针对生产建设过程中工程开挖引发严重的水土流失问题,通过野外模拟降雨试验,研究了不同开挖坡度(30°,40°,50°)坡面产流、产沙特征。结果表明:坡度、雨强均能对开挖面产流、产沙过程造成重大影响,随着坡度增大,不同雨强(0.65,1.15,1.65 mm/min)下开挖面产流、产沙参数值增大,产流率介于0.47～0.72 mm/min之间,径流系数介于0.39～0.63之间;产沙率介于8.64～49.80 g/(m²·min)之间,径流含沙量介于17.27～77.64 kg/m³之间;但在相同坡度下,随着降雨强度的增大,产流、产沙参数值的变化存在差异。产流率随雨强增大而增大,径流系数的中(1.15 mm/min)、高(1.65 mm/min)雨强无明显差异。坡度30°的开挖面产沙率随雨强的增大而增大,坡度增大时,中、高雨强坡面产沙率接近;50°开挖面产沙率和径流含沙量在3个雨强下呈高—低—高势。试验成果为开挖面水土流失的预测、评价提供数据支撑,同时也为生产建设项目水土流失防治及水土保持监督执法提供科学依据。

采用可变坡的3 m×1 m土槽进行人工降雨和放水冲刷试验,在不同坡度(5°~20°)、不同雨强(0.6~2.5 mm/min)和放水流量(1.6~7 m³/s)情况下,对紫色土坡面的产流产沙特征进行了研究。结果表明:放水冲刷试验中径流流速从坡上到坡脚表现出先增加后减小、逐渐增大和逐渐减小3种趋势,而人工降雨试验则恰恰相反,径流流速从坡上到坡脚表现出逐渐增大的趋势;15 min是2种试验方法产流过程稳定的临界时间;人工降雨试验径流含沙量稳定的时间介于5~50 min之间,放水冲刷试验含沙量稳定的临界时间为20 min。试验成果可为后续紫色土侵蚀相关研究提供数据支持。

为分析不同农作物用地土壤团粒结构稳定性,揭示种植模式和作物生长对土壤质量的作用与影响,以晋西黄土丘陵区主要农作物用地土壤为研究对象,以分形维数D和矩法参数为指标,分析不同种类农作物用地土壤团聚体稳定性。结果表明:基于表层土壤团粒分形维数,土壤结构稳定性变化由强到弱依次为土豆、黍子、绿豆、黄豆、苹果、玉米、向日葵、核桃;基于表层土壤水稳性团粒分形维数,土壤结构稳定性变化由强到弱依次为绿豆、黄豆、土豆、向日葵、黍子、玉米、苹果、核桃;比较不同农作物用地0.25~3 mm粒径土壤团粒含量,得出土壤肥力变化由大到小依次为黍子、绿豆、黄豆、土豆、玉米、向日葵、苹果、核桃。用矩法的理论和特征参数评价得出:农作物用地0~20 cm深度的土壤偏度系数C_S普遍小于20~40 cm土层;核桃地表层土壤偏度系数C_S甚至转为负值;峰凸系数C_E差异不大,均为负值。研究成果表明:人为干扰对表层土壤结构破坏作用明显,农作物用地土壤结构稳定性普遍较差。

为分析长江中上游地区土壤崩解速率随土壤类型、剖面深度变化特征以及崩解速率的地域分异规律和主要影响因素,采用静水崩解法测定不同类型土壤的崩解速率,并对土样进行室内理化分析。结果表明:崩解速率随土壤类型不同由快至慢依次为砂质红壤、砂质黄壤、褐土、壤质黄壤、石灰土、紫色土、棕壤、壤质红壤;土壤崩解速率在垂直剖面上的变化趋势可分为递减型、递增型、凸峰型、凹谷型4种类型;陕南地区和湘东赣南山地丘陵区崩解速率最快,嘉陵江上游地区土壤崩解速率次之,丹江口库区、三峡库区、四川盆地和云贵高原等地土壤崩解速率较慢;影响长江中上游地区土壤崩解速率的主要因素是>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量和有机质含量。

