国山丘面积占总面积2 3,坡耕地在我国耕地面积中占有很大比例,陡坡农耕地是重要的农业资源。近年来,坡耕地水土流失受到越来越多学者的关注。大量资料表明,一方面坡耕地是大量江河泥沙的主要来源;另一方面,坡耕地严重的水土流失使山区丘陵土层变薄,养分流失,保水能力变差,使大多数坡耕地生产力低下,严重阻碍山地丘陵区农业可持续发展,使广大山区农民无法脱贫致富,更造成恶性循环,加速坡耕地的水土流失。因此,根据我国实际情况,开展坡耕地土壤侵蚀分离、输移和沉积过程及其关系的研究,对于建立具有我国特色的土壤侵蚀模型,进而指导水土保持生产实践具有十分重要的理论和生产意义。目前对坡耕地土壤侵蚀研究大多集中在3个方面,一是对坡耕地土壤侵蚀的方法研究,包括实验研究方法和土壤侵蚀评估方法,二是对坡耕地土壤侵蚀机理的研究,三是对减轻坡耕地土壤侵蚀措施的研究及评价。
1 研究方法
1.1 试验研究方法
常见的研究方法可分为室外和室内两大类[1],室外方法通常是选择比较规则、具有代表性的坡面,在坡面上根据研究目的需要,建立相应的观测小区。小区的宽度多在1～5m之间,基本要求是小区能够完整地反映地形地貌特征,小区的长度也与试验目的密切相关,有的长3～5m,有的则长达10m以上。试验时多采用模拟降雨结合放水冲刷,或者在自然降雨条件下观测。试验时测定径流量和泥沙量,同时采集径流样和泥沙样,用于
①收稿日期:2001204209 3重庆市科委资助项目“三峡库区坡耕地水土流失机理及预测评价建模”(编号410586)
作者简介:傅涛,男,生于1972年,博士生。主要从事水土保持与土地资源等方面的研究工作,发表论文11篇。
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各种试验目的的分析。
由于野外观测实验主要取决于天然降雨情况,特别是在一些少雨地区,每年产生径流的次数有限,使径流小区观测实验工作受到很大限制,数据积累很慢,远远不能满足需要,因此,必须采用室内模拟降雨装置。室内模拟降雨装置系统主要功能是对室内有控条件下二维坡面降雨过程中的产流规律、土壤水分运动规律、土壤溶质迁移及其相互作用进行模拟试验,研究各因子的内在机理,它是利用水文、土壤物理和电化学的方法对自然现象的变化过程进行观测预报。常见实验装置系统由降雨系统、实验土槽装置、坡度调节系统、土壤水分测量系统、径流量测定系统、泥沙含量或径流溶液采样装置、坡面土壤溶质在线测量系统7个部分组成[2]。
在室内和室外实验中一些新技术和新方法的应用,大大提高了坡面土壤侵蚀的研究精度和深度。如全沙含量在线监测,是根据置换称重法的原理,通过特殊设计的传感器与微机数据采集处理系统相结合的测量方法,具有测量范围宽,适应流量下限低,测量精度不受泥沙粒度的影响,并且具有自动按时间顺序记录含沙量变化全过程的特点。其它新技术如康绍忠[3]利用时域反射仪和中子仪进行了积水入渗条件下土壤水分动态变化的观测。于东升等[4]利用Guelph入渗仪研究了我国南方低丘不同土地利用方式下富铁土的土壤渗透性。此外,核示踪技术作为一种新技术、新方法应用于土壤侵蚀研究,使土壤侵蚀研究进入了一个新的阶段,并且使精确地监测泥沙来源成为可能,近年来发展较快的有137C s和210Pb示踪法、稀土元素定位土芯Eu示踪法等方法[5]。1.2 土壤侵蚀评估方法
土壤侵蚀评价模型的研究可以说是随着对土壤侵蚀过程的深入研究和了解而不断发展的,现已实现了由估算单一坡面(地块)的土壤侵蚀模型,向估算流域内的土壤侵蚀和沉积模型,再向区域乃至国家范围内的水土流失估算模型转移,以及由经验型模型向分析型、确定型模型的转移,从统计模型向描述过程的物理模型的转移。统计模型是基于侵蚀过程的重要因子统计分析,一般不考虑侵蚀过程,只产生大概可能的结果;而物理模型用数学物理关系描述侵蚀过程,在理论上较之统计模型更为精确。按评价目的不同土壤侵蚀模型又可分为土壤侵蚀评价模型和水土保持效益评价模型。
土壤侵蚀统计模型可以说是时间分布模型系统,它可以进行年土壤侵蚀量计算,也可以用次暴雨土壤侵蚀量模型逐场进行降雨计算,然后把全年各场降雨的土壤侵蚀量累加起来,得到年土壤侵蚀量,这种方法不仅考虑大暴雨,也考虑中小降雨。通用土壤流失方程式U SL E是最具代表性的土壤侵蚀评价统计模型,我国学者分别提出了其在不同地区的应用参数,用以计算坡面和流域的年土壤侵蚀量和次降雨土壤侵蚀量。土壤侵蚀统计模型可以描述一次降雨过程的土壤侵蚀量,但不能描述一次降雨过程中任一时刻的土壤侵蚀量,也不能称为过程模型。而土壤侵蚀评价物理模型则可以描述土壤侵蚀时间和空间尺度上的流失状况,因此目前多采用物理模型进行土壤侵蚀评价。物理模型又可分为集总型参数模型和分布型参数模型,它们的区别在于对侵蚀过程的不同描述。集总型参数模型是描述流域的总体或平均行为,试图通过计算整个流域的有效值来评价空间变化参数的影响,常见的方法是面积加权平均,模型的构造者试图把所有的空间非一致性影响集总或浓缩进数学上的等面积点的系数值。而分布型参数模型反映的是土壤侵蚀的时空变化过程,能兼容小区实验研究出的关系,并试图把参数变化的流域(区域)分布数据和计算算法进行合并以评价这种在模拟行为上的分布影响。近些年来,随着地理信息系统的引入和现代计算机内存、速度的不断提高,分布型参数模型也变得更具有实用性。目前比较有代表性的物理模型有CR EAM S(农业耕作制度下化学径流和侵蚀评价模型,Kn isel,1980),AN S W ER S(流域环境非点源响应模型,B easley et al,1980),AN GPS(农业径流非点源泥沙模型Young et al,1989), K I N ERO S(动力侵蚀模型,1981),EU RO SE M(欧洲土壤侵蚀模型,1994),W EPP(水力侵蚀预报模型,1991～1994)等等。
上述物理模型代表了目前土壤侵蚀定量评价的研究方向,比统计模型功能强大得多,特别是能连续模拟土壤侵蚀过程,其中W EPP将逐渐取代通用土壤流失方程式U SL E。但这些模型也存在一些共同问题,首先对侵蚀过程的描述有待改进,应在实验研究和统计分析的基础上,利用理论分析和试验方法,研究土壤侵蚀的过程,以土壤的内在理论性质为指标,用数学方法进行定量描述,以增加模型的通用性。其次,模型的空间分析能力有限。模型的目的是对水土保持和管理提供支持,所以必须在流域尺度上而不仅仅在坡面尺度上研究和分析土壤侵蚀、水文过程及其空间变异。为此应将模型与G IS集成,以便精确地描述土壤侵蚀在流域内的空间变异。第三,目前的模型还不能直接利用遥感数据。数据是模型的关键,而遥感数据具有动态化和综合性等特点,对较大面积的现状调查和动态监测都是十分有用的,所以现代土壤流失模型必须能直接利用遥感数据。
2 坡面土壤侵蚀机理
2.1 坡面土壤侵蚀过程
坡面土壤侵蚀包括从土壤表面分离土壤物质以及搬运这些土壤物质两方面。而郑粉莉认为西北黄土区坡面侵蚀产沙过程可分为4个明显阶段,即溅蚀阶段、细沟间侵蚀阶段、细沟侵蚀为主阶段、雨后径流侵蚀阶段[6]。实质上坡面土壤侵蚀过程就是分离和搬运的过程。雨滴打击力对土壤的分离和搬运被认为是溅蚀,而土壤表面薄层水流对土粒的分离和搬运则被认为是冲蚀。H udson 认为雨滴打击土粒的分离能力远远高于薄层水流的分离能力,因为降雨动能是表层水流势能的260倍。但实际上通过雨滴击溅冲刷的土粒是极少的,大多数土表疏松物是通过表层水流以细沟间侵蚀的方式冲走。Guy 等认为85%的表层土壤是通过表层水流冲蚀掉的,只有15%的土粒是直接被雨滴溅蚀的。一般认为,雨滴打击使坡面表层土壤处于分散状态,最初形成的地表径流将会带走大量泥沙,并随着坡度增大土壤侵蚀量将会急剧增加。
多数研究认为,侵蚀泥沙对细颗粒具有富集现象。M eyer 发现,由于团聚体的作用,未分散与分散的泥沙颗粒大小的分布不同。Young 认为一次总侵蚀量较大时,泥沙粒径分布更接近于原土壤分布。而黄丽等在长江流域侵蚀紫色土上的研究认为,流失泥沙中<0.02mm 的团聚体和<0.002mm 的粘粒大量富集,侵蚀量较大时,泥沙颗粒趋向于降雨前表土的粒径分布[7]。
影响坡面土壤侵蚀的主要因素是降雨和土壤抗蚀性。降雨动能(K E )对土壤侵蚀的影响已有很多的研
究,这些研究表明,土粒的分离与雨滴的K E 呈线性正相关,大量的分离发生在K E >2.5kJ m 3时。A gassi 研
究溅蚀和冲蚀后报道,在交换性钠含量为1%的土壤承受降雨动能K E <16kJ m 3时和交换性钠含量为11%
的土壤承受降雨动能K E <10kJ m 3时的冲蚀量相对较低,而降雨动能K E 高于上述值时,随着K E 的增大,
土壤冲蚀量将显著增加。此外,土壤结皮和低入渗率(IR )是初始产流产沙的主要原因。暴露在雨滴打击下的土壤结皮形成过程有2个方面,一是物理分化土壤团粒结构,二是对粘粒的物理化学风化使它们进入0.1～0.
