地球科学进展  2018 , 33 (11): 1130-1141 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.11.1130.

西南喀斯特地区土壤侵蚀研究进展与展望*

马芊红, 张科利*

北京师范大学,地理科学学部,地表过程与资源生态国家重点实验室,北京 100875

Progresses and Prospects of the Research on Soil Erosion in Karst Area of Southwest China*

Ma Qianhong, Zhang Keli*

State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology, Faculty of Geographical Science,Beijing Normal University, Beijing 100875,China

中图分类号:  P934;S157

通讯作者: 

*通信作者:张科利(1962-),男,陕西宝鸡人,教授,主要从事土壤侵蚀研究.E-mail:keli@bnu.edu.cn

收稿日期: 2018-06-28

修回日期:  2018-09-27

网络出版日期:  2018-11-20

版权声明:  2018 地球科学进展 编辑部 

基金资助:  国家自然科学基金重点项目“西南黄壤区不同尺度土壤侵蚀与泥沙运移规律耦合关系”(编号:41730748)资助.

作者简介:

First author:Ma Qianhong(1991-), female, Baoding City, Hebei Province, Ph. D student. Research areas include soil erosion in Karst area. E-mail:maqianhong@mail.bnu.edu.cn

作者简介:马芊红(1991-),女,河北保定人,博士研究生,主要从事喀斯特地区土壤侵蚀研究.E-mail:maqianhong@mail.bnu.edu.cn

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摘要

西南喀斯特地区是我国因水土流失导致生态环境问题严重而研究相对薄弱的地区。从侵蚀特征、不同空间尺度土壤侵蚀研究进展及研究中的关键问题3个方面系统总结了该地区土壤侵蚀研究成果,在此基础上,提出现有研究中存在的不足以及未来土壤侵蚀的研究方向。结果表明:①在独特的地质水文背景下,喀斯特地区形成地表地下二元结构,导致地表侵蚀与地下侵蚀并存,在此基础上形成了复杂的坡面产流产沙过程和流域汇流输沙过程。②目前喀斯特地区土壤侵蚀机理研究多集中在坡面尺度,在土壤侵蚀影响因子定量评价上取得了丰硕成果;小流域水沙关系的连续高精度监测资料较少;资料不足时,河流泥沙可作为研究喀斯特地区土壤侵蚀强弱及时空分异特征的有效途径。③以50 t/(km2·a)作为允许土壤流失量,较以前的土壤侵蚀强度分级标准更为合理;石漠化与土壤侵蚀关系复杂,仍需进一步定量研究石漠化对土壤侵蚀的影响;目前对土壤漏失界定、漏失机理和比例等问题未形成统一认识,多方法组合、多尺度匹配是揭示漏失的可靠途径。总之,为进一步探明喀斯特地区土壤侵蚀规律,建立和完善适用于该地区的土壤侵蚀预报模型,迫切需要在坡面—流域—河道尺度上开展同步试验和监测,追踪泥沙来源,从而为推进西南喀斯特地区水土保持工作提供理论和技术支撑。

关键词: 土壤侵蚀 ; 石漠化 ; 土壤漏失 ; 西南喀斯特地区

Abstract

The karst area of Southwest China is suffering from serious ecological and environmental problems due to soil erosion while the research on soil erosion is not sufficient. Primary achievement was systematically reviewed in this paper in three aspects: erosion characteristics, current researches about erosion on different spatial scales, and key scientific problems. Based on the review, the authors figured out the shortcomings of the existing studies and pointed out the directions on erosion study in southwest China karst region. The results showed that: ① Due to the existence of a dual structure in karst environment including ground and underground erosion, the process of runoff and sediment production on slope scale and confluence and sediment transportation processes on catchment scale were more complex under the unique geological and hydrological backgrounds; ② At present, most researches about erosion mechanism in karst area focus on slope scale and some achievements on quantitative evaluation of erosion factors have been made. Continuous data with high quality about relationship between water and sediment on catchment scale is limited. When data is scarce, river sediment data can be used as an effective way to study soil erosion intensity and spatial-temporal variation in karst area; ③ It is more reasonable to use 50 t/(km2·a) as the grading standard of soil loss tolerance than the previous grading standard of soil erosion intensity. Given the complex relationship between rocky desertification and soil erosion, more quantitative studies about the effects of rocky desertification on soil erosion are still necessary. There are different viewpoints on soil leakage definitions, leakage mechanism and leakage ratios, and new breakthroughs could be achieved by combining different methods and matching multi-scales. In conclusion, in order to further reveal soil erosion laws and establish and revise available regional soil erosion forecasting models for Southwest China karst areas, synchronous test and monitoring on slope, watershed, and channel spatial scales are urgently needed. The results can provide theoretical and technical support for promoting soil and water conservation work for the karst area of Southwest China.

Keywords: Soil erosion ; Rocky desertification ; Soil leakage ; Karst area of Southwest China.

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马芊红, 张科利. 西南喀斯特地区土壤侵蚀研究进展与展望*[J]. 地球科学进展, 2018, 33(11): 1130-1141 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.11.1130.

Ma Qianhong, Zhang Keli. Progresses and Prospects of the Research on Soil Erosion in Karst Area of Southwest China*[J]. Advances in Earth Science, 2018, 33(11): 1130-1141 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.11.1130.

1 引 言

中国西南喀斯特地区是世界上面积最大(55×104 km2)[1]、喀斯特发育最典型、人地矛盾最尖锐的喀斯特连续分布带,中心位于贵、滇、桂为主体的岩溶高原地区,脆弱的生态环境严重制约着当地经济发展,这里集中了全国近50%的贫困人口[2],贵州和广西两省88%的贫困县位于石漠化地区[3]。由于喀斯特地区土壤侵蚀具有隐蔽性,20世纪80年代以前,该地土壤侵蚀问题尚未引起广泛关注[4,5]。在人口超载和社会经济落后的双重压力下,喀斯特地区土壤侵蚀加剧,石漠化快速发展、生态环境恶化等问题日益突显。20世纪80年代后,特别是进入21世纪以来,该地区土壤侵蚀研究受到越来越多的关注[5,6],目前研究领域主要集中于土壤侵蚀特征、现状及其分级标准,土壤侵蚀成因及其治理措施以及比选适宜方法定量评价侵蚀量等。

2 西南喀斯特地区侵蚀特征

由于控制侵蚀过程的主导因素显著不同,区域间土壤侵蚀和泥沙输移过程、水土流失导致的环境问题也必然存在差异。按照自然环境特征和水土流失特点,水利部将全国分为东北黑土区、西北黄土高原区、西北风沙区、北方土石山区、南方红壤丘陵区、西南石质山区和青藏高原冻融侵蚀区。最新水利普查结果显示,目前西南石质山区水土流失面积达36.12×104 km2,占全国水土流失总面积的27.93%,并且该地区侵蚀程度为强烈及以上的面积占比高出全国平均值5个百分点[7],也就是说,西南石质山区不仅水土流失面积大,而且侵蚀程度非常严重。在西南石质山区,一旦土壤流失导致土地石漠化,进行生态再修复十分困难。因此,掌握该区土壤侵蚀环境和侵蚀方式特殊性,从控制侵蚀关键因子切入,预防或缓解水土流失,对保护区域生态环境安全十分重要。

2.1 自然环境特点

西南喀斯特山区特殊的地质背景与地理环境条件决定了土壤发育演化具有显著特异性。该地侵蚀环境主要有以下特征:①地貌类型多样,地形切割破碎。南方石漠化治理工程根据地势特点、大地构造和气候条件,将喀斯特地区划分为岩溶槽谷、岩溶高原、岩溶峡谷、断陷盆地、峰丛洼地和峰林平原6种主要的地貌类型[8]。喀斯特地区山高坡陡,贵州省地块平均坡度达21.72°[9],为水力侵蚀提供较强的动力。②多数碳酸盐岩酸不溶物含量不足10%,纯石灰岩或白云岩甚至低于1%,导致喀斯特地区成土过程缓慢,纯碳酸盐岩母质上形成1 m厚的土层需要250~7 800 ka,是非岩溶区的10~40倍[10]。③由于土壤蠕滑作用,喀斯特地区土壤与下覆基岩直接接触,缺少半风化碎屑母质层,降雨入渗后土石界面的侧向径流易诱发严重的土壤侵蚀[11,12]。④缺土少水,富钙元素多,营养元素缺乏,特别是钾含量低的土壤环境仅适宜生长耐瘠、抗旱嗜钙的岩生性植被,植被生态系统蓄水拦沙、保护地表免受侵蚀的作用微弱[12,13]。⑤土壤—植被生态系统的脆弱性是喀斯特山区土壤侵蚀性退化的内因,而不合理的人类活动,如长期掠夺式毁林开荒、陡坡耕作等,则是该地土壤侵蚀性退化的外动力和主导因素[14]。总之,在生态脆弱和人地矛盾双重因素综合作用下,喀斯特地区土壤侵蚀风险很高。

2.2 土壤侵蚀特征

独特的水文过程、水化学作用以及地下裂隙系统是西南喀斯特地区土壤侵蚀的背景,充分认识喀斯特地区水土流失方式的特殊性是评价、监测、治理该地区水土流失问题的基础。喀斯特山区侵蚀过程是地表流水侵蚀(面蚀、沟蚀、石隙刷蚀、潜蚀等)、重力侵蚀(崩塌、滑坡等)、化学溶蚀、地下流失、蠕移、人为加速侵蚀等方式的混合叠加[11,15]。自然状态下,化学侵蚀是喀斯特地区的主导侵蚀方式[12]。地势低洼地区,沉积土壤中多有机酸和CO2,具有较强侵蚀能力的雨水、地表径流在此汇集并与碳酸盐岩发生反应,从而加快了土下溶蚀速率(0.06~0.3 mm/a)[16]

