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2种典型黄土坡面侵蚀特征分析及物理意义解释

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中国水土保持科学(中英文) 2024年

作者：白玉和继军孙莉英田磊蔡强国王铭微北京水利水电学校首都师范大学城市环境过程和数字模拟国家重点试验室培育基地水资源安全北京实验室中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院大学资源与环境学院

研究土壤性质对侵蚀特征影响及其侵蚀规律的物理意义可为深刻理解土壤侵蚀机理以及优化评估模型提供重要理论支持。基于此，该研究采用室内模拟降雨试验，在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下，分析了黄土丘陵沟... 详细信息

研究土壤性质对侵蚀特征影响及其侵蚀规律的物理意义可为深刻理解土壤侵蚀机理以及优化评估模型提供重要理论支持。基于此，该研究采用室内模拟降雨试验，在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下，分析了黄土丘陵沟壑区2种典型黄土的侵蚀特征，并结合数学关系和物理意义对其侵蚀机制进行解释。结果表明：1)相对于土壤A，土壤B产流快，径流量高，更易发育细沟，侵蚀也更严重，土壤B的总径流量和总侵蚀量分别是土壤A的1.26～1.51倍和3.74～57倍。2)总体来看，产流初始阶段侵蚀量、片蚀量和细沟侵蚀阶段侵蚀量均随坡度而增加，片蚀阶段土壤B的含沙量是土壤A的1.09～4.47倍，细沟侵蚀阶段前者是后者2.01倍。土壤B在细沟侵蚀阶段的侵蚀量可达总侵蚀量的98%以上，平均含沙量是片蚀阶段的7.09～32.39倍，相应情况下土壤A分别是96%和10.49倍。3)2种土壤的产沙量与含沙量的关系可用y = ax + b表示，斜率a可用以表征径流的侵蚀能力，截距b可用来表征可搬运物质类型及丰富程度，经过优化处理，线性关系的R2可达0.98及以上。该研究对于深入理解土壤质地在坡面侵蚀中的作用，以及为生态保护提供理论支持具有重要的理论与实践意义。

关键词：片蚀细沟侵蚀模拟降雨侵蚀机制

东北漫川漫岗黑土区坡耕地风水复合侵蚀时间接续特征

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陕西师范大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杨文博刘娜孙莉英冯子恒蔡强国河南工业大学生物工程学院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院重点实验室中国科学院大学资源与环境学院

复合侵蚀是东北漫川漫岗黑土区坡耕地土壤侵蚀最显著的特点,而风水复合侵蚀是坡耕地重要的复合侵蚀形式,加剧了坡耕地土壤侵蚀的危害性。在东北漫川漫岗黑土区选取试验坡耕地,基于野外气象条件、风力侵蚀和水力侵蚀观测,结合统计学方法... 详细信息

复合侵蚀是东北漫川漫岗黑土区坡耕地土壤侵蚀最显著的特点,而风水复合侵蚀是坡耕地重要的复合侵蚀形式,加剧了坡耕地土壤侵蚀的危害性。在东北漫川漫岗黑土区选取试验坡耕地,基于野外气象条件、风力侵蚀和水力侵蚀观测,结合统计学方法揭示坡耕地风水复合侵蚀营力年内时间接续特征,分析复合营力季节交替作用下坡耕地风力侵蚀和水力侵蚀的年内时间接续特征。依据东北黑土区起沙风速（5 m/s）和侵蚀性降雨量（12 mm/d）确定了东北漫川漫岗黑土区坡耕地风力主导作用和降水主导作用的划分标准,并将坡耕地风水复合侵蚀营力年内时间接续作用划分为3个时期:风力主导Ⅰ期（3月中旬～7月中旬）、降雨主导期（7月中旬～10月上旬）、风力主导Ⅱ期（10月上旬～11月中旬）。风力主导Ⅰ期和风力主导Ⅱ期坡耕地侵蚀以风力侵蚀为主,风力主导Ⅰ期的风力侵蚀速率为432.9 g/m2,风力主导Ⅱ期的风力侵蚀速率为40.95 g/m2,监测期内坡耕地风力侵蚀地表风蚀蠕移约占92.95%;降雨主导期坡耕地以水力侵蚀为主,降雨主导期水力侵蚀速率为485.15 g/m2;在风水复合营力年内季节交替作用下,试验坡耕地风力侵蚀和水力侵蚀呈年内时间接续特征,降雨主导期水力侵蚀速率>风力主导Ⅰ期风力侵蚀速率>风力主导Ⅱ期风力侵蚀速率。