5mm 孔隙处阻塞输水通道。当土壤承受极低的雨滴击溅动能(K E <0.01kJ m 3)时,土壤表层不会形成结皮,
但降雨动能大于23kJ m 3时,土壤形成极低入渗率的表层结皮。土壤结皮、
入渗率和表层径流还受到水质和阳离子交换量的影响,水中低电解质浓度和土壤阳离子交换量高可增加粘粒的分散和移动,造成土壤结构破坏,减少土壤入渗率。M oo re 和Singer 用3个阶段来解释土壤结皮和侵蚀过程的关系。在第1阶段(径流形成前),雨滴对土壤打击造成土粒分散发生溅蚀和结皮。在第2阶段(径流形成),径流对土粒的冲蚀开始并稳定增加。第3阶段时,土壤形成结皮并有稳定径流,冲蚀继续增加并达到最高,溅蚀则减少到最低。
2.2 坡面径流损失
坡地产流实质上是水分在不同下垫面中各种因素综合作用下的发展过程,也是下垫面对降雨的再分配过程。降雨产流后,径流顺坡向下运动,分别形成坡面流、细沟、浅沟流及沟道流等多种水流类型,在其作用下相应形成了片蚀、坡面细沟侵蚀及沟道侵蚀等土壤侵蚀方式和类型。国内外学者对坡地产流过程作了大量的野外观测和试验研究,郑粉莉利用人工模拟降雨实险得出,降雨动能对坡面侵蚀过程影响的机理为消除雨滴动能后,使得土壤表面结构被破坏的程度减轻,不易形成结皮,利于降雨下渗,一方面导致坡面径流发生的时间推迟,发生细沟侵蚀的临界流量增大;另一方面,导致发生细沟的时间推迟,使发生细沟侵蚀的临界降雨量相应增大;同时,由于坡面径流量减少,使坡面侵蚀能量减少[6]。宋孝玉等则以径流小区的观测资料为依据,对陕西长武不同下垫面条件农田产流产沙规律及影响因素进行了分析,指出降雨强度、降雨历时、坡度和覆盖条件是影响黄土沟壑区农田产流产沙的最主要因素[8]。阮伏水等研究了花岗岩不同土地利用类型坡地产流和入渗特征,确定了不同利用类型坡地临界产流降雨标准。吴普特和周佩华采取了人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层水流侵蚀进行了系统研究,认为薄层水流仍属层流范畴,定义为搅动层流,其流动形态为超临界流[9]。黄明斌和李玉山分析了坡地农田降雨产流过程,提出了一种利用降雨产流资料计算坡地单元平均入渗率的方法,计算结果表明,农田土壤平均入渗速率随坡度的增加呈指数曲线下降[10]。孙三祥在黄土坡地上分析了定雨强作用下,溅蚀量与下渗量的关系,提出F -A s 关系计算模型,指出当实际溅蚀量大于临界值时,下渗量F 与溅蚀量A s 呈线性正比关系,当实际溅蚀量小于临界值时,F 与A s 呈非线性反比关系[11]。张科利与秋吉康宏研究了坡面细沟侵蚀发生的临界水力条件认为,径流的弗罗德数可作为反映细沟侵蚀发生的水动力临界参数,弗罗德数大于1是细沟形成的水动力临界条件[12]。由于坡面径流流层薄,流态复杂,而流水的水力学特征一般包括流态、流速分布、阻力规律及运动过程,同时降雨、地表糙度及微地貌对水流有干扰作用。因此国外研究者对坡地产流的研究也主要是从水文学、水力学与土壤侵蚀等角度进行的。Emm ett (1970)从实验的角度对坡面流的水力学特性进行了详细分析。Yoon (1971)也根据实验资料,分析了坡面流的阻力规律。Fo ster (1984)及Sadegh sian (1990)曾
5
21第3期傅涛等:坡耕地土壤侵蚀研究进展
621水土保持学报第15卷
通过不同条件下的实验研究和理论分析探讨了细沟的流速及分布、水力半径及阻力系数的表达式。Gerard (1992)根据野外调查和实验研究建立了细沟流的流量、流速与过水断面面积间的关系。F reeze(1978)系统地提出了坡地水文模型。
大量试验研究证明,坡面降雨入渗和产流是一个复杂的过程,它至少与下面几种因素有关:土壤因素、土壤初始含水率、地表结皮、降雨因素、下垫面状况、灌水方法和温度及水质(如污水灌溉)对入渗和径流的影响。2.3 坡面养分流失
由于坡面土壤养分流失体现了坡地养分过程的最大特点,对土壤肥力及面源污染影响最直接,观测和实验易于实现,目前是养分过程研究的核心。坡面土壤养分流失可分为坡面流失和地下流失,按流失方式又可分为侵蚀泥沙和径流携带两个部分。国内外多数研究集中在各种形态的氮、磷养分流失,不过在控制养分流失方面多限于水沙效应。如黄丽等认为三峡库区紫色土坡地土壤养分流失的主要途径是通过流失的土壤细粒带走,因此控制养分流失关键是控制粒径<0.02mm土壤细粒的流失[7]。但王兴祥等在红壤缓坡耕地上的研究表明,有效养分损失以径流携带损失为主。王兴祥同时认为氮素有较高的养分淋失率,磷素几乎不发生淋失,钾则介于其间。而许峰、黄闫泉等认为在干旱半干旱地区一般只有地面流产生,在湿润地区则还有地下径流和壤中流的产生,且径流携带大量的溶解态污染物[13～16]。W AN Y et al在夏威夷的研究认为,团聚性良好的土壤,其流失泥沙中团聚体粒径与有机碳、交换性磷的富集关系密切,流失泥沙中细粒团聚体的富集是表土团聚体破裂及径流选择性搬运造成的。Chadiri H et al认为,雨滴对表土团聚体的打击是大量细粒产生及其以后在流失泥沙中富集的直接原因。关于坡面养分地下流失的研究,由于运动过程的复杂性和实验手段的限制,坡面土壤养分的剖面垂直淋溶、侧向壤中流及植物根系间的养分运动在国内的研究极少。H ubbard R K et al用水井中地下水的NO3-N等含量动态来测量护岸林地对NO3-N迁移的拦截作用,是国外研究地下径流养分迁移的典型方法,其研究认为,NO3-N的向下淋失可能造成环境危害,不容忽视。
影响坡面土壤养分流失的因素很多,除气候、降雨因素通过影响径流泥沙量来影响养分流失外,地形因素对土壤养分流失的影响不容忽视。蔡强国等讨论了黄土高原小流域侵蚀产沙的垂直分带规律,认为不同地貌部位土壤水分特性,坡面产沙、产流特点不同。杨武德等对林地红壤肥力的研究也表明,土壤侵蚀过程中不同地貌部位的土壤养分富集特点不同,下坡土壤养分明显富集。郑剑英等在地带性黑垆土上发育的幼年性黄绵土上也得出同样结论。王百群等探讨了地形因素对黄土坡地土壤养分流失的影响,其研究表明,有机质、速效氮、磷、钾养分流失强度与坡度,有机质流失强度与坡长呈指数函数关系[17]。Shaver等在A laska北部一个坡面上对异质景观间养分流的研究表明,1年内在从坡顶到坡底由6个不同生态系统组成的景观内,土壤径流的N和P动态变异明显。Gib lin等研究表明,土壤N和P的有效性在北极地形梯度上变异显著,并且与地形的位置和植被紧密相关。因此不同的坡度、系统空间结构(主要影响坡长因素)与地貌部位侵蚀泥沙和径流携带的养分迁移、滞留具有不同的特点,这对于小流域水土保持规划,空间结构设计、布置和施肥是不应忽视的。此外,土壤环境也是影响坡面土壤流失的一个重要因素。A schm ann S G et al认为磷的流失可能发生在砂土,富含有机质的土壤以及过量施肥(包括过量施有机废料)造成磷素过剩的土壤上。在这些情况下的磷素流失有可能因为大暴雨或大范围的灌水和排水而加重。Gbu red等认为,产生严重径流的坡面可能比产生低径流量的坡面流失较多的磷素,但流失的磷素主要依附在土壤的颗粒上。毕银丽等研究了黄土丘陵区坝地和坡地土壤环境后也认为,坝地土壤有明显层次构型,上轻下粘,有利于土壤养分的存贮。而坡地土壤无明显层次,养分贮量远低于坝地中粘层与富粘层,故坝地与坡地上层养分差异不大,30c m以下坝地养分贮量远高于坡地。同时坝地土壤肥力形成以粘粒化过程为主,养分间协调性较好,坡地土壤以有机质积累为主,养分相对处于离散状态,更易流失[18]。
国外除研究坡面养分流失特征及影响因素外,还进行了坡面土壤养分管理研究,通过估算投入产出比,旨在获得最高效益。如降低或分散氮肥施用量,进行土壤氮素测定,存储和归还有机物等等。其它还有估计土壤氮素承受量以及作物归还土壤氮量来决定不同作物施氮量等。L egg et al对比研究了在4种耕作制上进行氮素预算的养分管理与不进行养分管理的无节制施氮的后果。在坡面养分管理中养分流失和回归的动态预测和效益评价的研究较少。目前对坡面养分动态预测的模型不多,近年有SCUA F、W END、A SL T等。SCUA F(So il Change U nder A grofo restry)是面向农业技术部门应用为主的预测模型,要求输入的参数包括土壤性质和系统各组分生物量、自然界和人为养分输入等,适用于养分管理中长期(5年以上)养分预测。N elson R et al应用SCUA F在预测植物篱—农作系统养分及生物产量的基础上作了农林复合经营的经济评价。W END(a W ater2 shed E ro si on N u trien t D ynam ics m odel)是一个流域尺度下的养分动态模型,主要是模拟流域养分循环和输出
的动态模型。A schm ann 应用W END 估算了美国佛蒙特州W inoo sk i 流域的磷素循环。目前国内对此研究甚少。
3 坡耕地治理措施
3.1 耕作措施