与其他侵蚀区相比,碳酸盐岩表层多孔隙,下覆基岩发育裂隙、漏斗、竖井、落水洞等,由于特殊的空间二元结构,喀斯特地区地表流失与地下漏失并存[17,18],在此基础上形成了独特的坡面产流产沙过程和流域汇流输沙过程;喀斯特地区多非闭合流域,区域产流汇流与输沙过程极为复杂,侵蚀因子监测与量化难度大;土壤侵蚀模数虽小,但土壤资源的流失对生态环境脆弱、人地矛盾尖锐的喀斯特地区而言危害更严重、治理恢复更困难。因此,在研究西南喀斯特地区土壤侵蚀规律、实施水土保持措施及效益评价时,不能照搬其他地区的研究成果。

3 不同空间尺度土壤侵蚀研究进展

水土流失规律在坡面尺度、流域尺度和区域尺度上存在很大差异。国外对喀斯特地区土壤侵蚀的研究较少,国内学者在坡面侵蚀规律和模型估算、小流域产流产沙过程模拟、河流泥沙时空变化规律等方面开展了大量研究工作,这些成果对认识和评价喀斯特地区水土流失现状、指导水土保持工作,发挥了重要作用。但由于关心重点不同、研究起步较晚和影响因素复杂等原因,与其他地区相比,西南喀斯特地区土壤侵蚀机理研究基础仍很薄弱。

3.1 坡面土壤侵蚀

西南喀斯特地区具有山高坡陡、土壤浅薄、壤中流发育、下覆基岩类型及构造复杂等特征,这些自然因素特点深刻地影响着地表产流产沙过程与强度。整体而言,喀斯特坡地土壤产流产沙量远小于非喀斯特地区;与其他侵蚀区相比,黄壤坡面天然降雨条件下单位降雨侵蚀力引起的产流产沙量小于黄土坡面和紫色土坡面[17,19]

坡面产流产沙过程与强度受坡度、坡长、坡位、降雨强度、降雨历时、降雨量、基岩裸露率、地下孔裂隙度、土地利用类型等因素的综合影响。变坡水槽实验、人工模拟降雨实验和径流小区监测数据均表明西南喀斯特地区坡面径流分离速率、径流系数和输沙率随坡度的增大而增大,而地下产流量和产沙量随坡度增大而减小[20,21,22,23],Zhang等[24]则认为坡度对地表产流产沙的增大作用存在临界值;在天然降雨条件下,年均土壤侵蚀模数在径流小区上随坡长线性增加[25];坡中部位由于坡度较大,可能更易遭受侵蚀,重庆南川岩溶区研究结果表明土壤侵蚀模数坡中2 264.8 t/(km2·a)>坡上400.8 t/(km2·a)>坡下(侵蚀减弱至堆积)[26]。径流小区观测资料表明降雨量是影响土壤产沙量最关键的因素[27],在降雨过程资料缺乏时,产沙模数可以用M=0.54 e0.11p进行估算,其中P为降雨量(mm)[17,28]。降雨强度直接决定了降雨动能,人工模拟降雨实验表明雨强与土壤侵蚀程度关系最紧密,地表和地下径流产沙均随雨强增大而增大[29,30],地表产沙在50~80 mm/h存在临界雨强,当雨强小于50 mm/h时,地表不产流;其次为降雨历时,地表径流随降雨历时延长而增加,地下孔裂隙流则与降雨历时呈负相关[22,31]。地下孔裂隙度在喀斯特土壤侵蚀中不容忽视,Dai等[30]研究表明地下孔裂隙度和基岩裸露度会引起径流和泥沙地表地下不均匀分配,是导致喀斯特地区土壤侵蚀过程与机理复杂的关键因素。地下孔裂隙度较大时,地表径流易携带泥沙转入地下,地表径流产沙量随孔裂隙度增加而减小,地下产流产沙量则呈现相反变化趋势[22,30,31]。基岩裸露度对坡面侵蚀特征的影响较为复杂,地表产水产沙随基岩裸露度的增加呈先增加后减小的波动变化特征,地下产水产沙则随基岩裸露度的增加先减小后增加[30,31]。坡耕地是喀斯特地区水土流失的主要来源地,贵州省流失泥沙的90%来自坡耕地[20],坡耕地平均土壤侵蚀模数是林地侵蚀模数的6.32倍,是草地侵蚀模数的6.76倍[9],坡耕地年均侵蚀厚度为林草地的1.8~42倍[19]

径流小区法是监测坡面水土流失的重要方法,而杜波等[28]认为径流小区的观测数据不能完全反映喀斯特地区产流产沙特征,在裸岩率较大或地下孔隙发育的坡地可能失效。这主要是由于侵蚀—运移—堆积平衡规律在喀斯特地区坡面、小流域、区域尺度上并非完全一致。另外,小区监测中可能存在管理不周、操作不规范等问题,数据可比性较差,部分小区监测数据质量仍需进一步提高。杨子生[32]在滇东北地区根据32个径流小区3年连续监测数据对通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation,USLE)进行修订,提高了该方程在实际应用中的可靠性。龙明忠等[33]尝试将水蚀预报模型(Water Erosion Prediction Project,WEPP)(坡面版)用于喀斯特地区土壤侵蚀模拟,结果表明WEPP(坡面版)模拟侵蚀量与实测值存在较大误差,需要结合土壤漏失、地形条件、基岩裸露度等因子对模型进行修正。RMMF(Revised Morgan Morgan Finney)模型是基于物理过程的空间分布式模型,运用该模型计算得到2006—2007年广西环江古周流域坡面土壤侵蚀模数为27 mg/(km2·a),与径流小区监测结果基本一致[34]。一些学者将磁性物质或稀土示踪技术等运用到坡面水土流失研究中,其中137Cs技术在喀斯特地区土壤侵蚀研究中受到越来越多的关注。现有的利用137Cs估算土壤侵蚀的方法是在非喀斯特地区建立的,而喀斯特地区土壤异质性强,裸岩出露,汇水路径独特,存在地下漏失,侵蚀背景值不易确定,因此现有137Cs方法在估算喀斯特坡地的土壤流失速率时会出现较大误差[35],野外合理采样、室内精确测量并不一定能消除此误差。在以后的研究中,需要深入探讨137Cs技术的坡面适用性,在理论和方法上进一步完善,建立适用于该地区的137Cs评价模型。

综上所述,相关学者采用径流小区、变坡水槽实验、人工模拟降雨实验、示踪技术等研究了喀斯特坡面产流产沙规律,对土壤侵蚀影响因子进行了定量评价,取得了一些成果,但目前尚未观测砾石出露坡面产流产沙规律及其与主要影响因子之间的关系。另外,由于喀斯特山区坡面空间异质性强,点上的研究成果适用性不强,如何将坡面土壤侵蚀规律推广到流域、甚至区域尺度将成为该地区今后土壤侵蚀研究的难点之一。目前在坡面侵蚀规律研究方面主要受实测资料缺乏的限制,今后需要针对喀斯特地区地貌特征和土壤条件等差异,强化小区监测工作,积累具有时间和空间可比性的产流产沙资料。

3.2 小流域侵蚀产沙

与坡面尺度相比,流域尺度土壤侵蚀方式和过程更为复杂。就土壤侵蚀方式而言,坡面土壤侵蚀以面蚀为主,而小流域土壤侵蚀方式多样,除面蚀外,还包括沟蚀、地下漏失、重力侵蚀等;流域产流产沙过程与汇流输沙过程共同影响土壤侵蚀强度和过程。

埋桩法、沉沙池监测、沉积量测量法是简单易行的量测流域土壤侵蚀传统方法。彭建等[36]应用埋桩法计算得到花江示范区板贵坡1999—2000年平均侵蚀厚度为0.87 cm,谷坝监测得到平均土壤侵蚀模数为178.22 t/(km2·a),沉沙池监测得到牛场坡顶坛年平均土壤侵蚀模数为6.55 t/(km2·a)。埋桩、沉沙池以及沟谷谷坊等方法考虑了当地特殊的喀斯特环境,值得推广和借鉴。沉积量测量法通过土壤沉积厚度和土壤密度计算得到土壤沉积总量,再根据侵蚀面积得到土壤侵蚀模数,该方法参数容易获取,计算简便。谢良胜等[37]利用该方法计算得到贵州省毕节市威宁县麻窝山岩溶盆地流域的土壤侵蚀模数为2 900.55 t/(km2·a),与USLE所得结果接近,说明该方法具有可信性,在无资料、无测站、土壤侵蚀量大的地区比较适用。

USLE是目前计算土壤侵蚀量可信度较高的方法之一[36]。许月卿等[38]利用修正通用土壤流失方程(Revised Universaliooil Loss Equation,RUSLE),结合GIS技术,计算得到贵州省猫跳河流域年均土壤侵蚀模数为2 870 t/(km2·a)。Li等[39]将该RUSLE应用到贵州普定后寨河流域,对比可知该流域土壤侵蚀模数由1973年的222.72 t/(km2·a)减小到2013年的103.82 t/(km2·a)。陈萍等[40]应用该方法估算桂江流域年均土壤侵蚀模数为153.5 t/(km2·a),从无石漠化到中等石漠化,土壤侵蚀模数逐渐增强。水土资源管理工具(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)模型是基于GIS的分布式水文模型,可以预测流域尺度土壤类型、土地利用方式、管理措施等对水、泥沙和化学物质的长期影响[41]。余丹等[42]根据西南岩溶地区水文特点,引入岩溶水功能模块对该模型进行修订并用于模拟猫跳河流域土壤侵蚀,对比模拟值与实测值发现,改进后的模型对流域产流产沙模拟的误差分别为3.14%和5.74%,模拟精度较高,说明该模型在岩溶山区小流域土壤侵蚀模拟中具有良好的适用性。但构建该模型需要大量基础资料,如地形条件、土地利用信息、水文、土壤、植被、气象资料等,难以推广应用[43]

