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自然降雨条件下结皮层团聚体稳定性变化特征研究

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农业机械学报 2017年第6期48卷 225-231页

作者：胡波王玉杰王彬王云琦刘春霞王晨沣北京林业大学水土保持学院北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

通过野外定位监测和室内分析相结合的方法,以三峡库区典型黄壤为研究对象,结合Le Bissonnais(LB)法中快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿润振荡(WS)3种处理方法定量分析结皮层与表土层团聚体稳定性的差异。研究结果表明:在降雨作用下土... 详细信息

通过野外定位监测和室内分析相结合的方法,以三峡库区典型黄壤为研究对象,结合Le Bissonnais(LB)法中快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿润振荡(WS)3种处理方法定量分析结皮层与表土层团聚体稳定性的差异。研究结果表明:在降雨作用下土壤团聚体稳定性存在较大的动态变化,结皮层团聚体稳定性在自然降雨作用下呈现波动式上升的趋势。FW、SW、WS处理下,结皮层土壤团聚体平均质量直径变化范围分别为0.73~2.13 mm、1.70~2.90 mm和2.27~3.16 mm,下层土壤在FW处理下团聚体稳定性呈波动式上升趋势,平均质量直径变化范围为0.70~1.27 mm,在SW和WS处理下呈略微下降趋势,其变化范围分别为1.69~2.83 mm和2.53~2.95 mm。在降雨影响下,土壤结皮与下层土壤团聚体稳定性存在较大的差异,随着降雨场次的增加,结皮层团聚体稳定性逐渐高于下层土壤,且两者差值逐渐增大。在土壤有机质、阳离子交换量、pH值等理化性质基本不变的情况下,土壤团聚体稳定性在自然降雨影响下也存在较大的动态变化。

关键词：团聚体稳定性动态变化土壤结皮影响因素三峡库区

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不同植被绿色屋顶径流水质年际变化特征

环境科学 2022年第6期43卷 3187-3194页

作者：章孙逊张守红葛德闫婧杨航王任重远魏良怡张成玉北京林业大学水土保持学院北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,近年来逐渐得到广泛关注.为探究植被和使用时长对绿色屋顶径流水质的影响,于北京市区搭建了3种不同植被类型[佛甲草(Sedum lineare)、大花马齿苋(Portulaca grandiflora)和无植被(对照)]的绿色屋... 详细信息

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,近年来逐渐得到广泛关注.为探究植被和使用时长对绿色屋顶径流水质的影响,于北京市区搭建了3种不同植被类型[佛甲草(Sedum lineare)、大花马齿苋(Portulaca grandiflora)和无植被(对照)]的绿色屋顶.根据2017~2019年植物生长情况、雨季雨水和绿色屋顶径流水质的长期监测,定量分析不同植被绿色屋顶径流水质的年际变化特征.结果表明,相较雨水,3种绿色屋顶在监测期内均是NH_(4)^(+)-N的汇,浓度平均削减率在50.1%~79.2%之间,但均是PO_(4)^(3-)-P、DCr、DCu和DNi的源;佛甲草和大花马齿苋绿色屋顶在2017年是NO_(3)^(-)-N的汇,浓度平均削减率分别为71.4%和99.5%,在2018和2019年是NO_(3)^(-)-N的源,而对照绿色屋顶在监测期均为NO_(3)^(-)-N的源;绿色屋顶的植被类型和使用时长显著影响其径流中NO_(3)^(-)-N、PO_(4)^(3-)-P、DNi和DCu的浓度(P0.05);2017~2019年,佛甲草和对照绿色屋顶径流中NO_(3)^(-)-N以及大花马齿苋绿色屋顶径流中PO_(4)^(3-)-P浓度的平均值均逐年增加,各绿色屋顶径流中DNi和DCu的浓度均在2018年增加并在2019年回落;3种绿色屋顶中,大花马齿苋绿色屋顶对NO_(3)^(-)-N的控制效果最好,但可能会增加径流中PO_(4)^(3-)-P、DNi和DCu的浓度.