目前研究较多的耕作措施是横坡耕作和等高植物篱技术。横坡耕作是通过改变耕种方向对地面作物、地面粗糙度、土壤通透性以及降雨入渗等起作用以减少坡面水土流失。横坡耕作通过对地表径流的层层拦截,增加入渗,其防止水土流失的作用是有效的。K iepe 等在热带地区的试验表明,采用横坡耕作后,93%～98%的土壤流失得到控制。横坡耕作控制养分流失主要通过增加入渗来减少径流及其携带的泥沙流失实现的,因此国内外对坡耕地横坡耕作的研究主要集中在通过横坡耕作减少坡面径流泥沙流失的效果上。据方继有等研究,采用聚土覆盖垄作可控制坡耕地径流量98.6%～99.1%,减少土壤侵蚀量93.1%～95.8%。彭世琪研究表明,聚土垄作在四川省5°以下坡耕地可减少土壤流失45%～49%。此外,横坡耕作还可以有效改善坡耕地土壤肥力,杨文元等在四川紫色土坡耕地上采用格网式垄作法增产粮食4%～7%,彭世琪在四川坡耕地上采用聚土垄作栽培也增产粮食17.1%左右。
坡耕地治理中另一个重要措施是等高植物篱技术。坡地等高植物篱是当前坡地农林复合经营的最主要方式之一,它在减轻坡地土壤侵蚀方面的效果接近于田间工程措施,而在控制面源污染、增加系统产出和低投资等方面的优势则为后者所不及[19]。近年来在包括我国在内的世界各地热带雨林至温带山区均已获得广泛应用。它的主要形式是在坡面上以一定间隔,沿等高线条带状密植多年生灌木、草本植物或灌木化乔木,这种植物篱笆能拦截沿坡面下移的固体物质,使其在篱笆后堆积,逐渐减少篱笆带间的坡面坡度,同时可以减缓坡面水流速度,增加入渗,如果种类适当,还能提供有用的产品或起到改良土壤的作用,在篱笆带之间通常可种植1年生作物。等高植物篱的主要作用是防止坡面水土流失和改善土壤肥力,如湖北姊归各种植物篱试验,三峡库区植物篱种类试验,四川宁南的新银合欢和山毛豆活篱笆试验以及西南山区固氮植物篱试验等[20～21]。另外,等高植物篱还能提供薪炭、绿肥、饲料、药材、蜜源、造纸原料等有经济价值的产品,这些植物措施所特有的优势是工程措施无法比拟的。在坡耕地等高植物篱技术中植物的种类选择及其水平空间结构设计是构造等高植物篱作物系统技术中的两个重要内容。施迅等人在实验基础上总结了选择植物的若干标准,包括生态适应性、生态效益、经济效益和对农作物的不利影响等方面,并从带间距、带内结构和株距几方面对植物篱水平空间结构进行了初步理论探讨。许峰、黄闫泉等则分别研究了植物篱带间距和结构对坡面土壤养分分布的影响[15,19]。
其它耕作措施还有梯田起垄覆膜微集流耕作措施、坡地农业技术(SAL T )、免耕覆盖等措施,但多数研究集中在实施这些措施后的增产效果上[22～23],对这些措施如何控制坡面侵蚀的机理研究颇少。
3.2 化学措施
目前治理坡耕地水土流失主要从工程措施、耕作措施等方面着手,但有时存在着投资大、周期长、见效慢等不足。近年来,化学措施防治水土流失已成为一个新的研究领域。自B ear 在1951年率先提出名叫K rilium 的化学改良剂以来,其它化学改良剂陆续被报道,但并不是所有的都被证明有效,而且大多数有效的又因太昂贵而无法用于农业生产。随着研究的深入,化学改良剂也逐渐发展起来。D e Boodt 把化学改良剂定义为“通过适当的耕作使不良土壤结构得以改善,并通过施用一种天然或合成的化学改良物质而使这种改善后的结构得以稳定”。因此化学改良剂又称土壤结构改良剂,它的用途是提高土壤水和空气的利用效率,使土壤结构稳定并不断得到改善。现在对化学改良剂的研究主要是提高施用技巧和降低使用率。国外相继出现了一批新兴的较为便宜的结构改良剂用来改善土壤结构,例如聚丙烯酰胺(Po lyacrylam ide )、甲基丙酰胺(M ethacrylate )、艾莫利尔硫酸盐(Amm on ium -Su lfate )、磷硫酸钙(Pho sp hogyp sum )等等。这些新一代结构改良剂具有效果好、价格低、施用方便(如可利用灌溉水施用)等优点。目前对化学改良剂的使用有不少的研究报告,如M o stagh i m i et al 在V irgin ia 的壤土上施用结构改良剂后发现,施用改良剂与对照相比,土壤产生的可推移泥沙由27.7kg 减少到19.3kg ,而径流量则没有显著变化。但F itch et al 在Illino is 粘壤土上所做的试验表明,对照和施用改良剂处理后的土壤结构并没有差别。最近Su therland 和Ziegler 也报道结构改良剂可有效减少溅蚀,但仍无法得出施用艾莫利尔硫酸盐(Amm on ium -Su lfate )可保持土壤结构稳定的结论。我国学者夏海江等在辽宁的试验表明,坡地施用聚丙烯酰胺能减少土壤侵蚀量56%以上,并认为它能减少土壤侵蚀量的原因在于能促进土壤沉降、改善土壤结构、提高土壤水稳性[24～25]。土壤结构化学改良剂作为一种防治坡地水土流失的新途径,已被证实具有良好效果,但对它与土壤可能发生的复杂物理化学作用仍不清楚,今后应侧重于它与土壤相互作用的机
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821水土保持学报第15卷
理。
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土壤侵蚀研究进展
基于 USLE、GIS、RS 的流域土壤侵蚀研究进展 摘要：本文系统地介绍了 ULSE 模型中各侵蚀因子及其相应的算法，总结了国内外研究中获取各因子的新方法，并简要介绍了土壤侵蚀分析研究的新模型及其进展。当前 GIS 和 RS 作为新兴技术在土壤侵蚀分析研究中发挥了重要的作用，文章针对当前 GIS、RS 和 ULSE 在土壤侵蚀评价中的应用，指出了目前 GIS 和RS 在侵蚀研究中存在的问题，并提出了自己的观点和建议。 关键词：通用土壤流失方程( USLE)；土壤侵蚀; RS； GIS This paper systematically introduces ULSE erosion factors of each model and the corresponding algorithm, summed up the researches of a new method for each factor, and briefly describes the analytical study of soil erosion and its progress in the new model. Current GIS and RS as an emerging technology in the analysis of soil erosion has played an important role, articles for the current GIS, RS and ULSE soil erosion assessment in the application of GIS and RS are pointed out in the erosion problems, and put forward their views and suggestions. Keywords: Universal Soil Loss Equation (USLE)； soil erosion; RS；GIS 土壤是地球上生物赖以生存的基本要素之一，土地以及不同质量的土壤生产了超过90%的人类和牲畜所需要的食物。土地退化的日益严重成为制约人类发展的重要因素，土壤侵蚀是其中一个重要原因。土壤侵蚀使土壤肥力下降，理化性质变劣，土壤利用率降低，生态环境恶化。目前全球土地退化日益严重，我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土面积的比例高达38。2%，研究土壤侵蚀的机理，有效地对其进行监控、治理已经成为全球关注的焦点。传统的土壤侵蚀量调查方法耗时、周期长，而且很难确定中等尺度流域的土壤侵蚀量。随着侵蚀过程和机理研究的不断深入以及土壤侵蚀影响因素和侵蚀空间分布规律探讨的不断加强，土壤侵蚀的研究也逐渐走上了多途径、多学科协同研究的道路。但许多定量研究方法长期以来都在坡面和小流域尺度上进行，很难在区域尺度上推广，而美国农业部颁布的在区域土壤侵蚀调查方面富有特色的通用水土流失方程( USLE) 正好弥补了这一方面的空缺。20 世纪 80 年代 USLE 开始引入中国，而且研究人员在探讨坡面和流域土壤流失量的同时，还开始注重应用
坡耕地土壤侵蚀研究进展