湖泊(水库)沉积物是流域侵蚀物质汇流区,受人类活动干扰小,通过同位素示踪、环境磁学性质、粒度分析、地球化学元素分析等技术可以提取出连续、高精度的流域土壤侵蚀信息[44]。徐琳等[45]根据贵州中部小河流域水库沉积物磁学特征定性分析了近45年汇水区内的土壤侵蚀动态变化特征,并结合降水、人类活动等资料探究了侵蚀强度变化的原因,该方法为喀斯特地区充满挑战的土壤侵蚀研究提供了新的思路。洼地是侵蚀泥沙的天然收集场所,土壤剖面的137Cs浓度分布特征反映了泥沙堆积与表层土壤侵蚀信息[46]137Cs技术虽然在准确估算砾石出露坡面土壤侵蚀量上存在争议,但在流域沉积区均匀厚层沉积满足137Cs测定要求[47,48]。利用洼地或湖泊沉积反演土壤侵蚀的方法整体上来看是可行,但这种方法的精度受土地利用、汇流途径、沉积区面积及封闭性等多种因素影响,仍需要在实践中不断探索完善。

在实际水土保持工作中,常将小流域作为治理单元,但目前尚未在岩溶区流域尺度上建立起较完整的水土流失监测体系。连续高精度的小流域实测资料不足,导致对流域尺度水土流失过程、机理及其影响因子的关系认识尚不明确,制约了喀斯特地区小流域土壤侵蚀预报模型的建立[3]。小流域与坡面产流产沙过程存在一定相似性,但由于小流域存在沟道侵蚀和地下漏失,两者数值差异很大且产流产沙不同步,坡面径流小区资料不能完全准确地反映流域产流产沙特征[28]。因此将小流域作为喀斯特地区土壤侵蚀研究单元,加强对小流域水沙关系的连续高精度监测,可作为以后该区土壤侵蚀研究工作的着力点。

3.3 河流泥沙时空变化

河流泥沙是流域土壤侵蚀与河流水文特征共同作用的结果,河流泥沙的多寡及其时空分布格局在一定程度上可以反映水土流失的严重程度和时空变化特征。在水土流失观测资料不足时,河流泥沙可作为研究区域土壤侵蚀分异特征的重要途径[49]

在国外,已经有许多实用型模型,如美国基于年的农业非点源污染模型和SWAT等被广泛应用于河流泥沙研究。目前我国对河流泥沙的研究主要集中在黄河流域和长江流域,着力于河流水沙时空变化规律及其影响因素,而在西南喀斯特地区相关研究还不多见,一些学者对乌江、北盘江流域和贵州省输沙规律及时空动态变化进行了探索研究。降雨量、径流量和输沙量是将河流泥沙与区域土壤侵蚀过程与强度联系起来的3个关键指标。相关研究表明,三者具有较好的同步性,乌江中上游6月降雨量、径流量和输沙量均达到最大值,降水集中的4~10月产沙量占全年总产沙量的99%以上[50,51]。对比分析长时间序列河流泥沙资料可以揭示区域内土壤侵蚀的时空分异特征。熊亚兰等[50]对比乌江流域1960—1979年水沙资料发现,输沙模数从大到小依次为上游(鸭池河站)>中游(乌江渡站)>下游(思南站),流域上段地区地势陡峭,土壤侵蚀最为严重。张卫香等[49]利用1956—2000年贵州省水文泥沙资料系统分析了全省河流输沙模数的时空分布特征,结果表明受降雨、植被时空分布格局和人类活动的影响,空间上贵州省河流输沙模数西高东低,时间上呈周期性波动变化,1980年以后,由于贵州省采取了水土保持措施,水土流失量呈递减趋势。熊亚兰等[52]利用HadCM3模型预测了不同情景下河流水文泥沙变化及区域水土流失特征的响应,结果表明,与1980年相比,未来(到2080年)降雨和输沙模数均有所增加,六盘水和黔西南输沙模数增幅较大。

由于河道淤积、地下漏失等因素,被侵蚀的泥沙不能全部运移至水文站。贵州山区主要河流监测结果表明,河流平均输沙模数为322 t/(km2·a)(56~ 1 047 t/(km2·a))[53],低于中国土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation,CSLE)模型计算结果(1 584.2 t/(km2·a) )[9]。另外,受采样方法所限,采集的河流泥沙样品一般以悬移质为主,推移质含量较少,因此在用河流输沙模数表征区域土壤侵蚀模数时,要根据区域地质背景、水文过程、植被盖度等确定适宜的输移比,避免高估或低估区域实际土壤侵蚀强度。

4 土壤侵蚀研究关键问题

4.1 土壤侵蚀强度分级

土壤侵蚀强度分级是土壤侵蚀研究的基础工作[54],也是西南喀斯特地区土壤侵蚀研究的重点内容之一。我国现行的水利部《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007)以年均土壤侵蚀模数作为评价土壤侵蚀强度的唯一依据,在西南地区存在很大争议[54]。另外,在西南石质山区统一采用年土壤侵蚀模数小于500 t/(km2·a)作为微度侵蚀的划分标准,未区分喀斯特区和非喀斯特区。西南喀斯特地区独特的侵蚀和成土环境决定了其允许侵蚀量远小于非喀斯特地区,同等侵蚀程度造成的危害较非喀斯特地区更严重。以相同标准划分,往往得出喀斯特地区水土流失不严重的错误结论,误导相关学者及部门对喀斯特地区土壤侵蚀程度及危害的认识,一定程度上滞缓了该地区土壤侵蚀研究和水土保持工作。

为了正确认识和评价西南喀斯特地区土壤侵蚀问题,需要重新厘定适合该地区的土壤侵蚀分级标准。从19世纪末开始,许多学者根据碳酸盐风化成土速率、土壤侵蚀模数、岩性组合、保持土壤肥力可持续的容许流失量等因素,定义了不同的等级划分标准(表1),均在不同程度上改进了原土壤侵蚀强度分级标准。2009年水利部发布了《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》(SL461-2009),将年均土壤侵蚀模数50 t/(km2·a)作为西南岩溶区的允许土壤流失量,该标准较准确地反映了西南喀斯特土壤侵蚀环境特征,便于对比不同学者、不同地区、不同研究方法所得结果,为科学地认识和评价区域侵蚀程度、合理地指导水土保持工作提供了重要依据。

表1   喀斯特地区土壤侵蚀强度分级标准(单位:t/(km2·a))

Table 1   Classification standards for erosion intensity for Karst areas(unit:t/(km2·a))

侵蚀等级
来源
微度轻度中度强烈极强烈剧烈
SL190-1996/2007<500500~2 5002 500~5 0005 000~8 0008 000~15 000>15 000
SL461-2009<5050~300300~1 5001 500~3 0003 000~6 000>6 000
柴宗新[55]<6868~100100~200200~500>500-
韦启璠[16]<5050~100100~200200~500500~1 000>1 000
陈晓平[15]<4646~230230~460460~740740~1 300>1 300
万军等[54]<4646~230230~460460~700700~1 300>1 300
曹建华等[56]和蒋忠诚等[57]<3030~100100~200200~500500~1 000>1 000
蒋忠诚等(纯石灰岩)[57]<22~1010~3030~100100~200>200

注:“-”表示相关文献中未划定此类别,故数据空缺

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4.2 水土流失与石漠化

喀斯特石漠化已成为制约我国西南区域经济发展、人民生活水平提高的最严重的地质生态环境问题[58]。西南岩溶区内石漠化总面积已达10.55×104 km2,并仍以每年2.1%的速度扩大[3]。目前西南喀斯特石漠化研究已成为地学、农学、环境学等领域的研究热点,研究内容聚焦于石漠化形成的地质地貌背景、石漠化驱动机制、空间格局及动态监测、生态治理与恢复等方面[59,60,61]

按成因,石漠化可分为原生石漠化和次生石漠化。原生石漠化是地质时期自然环境演变的结果[18];次生石漠化是由于人类不合理活动打破生态系统平衡,加剧土壤侵蚀,导致基岩逐渐出露,目前人为因素是导致石漠化的主导成因[62]。小流域是石漠化评价的最佳尺度,在遥感图像中也很容易识别出没有被植被或土壤覆盖的岩石地表。因此,常将裸露岩石面积占地块总面积的比例作为表征石漠化的唯一指标[30](表2)。实际上,裸岩率高低并不能完全等同于石漠化强弱,当大面积裸露基岩叠加在植被覆盖较差的地区时,石漠化程度较强。张信宝等[11,18]引入石质土地面积和土壤流失程度共同评定石漠化等级。熊康宁等[64]将土被、植被、坡度、土层厚度等列为确定石漠化等级的辅助指标,但在实际操作中除了植被+土被指标外,其他指标的代表性不强。

表2   石漠化强度分级标准(单位:%)

Table 2   Classification standards for rocky desertification(unit:%)

石漠化等级
来源
无石漠化潜在石漠化轻度石漠化中度石漠化强度石漠化
吕涛(纯碳酸盐区)[63]<5050~6060~7070~8080~90
吕涛(非纯碳酸盐区)[63]<5050~6060~70>70-
熊康宁等[64]<4040~6060~7070~80>80
王宇等[65]和Jiang等[60]<30-30~5050~70>70
王连庆等[66]<30-30~5050~80>80
许尔琪[67]和Li等[68]<2020~3030~5050~7070~90
蒋忠诚等[69]<1010~3030~5050~70>70