通过室内特制的土壤水分入渗试验装置,分别设置正、倒直角三角形单一质地土壤剖面,探讨紫色土的不规则剖面均质土壤入渗特性。参考Green-Ampt模式思路,建立了紫色土典型三角形均质剖面入渗模型。试验结果显示:粗质地的湿润锋随时间推进速度快于细质地;同一质地,正直角三角形剖面铅直面湿润锋随时间推进速度快于倒直角三角形剖面,但入渗速率小于倒直角三角形剖面;入渗前期,正三角形剖面的斜面湿润锋随时间推进速度快于倒直角三角形剖面,随入渗继续,反而逐渐慢于倒直角三角形剖面。各剖面入渗的湿润锋、入渗速率与时间均呈极显著幂函数关系。建立的紫色土典型三角形均质剖面入渗模型经实测值验证,模拟值与实测值具有非常好的一致性,且可与经验模型相互转换,模型参数也具有一定的物理意义。

采用室内试验方法,研究不同种类盐分在相同土质、相同供水条件以及相同外界环境条件下,土壤蒸发强度随土壤溶液盐分的种类和浓度的变化规律。研究结果表明:在同等条件下,含盐土壤蒸发强度小于不含盐土壤,而且随着盐分浓度的增加,其蒸发强度逐渐减小,但各试验组蒸发强度随盐分浓度的变化规律有所差异;在一定的浓度条件下盐分浓度的增加对蒸发速率影响不大,超过了一定浓度范围,盐分浓度越大,蒸发速率越小。不同种类含盐试验组处于相同的初始盐分浓度情况下,蒸发速率呈现出比较明显的差异,即KCl > CaCl₂ > NaCl > MgSO₄。

土壤机械组成是土壤最基础的资料之一,在土壤结构性等方面扮演重要角色,它受到成土母质、气候、地形、生物和人类活动等因素影响。根据《中国土种志》及部分地方土壤志记载的333个红壤剖面数据,研究了红壤机械组成受成土母质和土地利用的影响程度。结果表明:成土母质和土地利用均可以对红壤机械组成产生影响;成土母质与土地利用相比,前者对于红壤机械组成的影响更为深刻;土地利用对红壤机械组成影响不大。成土母质对红壤机械组成的解释程度随着深度的增加而增大,可解释红壤机械组成变异的25%左右。研究成果可为红壤性质的研究以及红壤的改良与农业利用提供理论支持。

以全球变暖为主要特征的全球气候变化导致降雨侵蚀力改变,从而影响区域土壤流失过程。因此,研究气候变化对降雨侵蚀力的影响,对适应和预防全球气候变化、争取环境外交主动权、制定农业发展战略具有积极作用。对相关研究成果进行了总结:国外相关研究由侧重单一的降雨量变化对降雨侵蚀力的影响,发展为气候变暖和土地利用类型的变化对土壤侵蚀环境的综合影响;国内相关研究起步较晚,侧重于不同区域降雨侵蚀力的计算,在长江流域,气候变化对降雨侵蚀力影响的相关研究较少。加强相关研究,既可为长江流域降雨侵蚀力的研究提供理论依据,又可为长江流域降雨侵蚀的防治和气候变化下水保措施的制定提供技术支撑。

强烈的人为作用造成我国西南喀斯特区水土流失严重,并导致了石漠化。而碳酸盐岩风化后残留物极少,土壤形成速度极慢,又导致石漠化的恢复极难。因此,西南喀斯特区石漠化的核心问题就是土壤形成与流失的矛盾。目前对于碳酸盐岩成土速率的计算,都是基于剖面上碳酸盐岩溶蚀速率来推算的,溶蚀速率是通过灰岩标准试片溶蚀速率确定的,只考虑了岩-土接触面上的碳酸盐岩溶蚀速率,不考虑碳酸盐岩岩层间和岩体内部的风化作用。而可以包含以上3种成土模式的流域地球化学平衡法,则是在花岗岩地区建立起来的,应用在碳酸盐岩上,必须对其进行修正。碳酸盐岩的风化成土与花岗岩的差异较大,碳酸盐岩的风化分成2个过程,即碳酸盐岩风化形成残积物和残积物进一步风化形成土壤。在综述前人研究成果的基础上,提出了在风化速率计算中增加残积物风化模块,以区分碳酸盐岩基岩与残积物2个不同风化过程的方法,来修正基于花岗岩建立的流域地球化学平衡法,以适合碳酸盐岩上土壤形成速率的计算。