关键词：东北黑土区复合侵蚀时间接续风力侵蚀水力侵蚀

水力侵蚀对土壤碳循环及土壤微生物多样性影响的研究进展

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水土保持学报 2024年第1期38卷 14-21,F0002页

作者：杨文博刘娜蔡强国孙莉英河南工业大学生物工程学院郑州450001 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

[目的]针对水力侵蚀对土壤碳循环“源汇”效应争议,综述水力侵蚀对土壤有机碳矿化作用和土壤微生物多样性的影响机制,提出未来定量研究的方向与注意事项。[方法]在提出水力侵蚀对土壤碳循环“源”“汇”效应概念和理论的基础上,分析现... 详细信息

[目的]针对水力侵蚀对土壤碳循环“源汇”效应争议,综述水力侵蚀对土壤有机碳矿化作用和土壤微生物多样性的影响机制,提出未来定量研究的方向与注意事项。[方法]在提出水力侵蚀对土壤碳循环“源”“汇”效应概念和理论的基础上,分析现阶段研究中水力侵蚀对土壤碳循环“源汇”效应争议的核心问题,进而探讨水力侵蚀导致不同种类土壤微生物多样性变化的差异及其作用机制。[结果]水力侵蚀过程导致土壤有机碳矿化作用形成碳循环中的“源”效应,而沉积过程导致有机碳迁移至低洼处固存形成碳循环中的“汇”效应,微生物的呼吸和分解作用可能解释土壤碳循环中消失的碳“汇”问题;水力侵蚀过程削弱细菌群落结构复杂性,而沉积过程可增加细菌群落结构的复杂性,但侵蚀和沉积过程都可能降低土壤真菌的α多样性和群落结构复杂性;水力侵蚀过程通过影响土壤有机碳含量、植被覆盖度和土壤pH等因素间接影响土壤微生物多样性。[结论]未来研究应强化不同尺度水力侵蚀过程对土壤碳循环的影响机制、水力侵蚀过程与土壤微生物多样性的相互作用机制及水力侵蚀过程中土壤微生物对碳循环的影响机制相关量化研究。

关键词：水力侵蚀有机碳碳循环土壤微生物

2种典型黄土坡面侵蚀特征分析及物理意义解释

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中国水土保持科学 2024年第3期22卷 36-45页

作者：白玉和继军孙莉英田磊蔡强国王铭微首都师范大学城市环境过程和数字模拟国家重点试验室培育基地水资源安全北京实验室北京100048 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 北京水利水电学校北京100024

研究土壤性质对侵蚀特征的影响可为深刻理解土壤侵蚀机理,以及优化评估模型参数提供重要理论支持。基于此,本研究采用室内模拟降雨试验,在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下,分析黄土丘陵沟壑区2种典型黄土的侵... 详细信息

研究土壤性质对侵蚀特征的影响可为深刻理解土壤侵蚀机理,以及优化评估模型参数提供重要理论支持。基于此,本研究采用室内模拟降雨试验,在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下,分析黄土丘陵沟壑区2种典型黄土的侵蚀特征,并结合数学关系和物理意义对其侵蚀机制进行解释。结果表明:1)相对于土壤A,土壤B产流快,径流量高,更易发育细沟,侵蚀也更严重,土壤B的总径流量和总侵蚀量分别是土壤A的1.26~1.51倍和3.74~57倍。2)总体来看产流初始阶段侵蚀量、片蚀量和细沟侵蚀阶段侵蚀量均随坡度而增加,片蚀阶段土壤B的含沙量是土壤A的1.09~4.47倍,细沟侵蚀阶段前者是后者2.01倍。土壤B在细沟侵蚀阶段的侵蚀量可达总侵蚀量的98%以上,平均含沙量是片蚀阶段的7.09~32.39倍,相应情况下土壤A分别是96%和10.49倍。3)2种土壤的产沙量与含沙量的关系可用y=ax+b表示,经过优化处理,线性关系的R 2可达0.98及以上,斜率a可用以表征径流的侵蚀能力,截距b用来表征可搬运物质类型及丰富程度。本研究对于深入理解土壤质地在坡面侵蚀中的作用,以及为生态保护提供理论支持具有重要的理论与实践意义。

关键词：片蚀细沟侵蚀模拟降雨侵蚀机制

生态砾石床+碎石湿地在城市劣五类水体治理中的应用

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湿地科学与管理 2024年第2期20卷 61-65页

作者：狄文亮任丹冯军坡张国宇孙莉英天润(山东)生态环境科技有限公司山东威海264200 哈尔滨工业大学(威海) 山东威海264299 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院重点实验室北京100101