注:“-”表示相关文献中未划定此类别,故数据空缺

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从本质来看,喀斯特山地石漠化的核心是土地的石质化[18],植被破坏和土壤侵蚀是诱发和加速石漠化的直接因素,石漠化是土壤侵蚀长期作用的最终结果,但是两者并非线性关系,石漠化发展到一定程度后,坡面上无土可流,土壤侵蚀绝对量下降,但土壤侵蚀的危害大大增加。不同等级石漠化地表特性不同,土壤侵蚀程度各异,往往强度石漠化和潜在石漠化下土壤侵蚀模数较小,中度和轻度这2种等级现存的土层较厚,比较容易受到侵蚀,但目前喀斯特区土壤侵蚀分级标准尚未区分各石漠化等级间的差异[70]

由于喀斯特石漠化问题的复杂性和特殊性,目前石漠化对土壤侵蚀影响的定量研究开展得较少。人类活动叠加在喀斯特地区独特的岩性、土壤和植被背景上,更易加剧石漠化的发生和发展[67]。土地利用类型与石漠化关系密切,相比其他土地利用类型,受农耕活动的强烈影响,旱地石漠化的发展速度最快[71]。不同的地形条件下,成土速率有所差异,坡度较大的喀斯特山区成土速率低,更容易发生土地退化,加剧石漠化[60]。Xiong等[72]从遥感影像中解译得到1987—2000年湖南省永顺县石漠化面积,对比分析可知,此期间石漠化面积与降雨量和气温呈正相关关系,气候变化对石漠化有加剧作用。彭旭东等[73]利用自主设计的钢槽,通过人工模拟降雨实验研究基岩裸露率对土壤侵蚀过程和程度的影响,结果表明中小雨强下,地表产沙量与裸岩率呈正相关,地下产沙随裸岩率增加先减小后增大;大雨强下,地表产沙随裸岩率无明显变化,地下产沙随裸岩率增加呈先增后减的变化趋势。钢槽实验便于定量控制砾石覆盖度、地下孔隙度、坡度、雨强等实验条件,但由于悬空面的存在该方法在一定程度上会加大入渗速率和地下产水产沙量。倪九派等[74]在RUSLE中引入石漠化因子,计算土壤侵蚀量,修正后的模型为A=RKLSCP(1-α),其中α为地块裸岩率,修正后的模型能更准确地反映岩溶区小流域土壤侵蚀模数的空间分布特征。目前对影响石漠化的人为因子定量研究较少,另外侧重石漠化现状研究,而对石漠化过程研究不足,未能连续追踪石漠化在时空上的演化特征[62]。为解决此问题,姚永慧[62]提出构建基于长时间序列中高分辨率遥感数据的石漠化时序演变追踪方法,从时间和空间上定量、定位追踪石漠化的发展演化过程。

治理西南岩溶区石漠化是解决“贫困—人口增长—环境退化”恶性循环的重要途径。人的主观能动性在治理石漠化问题中发挥着关键作用,控制人口数量、提高人口素质是缓解人地矛盾的可靠途径。针对不同程度石漠化地区,采用不同治理方法效果更佳,强度石漠化地区应人为促进植被恢复;中度石漠化地区以蓄水、治土、造林为核心,结合生物措施、耕作措施、工程措施,保持水土资源;轻度石漠化地区在农业生产过程中要走可持续发展模式[75]。目前石漠化治理工作重点需要由控制面积扩张转为提升生态服务功能[76],以小流域综合治理为切入点,分区治理,因地制宜,退耕还林,封育保护,同时落实相关政策,建立补偿机制,有条件时进行生态移民[69,77]。我国石漠化理论研究滞后于治理实践,这可能会造成治理的盲目性,给当地生态环境带来不确定影响[5]。因此,今后应更加注重石漠化理论研究,明确石漠化形成演化机制,进一步揭示石漠化与土壤侵蚀的关系,从而为科学高效地治理石漠化提供理论依据。

4.3 土壤漏失问题

喀斯特地区独特的地表地下二元结构决定了地表流失和地下漏失2种方式同时存在。与地表水土流失相比,喀斯特地区土壤漏失研究起步较晚。2007年,张信宝等[11]根据土壤蠕移和擦痕等,提出地下土壤漏失是指上覆土壤通过蠕滑和错落等方式充填化学溶蚀和管道侵蚀形成的孔隙和孔洞,造成溶沟、溶槽、洼地和岩石缝隙内的土壤沉陷,并指出漏失是西南喀斯特地区土壤侵蚀的重要方式,在溶沟溶槽发育或纯碳酸盐地区,土壤漏失甚至成为最主要的土壤流失方式。蒋忠诚等[57]在微地貌单元、坡面、岩溶泉域、洼地系统、峰丛洼地系统等不同的空间尺度上描述了水土漏失过程。目前对土壤漏失的范围还没有明确统一的界定,讨论的焦点在于通过落水洞进入地下暗河的泥沙是否属于土壤漏失范畴[78]。周念清等[79]将通过裂隙和落水洞等进入地下河的泥沙均归为地下漏失部分。张信宝等[80]认为喀斯特山地的土壤漏失应限定为坡地土壤地下流失,进入沟道、洼地后的泥沙运移属于输移过程,不应划为地下漏失。

碳酸盐岩及其构造下发育的地表、地下二元空间结构为土壤的地下漏失提供了有利的空间条件,土体团聚度和抗剪切能力差为地下漏失提供物质来源,地表径流沿裂隙、管道的渗漏为地下漏失创造了侵蚀水动力条件,而植被则是防治地下水土流失的关键因素。Wang等[81]将坡面土壤地下流失的侵蚀—蠕变—崩塌机理解释为7个步骤,即部分填充裂隙—填充土壤蠕移、内部侵蚀—自由表面形成并向上发展—土壤蠕变—土管形成并延伸至地表—土管坍塌—地面塌陷、管道被填充。Zhou等[82]探究了岩溶管道系统中的土壤蠕移机制,蠕移变形程度随含水量的增加而增大,在靠近地下河流的管网底部,土壤蠕移速度加快。

由于漏失量直接观测难度大,可用观测资料较少,目前喀斯特地区土壤侵蚀研究多集中在地表侵蚀,而复杂、隐蔽、特殊的地下漏失过程与机理则处于定性描述和室内模拟探索阶段。目前喀斯特地区水土流失监测技术不够成熟,划线法、打桩法、坡面径流泥沙分析法、沉沙池监测、地下河流泥沙监测等是较常用的传统方法,目前尝试应用137Cs和7Pb等放射性同位素示踪法、人工模拟降雨实验等。土壤漏失概念模型为土壤漏失研究提供了半定量化的可行方法,地下漏失量即为土壤总侵蚀量(划痕法)减去地表土壤侵蚀量(径流法)[57]。部分研究结果表明,喀斯特地区地下漏失并不严重,137Cs剖面分布特征表明,随降雨沿地表负地形向地下运移的侵蚀量较少[35]。李晋等[83]根据一个水文年内王家寨小流域地下河含沙量估算得到地下土壤侵蚀模数为0.42 t/(km2·a),仅占流域总侵蚀量的0.81%,这可能与人为封堵流域内的落水洞有关。何永彬等[46]根据源地表层土壤和地下河流泥沙137Cs含量,利用配比法求得贵州茂兰工程碑草地洼地典型小流域地下漏失的相对贡献率为29.87%。

经过近10年的努力,相关学者在土壤漏失的概念界定、环境特征、机理、监测等方面取得了一些成果,但由于土壤漏失问题涉及多要素(水文、地质、生物、人为活动等)、多过程(侵蚀、输移、沉积)、多尺度(坡面、流域、区域),时空异质性强,目前仍然是研究方法单一,可用实测资料不足,还有很多科学问题有待进一步探究。首先,喀斯特地区是否存在漏失及强度有多大需要用实测资料支持,不能由地表观测不到就推测沿地下裂隙漏失,需要多方法多途径来证实。其次,如果存在漏失,需要开展土壤或泥沙在地下迁移过程和路径等方面研究,以便评价强度。再次,在开展室内模拟研究时,需要遵循喀斯特地区土石剖面的构型特征。最后,资料缺乏或难以获取时,可以通过分析大中尺度上的水沙关系间接估算和评价漏失量。总之多方法组合和多尺度匹配来分析土壤漏失才可能取得新的突破。

5 结论与展望

水土流失问题是西南喀斯特地区生态环境恶化的根源所在,只有水土流失得到根本控制,石漠化过程才能得到有效缓解,土地资源才能得到合理利用。众多学者对喀斯特地区侵蚀环境与水土流失特征、土壤侵蚀强度分级、水土流失与石漠化关系、土壤漏失等问题进行了系统探讨,所得结果对从宏观上认识喀斯特地区水土流失特征和指导水土保持实践具有重要意义,但多数研究集中在坡面尺度,小流域和区域尺度土壤侵蚀研究相对较少,在揭示坡面侵蚀的内在机理和泥沙运移规律、石漠化本质及其防治策略、土壤漏失途径及比例等核心问题上仍需要进一步的研究。在土壤侵蚀研究方法上,多采用打桩标记或谷坊淤积量算、遥感影像判读、河流泥沙分析、示踪技术等间接测算方法,而野外径流小区和小流域实测资料相对匮乏。今后喀斯特土壤侵蚀研究可以考虑从以下几个方面寻找突破点:①强化野外径流小区和小流域侵蚀观测,完善配套观测,提高监测数据质量,累积时间和空间可比性强的产流产沙资料。②针对喀斯特地区不同空间尺度上土壤侵蚀机理各不相同,开展坡面—小流域—河道同步试验和监测,追踪泥沙来源,全面揭示该地区土壤侵蚀规律,为区域水土保持和石漠化防治提供理论指导。③在深入研究土壤侵蚀规律的基础上,构建西南喀斯特地区土壤侵蚀预报模型,为中国土壤侵蚀预报模型的建立和水土保持技术的应用提供必要的理论和技术支撑。

The authors have declared that no competing interests exist.


