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林业科学 2018年第4期54卷 49-57页

作者：朱锦奇王云琦王玉杰马超北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

【目的】为提高植物根系固土效果模型量化的准确性,针对植物根系在土壤中受破坏的不同方式,基于植物生长过程的根土复合体直剪试验,利用根的拔出与抗拉试验,分析根系在不同生长时期的受力机制,定量评估植物根系对土壤的加固效果。【方... 详细信息

【目的】为提高植物根系固土效果模型量化的准确性,针对植物根系在土壤中受破坏的不同方式,基于植物生长过程的根土复合体直剪试验,利用根的拔出与抗拉试验,分析根系在不同生长时期的受力机制,定量评估植物根系对土壤的加固效果。【方法】在原有直剪仪器的基础上,设计了一套分离式、可测定盆栽植物根系固土效果的装置。将12棵3年生山矾幼树样本直接种植于直剪盒,针对移植后1个月、4个月和1年后山矾根系的单根抗拉强度、拔出强度和根土复合体的抗剪强度进行测定,建立植物单根直径与单根抗拉强度、拔出强度的关系曲线。在时间尺度上,研究影响其根系固土的相关参数变化,分析根系与土壤的相互作用机制和根系的破坏情况,并优化现有Wu模型,并尝试评估动态生长过程中的根系固土效果。【结果】1)植物根系固土效果受抗拉强度与拔出强度的共同影响,在植物的生长的过程中,拔出强度对固土效果的影响比抗拉强度更加显著;2)随着植物种植时间的增加,4个月后根土复合体的抗剪切强度显著增加,1年后根土复合体的抗剪切强度较前4个月增长放缓。根土复合体发生剪切破坏后,根系发生断裂破坏的概率随种植时间的增加而增加。3)将根系抗拉和拔出强度2个参数加入到植物根系固土模型的计算中,可以更好地反映植物根系固土效果,特别是对于植物移植生长过程,模型计算结果与实际值平均相差仅为8.13%。【结论】植物根系在1年的生长周期内,根系数量不会发生较大变化,根系抗拉强度由其材料属性决定,也不会发生较大变化。而根系与土壤间的键合则变得更加紧密,根系的拔出强度增加显著,更多的根系在土壤发生破坏时发生断裂,最终提高根系加固土壤的效果。

关键词：根系破坏方式抗拉强度拔出强度模型

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入渗水量对重庆四面山草地优先流影响的定量评价

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水土保持学报 2018年第2期32卷 45-51,73页

作者：姚晶晶程金花张洪江李明峰阚晓晴北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学林业生态工程教育部工程研究中心北京100083

以重庆四面山草地为研究对象,通过野外染色示踪试验,借助图像处理技术、方差分析、相关性分析及变异性分析等方法,分析3种不同入渗水量(20,40,60mm,对应的样地编号分别为G20,G40,G60)对土壤优先流的影响并进行定量评价。结果表明:(1)染... 详细信息

以重庆四面山草地为研究对象,通过野外染色示踪试验,借助图像处理技术、方差分析、相关性分析及变异性分析等方法,分析3种不同入渗水量(20,40,60mm,对应的样地编号分别为G20,G40,G60)对土壤优先流的影响并进行定量评价。结果表明:(1)染色面积比基本上随着土层深度的增加而减小,其中G20和G40的染色面积比分别从3cm和12cm处开始显著下降;(2)总染色面积比和优先流长度指数与入渗水量呈显著正相关(P<0.01);(3)入渗水量的增加可以促进水分向更深层运动,最高可达60cm;(4)优先流区染色面积比和最大入渗深度的非均匀性随着入渗水量的增加而减小,其变异性系数的变化分别为1.88~0.47和0.52~0.07,但入渗水量对实际入渗深度的影响则更为复杂。

关键词：入渗水量优先流染色面积入渗深度变异系数

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黄壤坡面土壤分离速率研究

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长江流域资源与环境 2018年第9期27卷 2114-2121页

作者：王凯王玉杰王彬张守红王云琦王晨沣北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

黄壤坡面侵蚀是长江中上游泥沙的主要原因之一,因此对该地区的土壤分离过程的量化研究对土壤侵蚀机理研究的深入和水土流失防治具有一定的理论和实践意义。通过变坡水槽冲刷实验,研究了黄壤坡面土壤分离速率与坡度、流量及主要水动力参... 详细信息