第15卷第3期2001年9月 水土保持学报 Journal of So il and W ater Conservati on V o l.15N o.3 Sep.,2001 坡耕地土壤侵蚀研究进展① 傅 涛,倪九派,魏朝富,谢德体 (西南农业大学资源与环境学院,重庆400716) 摘要:论述了坡耕地土壤侵蚀的机理、研究方法及防治措施,分析了坡耕地泥沙、径流、养分流失的特征及影响 因素,认为坡耕地是水土流失的主要来源,在整个生态环境建设中具有重要地位。目前国内外研究多偏重于坡面 水土流失特征的描述和控制坡面水土流失、提高土壤肥力的效果等,研究方法以定性和统计分析为主,在坡耕地 水土流失机理、养分流失所造成的面源污染、坡面流失定量预测模型以及控制措施与坡面的相互作用等方面还需 作更深入的研究。 关键词:坡耕地; 土壤侵蚀机理; 防治措施 中图分类号:S157.1;S157.2 文献标识码:A 文章编号:100922242(2001)0320123206 Recen t D evelopm en t of Slop i ng F ield Erosion FU T ao,N I J iu2pai,W E I Chao2fu,X IE D e2ti (Colleg e of R esou rces and E nv ironm ent,S ou thw est A g ricu ltu ral U niversity,Chong qing400716) Abstract:T he p rogresses of slop ing field ero si on,study m ethods and of p reven tive m easu res are summ a2 rized.T he m echan is m and affect facto rs of sedi m en t,runoff and nu trien t lo ss on the slop eland su rface are an2 alyzed resp ectively.T he slop ing fields w ere the m ain sou rce of sedi m en t,runoff and nu trien t lo ss.M o st of the research w o rk s focu sed on the p reven ti on so il and w ater lo ss on the slopeland su rface and i m p rovem en t of so il fertility.M o st of the study m ethods w ere qualitative and statistics analysis.How ever,studies on the m echan is m of so il and w ater lo ss and nu trien t lo ss,the m odel of quan titative analysis w ere scarce yet,the fu rther studies shou ld pay m o re atten ti on to the p rocesses of runoff and sedi m en t yield,so as to study the m echan is m of slop e ero si on and bu ild the p rocess2based m odel of w ater ero si on p redicti on. Key words:slop ing field; m echan is m of so il ero si on; m easu res of p reven ti on and cu re 坡面侵蚀过程包括降雨溅击和径流冲刷引起的土壤分离、泥沙输移和沉积3大过程,研究和分析这些过程发生、发展的水力、土壤、地形条件以及各过程间相互转化、相互影响的机理,是建立土壤侵蚀物理模型的前提。我国在该领域的研究较少,同时我国山丘面积占总面积2 3,坡耕地在我国耕地面积中占有很大比例,陡坡农耕地是重要的农业资源。近年来,坡耕地水土流失受到越来越多学者的关注。大量资料表明,一方面坡耕地是大量江河泥沙的主要来源;另一方面,坡耕地严重的水土流失使山区丘陵土层变薄,养分流失,保水能力变差,使大多数坡耕地生产力低下,严重阻碍山地丘陵区农业可持续发展,使广大山区农民无法脱贫致富,更造成恶性循环,加速坡耕地的水土流失。因此,根据我国实际情况,开展坡耕地土壤侵蚀分离、输移和沉积过程及其关系的研究,对于建立具有我国特色的土壤侵蚀模型,进而指导水土保持生产实践具有十分重要的理论和生产意义。目前对坡耕地土壤侵蚀研究大多集中在3个方面,一是对坡耕地土壤侵蚀的方法研究,包括实验研究方法和土壤侵蚀评估方法,二是对坡耕地土壤侵蚀机理的研究,三是对减轻坡耕地土壤侵蚀措施的研究及评价。 1 研究方法 1.1 试验研究方法 常见的研究方法可分为室外和室内两大类[1],室外方法通常是选择比较规则、具有代表性的坡面,在坡面上根据研究目的需要,建立相应的观测小区。小区的宽度多在1～5m之间,基本要求是小区能够完整地反映地形地貌特征,小区的长度也与试验目的密切相关,有的长3～5m,有的则长达10m以上。试验时多采用模拟降雨结合放水冲刷,或者在自然降雨条件下观测。试验时测定径流量和泥沙量,同时采集径流样和泥沙样,用于 ①收稿日期:2001204209 3重庆市科委资助项目“三峡库区坡耕地水土流失机理及预测评价建模”(编号410586) 作者简介:傅涛,男,生于1972年,博士生。主要从事水土保持与土地资源等方面的研究工作,发表论文11篇。
土壤侵蚀的估算方法
土壤侵蚀的估算方法 数 据 处 理 流 程 作者：牛健平 时间：2011年10月11日 北京天合数维科技有限公司
目录 （CONTENT） 一、所需数据与参数 (3) 1、所需数据 (3) 2、所需中间参数 (3) 2.1、水土保持因子P (3) 2.2、地标覆盖因子C (3) 2.3、地形因子LS (4) 2.4、土壤可视性因子K (4) 2.5、降水侵蚀因子R (4) 3、所需参数 (5) 3.1、潜在土壤侵蚀量Ap (5) 3.2、现实土壤侵蚀量Ar (5) 3.3、土壤保持量Ac (5) 4、指标结果参数 (5) 4.1、保护土壤肥力的经济效益Ef (6) 4.2、减少土地废弃的经济效益Es (6) 4.3、减轻泥沙淤积的经济效益En (6) 二、处理流程 (7) 1、DEM数据的处理 (8) 1.1、坡长L (8) 1.2、百分比坡度a (8) 1.3、地形因子LS (9) 2、气象数据 (9) 2.1、月降雨量Pi的计算 (9) 2.2、土壤侵蚀力指标R (10) 3、土壤类型数据 (10) 4、遥感影像数据 (10) 5、土壤理性化数据 (11) 三、所需参数的计算 (11) 四、指标结果参数计算 (11)
一、所需数据与参数 在计算的过程中，总共涉及到的数据有地形数据、遥感影像数据、气象数据、土壤类型数据、土壤理性化数据以及统计数据，涉及到的中间参数有水土保持因子P，地标覆盖因子C，地形因子LS，土壤可视性因子K，降水侵蚀因子R，所需要的参数有潜在土壤侵蚀量Ap，现实土壤侵蚀量Ar，土壤保持量Ac，指标结果参数有保护土壤肥力的经济效益Ef，减少土地废弃的经济效益Es，减轻泥沙淤积的经济效益En。 1、所需数据 在进行土壤侵蚀的估算过程中，需要以下数据： A、地形数据； B、遥感影像数据； C、气象数据，主要是降雨量数据； D、土壤类型数据； E、土壤理性化数据； F、统计数据。 2、所需中间参数 在数据处理的过程中，所涉及到的中间参数与计算公式如下。 2.1、水土保持因子P 按照游松财的方法，水田的P值取0.15，其他土地利用方式基本没有采取水土保持措施，因此取值为1.00。 2.2、地标覆盖因子C 地表覆盖因子是根据地面植被覆盖状况不同而反映植被对土壤侵蚀影响的因素，与土地利用类型、覆盖度密切相关。C值的估算采用如下公式：
土壤退化与防治复习题