参考文献

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Characteristics of soil erosion in the Karst regions of Southwest China: Research advance and prospective

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西南喀斯特地区土壤侵蚀特征研究现状与展望

[J]. 水土保持学报, 2018, 32(1): 10-16.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

受地质背景的强烈制约,西南喀斯特地区土壤侵蚀与其他类型区显著不同,叠加了化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀的耦合作用,呈现地面流失和地下漏失的混合侵蚀机制。从土壤地表侵蚀产沙、土壤地下漏失、土壤侵蚀强度与分级标准、土壤侵蚀过程模拟等几个方面简要综述了该区土壤侵蚀特征,并对未来研究方向进行了展望。今后应该加强西南喀斯特地区水土流失途径与土壤流失/漏失定位监测技术研究,进一步发展水土二元流失模拟模型,为该区土地利用变化的水土保持功能定量评估提供科技支撑,服务石漠化综合治理和后续规划制订。
[2] Wang Shijie.

The most serious eco-geologically environmental problem in Southwestern China—Karst rocky desertification

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喀斯特石漠化——中国西南最严重的生态地质环境问题

[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2003, 22(2): 120-126.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

作为最严重的环境地质问题,日益扩展的土地石漠化,正在吞噬着中国西南喀斯特地区民众的生存空间,已经构成灾害和贫困之源.喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一,是人类不合理经济活动叠加于脆弱生态地质环境背景上的综合作用结果.它以脆弱的生态地质环境为基础,以强烈的人类活动为驱动力,以土地生产力退化为本质,以出现类似荒漠景观为标志.中国西南脆弱的喀斯特生态环境是经过漫长的地质历史演化而形成的,它对喀斯特石漠化具有明显的控制作用.构造运动塑造了陡峻而破碎的喀斯特地貌格局,古环境演化奠定了石漠化的物质基础.喀斯特地区的人口压力及不合理的人类活动,导致土地资源的严重退化、植被覆盖度锐减、水土流失加剧和生态环境严重恶化,超载的社会经济压力是导致喀斯特土地石漠化最重要的驱动力.尽管喀斯特石漠化综合治理非常艰巨,但仍具备恢复或重建生态环境的可能性.
[3] Wang Kui, Ma Zulu, Cai Desuo, et al.

Research progress and development trend of soil and water loss of Karst region in China

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我国岩溶地区水土流失研究进展及发展趋势

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DOI      URL      [本文引用: 3]      摘要

在对我国岩溶地区近年来水土流失研究现状、取得的成果及存在的问 题进行综合性评价的基础上,展望了今后的研究趋势并提出了建议.结果表明:岩溶地区水土流失有其特殊的形成机理,其影响因素众多,流失过程更为复杂;水利 部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》等规范、标准在岩溶地区有某种程度的不适宜性;目前对岩溶地区水土流失的研究缺乏系统性.引入地球系统科学等新的理论和 方法,建立完善的水土流失监测研究平台,加强岩溶流域尺度上水土流失相关研究,是今后岩溶地区水土流失研究的主要方向.
[4] Yang Changchun.

Research progress on soil erosion in Karst area

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喀斯特地区土壤侵蚀研究进展

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我国喀斯特地区总面积约54万 km2,脆弱的喀斯特生态环境加上人类不合理地利用自然资源,使喀斯特地区土壤侵蚀严重、生态环境持续恶化。通过对近年来喀斯特地区土壤特征、容许土壤流 失量、土壤侵蚀强度、土壤侵蚀机理和治理等方面的研究进展进行介绍和评述,提出了喀斯特地区土壤侵蚀研究需要进一步关注该区独特的土壤特征与侵蚀环境,在 容许土壤流失量、土壤的地下流失及土壤侵蚀的定量化等方面进行更深入的研究。
[5] Li Jin, Xiong Kangning.

Research on water and soil loss in China Karst area: Status, issues and trend

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我国喀斯特地区水土流失研究进展

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本文系统回顾了近半个世纪以来我国喀斯特地区水土流失研究的进展。首先分析了已有研究文献的年度分布、研究内容与研究区域,并结合喀斯特领域、水土流失领域和喀斯特石漠化概念的发展背景,把我国喀斯特地区水土流失研究分为3个阶段,20世纪60至70年代的启萌期、80至90年代的缓慢增长期和2000年至今快速增长期。其次,根据研究框架从基础理论、技术应用、治理措施、监测及评价4个方面进行了归纳与总结,分析了各分支领域的主要成果与关键问题;最后对未来的研究进行展望,提出下阶段应重点研究的内容,应加大宏观空间和长时间尺度的研究,多学科综合研究仍是今后的趋势。
[6] Minghui, Wang Hongya, Cai Yunlong.

General review of soil erosion in the Karst area of Southwest China

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<p>中国西南喀斯特地区的土壤侵蚀问题倍受关注。本文针对喀斯特地区的土壤侵蚀研究现 状, 从喀斯特地区土壤侵蚀的格局研究、机理研究和生态恢复研究三个方面, 综合论述了近几十 年来有关喀斯特地区土壤侵蚀研究成果和进展。对喀斯特地区土壤侵蚀的区划、分类和分级研究 进行归纳, 将机理研究从自然因素和自然过程、人文因素和人文过程两个角度进行总结, 阐述了 喀斯特地区受损土地的生态恢复与重建研究, 指出目前研究中所存在的问题, 以及今后的主要研 究方向。</p>
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应用第一次全国水利普查水土保持专项数据,分析了喀斯特地区实际土地利用单元地块空间统计特征及相应侵蚀规律。结果表明:喀斯特地区土地利用类型以林地、耕地为主,共占调查总面积的86.2%。由于地形破碎,地势陡峭,土地表现出破碎化特征,地块面积、坡长、坡度均值分别为3.45hm^2,45.3 m,21.7°。坡度对土壤侵蚀的影响大于坡长,陡坡耕作是导致耕地土壤侵蚀严重的主要原因,68.6%的耕地位于陡坡,其侵蚀量占总侵蚀量的65.6%。贵州省土壤侵蚀程度由西向东递减,以黔西南地区侵蚀最为严重。工程措施能够有效防治土壤侵蚀,减沙效益在75%以上,但随坡度增大而减小,林草地减沙效益优于工程措施。在区域水土保持规划时,应重点考虑土壤侵蚀强烈地区,减少陡坡耕作,推广还林还草。
[10] Cao Jianhua, Yuan Daoxian, Pan Genxing.

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岩溶生态系统中的土壤

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<p>在偏碱富钙的岩溶生态系统中,其土壤具以下特征:①形成速率十分缓慢,形成1 m厚的土层需要250~7 880 ka,因而对岩溶区土壤侵蚀的评价应有新的认识;②高含量的钙离子使土壤腐殖质中胡敏酸的含量比例较高,且稳定性好,不易分解的腐殖质使石灰土供应营养元素具缓效性;③微量营养元素含量及有效态具有不平衡性,且随钙镁含量的降低,其有效率显著提高;④粘粒含量高,当有机质含量高时,具有良好的团粒结构,有较好的供水、供肥能力,反之其团粒结构就失去稳定性,使土壤有效水含量、抵御水土流失的能力降低;⑤岩溶地貌制约石灰土的类型及分布,并延缓其向地带性土壤演化。因此石灰土资源的有效利用应从岩溶学、土壤学与植物学相互协调的角度进行生态经济规划。</p>
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碳酸盐岩风化壳中的土壤蠕滑与岩溶坡地的土壤地下漏失

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本文给出了碳酸盐岩风化壳中土壤蠕滑的证据,阐明了土壤蠕滑等块体运动在喀斯特风化壳形成演化中的机制,并用以解释喀斯特风化壳岩土界面的突变接触,和土下基岩表面光滑的现象;提出了岩溶坡地的土壤侵蚀是化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀叠加的观点,分析了岩溶坡地土壤地下漏失和土地石质化的过程;最后讨论了植被破坏和土地垦殖等人类活动,破坏植物根系的网固作用,增加径流入渗,促进地下管道侵蚀及其上覆土壤的沉陷补给,加剧了纯碳酸盐岩坡地土壤地下漏失和土地石质化。
[12] He Yongbin, Zhang Xinbao, Wen Anbang.