黄壤坡面侵蚀是长江中上游泥沙的主要原因之一,因此对该地区的土壤分离过程的量化研究对土壤侵蚀机理研究的深入和水土流失防治具有一定的理论和实践意义。通过变坡水槽冲刷实验,研究了黄壤坡面土壤分离速率与坡度、流量及主要水动力参数间的关系,探寻模拟土壤分离过程的最优参数。试验结果表明:土壤分离速率与流量、坡度和多个水动力学参数都呈正相关关系。坡度和流量的幂指数均>1,表明二者在实验测定范围内对土壤分离速率有叠加增大作用。水流功率(R^2=0. 93)与土壤分离速率拟合方程的决定系数最高,表明用水流功率来描述土壤分离速率能获得更多有效信息。当单位水流功率>0. 281 m/s后,土壤分离速率随其增大而剧烈增加。但是径流剪切力(与土壤分离速率的决定系数为R^2=0. 83)值的计算只需获得坡度和水深等数据,水流功率值的计算不仅要采集坡度和水深等数据,还要获得流速等获取难度相对较大的数据。因此,采用径流剪切力来描述土壤分离较水流功率更为方便,而采用水流功率来估算土壤分离速率更为精确。

关键词：土壤分离速率坡度水动力学参数黄壤水流功率长江中上游

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根系构型对土壤渗透性能的影响

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中国水土保持科学 2018年第4期16卷 73-82页

作者：王鑫皓王云琦马超王玉杰北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心(北京林业大学) 北京100083

植物的根系能够影响土壤中水分的下渗,但是不同的根系构型对土壤入渗性能的影响尚不清楚。为探究不同构型根系对土壤渗透性能的影响,选择重庆缙云山6种不同根系构型的树种进行单株尺度的定水头入渗试验;渗透结束后将根系挖出,统计不同... 详细信息

植物的根系能够影响土壤中水分的下渗,但是不同的根系构型对土壤入渗性能的影响尚不清楚。为探究不同构型根系对土壤渗透性能的影响,选择重庆缙云山6种不同根系构型的树种进行单株尺度的定水头入渗试验;渗透结束后将根系挖出,统计不同根系构型的根系形态,并分析其对土壤下渗速率的影响。结果表明:1)植物根系的存在能够提高土壤的稳渗速率达2~5.23倍,根长密度、根体积分数、根系的体积分形维数与土壤的稳渗速率均呈正相关关系;2)不同根系构型对土壤入渗性能的影响不同,在根系体积相同的情况下稳渗速率从大到小依次为V型>M型>R型>W型>VH型>H型;3)H型根-土复合体的入渗速率-时间曲线可以用Horton公式进行拟合,R型和W型根-土复合体可以用Kostiakov公式进行拟合,而M型根-土复合体采用2种方式拟合均可。

关键词：根系构型入渗速率入渗模型根系方向根系分形

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透水铺装径流调控效益研究进展

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环境科学与技术 2018年第12期41卷 105-112,130页

作者：李美玉张守红王玉杰王云琦北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

透水铺装作为一种从源头控制雨水径流的低影响措施,具有降低地表径流量和洪峰流量、改善雨水径流水质、补给地下水等功能,因而,正被越来越广泛地应用于海绵城市建设。文章从透水铺装结构与分类、透水铺装径流调控机理、透水铺装水量削... 详细信息

透水铺装作为一种从源头控制雨水径流的低影响措施,具有降低地表径流量和洪峰流量、改善雨水径流水质、补给地下水等功能,因而,正被越来越广泛地应用于海绵城市建设。文章从透水铺装结构与分类、透水铺装径流调控机理、透水铺装水量削减与水质净化效益、透水铺装堵塞机理及影响因素等多个方面综述了国内外透水铺装径流调控研究进展,并从透水铺装流域/区域尺度径流调控效益、透水铺装维护方法、冬季透水铺装的径流调控效果、透水铺装污染物迁移转化规律和透水铺装全生命周期效益评价等方面提出了未来的研究趋势和重点,以期为透水铺装径流调控效益研究及透水铺装设计、建设和维护等提供理论和方法支持。

关键词：透水铺装径流调控水量削减水质净化堵塞清理维护

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重庆缙云山毛竹林次降雨再分配特征及穿透雨的空间异质性

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水土保持学报 2018年第5期32卷 202-207页

作者：裴承敏王云琦张守红王玉杰北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

为分析毛竹林的林冠降雨再分配规律及其穿透雨的空间分布特征和影响因素,在重庆缙云山自然保护区内选择的30m×30m毛竹林标准地内,随机布置72个穿透雨监测点,并选取6株标准木观测干流,于2017年5-8月监测毛竹林水文特征。结果表明:1... 详细信息