土壤退化与防治 一.名词解释 土壤退化：指的是土壤数量减少和质量降低。 土地退化：是指人类对土地的不合理开发利用而导致土地质量下降乃至荒芜的过程。 水土保持：是指对自然因素和人为活动造成水土流失所采取的预防和治理措施。 土壤盐渍化：土壤盐渍化主要发生在干旱、半干旱和半湿润地区，它是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程。 沙漠化：是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化 风力侵蚀：土壤颗粒在风力搬运下发生移动造成的侵蚀现象。不但造成表土损失及土地沙漠化，而且导致风沙灾害及环境污染。 沉积作用：物质在风、水和冰川等各种营力作用下进行悬浮、搬运、堆积或沉淀的过程 沙城暴：强风扬起地面的尘沙, 使空气浑浊，水平能见度小于1 km的风沙现象 土壤侵蚀：在风力、水力和重力等外营力作用下土壤物质被分散、搬运和沉积的过程。 二.简答题 1、我国土壤退化的现状及存在的问题 据统计：因水土流失、盐渍化、沼泽化、土壤肥力衰减和土壤污染及酸化等造成的土壤退化总面积约 4.6 亿公顷，占全国土地总面积的 40% ，是全球土壤退化总面积的 1/4 （1）、土壤退化面积广，强度大，类型多 全国总水土流失面积： 1.5 亿公顷，几乎 1/6 国土；荒漠化面积：262 万平方公里，占国土 27.3%；草地退化面积： 8700 万公顷，占全部草地 30% ；全国受污染农田 2000 万亩（2）、土壤退化速度快，影响深远 目前每年损失耕地达 300-600 万亩；荒漠化面积发展速度： 2640 平方公里/年。（3）、局部改善而总体继续恶化；治理速度比退化速度慢 存在的问题：（1）、土壤质量制约，土壤资源短缺、空间分布不均；耕地质量总体较差，自持能力弱；（2）、水资源制约，人均水资源少；分布不均匀。（3）、人口与社会经济的制约2、土壤退化分类 土壤侵蚀、土壤沙化、土壤盐化、土壤污染、土壤性质恶化和耕地的非农业占用。 3、描述土壤腐植质在土壤退化中的作用 土壤中腐殖质的含量大小是衡量土壤性质好坏主要因子之一，腐殖质的含量和土壤有机碳成正比，能够防止土壤退化，其主要作用有：①腐殖质能和土粒形成团粒结构，团粒结构具有蓄水保肥的作用，此外还有良好的通气走廊，土壤可耕性好，是植物的生长良好环境。②腐殖质的存在给大多数微生物提供了适宜的条件，和微生物共生的物种也会增加，物种的多样性能过防止土壤退化。③腐殖质在治理土壤污染方面有很大作用，腐殖质能和许多重金属络合，降低土壤重金属的含量。 4、导致土壤退化的原因分析 1)因自然环境变化和人为利用不当引起土壤肥力下降，植物生长条件恶化和土壤生产力减 退 2)在各种自然的，特别是人为的因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用 和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性暂时或永久性的下降，甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征。 3)因自然环境因素不佳和人为利用不当引起土壤肥力下降，植物生长条件恶化和土壤生产 力减退。 5、土壤退化的后果
基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析
空间信息应用实践（中级）实验指导书 空间建模——基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析 一．实验背景 Soil erosion and gullying in the upper Panuco basin, Sierra Madre Oriental, eastern Mexico 土壤侵蚀是地球表面物质运动的一种自然现象，全球除永冻地区外，均发生不同程度的土壤侵蚀。人类社会出现后，土壤侵蚀成为自然和人为活动共同作用下的一种动态过程，构成了特殊的侵蚀环境背景，并伴随着人类对自然改造能力的增强，逐渐成为当今世界资源和环境可持续发展所面临的重要问题之一。 土壤侵蚀被称为“蠕动的灾难”，每年因土壤侵蚀造成的经济损失较诸如滑坡、泥石流和地震等地质灾害更大, 土壤侵蚀已成为我国乃至全球的重大环境问题之一。
土壤侵蚀及其产生的泥沙使土壤养分流失、土地生产力下降、湖泊淤积、江河堵塞，并造成诸如洪水等自然灾害，泥沙携带的大量营养物和污染物质加剧了水体富营养化，水质恶化，不断严重威胁到人类的生存。 据估计全球每年因土壤侵蚀损失300万公顷土地的生产力，造成的损失以百亿美元计。我国人口众多、农耕历史悠久，加之历史上战乱频仍，以黄土高原为代表的华夏文明发源地是世界上土壤侵蚀最严重的区域之一，1990年遥感普查结果，全国水土流失面积达367万km2，占国土总面积的38.2％，其中50%为水蚀地区，土壤侵蚀以黄土高原、四川紫色土地区和华南红壤地区尤为突出，仅黄土高原地区一处，平均每年流失泥沙就达到16.3 亿t。水土流失已成为中国重要的环境问题，土壤侵蚀研究已成为目前环境保护中的一个重要课题。 土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评价水保措施效益的手段，侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。然而传统预测方法需要在量经费、时间和人力的投入，因此，在一定精度范围内通过有限的数据输入，得到满足要求的土壤侵蚀预测结果成为趋势。80年代以来，随着地理信息系统(Geographical Information System, GIS)的成熟，它开始与土壤侵蚀模型—通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation, USLE) 相结合进行流域土壤侵蚀量的预测和估算，业已成为土壤侵蚀动态研究的有力工具。GIS与USLE 相结合的分布式方法运用GIS的栅格数据分析功能，可预测出每个栅格的土壤侵蚀量，便于管理者识别关键源区，并通过确定引起水土流失的关键因子，针对性地提出最佳管理措施(Best Management Practices，BMPs)，为流域内土地资源的质量评价、利用规划和经营管理等提供科学依据与决策手段。 二、实验目的 模型生成器(ModelBuilder) 为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的GIS 任务。通过对本次练习达到以下目的： ?掌握如何在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化； ?掌握土壤侵蚀理论的基本知识；
土壤侵蚀评价遥感研究进展
收稿日期：2008-12-30；修订日期： 2009-04-12基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目 （KZCX1-YW-08-03）和水利部，官厅密云水库上游水土保持遥感监测二期工程（HW-STB2004-03）资助 作者简介：张喜旺（1979），男，河南辉县人，博士生，主要从事遥感与地理信息系统在水土保持方面的应用研究。E-mail:zxiwang@https://www.wendangku.net/doc/1f1984567.html, * 通讯作者： E-mail:wubf@https://www.wendangku.net/doc/1f1984567.html, 土壤侵蚀评价遥感研究进展 张喜旺，周月敏，李晓松，袁超，闫娜娜，吴炳方* （中国科学院遥感应用研究所，北京100101） 摘要：土壤侵蚀是世界范围内最重要的土地退化问题，对全世界范围内的农作物产量，土壤结构和水质产生负面影响，因此，对侵蚀进行适当评估，了解其空间分布以及侵蚀程度，对政策的制定、治理措施的实施都具有非常重要的指导作用。以遥感在土壤侵蚀中的应用为主线，介绍国内外多种土壤侵蚀评价方法，包括定性的判断和定量的计算。认为虽然遥感因其具有大面积重复观测能力，已经渗透到各种研究方法中，但无论是定性的方法还是定量的方法，遥感往往仅作为数据进行输入，而遥感的潜力并没有得到充分的发挥，遥感多源多时相的能力并没有得到充分的应用。目的是使今后的研究更加重视遥感的空间分析和动态监测能力，以及多源多时相的特性，使遥感真正在方法论上发挥其在土壤侵蚀监测中的重要作用。 关键词：土壤侵蚀；遥感；DEM ；GIS 中图分类号：TP 79：S157 文献标识码：A 文章编号：0564-3945（2010）04-1010-08 Vol.41,No.4Aug.,2010 土壤通报 Chinese Journal of Soil Science 第41卷第4期2010年8月土壤侵蚀是发生在特定时空条件下的土体迁移过程，受到多种自然要素和人类活动的综合影响。水 蚀是世界范围内最重要的土地退化问题，已经成为全球性的公害，通过减少表土层的有机质和养分含量而降低土壤生产力[1]，它通过对农作物产量、土壤结构以及水质[2,3]剧烈地影响着环境，并产生大量的经济损失，直接影响着人们的生活，通过沉积作用淤积江河、湖泊，损害基础设施，威胁人类安全。此外，侵蚀导致土壤以CO 2，CH 4的形式向大气中散射有机碳，从而影响全球变暖[4]。而全球变暖又反过来增强土壤侵蚀率[5]。因此，对侵蚀进行适当评估，了解其空间分布以及侵蚀程度，对政策的制定、治理措施的实施都具有非常重要的指导作用。自从研究土壤侵蚀一个多世纪以来[6]，国内外学者进行了大量的研究，提出了各种各样不同的侵蚀评价方法，包括定性的判断[7,8]以及定量的计算[9,10]。区域尺度的土壤侵蚀评价主要的困难在于数据的可获得性以及数据的质量[11]。遥感具有规则重复观测能力，可以提供了大区域的同质数据[12,13]，是进行环境和灾害动态监测的先进有效的技术手段，可以深刻地了解地表的特征及其变化。