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喀斯特山区环境土壤侵蚀特性的分析研究

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针对喀斯特山环境及土壤侵蚀发生的独特性,以滇东南峰从洼地区域典型侵蚀研究区所作的观测试验为基础,探讨了斯特山区环境土壤侵蚀现状特征,侵蚀分级,类型,成因等问题,分析拟定了适宜于喀斯特区的馆分级指标,研究表明,喀斯表明,喀斯特区土壤侵蚀已处于极严重的潜在危害程度,侵蚀以中,强度为主,侵蚀形式多样,组合各异,侵蚀成因源于特殊的斯特自然因素与人为干扰。
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喀斯特区由于土层薄、土壤允许流失量低,生态系统十分脆弱,植被破坏后难以恢复。目前我国南方石灰土侵蚀十分严重,以致石化面积不断扩大。防治途径主要是停止农垦,封山育林和发展石灰土上最适宜的林木、特别是经济林木的药材,以提高经济效益。
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喀斯特地区是我国主要生态脆弱地区之一,黄壤是该地区主要土壤类型,本文基于贵州省毕节市与陕西安塞径流小区观测资料,对比分析降雨与坡面径流深、产沙模数等关系,研究次降雨坡面侵蚀规律。结果表明:黄壤坡面产流产沙主要来源于大雨及暴雨,受降雨量影响最大,数量上小于黄土坡面;黄壤坡面产流与降雨量相关性大于与其与时段降雨强度相关性,黄土坡面反之;随降雨级别增大,黄壤坡面产流与降雨特征关系由无规律变为线性;时段降雨强度与黄壤坡面产沙呈指数关系,与黄土坡面呈幂函数关系;缺乏过程资料时,可采用M=0.54e0.11p预测黄壤坡面次降雨侵蚀量;降雨侵蚀力与产流产沙呈线性关系,单位降雨侵蚀力引起的产流产沙量黄壤坡面均小于黄土坡面;坡面产流与产沙均呈良好线性关系,产流量相近时,黄壤坡面产沙量略小于黄土坡面。研究结果表明黄壤坡面侵蚀量小于黄土坡面,但由于其土层薄,侵蚀程度仍十分严重,区域水土流失防治工作仍需加强。
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[J]. 山地学报, 2007, 25(3): 302-308.]

DOI      URL      [本文引用: 2]      摘要

在重庆南部南川市境内,按不同侵蚀强度取137Cs样品,用于研究岩溶坡地不同侵蚀程度的土壤侵蚀强度与特征。结果表明,林草地侵蚀速率变化范围49.3 t/(km2.a)~230.5 t/(km2.a),平均侵蚀速率112.5 t/(km2.a);缓坡耕地侵蚀速率变化范围190.3~1 138.4 t/(km2.a),平均565.5 t/(km2.a);陡坡耕地的侵蚀速率变化范围为452.0~3 759.4 t/(km2.a),平均2 264.8 t/(km2.a)。与黄土高原和紫色土区相比,岩溶区侵蚀速率较小。
[20] Gan Yixian, Dai Quanhou, Fu Wenbing, et al.

Characteristics of soil erosion on Karst slopes under artificial rainfall experiment conditions

[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(9): 2 754-2 760.

[本文引用: 2]     

[甘艺贤, 戴全厚, 伏文兵, .

基于模拟降雨试验的喀斯特坡耕地土壤侵蚀特征

[J]. 应用生态学报, 2016, 27(9): 2 754-2 760.]

[本文引用: 2]     

[21] Guo Jicheng, Zhang Keli, Dong Jianzhi, et al.

Study on detachment of yellow soil by runoff scouring in southwest of China

[J]. Acta Pedologica Sinica, 2013, 50(6): 1 102-1 108.

[本文引用: 1]     

[郭继成, 张科利, 董建志, .

西南地区黄壤坡面径流冲刷过程研究

[J]. 土壤学报, 2013, 50(6): 1 102-1 108.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

径流冲刷和分离土壤是土壤坡面侵蚀产沙的必要途径和重要过程,准 确预测径流分离土壤过程对完善土壤侵蚀物理模型具有重要意义.利用变坡钢槽,在不同坡度(8.8%~46.6%)和流量(0.5~2.5 L s-1)组合下,研究了西南地区坡面土壤分离速率与坡度、流量以及水流剪切力、水流功率、单位水流功率的关系,对比了相同流量典型坡度组合下黄壤与黄土的 分离速率差异.研究结果表明,西南地区黄壤坡面径流分离速率随坡度和流量的增大而增大;坡度和流量的多元回归分析结果能够很好地预测径流分离土壤的速率值 (R2 =0.9).水流功率和单位水流功率与径流分离速率呈现较好的幂函数关系,决定系数比较接近(R2 =0.83、0.79);而水流剪切力预测黄壤分离速率较差(R2=0.18).黄土坡面径流分离土壤的速率明显大于黄壤坡面,且二者分离速率差异随坡面 冲刷流量的增大而增大.尽管坡度、流量、水流功率和单位水流功率均可以很好地预测径流分离土壤的速率,且回归方程形式与国内他人研究相差不大,但方程中表 征土壤可蚀性的系数相差较大,体现了黄壤坡面侵蚀过程及其受径流影响作用的特殊性.
[22] Yan Youjin, Dai Quanhou, Fu Wenbing, et al.

Experimental study on simulation of underground soil erosion in Karst slope

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(6): 7-13.

[本文引用: 3]     

[严友进, 戴全厚, 伏文兵, .

喀斯特坡地土壤地下侵蚀模拟试验研究

[J]. 水土保持学报, 2015, 29(6): 7-13.]

DOI      URL      [本文引用: 3]      摘要

通过人工降雨及模拟喀斯特坡地地下孔(裂)隙构造,研究坡地地下产流产沙特征。结果表明:在降雨强度与孔(裂)隙度条件不变的情况下,地下孔(裂)隙累积径流量、径流率与坡度呈负相关关系,随坡度的增大而减小,地下孔(裂)隙产沙量总体上随坡度的增大而减小,但当地下孔(裂)隙度相差较大时,其产沙量在坡度变化上并非绝对随坡度的增大而减小;其他条件相同时,在50~80mm/h之间存在临界雨强,使地下孔(裂)隙累积径流量及产沙量先随坡度的增大而增大,达到临界降雨强度后,呈减小趋势,地下孔(裂)隙径流率总体随降雨强度的增大而减小;地下孔(裂)隙累积径流量、径流率、产沙量与地下孔(裂)隙度呈正相关关系;地下孔(裂)隙产沙量随地下孔(裂)隙累积径流量变化呈正相关关系;地下土壤漏失产流产沙与各因子间相关程度为坡度〉降雨强度〉地下孔(裂)隙度。
[23] Ji Qifang, Zhang Xingqi, Zhang Keli, et al.

Runoff and sediment characteristics of slope land in Karst areas of Guizhou Province

[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012, 19(4): 1-5.

[本文引用: 1]     

[纪启芳, 张兴奇, 张科利, .

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

[J]. 水土保持研究, 2012, 19(4): 1-5.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。
[24] Zhang Xingqi, Hu Maochuan, Guo Xinya, et al.

Effects of topographic factors on runoff and soil loss in Southwest China

[J]. Catena, 2018, 160: 394-402.

DOI      URL      [本文引用: 1]     

[25] Gao Ruxue, Gao Huaduan, Song Jiangping, et al.

Influence of slope length on soil erosion in yellow sloping farmland of Karst

[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2018, 25(2): 53-57.

[本文引用: 1]     

[高儒学, 高华端, 宋江平, .

坡长对贵州喀斯特区黄壤坡耕地土壤侵蚀的影响

[J]. 水土保持研究, 2018, 25(2): 53-57.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

为揭示坡长对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响作用,根据贵州省毕节石桥小流域水土保持监测点监测资料,研究了坡长为5,10,15,20,25m的径流小区在次降雨条件下土壤侵蚀随坡长的变化规律。结果表明:喀斯特坡耕地坡面年内径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小;次降雨量小于30mm时,径流深随着坡长的增加先增大后减小;次降雨量大于30mm时,径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小。年内平均土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现一次函数关系的增长,拟合度R2=0.9217;次降雨量小于30mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现先急剧增加后减小的趋势,峰值出现在10m;次降雨量大于30mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化亦呈现一次函数的增长关系,拟合度R2=0.9146。在最大30min雨强为25mm/h和41.4mm/h条件下,随着坡长的增加,径流深均表现为先减小后增大再减小,土壤侵蚀模数均表现为先增大后减小。
[26] Fu Wali, Zhang Zhiwei, Zhang Hong, et al.

Study on characteristics of soil erosion on Karst hillslope

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2007, 21(5): 38-41.

[本文引用: 1]     

[傅瓦利, 张治伟, 张洪, .

岩溶区坡面土壤侵蚀特征研究

[J]. 水土保持学报, 2007, 21(5): 38-41.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

以重庆南川岩溶区为例,用137Cs法研究了岩溶区坡面土壤侵蚀特征.结果表明,坡面上部侵蚀速率较小,平均侵蚀速率为400.8 t/(km2·a),最大侵蚀速率为1 138.4 t/(km2·a);坡面中部侵蚀加剧,平均侵蚀速率2 264.8 t/(km2·a),最大侵蚀速率可达3 760 t/(km2·a);坡面下部侵蚀减弱甚至堆积.土壤表层有机质、表层粘粒及水稳性团聚体含量在坡面上的变化与土壤侵蚀速率具有负相关趋势.
[27] Peng Tao, Wang Shijie.

Effects of land use, land cover and rainfall regimes on the surface runoff and soil loss on Karst slopes in Southwest China

[J]. Catena, 2012, 90(1): 53-62.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

78 Surface runoff and soil loss on the karst hill slopes were very small. 78 Runoff and soil loss were affected by land use, land cover and rainfall regimes. 78 Antecedent precipitation could promote runoff and soil loss on limestone slopes. 78 Due to the low soil formation rates, soil erosion risk was quite high.
[28] Du Bo, Tang Lixia, Pan Youjing, et al.

Characteristics of runoff and sediment yields in the Karst hillslope and small watershed

[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2017, 24(1): 1-6.

[本文引用: 3]     

[杜波, 唐丽霞, 潘佑静, .

喀斯特小流域坡面与流域降雨产流产沙特征

[J]. 水土保持研究, 2017, 24(1): 1-6.]