关键词：绿色屋顶径流水质年际变化植被营养盐重金属

基于模拟降雨的北京褐土坡地土壤团粒流失特征试验

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农业机械学报 2016年第8期47卷 137-145,215页

作者：杨帆张洪江程金花周柱栋北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度（35... 详细信息

选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度（35、65、100 mm/h）和3种植被盖度（0%、30%、80%）。结果表明,消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀特征变化明显,坡面含沙量和土壤分离率分别减少25.91%~31.15%和35.10%~41.20%,坡面侵蚀泥沙团粒中值粒径均小于雨滴击溅坡面。通过侵蚀泥沙有效粒径分布和最终粒径分布的比值（E/U）分析泥沙团粒的粒径分选特征,发现产流初始阶段粗砂、细砂、细粉粒和粘粒多以团聚体形式存在,而粗粉砂以初级粒子形式存在;随着降雨历时延长,侵蚀泥沙各粒级的分离程度增加,泥沙颗粒逐步分解为初级粒子。坡面侵蚀泥沙分离规律表明,泥沙团粒结构变化与坡面水动力学特征密切相关,土壤团聚体分形维数（D）与时间（T）呈幂函数关系。坡面产流前雨滴击溅对土壤分离有重要作用,其对土壤分离贡献率为28.09%,而无雨滴打击坡面土壤团聚体分形维数增量是有雨滴打击增量的48.43%。在该区坡地泥沙颗粒输移过程中,稳定性较差的砂粒被分解为细小颗粒,粗粉砂多以初级粒子形式存在,对坡面侵蚀泥沙颗粒分离过程具有重要影响,而粘粒在侵蚀坡面则逐渐富集。

关键词：侵蚀过程粒径分选雨滴击溅泥沙团粒结构

坡面草本植物对土壤分离及侵蚀动力的影响研究

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农业机械学报 2016年第5期47卷 129-137页

作者：杨帆程金花张洪江周柱栋戴矜君北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

植被是影响坡面水力侵蚀过程的重要因素,深入理解草本植物坡面不同降雨和径流特性对土壤分离的作用是研究土壤侵蚀动力学的基础。为此基于坡面土壤分离试验,通过定量测定2种草本植物草冠、根系对降雨和径流的影响,研究了不同侵蚀力作用... 详细信息

植被是影响坡面水力侵蚀过程的重要因素,深入理解草本植物坡面不同降雨和径流特性对土壤分离的作用是研究土壤侵蚀动力学的基础。为此基于坡面土壤分离试验,通过定量测定2种草本植物草冠、根系对降雨和径流的影响,研究了不同侵蚀力作用下的土壤分离特征。结果表明,草本植物对坡面径流和泥沙具有重要的调控作用,相同覆盖度下狗尾草坡面的径流含沙量低于青蒿坡面（P〈0.05）。对比草本植物结构对坡面土壤分离的影响,植物根系对坡面的减沙贡献率均高于其冠层（P〈0.05）,其中,青蒿草冠对于坡面降雨的阻滞作用高于狗尾草草冠（P〈0.05）,而狗尾草根系的减沙效益高于青蒿根系（P〈0.05）,这主要与草本植物叶面积指数（LAI）及根系形态分布有关,不同植物的根长密度与土壤分离率呈指数函数关系。坡面土壤分离过程受到侵蚀阻力的影响,在草本植物覆盖坡面,随着植物覆盖度的增加,颗粒阻力和波阻力均呈增大趋势。降雨侵蚀力和径流剪切力是坡面土壤分离的主要侵蚀动力,不同试验条件下草本植物对降雨和径流侵蚀力的降低值为189.21~698.92 J·mm/（m2·min）和6.27~20.38 kg/（m·s2）,减弱系数分别为22.75%~84.04%和19.68%~63.97%。

关键词：草本植物土壤分离侵蚀动力降雨击溅径流冲刷

京郊延庆农田保护性耕作措施对土壤风蚀的影响

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中国水土保持科学 2020年第1期18卷 57-67页

作者：吴姗姗牛健植蔺星娜北京林业大学水土保持学院北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

探究保护性耕作措施对京郊农田土壤风蚀的影响和防控作用等。野外采集京郊延庆地区几种典型农田(传统翻耕、玉米留茬、玉米留茬+覆盖、玉米秸秆覆盖)的原状土进行风洞模拟试验,对不同耕作措施农田土壤风蚀规律和影响因素进行研究。结果... 详细信息