而侵蚀退化标志如地表裸露程度、地形地貌、植被覆盖度和土地利用方式的改变等是能够被遥感技术所记录和获取的，因此自20世纪70年代以来，遥感技术就被应用于土壤侵蚀调查。许多研究已经全面或部分地利用卫星遥感数据以许多不同的方式进行侵蚀评估，为方法的完善提供支 持，如光学影像对侵蚀特征[14]、植被[15]的研究，SAR 对地形[16]、 地表粗糙度[17]以及光学影像与SAR 结合对耕作方式的探测[18]等。而传统的土壤侵蚀遥感研究中主要是为了探测侵蚀特征和获取模型输入数据，遥感多源多时相的能力并没有得到发挥，空间分析和动态监测的能力并没有得到很好的应用。本文的目的是对土壤侵蚀评价中遥感的应用方法进行综述，并展望遥感在土壤侵蚀评价中发展趋势。 1 定性方法 1.1 目视判读 目视判读法(目视解译)主要是通过对遥感影像的判读，对一些主要的侵蚀控制因素进行目视解译后，根据经验对其进行综合，进而在叠加的遥感图像上直 接勾绘图斑(侵蚀范围)， 标识图斑相对应的属性(侵蚀等级和类型)来实现的。目视解译是土壤侵蚀调查中基 于专家的方法中最典型的应用。这一方法利用对区域情况了解和对水土流失规律有深刻认识的专家，使用遥感影像资料，结合其它专题信息，对区域土壤侵蚀状况进行判定或判别，从而制作相应的土壤侵蚀类型图或强度等级图，其实质是对计算机储存的遥感信息和人所掌握的关于土壤侵蚀的其它知识、经验，通过人脑和电脑的结合进行推理、判断的过程[19]。我国水土保持部门于1985年使用该方法，采用M SS 影像在全国范围内进行第一次土壤侵蚀遥感调
土壤侵蚀原理_张洪江_试卷4
土壤侵蚀原理_张洪江_试卷4 水保04级B卷 北京林业大学2006—2007学年第一学期考试试卷 试卷名称:土壤侵蚀原理B卷课程所在院系: 水土保持学院 考试班级学号姓名成绩试卷说明: 1. 本次考试为闭卷考试。本试卷共计2页，共六大部分，请勿漏答; 2. 考试时间为120分钟，请掌握好答题时间; 3. 答题之前，请将试卷和答题纸上的考试班级、学号、姓名填写清楚; 4. 第一大题可直接在试题纸上答题;从第二大题开始可直接在试卷上写题号后答题 5. 答题完毕，请将试卷和答题纸正面向外对叠交回，不得带出考场; 6. 考试中心提示:请你遵守考场纪律，参与公平竞争～ 一、简释下列名词(2分/个×10个=20分)。 1.土壤侵蚀: 在水力、风力、温度作用力和重力等外营力作用下，土壤及其母质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全过程。 2.冻融侵蚀: 3.侵蚀沟: 坡面径流冲刷土壤或土体,并切割陆地表面形成沟道的过程，也称为线状侵蚀或沟状侵蚀。 4.侵蚀模数: 2单位面积上一定时间内被侵蚀带走的泥沙量，以t/km?a 表示。 5.土壤侵蚀程度:
任何一种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作用和一定环境条件影响下,自其发生开始,截止到目前为止的发展状况。 6.风力侵蚀: 在降雨雨滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下,土壤、土壤母质及其他地面组成物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。 7.沟壑密度: 2沟壑密度是指单位面积上侵蚀沟道的总长度，常以 km/km表示。 8.开析度: 2开析度是指单位面积上水文网的总长度，常以 km/km表示。 9.允许土壤流失量 小于或等于成土速度的年土壤流失量。也就是说允许土壤流失量是不至于导致土地生产力降低而允许的年最大土壤流失量。 10. 重力侵蚀: 坡面表层土石物质及中浅层基岩,由于本身所受的重力作用(很多情况还受下渗水分、地下潜水或地下径流的影响),失去平衡,发生位移和堆积的现象。 二、试述重力侵蚀的主要形式及其影响因素(20分)。 重力侵蚀的发生机理主要为，由于在下渗水分影响下，土体、岩体等在重力作用下，沿坡面向下运动产生位移(10分)。 当岩土体在重力作用下，其抗滑阻力小于下滑力时，则发生重力侵蚀(8分)。 其影响因素主要为降雨、下渗水分、地形、地质、地震动等(2分)。 三、试述一级土壤侵蚀类型区的划分依据及其大致范围(15分)。 土壤侵蚀类型一级区的划分依据是外营力种类，将全国划分为水力侵蚀类型区，其大致范围为内蒙的阴山以南、青藏高原的东缘线以东地区;风力侵蚀类型
土壤侵蚀量计算模型
. 精品 土壤侵蚀量计算模型 关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。由于USLE 模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。“通用土壤流失方程式”的形式如下： P C S L K R A ?????= 1-1 式中：A ——土壤流失量（吨∕公顷·年） R ——降雨侵蚀力指标； K ——土壤可蚀性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。其单位是， 在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量； L ——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤 流失量的比值； S ——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流 失量的比值； C ——作物经营因子。为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休 闲地）上土壤流失量之比值； P ——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持 措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。 通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
影响土壤侵蚀的社会经济因素研究进展
第30卷第3期2011年03月 地理科学进展 PROGRESS IN GEOGRAPHY V ol.30,No.3Mar.,2011 收稿日期：2010-10；修订日期：2011-01.基金项目：国家自然科学基金项目(40671019，50725930)。作者简介：王红兵(1982-)，男，甘肃静宁人，博士生，从事土壤侵蚀研究。E-mail:hbwang82@https://www.wendangku.net/doc/1f1984567.html, 通讯作者：许炯心(1948-)，男，四川绵阳人，研究员，博士生导师，从事河流地貌研究。E-mail:xujx@https://www.wendangku.net/doc/1f1984567.html, 268-274页 影响土壤侵蚀的社会经济因素研究进展 王红兵，许炯心，颜明 (中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101) 摘要：本文在总结了人为加速侵蚀研究的基础上，介绍了人口增长、政策导向、经济发展和土地利用变化4个方面社会经济因素对土壤侵蚀的影响，概述了国内外对影响土壤侵蚀的社会经济因素的研究方法。在以上综述的基础上提出了以后研究需要深入的3个方面：多学科交叉研究、社会经济学模型研究和区域差异化研究。关键词：土壤侵蚀；社会经济因素；进展 土壤侵蚀是危及人类生存与发展的主要环境 问题之一，因此，土壤侵蚀研究在世界各国受到普遍重视。根据郑粉莉等对土壤侵蚀研究进展的阶段划分，20世纪80年代后，土壤侵蚀的研究在侵蚀产沙过程及其机理研究方面取得了重要进展[1]。土壤侵蚀主要受自然和社会经济两个方面因素的影响，其中自然因素如降雨、植被以及地形等直接影响侵蚀过程，而社会经济因素主要通过对人类活动的影响间接作用于侵蚀过程。由于社会经济因素作用的复杂性，对影响土壤侵蚀的社会经济因素的研究一直是侵蚀产沙研究的薄弱环节。本文从国内外已有的研究成果出发，总结关于人为加速侵蚀量方面的研究，概括对土壤侵蚀产生影响的主要社会经济因素的研究进展，探讨了已有的研究方法，以深化对土壤侵蚀发生机理的认识。 1人为加速侵蚀的界定 自然侵蚀过程受到了人为活动影响而加速发展,进而对土地利用和人类生存环境产生负面影响时,就演变成“人为加速侵蚀”，是人为因素作用的范畴[2]。国内对人为加速侵蚀研究比较多，集中在加速侵蚀量与自然侵蚀量的对比方面。景可等[3]认为全新世以来黄土高原进入侵蚀的发展期，唐朝以前基本属于自然侵蚀，自然侵蚀加速速率为7.9%，唐朝以后，因人类活动而引起的加速侵蚀的速率逐渐递增，到20世纪80年代已经达到25%。陆中臣等[4]采用历史反演法对黄土高原自然侵蚀和人为加 速侵蚀的定量研究表明，黄土高原自然侵蚀量占总侵蚀量70%，而人为加速侵蚀约占30%。