URL      [本文引用: 3]      摘要

基于贵州省关岭县蚂蝗田水土保持监测站坡面及小流域的监测数据,分析了喀斯特坡面和小流域两个不同尺度下的降雨产流产沙特征。结果表明:次降雨量达到9.1mm(雨强大)和10.5mm(雨强小),坡面发生产流产沙。产流产沙的次降雨量(P)、平均雨强(I)、最大30min雨强(I30)、最大60min雨强(I60)、降雨历时(T)分别主要集中10-40mm,2-10mm/h,5-30mm/h,5-20mm/h,1-10h;与产流产沙相关度的高低为:P〉I60〉I30T。不同措施径流小区产流产沙存在显著性差异,荒草地产流产沙量最高;经果林+玉米的坡耕地次之;水保林、岩石裸露率高的荒草地最低。小流域与径流小区产流产沙的月变化趋势相似,但数值差异极大,产流产沙不同步,径流小区的数据不能完全反映喀斯特地区产流产沙特征。
[29] Peng Xudong, Dai Quanhou, Li Changlan, et al.

Effect of simulated rainfall intensities and underground pore fissure degrees on soil nutrient loss from slope farmlands in Karst region

[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(2): 131-140.

[本文引用: 1]     

[彭旭东, 戴全厚, 李昌兰, .

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

[J]. 农业工程学报, 2017, 33(2): 131-140.]

[本文引用: 1]     

[30] Dai Q H, Peng X D, Yang Z, et al.

Runoff and erosion processes on bare slopes in the Karst rocky desertification area

[J]. Catena, 2017, 152: 218-226.

DOI      URL      [本文引用: 5]      摘要

61Soil & water loss in underground pore fissure is the special pattern in karst region.61Surface runoff was easier generated for greater rainfall intensity compared with underground.61Surface runoff yield increased with increasing rainfall duration while underground decreased.61Surface & underground sediment yield first decreased and increased with increasing bed rock bareness rate.61Underground runoff and sediment increased with increasing underground pore fissure degree.
[31] Liu Zhengtang, Ni Jiupai, Yang Zhi.

Bare slope erosion experimental research under the condition of artificial rainfall precipitation in Karst area

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(5): 12-16.

[本文引用: 3]     

[刘正堂, 倪九派, 杨智.

喀斯特地区裸坡面土壤侵蚀的人工模拟降雨试验研究

[J]. 水土保持学报, 2013, 27(5): 12-16.]

[本文引用: 3]     

[32] Yang Zisheng.

Study on soil loss equation of cultivated slopeland in Northeast mountain region of Yunnan Province

[J]. Bulletion of Soil and Water Conservation, 1999,19(1): 1-9.

[本文引用: 1]     

[杨子生.

滇东北山区坡耕地土壤流失方程研究

[J]. 水土保持通报, 1999,19(1): 1-9.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

滇东北山区是云南省“长江上游水土保持重点防治工程”治理计划的重点区域,该区域水土流失的主体是坡耕地。该项研究通过对32个试验小区连续3a实测数据的统计分析,建立了滇东北山区坡耕地土壤流失方程A=R·K·LS·C·P;并确定了方程中诸因子的求算方法和数值,以及滇东北山区土壤允许流失量,为方程的应用提供了基本的技术数据。并进行了方程的验证,方程计算值与实测值的误差在6%以下,表明该方程在实际应用中具有
[33] Long Mingzhong, Wu Kehua, Xiong Kangning.

Assessment of applicability of the WEPP model (hillslope version) for soil eroison in Karst rock desertification area, Guizhou Province

[J]. Carsologica Sinica, 2014, 33(2): 201-207.

[本文引用: 1]     

[龙明忠, 吴克华, 熊康宁.

WEPP模型(坡面版)在贵州石漠化地区土壤侵蚀模拟的适用性评价

[J]. 中国岩溶, 2014, 33(2): 201-207.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

The Huajiang demonstration area (total area = 47.63 km2) in Guizhou Province was used as a study area to assess the applicability of the WEPP (Hillslope Version) model for soil erosion in karst rock desertification areas. The Huajiang demonstration area, which features typical-canyon in karst plateau, covers both sides of Huajiang river between Guanling county and Zhenfeng county in southwest Guizhou. The demonstration area is in the Panjiang syncline composed of Upper and Middle Triassic carbonates, with lime soil. The soil erosion area is 23.62 km2, that is 49.6 % of the total area, indicating that the soil erosion is serious. Using the runoff plot method and the erosion pin technique, the author monitored and simulated soil loss in the demonstration area in 2006 and 2010 using the WEPP model (Hillslope Version). The applicability of the WEPP model to karst rock desertification areas was assessed by comparing monitoring and simulating data, and the Nash-Sutcliffe coefficient was calculated. The simulation results showed relatively large error and the effective coefficients were negative indicating that the WEPP model is not applicable for direct calculation of the soil erosion modulus in the karst areas of Guizhou. Although the simulation accuracy for soil erosion on micro scale is not sufficient, it generally reflects the different soil erosion intensities between different runoff plots and the relationship between the process of ecological restoration and the changing trend of soil erosion. The application of the WEPP model to soil erosion calculation in karst areas must take into account environmental factors such as underground leakage, rate of bedrock outcropping, and highly broken terrain.
[34] Feng T, Chen H S, Wang K L, et al.

Modeling soil erosion using a spatially distributed model in a Karst catchment of northwest Guangxi, China

[J]. Earth Surface Processes and Landforms, 2014, 39(15): 2 121-2 130.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

ABSTRACT Reliable assessment of the spatial distribution of soil erosion is important for making land management decisions, but it has not been thoroughly evaluated in karst geo-environments. The objective of this study was to modify a physically based, spatially distributed erosion model, the revised Morgan, Morgan and Finney (RMMF) model, to estimate the superficial (as opposed to subsurface creep) soil erosion rates and their spatial patterns in a 102265ha karst catchment in northwest Guangxi, China. Model parameters were calculated using local data in a raster geographic information system (GIS) framework. The cumulative runoff on each grid cell, as an input to the RMMF model for erosion computations, was computed using a combined flow algorithm that allowed for flow into multiple cells with a transfer grid considering infiltration and runoff seepage to the subsurface. The predicted spatial distributions of soil erosion rates were analyzed relative to land uses and slope zones. Results showed that the simulated effective runoff and annual soil erosion rates of hillslopes agreed well with the field observations and previous quantified redistribution rates with caesium-137 (137Cs). The estimated average effective runoff and annual erosion rate on hillslopes of the study catchment were 1865mm and 0.2765Mg65ha61165yr611 during 2006–2007. Human disturbances played an important role in accelerating soil erosion rates with the average values ranged from 0.1 to 3.0265Mg65ha61165yr611 for different land uses. The study indicated that the modified model was effective to predict superficial soil erosion rates in karst regions and the spatial distribution results could provide useful information for developing local soil and water conservation plans. Copyright 08 2014 John Wiley & Sons, Ltd.
[35] Feng Teng, Chen Hongsong, Zhang Wei, et al.

137Cs profile distribution character and its implication for soil erosion on Karst slopes of Northwest Guangxi

[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(3): 593-599.

Magsci      [本文引用: 2]     

[冯腾, 陈洪松, 张伟, .

桂西北喀斯特坡地土壤137Cs的剖面分布特征及其指示意义

[J]. 应用生态学报, 2011, 22(3): 593-599.]

URL      Magsci      [本文引用: 2]      摘要

<p>分析了<sup>137</sup>Cs及土壤有机碳(SOC)在桂西北典型峰丛坡地及岩溶裂隙中的剖面分布特征,探讨了<sup>137</sup>Cs方法在喀斯特坡地的适用性及其指示的坡面土壤侵蚀特征.结果表明:所有剖面<sup>137</sup>Cs与SOC均显著相关,两者可能有相同的流失途径;次生林坡地<sup>137</sup>Cs主体分布深度在24 cm以内,中上及中坡剖面随深度呈指数递减分布,地表无侵蚀或侵蚀轻微,坡脚剖面呈较严重侵蚀形态;坡耕地剖面<sup>137</sup>Cs在耕层内均匀分布,中上坡及中坡主体分布深度在15 cm左右,面积活度远低于背景值,土壤侵蚀剧烈,坡脚分布深度至45 cm,呈堆积形态;次生林坡脚剖面、耕地中上坡剖面及所有裂隙剖面,<sup>137</sup>Cs在主体分布深度以下有断续极微量的分布,指示了喀斯特坡地土壤颗粒有随降雨沿地表负地形向地下流失的趋势,但流失量轻微.</p>
[36] Peng Jian, Yang Mingde.

On the present soil erosion situation of Huajiang Karst Gorge in Guizhou Province

[J]. Journal of Mountain Science, 2001, 19(6): 511-515.

[本文引用: 2]     

[彭建, 杨明德.

贵州花江喀斯特峡谷水土流失状态分析

[J]. 山地学报, 2001, 19(6): 511-515.]

DOI      URL      [本文引用: 2]      摘要

选取能较好反映喀斯特峡谷特征的花江峡谷作为研究对象 ,采用埋桩、修建沉沙池及充分利用当地沟谷谷坊等手段相结合的方法 ,集中讨论了花江喀斯特峡谷水土流失的现状和特点。一方面 ,研究区的土壤侵蚀量远小于大多数非喀斯特地区 ,但并不是说喀斯特峡谷地区的水土流失不严重 ,相反 ,这正是水土流失发展到极其严重地步的必然现象 ;另一方面 ,流域的土壤侵蚀强度还受其内部岩性结构的影响碎屑岩的比重越大 ,土壤侵蚀模数也越大。同时 ,对不同天然植被条件下的土壤侵蚀监测发现 ,通过种草来减轻峡谷地区的土壤侵蚀是一条十分有效的途径
[37] Xie Liangsheng, Wu Pan, Gu Shangyi, et al.