探究保护性耕作措施对京郊农田土壤风蚀的影响和防控作用等。野外采集京郊延庆地区几种典型农田(传统翻耕、玉米留茬、玉米留茬+覆盖、玉米秸秆覆盖)的原状土进行风洞模拟试验,对不同耕作措施农田土壤风蚀规律和影响因素进行研究。结果表明:试验条件下当风速不同时,各耕作措施农田地表的风速廓线主要呈对数函数规律递增。4种耕作措施空气动力学粗糙度的大小顺序为玉米留茬+覆盖>玉米秸秆覆盖>玉米留茬>传统翻耕;土壤风蚀强度规律为传统翻耕>玉米留茬>玉米秸秆覆盖>玉米留茬+覆盖。各措施在不同风速下的输沙率以指数函数规律递减,风沙流结构以跃移质为主。风蚀物主要集中在15 cm高度范围内的近地表。在相同的风速下,较之传统翻耕措施,保护性耕作措施总体上均能减少风蚀输沙率。与传统翻耕措施相比,玉米秸秆覆盖、玉米留茬+覆盖、玉米留茬这3种保护性耕作措施均可以削弱近地表风速,减少农田土壤风蚀;因此,可以通过推广使用保护性耕作措施来降低京郊乃至华北地区农田的土壤风蚀,保护土地生产力。

关键词：土壤风蚀风洞试验风蚀强度空气动力学粗糙度输沙率

基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征分析

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环境科学 2021年第6期42卷 2796-2809页

作者：李华林张建军张耀方常国梁时迪迪徐文静宋卓远于佩丹张守红北京林业大学水土保持学院北京100083 北京市水科学技术研究院北京100048 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

非点源污染已成为影响水生态环境和人类健康的重要因素之一,而解析非点源污染风险时空变化特征是非点源污染治理的重要前提.基于1980~2020年土地利用数据,采用潜在非点源污染指数(potential non-point pollution index,PNPI)模型探究基... 详细信息

非点源污染已成为影响水生态环境和人类健康的重要因素之一,而解析非点源污染风险时空变化特征是非点源污染治理的重要前提.基于1980~2020年土地利用数据,采用潜在非点源污染指数(potential non-point pollution index,PNPI)模型探究基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征.结果表明:(1)流域潜在非点源污染风险呈东南部高西北部低的空间特征.研究时序内流域潜在非点源污染极高和高风险区面积呈减少趋势,极高和高风险区主要土地利用类型由旱地、水田和果园逐渐变为城镇用地和农村居民地.(2)均方差决策法、熵值法、变异系数法和专家打分法均得出土地利用指标权重最大,平均权重分别为0.46、0.53、0.45和0.48,而不同赋权方法确定的径流指标和距离指标权重差异较大,得出的各非点源污染风险等级区的面积占比差异也较大.(3)指数函数法通过构建土地利用指标、径流指标和距离指标的指数函数描述源因子与运输因子之间的关系,输出结果更符合流域非点源污染风险空间分布特征,极低和极高风险区面积占比分别为54.22%和6.23%.以上结果可为流域非点源污染风险分析及治理提供科学参考.

关键词：北运河上游非点源污染风险分区 PNPI模型指数函数法权重

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含植被坡体稳定性的年际变化规律研究

中国水土保持科学 2017年第2期15卷 18-24页

作者：丁雪坤张守红王玉杰王云琦李云鹏北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

植被对边坡稳定的影响主要体现在2方面,一是植物地上部分的自重以及风荷载对坡面的压力;二是植物根系的固土作用。植物种类和生长期对含植被坡体土壤抗剪强度的影响随植物的生长发育过程而变化,且这种变化难以量化。本文通过构建单株植... 详细信息

植被对边坡稳定的影响主要体现在2方面,一是植物地上部分的自重以及风荷载对坡面的压力;二是植物根系的固土作用。植物种类和生长期对含植被坡体土壤抗剪强度的影响随植物的生长发育过程而变化,且这种变化难以量化。本文通过构建单株植物模型,分析含有不同类型植被的浅层均质土坡安全系数的年际变化规律。结果表明,在综合考虑植被自重、风荷载和根系的影响条件下,含侧柏和荆条的坡体安全系数会随着植物的生长发育逐渐增大,分别在树龄为50年和30年左右达到峰值1.549和1.817,随后趋于稳定,二者的峰值安全系数较植被种植初期分别增加46.8%和54.9%。植被自重和风荷载减弱坡体的稳定性,其中植被自重影响相对较小,使含侧柏和荆条坡体的安全系数分别降低0.1%和0.7%,而风荷载的影响较为明显,使其安全系数分别降低5.9%和5.8%。研究结果可为正确评估坡体稳定性以及布设植物护坡措施提供一定的科学参考。