贾绍凤[5]根据水土保持规律和有无人类对植被影响进行对比，认为安塞县自然侵蚀占总侵蚀的9.55%，最不乐观占到16.67%，有利时仅占2.03%，说明加速侵蚀的作用明显占主导地位。郑粉莉等[6]通过有林与无林小流域的观测发现林地开垦后，流域的加速侵蚀量是自然侵蚀量的几百倍至几千倍，因此判断黄土高原地区，当人为破坏植被后，人为加速侵蚀在现代土壤侵蚀中占据主导地位。国内对加速侵蚀的研究多选取黄土高原为研究对象，这主要是因为黄土高原从历史上来说植被覆盖的变化较大，现代生态环境脆弱，人类活动影响较为严重。综上所述，在黄土高原地区人为加速侵蚀速率在逐年递增，并在现代土壤侵蚀中占据主导地位。 国外对人类活动引起的土壤侵蚀量也有类似的界定。Hooke [7]研究表明，在美国每年因建筑房屋移动土石方为8亿t 、开矿为38亿t 、修路为30亿t ，此外在农业活动中使7亿t 的土壤流失到河流中去，以上共计76亿t 。与此同时，如果不计人类活动的影响，则河流每年输入的物质(泥沙与溶解质)为10亿t 。由此可见，人类活动移动的物质量是河流的7.6倍。 纵观国内外的研究发现，人为加速侵蚀已经成为现代土壤侵蚀的主力，对人为加速侵蚀量的界定，为探究人类活动背后的社会经济因素奠定了基础，下面分别从4个方面来综述影响土壤侵蚀的社会经济因素方面研究的进展。
中国土壤侵蚀预报模型研究进展
中国土壤侵蚀预报模型研究进展 摘要：土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源的重要工具，受到世界各国的普遍重视。本文总结了中国土壤侵蚀预报模型的主要研究成果，在总结和评价这些模型的基础上，提出今后我国的主要研究方向：（1）注重土壤侵蚀模型的理论研究；（2）加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究；（3）充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。 关键词：土壤侵蚀模型、研究方向、问题 Review of Research Progress in Soil Erosion Prediction Model in China Soil erosion model which is regarded as the tool to understand the soil erosion processes and intensity, to master the dynamic of land resources development, to guide the rational use of land resources, having attracted the widespread attention of the world.This paper summarizes the main findings of Chinese Soil Erosion Prediction Model and on the basis of summarying and evaluating these models it indicates the directions of the future research : (1) focus on soil erosion model theoretical research; (2) focus on the research of gravity erosion, cave erosion mechanism,; (3) take full advantage of the advanced RS and GIS technology for the study of erosion models which provide a large number of data sources to facilitate the inspection of soil erosion model. 近年来，土壤侵蚀成为人们关注的生态环境热点之一。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。土壤侵蚀预报模型的研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域和土壤侵蚀过程定量研究的有效手段。根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法,一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。经验统计模型是利用大量的试验观测资料,借助于统计方法,定量表述影响土壤侵蚀因子的指标,进而得出计算土壤流失量的方程式。物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理,根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程,从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量。根据土壤侵蚀模型预报对象的不同,又可将土壤侵蚀模型分为坡面土壤侵蚀模型和流域或网格(区域)土壤侵蚀模型。我国学者在土壤侵蚀模型研究的各个层面上进行了大量工作,取得了很多成果。其中,区域尺度研究的应用更为广泛。在小流域土壤侵蚀模型的研究方面,以对统计模型及引进的统计模型中各因子的本地化研究较多,对基于过程的物理模型系统研究较少,特别是适合我国国情的系统的过程模型更少。本文希望对我国土壤侵蚀模型的主要研究成果进行总结,并对其中的一些问题进行了评述,以期为今后的土壤侵蚀模型研究进展提供一定的参考意见。提出了预报模型亟待解决的关键问题,以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立,为生态环境改善提供科学依据。 1.经验统计模型 经验模型主要从侵蚀产沙因子角度入手,建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等之间的多元回归因子关系式。经验公式结构简单,计算方便,在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度,但是模型被移植到其它区域使用时以及向建模条件外延时,模型精度难以控制,模型的实用性受到影响。这类侵蚀产沙模型以坡面模型和小流域侵蚀产沙模型为代表,同时也包括部分区域性的侵蚀产沙预报模型,这些通常不考虑侵蚀产沙过程,称之为“黑箱”或“灰箱”模型,在模型形式上主要是采用侵蚀产沙因子的多元回归方程式。自1953年刘善建首次提出坡面土壤侵蚀量的公式来[2],不同的学者根据当地的实际情
土壤侵蚀的危害
土壤侵蚀的危害：1破坏土地，吞食农田。2降低土壤肥力，加剧干旱的发展。3淤积抬高河床，加剧洪涝灾害。4淤塞湖泊，影响开发利用。 土壤侵蚀：土壤及其母质在水力、风力、重力、冻融等外营力的作用下，被破坏、剥蚀、搬运、沉积的过程。 水土流失：在水力、重力、风力等外营力的作用下，水土资源和土壤生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失。 水土保持：防止水土流失，合理保护、改良和利用风沙区、山丘区的水土资源，维护和提高土壤生产力以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益，建立良好的生态环境事业。水力侵蚀：在降雨雨滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下，土壤、土壤母质及其其它地面组成物质被破坏、剥蚀、搬运、和沉积的全部过程。 雨滴击溅侵蚀：在雨滴击溅作用下土壤结构和土壤颗粒产生位移的现象。 混合侵蚀：是指在水流冲力和重力作用下产生的一种特殊侵蚀类型，常称泥石流。 冰川侵蚀有冰川运动队地表土石体造成机械破坏作用的一系列现象。 面蚀：斜坡上的降雨不能完全被土壤吸收时在地表产生积水，由于重力作用形成地表径流，开始形成的地表径流处于未集中的分散状态，分散的地表径流冲走地表土粒 沟蚀：在面蚀的基础上，尤其细沟状面蚀进一步发展，分散的地表径流由于地表影响逐渐集中，形成有固定流路的水流称作集中的地表径流或股流，集中的地表径流冲刷地表，切入地面带走土壤、母质及破碎基岩，形成沟壑的过程。 风沙流：气流及其搬运的固体颗粒的混合流。 荒漠化：气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱、亚湿润干旱地区的土地退化 输沙量;气流在单位时间通过单位宽度或面积所搬运是沙量 沙尘暴：大风扬起地面沙尘，使空气混浊，水平能见度小于1000米的恶劣天气。 按导致土壤侵蚀的外营力种类划分：水力重力风力冻融冰川混合生物化学。按发生的时间划分为古代侵蚀现代侵蚀按发生的速度划分为加速侵蚀正常侵蚀 泥石流的分类：按固体物质组成分泥石质水石流泥流。按泥石流性质分稀性泥石流和粘性泥石流按主导因素分冰川型降雨型 土壤侵蚀类型分区原则：1为同一区内的土壤侵蚀类型和侵蚀强度应基本一致2同一区内影响土壤侵蚀的主要因素等自然条件和社会经济条件基本一致3同一区内的治理方向、措施、土地利用方向基本相似4以自然界限为主适当照顾行政区域的性和地域的连续性。 雨滴特性：雨滴形态、大小及雨滴分布、降落速度接地时冲击力、降雨量、降雨量强度和降雨历时等。
