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花岗岩红壤坡面沟头高度对沟床跌穴发育过程的影响

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水土保持学报 2024年第3期38卷 1-11页

作者：王建羽林哲廖达兰段晓倩邓羽松广西大学林学院南宁530004 广西大学农学院南宁530004

[目的]为明确花岗岩红壤坡面沟头溯源侵蚀的关键过程及形成机制。[方法]通过设定5个沟头高度(25,50,75,100,125 cm)研究花岗岩红壤坡面沟床跌穴发育过程。[结果](1)随沟头高度增加,沟床径流雷诺数、径流剪切力、径流功率和射流参数(触... 详细信息

[目的]为明确花岗岩红壤坡面沟头溯源侵蚀的关键过程及形成机制。[方法]通过设定5个沟头高度(25,50,75,100,125 cm)研究花岗岩红壤坡面沟床跌穴发育过程。[结果](1)随沟头高度增加,沟床径流雷诺数、径流剪切力、径流功率和射流参数(触底流速、射流剪切应力、瞬时动能、跌穴径流能耗)均表现为增加趋势。(2)红土层沟床形成“V”形跌穴,随流量增加跌穴形态变化增大,但只形成面积较小的跌穴。而砂土层在冲刷过程中,沟床跌穴发育较为明显,当流量增大到120 L/min后,沟床破碎化程度增加,跌穴轮廓逐渐清晰,横截面积增大。(3)通过随机森林算法和沙普利值构建并表征模型各参数的关系,红土层沟床径流的弗罗德数、径流功率、水平出射动能、雷诺数与横截面积呈负相关;砂土层沟床径流的弗罗德数和跌穴径流能耗与横截面积呈负相关。沟床跌穴侵蚀程度可用随机森林算法构建模型预测(LCCC=1.02,R_(adjusted)^(2)=0.876和0.868)。[结论]研究结果可为揭示沟头溯源侵蚀机理和沟蚀防治提供理论依据。

关键词：花岗岩红壤沟床跌穴水力参数形态演变

土地利用变化对花岗岩红壤底土溶解性有机质数量和光谱特征的影响

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生态学报 2017年第14期37卷 4676-4685页

作者：盛浩宋迪思周萍夏燕维张杨珠湖南农业大学资源环境学院长沙410128 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125

了解底土溶解性有机质(DOM)的数量和化学结构对土地利用变化的响应,对科学评价区域土壤有机质动态和碳库稳定性具有重要意义。通过选取花岗岩红壤丘陵区同一景观单元的天然林地(常绿阔叶林)以及由此转变而来的杉木人工林、板栗园和坡耕... 详细信息

了解底土溶解性有机质(DOM)的数量和化学结构对土地利用变化的响应,对科学评价区域土壤有机质动态和碳库稳定性具有重要意义。通过选取花岗岩红壤丘陵区同一景观单元的天然林地(常绿阔叶林)以及由此转变而来的杉木人工林、板栗园和坡耕地,采用化学分析结合光谱扫描(紫外光谱、二维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱)技术,研究底土(0.2—1 m)和表土(0—0.2 m)DOM数量和结构对土地利用变化的响应差异,结果表明:58%—87%的DOM贮存在底土中。天然林地土壤的DOM数量最为丰富,底土DOM的宏观化学结构比表土更为简单,以碳水化合物、类蛋白为主。天然林转变为其他利用方式后,底土DOM的损失量(26%—41%)超过表土(12%—49%),冬季比夏季更为凸显;这反映底土DOM数量对人为干扰和植被变化的高度敏感性。同时,底土DOM宏观化学结构趋于复杂化,芳香类、烷烃类和烯烃类的化学抗性物质出现积累的现象。DOM光谱曲线形状、特定峰值、特征值对土地利用的响应敏感,对人为干扰后植被、土壤有机质的变化具有生态指示意义。研究显示,天然林地转变为其他利用方式后,不仅导致底土DOM的损失,也显著降低土壤有机质品质,长期上削弱底土的碳库稳定性和碳吸存能力。

关键词：活性有机质官能团有机质结构和组成农业管理措施花岗岩红壤

降雨条件下闽西花岗岩红壤坡面细沟发生临界水动力学特性

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中国水土保持科学 2020年第4期18卷 62-72页

作者：辜婧瑶李梦雨魏玉杰蔡崇法华中农业大学资源与环境学院武汉430070 农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司武汉430071