为分析毛竹林的林冠降雨再分配规律及其穿透雨的空间分布特征和影响因素,在重庆缙云山自然保护区内选择的30m×30m毛竹林标准地内,随机布置72个穿透雨监测点,并选取6株标准木观测干流,于2017年5-8月监测毛竹林水文特征。结果表明:18场典型降雨的合计林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量分别为32.74,208.09,10.97mm,分别占总降雨量的13.00%,82.64%,4.36%;次穿透雨率随次降雨量增加呈对数函数增长;穿透雨的空间变异系数(CVS)随次降雨量和降雨强度增加呈幂函数递减;当次降雨量小于10mm时,叶面积指数(LAI)与穿透雨率呈显著负相关(p<0.05);各监测点不同降雨场次中穿透雨率变异系数(CV_T)为19.2%~47.7%,其空间分布格局与毛竹密度的空间分布较为一致,而与观监测点上方的LAI无显著相关;穿透雨量较大的监测点趋向于分布在毛竹冠区边缘。

关键词：毛竹林林冠截留穿透雨空间异质性

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水力梯度影响下WEPP模型估计细沟侵蚀参数的可行性分析

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农业工程学报 2017年第8期33卷 126-133页

作者：王晨沣马超王玉杰王彬王云琦张会兰北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083

为分析近地表水文条件影响下WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型估计细沟可蚀性和临界剪切力的可行性,该研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,采用不同水力梯度值模拟饱和/渗流(水力梯度为0、0.71和1.43 m/m)和排水(水... 详细信息

为分析近地表水文条件影响下WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型估计细沟可蚀性和临界剪切力的可行性,该研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,采用不同水力梯度值模拟饱和/渗流(水力梯度为0、0.71和1.43 m/m)和排水(水力梯度为?0.71和?1.43 m/m)2种近地表水文条件,并设置3个放水流量(0.55、1.58、2.51 L/min),利用"V"形试验土槽测定不同条件下细沟产流产沙,以WEPP模型估算的土壤可蚀性和临界剪切力为计算值。测定增大流量直到侵蚀开始并出现连续不断的土壤颗粒分离时所对应的流量,将基于此流量计算获得的临界剪切力作为实测值。比较临界剪切力计算值与实测值验证WEPP模型估算的可靠性。结果表明,在饱和/渗流条件下,土壤剥蚀率随着冲刷历时的增加逐渐减小;在排水条件下,放水流量为0.55 L/min的土壤剥蚀率随冲刷历时的增加快速减少并逐步稳定,而随着放水流量增大土壤剥蚀率波动的更为剧烈。5个水力梯度平均细沟可蚀性为2.51×10?2 s/m。饱和/渗流条件下细沟可蚀性为3.07×10?2 s/m,是排水条件的1.78倍。除水力梯度为?1.43 m/m时临界剪切力在WEPP模型中的计算值与实测值相符外,在?0.71~1.43 m/m范围内,临界剪切力的计算值均高估了实测值,平均高估了36.85%。临界剪切力实测值与计算值呈指数函数关系(R2=0.77,P<0.01)。该研究可为黄壤的侵蚀防治及WEPP细沟侵蚀模型临界剪切力修正提供理论支持和科学指导。

关键词：侵蚀径流剪切力水力梯度 WEPP模型细沟可蚀性黄壤

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间伐对川中丘陵区人工柏木林下天然更新的影响

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四川林业科技 2019年第2期40卷 9-13页

作者：赵润陈俊华牛牧别鹏飞慕长龙绵阳师范学院四川绵阳621000 四川龙门山森林生态系统国家定位观测研究站四川平武622553 四川省林业科学研究院四川成都610081 北京林业大学北京100083

以川中丘陵区"带状采伐+补阔"试验基地作为研究对象,调查其林下天然更新情况。结果表明:(1)采伐带、保留带天然更新的幼树幼苗明显高于对照样地(P<0.05)。10m、8 m、6 m、4m采伐带、保留带的天然更新幼树幼苗分别是对照的1... 详细信息