为解决北方寒冷地区城市劣Ⅴ类河道的问题,采用“生态砾石床+碎石湿地系统”的组合工艺,将来水引入湿地进行净化。结果表明:该工艺对北方城市劣V类水体处理效果明显,系统具有较强的耐冲击能力,可降低冬季气温对湿地运行的影响。原水COD... 详细信息

为解决北方寒冷地区城市劣Ⅴ类河道的问题,采用“生态砾石床+碎石湿地系统”的组合工艺,将来水引入湿地进行净化。结果表明:该工艺对北方城市劣V类水体处理效果明显,系统具有较强的耐冲击能力,可降低冬季气温对湿地运行的影响。原水COD≤80 mg/L、NH_(3)-N≤3.0 mg/L、TP≤0.6mg/L时,该工艺系统对COD、NH_(3)-N、TP的平均去除率分别可达59.54%、60.62%和33.42%,出水主要指标满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类水体限值。运行后每年削减COD排放量为1204.50 t,NH3-N排放量为40.15 t,TP排放量为8.03吨,明显改善了河道的生态环境。

关键词：劣Ⅴ类水体生态砾石床植物碎石床

典型黄土坡面土壤侵蚀特征及径流流速空间变化试验研究

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地理研究 2022年第5期41卷 1327-1337页

作者：和继军黎雪晴蔡强国孙莉英王硕首都师范大学城市环境过程和数字模拟国家重点试验室培育基地北京资源环境与GIS重点试验室北京100048 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点试验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土... 详细信息

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土径流量明显高于安塞土,10°、15°和20°时前者的平均径流量分别比后者高出51.1%、55.5%和63.0%,且前者更易形成细沟,使得其平均含沙量和平均产沙率分别是后者的1.14~3.59倍和2.50~8.48倍。在片蚀阶段,与绥德土相比,安塞土的含沙量较高,后者的平均含沙量是前者的1.24~1.73倍,但两种土壤的含沙量和产沙规律相同,均表现为先快速增加到最大值,然后逐渐降低到相对稳定状态,该现象证明片蚀的初期阶段主要受控于径流输沙能力,后期受径流的剥蚀能力控制。在细沟侵蚀阶段,绥德土细沟发育以沟头溯源侵蚀为主,崩塌作用频繁,该侵蚀形式不仅控制着细沟形态的总体特征,也导致含沙量和产沙率均急剧增加,该阶段平均含沙量是相应片蚀阶段的3.25~4.34倍。细沟沟口下方坡面存在明显的泥沙沉积带,表明细沟集中水流的搬运能力远高于坡面漫流,细沟侵蚀主要受径流输沙能力控制。两种土壤的径流流速均表现为坡面下部高于坡面上部,径流稳定后高于径流稳定前,总体来看,绥德土和安塞土上坡和径流稳定后的平均流速分别是下坡和径流稳定前的1.4倍、1.25倍和1.75倍、1.29倍,此外细沟侵蚀或侵蚀强度与微地貌形态之间的互馈作用对径流流速也有较大影响。

关键词：片蚀跌坎细沟侵蚀泥沙沉积径流流速

不同粒径黄河沉积物中可提取腐殖质的含量分布及光谱特性

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环境科学 2007年第6期28卷 1324-1331页

作者：孙莉英倪晋仁孙卫玲北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室北京100871

测定了黄河表层沉积物3种粒径组分（Ⅰ：100-300μm;Ⅱ：63-100μm;Ⅲ：〈63μm）中总有机碳和可提取腐殖质的含量,分析了可提取腐殖质的紫外-可见吸收光谱、红外光谱和三维荧光光谱特征,探讨了不同粒径组分沉积物中可提取腐殖质含量分... 详细信息

测定了黄河表层沉积物3种粒径组分（Ⅰ：100-300μm;Ⅱ：63-100μm;Ⅲ：〈63μm）中总有机碳和可提取腐殖质的含量,分析了可提取腐殖质的紫外-可见吸收光谱、红外光谱和三维荧光光谱特征,探讨了不同粒径组分沉积物中可提取腐殖质含量分布及其化学组成特性.结果表明,沉积物有机质主要为粘土矿物吸附的天然腐殖质成分,总有机碳中可提取腐殖质的比例随沉积物有机质与矿物质相互作用的增强而降低,顺序为Ⅰ〉Ⅱ〉Ⅲ.3种粒径组分沉积物中可提取腐殖质的紫外-可见吸收光谱相似但相对峰强不同;红外光谱主要有5个吸收峰,各吸收峰面积百分含量的计算结果表明酚、醇及羧酸类官能团为主要的活性官能团,占可提取腐殖质组成的75%以上;三维荧光光谱主要有3个荧光峰,除了典型的类腐殖质荧光峰（峰A和峰C）外,还有源于小分子类蛋白或酚类物质的荧光峰（峰T′）.比较3种粒径组分沉积物中可提取腐殖质的紫外-可见、红外及三维荧光光谱的特征参数,发现Ⅰ、Ⅱ组分沉积物中可提取腐殖质的芳香度高,脂肪族和芳香族含量高于Ⅲ组分,而Ⅲ组分沉积物可提取腐殖质中酚、醇及羧酸类活性基团含量相对较高.