为明确花岗岩母质发育的红壤坡面细沟发生临界水动力学特性,选取闽西典型花岗岩红壤表层土为研究对象,设计10°、15°、20°3种不同坡度和70 mm/h和100 mm/h 2种不同降雨强度进行一系列室内模拟降雨试验。结果表明:1)降雨强度较大时由... 详细信息

为明确花岗岩母质发育的红壤坡面细沟发生临界水动力学特性,选取闽西典型花岗岩红壤表层土为研究对象,设计10°、15°、20°3种不同坡度和70 mm/h和100 mm/h 2种不同降雨强度进行一系列室内模拟降雨试验。结果表明:1)降雨强度较大时由花岗岩发育的红壤坡面更容易从面蚀到沟蚀,细沟发生临界时刻的流速范围为0.074~0.103 m/s;2)细沟发生临界时刻坡面径流的流态大部分呈现“混合流—缓流”流态,平均流速、径流剪切力、达西—韦斯巴赫阻力系数、水流功率、雷诺数和过水断面单位能均随降雨强度和坡度的增大而增大,但单位水流功率变化规律不明显;3)同时,在细沟发生临界时刻,从径流角度或从泥沙角度分析,雷诺数和由雷诺数与弗劳德数组成的复合水动力特征参数μ(雷诺数和弗劳德数的几何平方根)能很好地作为表征降雨条件下闽西花岗岩发育的红壤坡面侵蚀特征的水动力学参数。

关键词：细沟发生临界时刻模拟降雨水动力学参数花岗岩红壤

不同侵蚀程度花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征研究

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土壤学报 2020年第6期57卷 1387-1398页

作者：张德谦倪世民王军光吴文枭蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农村农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070

研究花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒分选特征有助于揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理。通过室内人工模拟降雨-径流试验,在15°坡度和2种试验条件下(90 mm·h^(–1)+2.00 L·min^(–1)、120 mm·h^(–1)+2.66 L·min^(–1)),研究了不同侵蚀程度(... 详细信息

研究花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒分选特征有助于揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理。通过室内人工模拟降雨-径流试验,在15°坡度和2种试验条件下(90 mm·h^(–1)+2.00 L·min^(–1)、120 mm·h^(–1)+2.66 L·min^(–1)),研究了不同侵蚀程度(轻度侵蚀E1、中度侵蚀E2、强烈侵蚀E3)花岗岩红壤侵蚀过程及泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明:产流率和土壤侵蚀速率随降雨强度和上方来水量的增加而增大;不同侵蚀程度土壤其侵蚀特征存在差异,产流率表现为E2>E3>E1,土壤侵蚀速率表现为E3>E2>E1;通过多元逐步回归分析得出,土体容重越高产流率越小(R^(2)=0.800,P花岗岩红壤坡面侵蚀产沙中泥沙粒级分布的评价指标。

关键词：人工模拟降雨花岗岩红壤土壤侵蚀土壤颗粒

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花岗岩红壤坡面工程措施的水土保持效应研究

花岗岩红壤坡面工程措施的水土保持效应研究

作者：任文海华中农业大学

学位级别：硕士

南方红壤丘陵区发生在坡面的侵蚀面积大,危害强,威胁到区域的生态安全和社会经济的发展。坡面工程措施已经被验证具有良好的水土保持效果,但措施效果受地形、母质、气候、植被等因素的影响较大。由于地形、母质的多样性,水土流失规律的... 详细信息