以川中丘陵区"带状采伐+补阔"试验基地作为研究对象,调查其林下天然更新情况。结果表明:(1)采伐带、保留带天然更新的幼树幼苗明显高于对照样地(P<0.05)。10m、8 m、6 m、4m采伐带、保留带的天然更新幼树幼苗分别是对照的10.63倍、9.38倍、7.92倍、7.50倍和3.33倍、3.75倍、4.38倍、6.04倍。(2)采伐带、保留带、对照样地内的更新幼树幼苗的树高均显现为左偏单峰结构,且均以树高≤0.1m的幼苗数量最多。不同带宽采伐带和保留带内天然更新的幼树幼苗高度分级占比不尽相同。(3)所有处理下的天然更新的幼树幼苗均呈聚集状分布的状态,且聚集强度较大。(4)除柏木外,天然更新的树种种类多以香樟、香椿、乌桕等喜阳或半喜阳的为主。

关键词：川中丘陵区人工柏木林带状采伐天然更新

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广西西林县非石质山区小流域水土保持综合治理效益评价

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人民珠江 2019年第9期40卷 56-61,84页

作者：黄艳霞梁志鑫王玉杰王云琦王彬顾剑红李一凡广西壮族自治区水利厅广西南宁530000 广西水土保持监测总站广西南宁530000 北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083

对同一区域内不同小流域综合治理效益评估并进行对比分析,可以为挑选适宜该区域更有效的治理方式和以后水土流失治理工作提供参考依据。由统计和监测数据对西林县实施了水土保持综合治理工程的龙英、八阳、普驮3条小流域评估分析,结果表... 详细信息

对同一区域内不同小流域综合治理效益评估并进行对比分析,可以为挑选适宜该区域更有效的治理方式和以后水土流失治理工作提供参考依据。由统计和监测数据对西林县实施了水土保持综合治理工程的龙英、八阳、普驮3条小流域评估分析,结果表明3条小流域治理后水土流失被有效的控制,土地利用结构得到调整与优化,农民生活水平提高。通过引进土壤侵蚀模数降低率(Z)、水土流失面积治理率(Y)、林地面积增加率(X)、综合治理生态效益的参数(H)4个因子,运用加权求和得到龙英、八阳、普驮小流域综合治理生态效益的参数H1、H2、H3分别为0.924、0.574、0.479。效益具体等级评价分别为“优”“良”“良”。运用静态分析法求得3条小流域经济参数——计算效益期内净效益、效益费用比、经济效益系数、还本年限、敏感性分析5个指标值后分析。结果表明3条小流域治理投资在经济上是可行的,3条小流域数据体现优势各异。

关键词：小流域效益经济参数非石质山区水土保持 “珠治”试点工程

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不同土壤前期含水率和坡度下黄壤分离临界水动力特性

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农业机械学报 2017年第4期48卷 224-232页

作者：王晨沣王彬王玉杰王云琦胡波李世荣北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京市水土保持工作总站北京100036

土壤分离临界水动力学参数是侵蚀预报研究的基础内容,但关于不同近地表土壤水分条件下坡面侵蚀发生临界起动关键影响因子及其内在机制尚不清楚。本研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,试验设计5个土壤前期含水率(5%~23%)和5个坡... 详细信息

土壤分离临界水动力学参数是侵蚀预报研究的基础内容,但关于不同近地表土壤水分条件下坡面侵蚀发生临界起动关键影响因子及其内在机制尚不清楚。本研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,试验设计5个土壤前期含水率(5%~23%)和5个坡度(1.0°~10.0°),利用冲刷槽实测土壤分离临界水动力学参数,探讨土壤分离临界水动力学参数对不同土壤前期含水率和坡度耦合作用的响应。结果表明:土壤分离临界流速、临界水深和流态均与坡度和土壤前期含水率呈幂函数减小关系;在坡度小于5.0°时,土壤分离临界水动力参数受坡度和土壤前期含水率耦合作用的影响;而在坡度大于5.0°时则主要受坡度的影响。因此,当坡度大于5.0°时,可直接采用简化幂函数方程对土壤分离临界水动力参数进行估算。在本研究试验条件下,坡面土壤分离临界水流流态基本属于层流、缓流,发生紊流、急流的概率很小。坡度和土壤前期含水率对坡面流阻力有重要的影响,阻力系数随临界单宽流量和雷诺数的增加呈幂函数下降趋势。

关键词：土壤分离土壤前期含水率坡度临界水动力特性黄壤

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