关键词：沉积物腐殖质粒径光谱特性

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土壤质地对坡面细沟发育过程影响的研究进展

泥沙研究 2022年第5期47卷 74-80页

作者：何子淼余新晓蔡强国孙莉英华北水利水电大学测绘与地理信息学院河南郑州450045 北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室北京100083 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 中国科学院大学资源环境学院北京100049

细沟是水力侵蚀重要的产沙源和侵蚀物质的输送通道,不同土壤质地坡面细沟产生的难易程度不同,进而造成细沟发育过程和形态特征的显著差异。影响细沟产生的土壤质地因素主要体现在土壤粒径分布对径流的调控、土壤可分离和可搬运性及表土... 详细信息

细沟是水力侵蚀重要的产沙源和侵蚀物质的输送通道,不同土壤质地坡面细沟产生的难易程度不同,进而造成细沟发育过程和形态特征的显著差异。影响细沟产生的土壤质地因素主要体现在土壤粒径分布对径流的调控、土壤可分离和可搬运性及表土结皮发育快慢和稳定性的影响。影响细沟发育和形态特征的土壤质地因素主要体现为土壤粒径分布对溯源侵蚀、沟壁坍塌和沟床下切等侵蚀方式响应的差异。影响细沟联通性的土壤质地因素则主要体现为不同质地细沟侵蚀方式差异引起的细沟联通性不同对细沟进一步发育的反馈作用。探讨了目前研究中存在的问题以及今后有待进一步研究的方向。

关键词：土壤质地细沟侵蚀细沟发育细沟形态

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组合液膜对自配淋洗液中Cd的提取回收效果

环境科学研究 2018年第11期31卷 1918-1924页

作者：裴亮孙莉英中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101

淋洗法是解决土壤重金属污染的有效方法之一,其对土壤Cd污染的治理效果较好,但需对Cd污染土壤进行淋洗后的含Cd淋洗废液进行再生和回收利用.为了克服传统液膜分离技术不稳定、膜溶液易流失等缺陷.采用P204(磷酸二异辛酯)为络合剂的组合... 详细信息

淋洗法是解决土壤重金属污染的有效方法之一,其对土壤Cd污染的治理效果较好,但需对Cd污染土壤进行淋洗后的含Cd淋洗废液进行再生和回收利用.为了克服传统液膜分离技术不稳定、膜溶液易流失等缺陷.采用P204(磷酸二异辛酯)为络合剂的组合液膜提取技术对自配土壤淋洗液中Cd^(2+)进行提取,考察水相pH、w(P204)、接受相酸浓度、膜相与接受相体积比、接收相不同酸、水相初始c(Cd^(2+))对Cd^(2+)提取率的影响,并提出动力学方程,进一步研究Cd^(2+)在多金属离子分离条件.结果表明:(1)络合剂与Cd^(2+)形成络合物在液膜系统中传输,最佳提取条件为pH 4. 2、w(P204)5. 0%、接受相酸浓度4. 0 mol/L、膜相与接受相体积比1∶3,接收相酸种类对提取率影响不明显;(2)水相c(Cd^(2+))越低,提取率越高;(3)基于传质动力学模型,建立了回收系数与水相pH和w(P204)的关系方程,分别为Pc=(3. 20×10~4+2. 03×10^(10)[H+]2)-1和Pc-1=3. 208×104+1. 742[C0]-2,得到Cd^(2+)通过料液和膜边界层的厚度(dw)为17. 8μm,络合物通过膜的扩散系数(Dm0)为7. 61×10-8m^2/s.研究显示,在最佳提取条件下,初始c(Cd^(2+))为5. 0×10-3mol/L时,240 min内提取率可达93%,通过调节多金属离子体系中Cd^(2+)的提取条件与参数,或调节每种金属提取条件与参数,进行反复提取,Cd^(2+)可以与其他重金属成功分离.

关键词：组合液膜 Cd 土壤淋洗液络合剂