分布式土壤侵蚀模型研究概述
收稿日期:2005-3-16 作者简介:焦凤红(1966-),女,内蒙古自治区赤峰市人,副教授,现从事水土保持及计算机教学研究工作。分布式土壤侵蚀模型研究概述 焦凤红 于显威 (沈阳农业大学高等职业技术学院 110122) 摘 要 分布式模型是近年在经验统计模型和物理过程模型的基础上发展起来的土壤侵蚀模型。本文分析了几种分布式侵蚀模型的特征及物理过程,对其中的网格划分、网格单元侵蚀量的计算、流域出口侵蚀量的计算、模型参数的采用等主要技术环节进行了讨论,并展望了今后的研究方向。关键词 土壤侵蚀;分布式;侵蚀模型 [中图分类号]S15711 [文献标识码]C [文章编号]1002-2651(2005)02-0032-02 土壤侵蚀模型研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域,也是定量研究土壤侵蚀过程的有效手段。根据国内外土壤侵蚀模型的研究发展过程,有人将其划分为经验统计模型、物理过程模型与分布式模型三个阶段。这三个阶段并没有严格的时间划分。分布式模型将流域按照一定的方法划分成一个个相对均质的网格,即每个网格单元中的土壤、植被覆盖均匀分布,在每个网格上进行参数输入,然后依据一定的数学表达式来计算每个网格单元的侵蚀量,并将计算结果推演到流域出口,得到流域土壤侵蚀总量。本文结合前人的研究成果,总结了应用较为广泛的几种分布式模型,讨论了模型中的主要技术问题,并展望了今后的发展方向。 1 主要的分布式模型111 ANSWE RS 模型 20世纪80年代初期Beasly 和Huggins 研发了ANSWE RS 模型,该模型把流域细分为均等的网格单元。在网格单元内,假定土地利用、坡度、土壤特性、营养物质、作物和经营管理措施等因子均匀分布。在土壤侵蚀研究中,此模型广泛应用于评价B MPs 对流域泥沙及水文过程的影响。模型结构化程度较高,主要包括3大模块:径流和入渗、泥沙、蒸发散。径流和入渗模块中,以Green-Ampt 入渗方程代替了原模型中的Holtan 方程进行计算;泥沙模块中,产沙计算采用了WEPP 模型中的土壤可蚀性指标以及单位水流 动力理论和临界切应力原理,把Foster 和Meyer 方法引入Yalin 公式进行输沙过程计算,并以此建立了泥沙输移模块;蒸发散模块主要用于设定下次降雨开始时的土壤湿度初始条件,是连续模型得以运行的必要环节。模型运行时,需把研究流域的空间属性数据(如坡度、坡长、坡向、地表植被状况、土壤等)栅格化,同时输入流域模拟时段内的气象资料,包括降雨强度、历时、气温、地温和地表辐射等。ANSWE RS 模型可以计算径流传输条件下的土壤流失量,并与地理信息系统(GIS)相连接,建立了GIS 界面以利用遥感数据。 112 AGNPS 模型 AGNPS 模型是美国农业部农业研究局与明尼苏达污染物防治局共同研发的计算机模拟模型,是一个基于方格框架组成的流域分布式事件模型。按照栅格采集模型参数,由水文、侵蚀、沉积和化学传输4大模块组成,用于对N 、P 元素等土壤养分流失进行预测,并对农业地区的水质问题以重要性顺序为依据进行排列,同时对次暴雨径流和侵蚀产沙过程进行模拟。流域的大小从几hm 2 到大约200km 2 ,以014~26hm 2为单元对流域进行均等分室,流域内径流、污染物、泥沙沿各分室汇集于出水口。113 TOPMODEL 模型 TOPMODEL 模型(Topography based hydrological Model)是一个以地形为基础的半分布式小流域模型, 第17卷第2期亚热带水土保持 Vol 117 l 2 2005年6月Subtropical Soil And Water Conservation Jun 12005
土壤退化研究的进展与趋向
作者：张翠莲，玛喜 (鄂尔多斯市环境保护监测站，内蒙古017000) 摘要：定义了土壤退化的概念，总结了全球及我国土壤退化概况，回顾了土壤退化研究的进展，最后提出了土壤退化的研究方向。 关键词：土壤退化；概况；进展；方向 中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1007—0370(2010)03-0020—05 鉴于土壤及土地退化对全球食物安全、环境质量及人畜健康的负面日益严重的现实，从土壤圈与地圈一生物圈系统及其它圈层间的相互作用的角度研究土壤退化，特别是人为因素诱导的土壤退化的发生机制与演变动态、时空分布及未来变化预测与恢复重建对策，已成为研究全球变化的最重要的组成部分，并将继续成为21世纪国际土壤学、农学及环境科学界共同关注的热点。但是，迄今为止，有关土壤退化的许多问题及过程机理尚不清楚，还没有公认的或统一的土壤退化指标和定量化评价川。因此，及时了解国际土壤退化研究的最新动向，并结合我国实际创造性地开展该领域的研究工作，具有重要的学术价值和现实生产意义。 1.土壤退化的概念 土壤退化(Soil degradation)是指在各种，特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降(包括暂时性的和永久性的)甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。土壤质量(Soil quality)则是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力呤J。土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力。土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力，它一方面是五大自然成土因素，即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果，带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性；另一方面，人类活动也深刻影响着自然成土过程，改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。因此，土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。根据土壤退化的表现形式。土壤退化可分为显型退化和隐型退化两大类型。前者是指退化过程(有些甚至是短暂的)可导致明显的退化结果，后者则是指有些退化过程虽然已经开始或已经进行较长时间，但尚未导致明显的退化结果。 2.全球土壤退化概况当前，因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题，已严重威胁着世界农业的可持续性。据统计，全球土壤退化面积达1965万km2。就地区分布来看，地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出，约300万km2的严重退化土壤中有120万krn2分布在非洲、110万km2分布于亚洲；就土壤退化类型来看，土壤侵蚀退化占总退化面积的84％，是造成土壤退化的最主要原因之一；就退化等级来看，土壤退化以中度、严重和极严重退化为主，轻度退化仅占总退化面积的38％L3,4]。全球土壤退化评价(Global Assessment of SoilDegradation)研究结果【3．40显示，土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式，全球退化土壤中水蚀影响占56％，风蚀占28％；至于水蚀的动因，43％是由于森林的破坏、29％是由于过度放牧、24％是由于不合理的农业管理，而风蚀的动因，60％是由于过度放牧、16％是由于不合理的农业管理、16％是由于自然植被的过度开发、8％是由于森林破坏；全球受土壤化学退化(包括土壤养分衰减、盐碱化、酸化、污染等)影响的总面积达240万km2，其主要原因是农业的不合理利用(56％)和森林的破坏(28％)；全球物理退化的土壤总面积约83万km2，主要集中于温带地区，可能绝大部分与农业机械的压实有关。 3.我国土壤退化状况