南方红壤丘陵区发生在坡面的侵蚀面积大,危害强,威胁到区域的生态安全和社会经济的发展。坡面工程措施已经被验证具有良好的水土保持效果,但措施效果受地形、母质、气候、植被等因素的影响较大。由于地形、母质的多样性,水土流失规律的复杂性,坡面工程措施的实施并没有体现出多样性和系统性,针对坡面工程措施寿命的研究鲜有报道,计算坡面工程措施效益存在难度。本研究在福建省长汀县河田镇18°花岗岩红壤坡面上,进行水平沟、水平阶、鱼鳞坑三种坡面工程措施水土保持效果研究。试验小区大小10×30m,坡向西,前期地表芒萁覆盖度30%,对三种工程措施均实施7.5m3的挖方量,研究各措施实施下径流量、泥沙量、土壤物理性质、土壤养分变化以及措施内泥沙的淤积情况。得到以下结论：（1）三种坡面工程措施有效的减少径流量,鱼鳞坑小区、水平阶小区、水平沟小区比荒坡小区径流量分别减少了23.53%、34.60%、38.14%。水平沟小区减流效果最好,且措施效果稳定;鱼鳞坑小区的效果不稳定,减流效果在5.56%～33.90%,次降雨量较大的时候,鱼鳞坑减流效果不好;水平阶小区的减流效果随着降雨量的增大效果减弱。在减沙方面,鱼鳞坑、水平沟分别减少泥沙量19.14%、7.64%,水平阶小区并没有发挥出对泥沙的调控作用。（2）三种坡面工程措施能对坡面土壤物理性质有较大影响。措施处理下容重从大到小依次为对照小区＞水平沟小区＞水平阶小区＞鱼鳞坑小区,同时措施的实施使花岗岩红壤坡面砂粒含量增加,粉粒和粘粒的含量减小,三种措施表面砂粒含量分布大小顺序为鱼鳞坑＞水平阶＞水平沟。（3）三种措施改善坡面水分和养分状况。三种措施处理减小坡面养分的流失,其中鱼鳞坑措施具有良好的保肥作用,全磷、全氮、碱解氮、速效磷、有机质含量比对照高43.36%、38.99%、7.55%、336.52%、23.23%;水平沟、水平阶措施对土壤各部位速效养分具有明显的提升,提升幅度均达到30%以上。三种措施处理下雨后地表0-8cm土壤储水量大小依次为水平阶（16.63mm）＞水平沟（15.70mm）＞鱼鳞坑（15.57mm）＞对照（14.48mm）,而8-15cm土壤储水量大小依次为水平沟（18.54mm）＞对照（16.56mm）＞水平阶（16.32mm）＞鱼鳞坑（14.31mm）,鱼鳞坑随土层深度的增加土壤储水亏缺程度增大,同时水分在坡面分布不均匀。水平沟小区对深层土壤水分补给较强。（4）在花岗岩红壤坡面,三种工程措施牢固度和寿命差异较大。所设置三种坡面工程措施的寿命是水平阶＞水平沟＞鱼鳞坑,但措施保土效益大小是水平沟＞鱼鳞坑＞水平阶。措施实施两年后,鱼鳞坑基本被填满19个,占总数24.7%;在下沿冲出侵蚀沟36个,占总数46.8%,75%措施遭到不同程度的破坏。水平阶在措施中部产生侵蚀沟,在措施侧边泥沙淤积较多。水平沟措施稳固度高,措施并没有被破坏,有20%的部分被填满。

关键词：花岗岩红壤水平沟水平阶鱼鳞坑减流减沙

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花岗岩红壤区坡面浅沟侵蚀分异特征研究

花岗岩红壤区坡面浅沟侵蚀分异特征研究

作者：王庚福建师范大学

学位级别：硕士

南方红壤丘陵区是仅次于黄土高原我国水土流失最严重的区域,而发生在花岗岩红壤坡面上的土壤侵蚀是其主要的侵蚀形式。坡面土壤侵蚀以溅蚀、片蚀和沟蚀三种方式进行,沟蚀在整个坡面侵蚀产沙过程中起着关键作用。而发育在花岗岩红壤区严... 详细信息