关键词：坡体稳定性含植被坡体模型根系固土安全系数

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北京山区侧柏林地坡面初始产流时间影响因素

中国水土保持科学 2019年第4期17卷 1-8页

作者：蒋秋玲信忠保余新晓樊登星北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

明确北京山区坡面初始产流时间及其影响因素,可进一步提升对流域产汇流的认识,为合理配置水土保持措施提供指导。以北京山区鹫峰林场侧柏林地坡面为研究对象,设置3个暴雨降雨强度(70、92、126 mm/h)、3个坡长(1、2、5 m)和2个坡面处理(... 详细信息

明确北京山区坡面初始产流时间及其影响因素,可进一步提升对流域产汇流的认识,为合理配置水土保持措施提供指导。以北京山区鹫峰林场侧柏林地坡面为研究对象,设置3个暴雨降雨强度(70、92、126 mm/h)、3个坡长(1、2、5 m)和2个坡面处理(枯落物覆盖和裸露),采用野外人工模拟降雨方法,研究降雨强度、枯落物、坡长等因素对侧柏林地坡面初始产流时间的影响。结果表明:1)降雨强度是坡面初始产流时间的主导因素;随降雨强度增大坡面初始产流时间迅速减少,二者之间呈幂函数关系。2)枯落物覆盖可明显延缓坡面初始产流时间;当降雨强度为70 mm/h时,1 m坡长小区在枯落物覆盖条件下降雨60 min不产流,在裸露条件下平均初始产流时间为480±174 s,其他降雨强度和坡长条件下枯落物覆盖坡面的平均初始产流时间较裸露坡面延迟139 s。3)随坡长增加,枯落物覆盖坡面和裸露坡面初始产流时间均呈减少趋势。4)侧柏林地坡面初始产流时间主要受降雨强度和枯落物影响,二者分别贡献了59.8%和23.8%。以上结果表明影响北京山区侧柏林地坡面初始产流时间的主要因子为降雨强度和枯落物,暴雨作用下林地枯落物在滞缓坡面产汇流方面发挥了重要作用。

关键词：产流时间枯落物降雨强度坡长北京山区

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北京山区河岸带植物群落种-面积关系

生态学报 2018年第8期38卷 2698-2709页

作者：孔庆仙信忠保夏晓平北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

种-面积关系是群落生态学的基本问题之一,是了解植物群落结构的重要途径。为摸清北京山区河流河岸带植物群落调查最小样方面积,在北京市怀柔区怀九河河岸带沿线,采用基于河岸带立地条件逐步扩大样地面积的方法布设50个80m长样地,调查计... 详细信息

种-面积关系是群落生态学的基本问题之一,是了解植物群落结构的重要途径。为摸清北京山区河流河岸带植物群落调查最小样方面积,在北京市怀柔区怀九河河岸带沿线,采用基于河岸带立地条件逐步扩大样地面积的方法布设50个80m长样地,调查计算并拟合不同类型河岸带所需的最小样地面积。研究结果表明:北京市怀柔区怀九河河岸带植物种数255种,隶属于70科185属。通过聚类分析将怀九河河岸带分为自然河岸带、近自然河岸带、人工岸坡乔灌草河岸带、人工岸坡观赏性乔灌草河岸带、人工岸坡疏乔灌草干砌石河岸带和人工岸坡浆砌石河岸带6种类型。根据赤池信息量准则AIC可知自然河岸带、近自然河岸带、人工岸坡乔灌草河岸带和人工岸坡疏乔灌草干砌石河岸带优先选取S=c-ae^(-bA),人工岸坡观赏性乔灌草河岸带优先选取S=aA/(1+bA),人工岸坡浆砌石河岸带优先选取S=c/(1+ae^(-bA))。满足相同比例植物种调查,不同类型河岸带所需最小样地面积存在明显差异,当满足河岸带植物调查80%植物种时,人工岸坡浆砌石河岸带(84m^2)和自然河岸带(217m^2)所需样地面积较小,其次是人工岸坡疏乔灌草干砌石河岸带(362m^2),近自然河岸带(450m^2)和人工岸坡乔灌草河岸带(460m^2)所需样地面积相似,而人工岸坡观赏性乔灌草河岸带所需样地面积最大为571m^2。所得出的河岸带植物调查最小样地面积对于河岸带生物多样性保护和指导河岸带生态修复具有重要意义。

关键词：山区河岸带种-面积关系植物群落河岸带类型最小样地面积