南方红壤丘陵区是仅次于黄土高原我国水土流失最严重的区域,而发生在花岗岩红壤坡面上的土壤侵蚀是其主要的侵蚀形式。坡面土壤侵蚀以溅蚀、片蚀和沟蚀三种方式进行,沟蚀在整个坡面侵蚀产沙过程中起着关键作用。而发育在花岗岩红壤区严重侵蚀退化地上的浅沟又是南方坡面侵蚀的主要形式,因此本文通过野外实地调查、测量研究坡面浅沟的形态特征和侵蚀量特征在坡面上的分异规律,对于坡面水土流失的治理具有重要的现实意义。本文以南方红壤丘陵区具有典型代表性的长汀县河田镇为研究对象,通过在野外选取坡度为18°、25°、30°三个典型坡面样地,系统分析在这三个不同坡度以及自坡底到坡顶不同坡位(0～10m、10～20m、20～30m、30～40m、40～50m)浅沟形态特征和侵蚀量特征的分异性。选取的浅沟形态特征指标有浅沟宽度、浅沟深度、浅沟宽深比、浅沟密度、浅沟割裂度、浅沟复杂度,浅沟侵蚀量特征指标有侵蚀模数。采取野外样地调查、测量和室内实验、统计分析相结合的研究方法。从地形因子—浅沟发育二者出发,系统探究坡度和坡位影响下浅沟发育的形态特征和侵蚀量特征在坡面上的分异规律。主要的研究结论如下:(1)坡度影响下浅沟形态特征的变化。三个不同坡度条件下浅沟形态变化特征为:坡度由小变大的过程,除浅沟复杂度外其余各浅沟形态指标都出现先增大后减小的趋势,均为25°坡面各指标值最大,其次为18°坡面,30°坡面最小,表现出较为明显的分异特征。(2)坡度影响下浅沟侵蚀量特征的变化。三个不同坡度条件下浅沟侵蚀量变化特征为:坡度由小变大的过程,侵蚀模数先增大后减小,25°坡面最大,其次为18°坡面,30°坡面最小,但18°坡面和25°坡面侵蚀模数接近,说明侵蚀强度25°坡面最强,其次为18°坡面和30°坡面。(3)坡位影响下浅沟形态特征的变化。不同坡位条件下浅沟形态各指标有呈现波动变化,但也表现出一定的规律,即除浅沟宽深比外其余各浅沟形态指标都出现自坡底下坡位到上坡位减小的趋势,最大值基本都出现在0～10m或者10～20m两个坡位处,而最小值都集中出现在上坡位40～50m。(4)坡位影响下浅沟侵蚀量特征的变化。不同坡位条件下浅沟侵蚀量指标侵蚀模数的变化自下坡位到上坡位呈现先增大后降低的趋势,最大值出现在下坡位10～20m坡位处,而最小值出现在上坡位40～50m。说明侵蚀强度也是自坡底下坡位到上坡位先增大后减小,下坡位10～20m侵蚀最强烈,向上坡位缓慢变小。(5)选取不同坡度和不同坡位影响下的最优指标。通过相关性分析,坡度对浅沟宽度和浅沟割裂度均为极显著关系(P<0.01),因此在研究坡度对坡面浅沟侵蚀分异特征时可以优先选择浅沟宽度和浅沟割裂度两个指标,其对揭示坡度影响下浅沟侵蚀分异特征更具代表性。坡位对浅沟深度、密度、宽深比和复杂度均为极显著关系(P<0.01),因此在研究坡位对坡面浅沟侵蚀分异特征时可以优先选择这4个指标,对揭示坡位影响下浅沟侵蚀分异特征更具代表性。

关键词：花岗岩红壤坡面侵蚀地形因子浅沟形态分异特征

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花岗岩红壤坡面植草对水土流失过程影响研究

花岗岩红壤坡面植草对水土流失过程影响研究

作者：王丽园福建师范大学

学位级别：硕士

南方红壤区是我国水土流失仅次于黄土高原的区域,福建省长汀县是我国南方红壤水土流失区的典型代表区域,目前水土流失问题已严重制约到该区域内生态环境建设和经济的可持续发展。本研究土壤选取长汀县严重侵蚀区花岗岩红壤,采用人工模... 详细信息

南方红壤区是我国水土流失仅次于黄土高原的区域,福建省长汀县是我国南方红壤水土流失区的典型代表区域,目前水土流失问题已严重制约到该区域内生态环境建设和经济的可持续发展。本研究土壤选取长汀县严重侵蚀区花岗岩红壤,采用人工模拟降雨试验方法,分析15°坡度、4个降雨强度(0.5、1.0、1.5、2.0 mm/min)条件下,宽叶雀稗草(PasPalum wettsteinii)在3个不同生长阶段内(2个月、4个月、5个月)对花岗岩红壤坡面侵蚀过程的影响,揭示不同植草措施在各生长阶段内对花岗岩红壤坡面侵蚀过程影响规律,以期为南方花岗岩红壤地区的水土保持工作提供理论依据。本研究取得的主要结论如下:(1)坡面植草对花岗岩红壤坡面的径流过程的影响。坡面植草可在不同程度上延长坡面的初始产流时间、降低坡面径流峰值以及径流总量,其中条带3措施在试验过程中可延长初始产流时间2 min左右,其径流总量也明显低于裸露坡面。(2)坡面植草措施对花岗岩红壤坡面产沙过程的影响。坡面植草后可减小其坡面产沙量,使整个坡面产沙过程趋于平缓,降低坡面产沙过程的波动起伏。与裸露对比,植草坡面的减沙效益可达到90%以上,其中在试验后期条带3措施坡面近乎不再产沙。(3)坡面植草措施对花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙团聚体的影响。坡面植草后可改变侵蚀泥沙的粒径组成状况,植草坡面侵蚀泥沙中以团聚体以花岗岩红壤坡面的侵蚀过程影响是不同的。降雨强度与花岗岩红壤坡面侵蚀呈正相关关系,而植被覆盖度表现为负相关关系。因此,有效的坡面植草,增加花岗岩红壤坡面的地表覆盖,可减小其侵蚀量。

关键词：花岗岩红壤坡面植草土壤侵蚀人工降雨

不同频度和强度的干湿循环对花岗岩红壤固结强度的影响

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中国水土保持科学 2024年第3期22卷 28-35页

作者：任秋菊孙艺函魏玉杰陈新王佳鑫刘凌志张光辉蔡崇法华中农业大学资源与环境学院武汉430070 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311100

南方频繁干湿交替环境是影响土体结构强度演化的重要因素。为系统探究干湿循环频度和强度对赣州花岗岩红壤固结强度的影响,本研究通过进行不同强度和频度干湿循环条件下的快速固结试验,确定干湿循环效应对固结强度变化的影响机制。结果... 详细信息

南方频繁干湿交替环境是影响土体结构强度演化的重要因素。为系统探究干湿循环频度和强度对赣州花岗岩红壤固结强度的影响,本研究通过进行不同强度和频度干湿循环条件下的快速固结试验,确定干湿循环效应对固结强度变化的影响机制。结果表明:1)孔隙比随着荷载压力的增大呈现先快速减小后趋于平稳趋势,干湿循环加剧花岗岩红壤的压缩变形;2)土壤瞬时沉降量和主固结沉降量均随着干湿循环频度和强度作用增强而逐渐增加;3)花岗岩红壤干湿循环后的压缩系数在0.8~1.0之间,呈现高压缩性,且随着频度的增加压缩系数逐渐增大,7次循环后缓慢增加并趋于稳定;干湿循环频度和强度增加条件下固结系数均呈现连续下降趋势,使土体强度降低;4)干湿循环频度对固结系数和压缩系数变化作用最为显著(F=4102.71,P<0.001;F=508.40,P<0.001)。研究结果说明季节性降雨干旱引发的干湿循环效应显著影响土体的固结强度,加剧岩土体失稳崩塌的风险。

关键词：花岗岩红壤干湿循环频度干湿循环强度固结特性土壤侵蚀

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施用保水剂对花岗岩红壤坡面侵蚀过程的影响

水土保持学报 2021年第5期35卷 44-49,56页

作者：陈诗婷查瑞波毛兰花姜兴雪康佩佩福建师范大学地理科学学院福州350007 福建省亚热带资源与环境重点实验室福州350007 福建师范大学旅游学院福州350007

南方花岗岩普遍存在红壤颗粒粗、物理特性差、保水保肥能力弱、水土流失严重等问题。为了探讨施用保水剂对花岗岩红壤坡面防治水土流失的作用,通过模拟降雨试验和室内分析试验,研究层施(K1)、沟施(K2)、混施(K3)保水剂和不施保水剂(CT)... 详细信息

南方花岗岩普遍存在红壤颗粒粗、物理特性差、保水保肥能力弱、水土流失严重等问题。为了探讨施用保水剂对花岗岩红壤坡面防治水土流失的作用,通过模拟降雨试验和室内分析试验,研究层施(K1)、沟施(K2)、混施(K3)保水剂和不施保水剂(CT)条件下坡面的侵蚀过程。结果表明:3种保水剂施用方式下,花岗岩红壤坡面初始产流时间较对照坡面延长1.09~1.61倍。坡面入渗率、含水量分别表现为K2>K3>K1>CT和K3>K1>K2>CT;在不同处理方式下,坡面减流率表现为K3>K2>K1,减沙率表现为K2>K3>K1。与对照坡面相比,混施保水剂处理下坡面累积产流量减少59%,累积产沙量减少66%,保水剂发挥了较好的减流减沙作用;不同保水剂处理方式下,花岗岩红壤坡面累积产流量和产沙量构成幂函数模型,相关系数>0.990。研究结果为花岗岩红壤坡面土壤侵蚀防控提供理论依据和实践参考。

关键词：保水剂花岗岩红壤模拟降雨土壤侵蚀