Calculation of the soil erosion modulus of basin with the measurement method of sedimentation in Karst area

[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2010, 8(2): 20-23.

Magsci      [本文引用: 1]     

[谢良胜, 吴攀, 顾尚义, .

盆地型喀斯特流域土壤侵蚀模数的沉积量测量法

[J]. 中国水土保持科学, 2010, 8(2): 20-23.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

为研究盆地型喀斯特石漠化地区的土壤侵蚀模数,运用沉积量测量法计算乌蒙山脉的麻窝山岩溶盆地中沉积区内土壤的沉积量,推算出流域内的土壤侵蚀模数,从而反演其石漠化进程,并探讨人类活动对喀斯特石漠化地区土壤侵蚀模数的影响。结果表明:麻窝山岩溶盆地流域的土壤侵蚀模数较高,为2900.55t/(km<sup>2</sup>.a),能客观地反映喀斯特石漠化山区土壤的侵蚀状况;沉积量测量法计算的土壤侵蚀模数比较接近现实,且其计算方法简单,数据可靠,容易操作,因此,该方法可作为无资料数据和测站时盆地型喀斯特流域计算土壤侵蚀模数的首选模型。
[38] Xu Yueqing, Shao Xiaomei.

Estimation of soil erosion supported by GIS and RUSLE: A case study of Maotiaohe Watershed, Guizhou Province

[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2006, 28(4): 67-71.

[许月卿, 邵晓梅.

基于GIS和RUSLE的土壤侵蚀量计算——以贵州省猫跳河流域为例

[J]. 北京林业大学学报, 2006, 28(4): 67-71.]

DOI      URL      摘要

为了解西南喀斯特山区土壤侵蚀空间分布特征,该文以贵州省猫跳河流域为研究区,在GIS技术支撑下,应用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)估算了研究区2002年现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量,得到了研究区现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量的空间分布特征,计算了各种土地利用类型的土壤保持能力,并对研究区土壤侵蚀防治措施进行了探讨.结果表明,研究区年均现实土壤侵蚀模数为28.70t(hm2·a),年均土壤流失量875.65×104ta,年均土壤保持量25095.73×104ta.旱地的土壤保持能力最小,研究区进行水土流失防治除对25°以上的旱地实行退耕还林、裸岩荒地植树造林外,还应加强对6°~25°的旱地进行治理如坡改梯等.
[39] Li Y, Bai X Y, Zhou Y C, et al.

Spatial-temporal evolution of soil erosion in a typical mountainous Karst basin in SW China, Based on GIS and RUSLE

[J]. Arabian Journal for Science and Engineering, 2016, 41(1): 209-221.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

In this study, we address the characteristics of the spatial and temporal evolution of soil erosion in karstic mountainous area of Houzhai River Basin of southwest China. The study uses GIS, erodibility test results, actual surveys of soil types, a revised universal soil loss equation for estimating soil erosion in 1973, 1990, 2002, and 2013, and an analysis of the spatial and temporal distribution of the evolution law of soil erosion for almost 40years. Results show the following: (1) The soil erosion modulus of the Houzhai River Basin exhibits a decrease from 222.72 t km 612 year 611 in 1973 to 103.82 t km 612 year 611 in 2013. (2) The intensity level of soil erosion changes across space. The most active area is mainly concentrated in the upstream peak cluster depression. Areas with a slope of 8°–25° account for 40.81 % of the total erosion contribution rate, indicating that these are the main areas where erosion occurs. (3) The global and universal classification standard of soil erosion shows that the Houzhai River Basin areas above 65 % do not undergo micro-erosion. The rocky desertification is a serious problem, which explains why grading standard soil erosion intensity is inapplicable to karst areas. (4) The average soil erosion modulus in the basin is generally low (i.e., below 1000 t km 612 year 611 ), which indicates strong karstification in the karst areas. This process can occur through subsurface pores, fissures, holes, and underground leakage phenomena, which underestimate the amount of soil erosion in the karst areas. A comprehensive analysis of a long time series reveals that soil erosion in the karst areas is a complex process which requires further detailed studies.
[40] Chen Ping, Lian Yanqing, Jiang Zhongcheng, et al.

Estimating soil erosion and analyzing its spatio-temporal characteristics in Guijiang River Basin, Guangxi

[J]. Carsologica Sinica, 2014, 33(4): 473-482.

[本文引用: 1]     

[陈萍, Lian Yanqing,

蒋忠诚, 等. 桂江流域土壤侵蚀估算及其时空特征分析

[J]. 中国岩溶, 2014, 33(4): 473-482.]

[本文引用: 1]     

[41] Wang Zhonggen, Liu Changming, Huang Youbo.

The theory of SWAT Model and its application in Heihe Basin

[J]. Progress in Geograpgy, 2003, 22(1): 79-86.

Magsci      [本文引用: 1]     

[王中根, 刘昌明, 黄友波.

SWAT模型的原理、结构及应用研究

[J]. 地理科学进展, 2003, 22(1): 79-86.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程,包括水、沙、化学物质和杀虫剂的输移与转化过程。本文着重探讨SWAT模型的水文学原理和模型的基本结构与独特的分布式运行控制方式,并将其成功应用于西北寒区(黑河莺落峡以上流域)的分布式日径流过程的模拟。
[42] Yu Dan, Sun Li’na, Yu Junfeng, et al.

Simulation on soil erosion and streamflow in Maotiaohe Watershed of Guizhou Province based on SWAT Model

[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2012, 28(17): 256-261.

[本文引用: 1]     

[余丹, 孙丽娜, 于俊峰, .

基于SWAT的猫跳河流域径流及土壤侵蚀模拟研究

[J]. 中国农学通报, 2012, 28(17): 256-261.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

In order to know the condition of hydrology and water resources, forecast the physical hydrology process, use water resources reasonably and take effective measures on the soil erosion in the Maotiaohe watershed. Based on GIS, the author installed spatial database, climate database, land utilization database, and soil attribute database of the Maotiaohe watershed for the establishment of SWAT (Soil and Water Assessment Tool) to simulate the hydrological and sediment process in the watershed. Taking the particular hydrological characteristic of southwest karst region into consideration, the author successfully established the SWAT model of the Maotiaohe watershed on GIS platform by using the parameters selected from abovementioned databases. The runoff generation and sediment in the watershed each month of 2006 and 2007 were also simulated to indicate the dynamic of watershed runoff and soil erosion using the SWAT model. Furthermore, the adaptability of the SWAT used to simulate the karst watershed was assessed by comparing field observation data with simulation data of the watershed runoff and sediment. The results showed that the SWAT model could present a good simulation on the hydrological process and sediment of the Maotiaohe watershed, and generalized the parameters of the watershed, causing change of the simulation result. Finally, the soil erosion modulus was calculated in the 27 sub-basins delineated by the SWAT. The result also showed that serious soil erosion occurred mainly in the lower of Maotiaohe watershed, where more attention should be paid to and some practical measures should be taken to reduce soil loss.
[43] Li Chengzhi, Lian Jinjiao, Chen Hongsong, et al.

Estimation of soil erosion and its response to land use change in Karst regions at county scale

[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2017, 15(5): 39-47.

[本文引用: 1]     

[李成志, 连晋姣, 陈洪松, .

喀斯特地区县域土壤侵蚀估算及其对土地利用变化的响应

[J]. 中国水土保持科学, 2017, 15(5): 39-47.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

喀斯特地区土层浅薄,不合理的土地利用导致严重的水土流失,加剧石漠化程度。为定量分析生态工程实施前后土壤侵蚀状况及其对土地利用变化的响应,基于GIS技术和RMMF模型,对环江县1991、2000和2010年土壤侵蚀进行模拟,并采用邻近水文站和径流小区泥沙监测数据进行验证。结果表明:1991、2000和2010年研究区土壤侵蚀模数分别为76.36、76.46和49.60t/(km2.a),与相关监测数据比较一致;土壤侵蚀总量分别为34.76万、34.80万和22.58万t,主要来源于非喀斯特区(均约占全县侵蚀总量的94%)。研究区微度侵蚀面积占90%以上,轻度及以上等级所占比例较小。对比不同土地利用类型的土壤侵蚀模数,旱地远大于其他类型,其次是中覆盖度草地和其他林地。相同降雨条件下,由于旱地面积减少,2010年土壤侵蚀量较1991年减少4.21万t;2010年喀斯特区、非喀斯特区土壤侵蚀量较2000年分别减少了4.21%和8.76%。这预示生态工程实施后,环江县耕地减少、林地增加,土壤侵蚀减少。本研究为评估喀斯特地区土壤侵蚀现状以及退耕还林的水土保持效应提供参考依据。
[44] Minghui, Wang Hongya, Cai Yunlong.

Soil erosion investigations based on analyses of sediment in lakes and reservoirs

[J]. Bulletion of Soil and Water Conservation, 2007,27(3):36-44,58.

[本文引用: 1]     

[吕明辉, 王红亚, 蔡运龙.

基于湖泊(水库)沉积物分析的土壤侵蚀研究

[J]. 水土保持通报, 2007,27(3):36-44,58.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

土壤侵蚀作为全球性的环境问题之一,受自然和人为因素的共同影响。而湖泊(水库)沉积物作为流域物质迁移的“汇”,可以连续、高分辨率地记录流域土壤侵蚀的信息。通过湖泊沉积指标的研究,可以反演流域土壤侵蚀过程、演化规律。与流域人类活动、气候变化等自然因素综合分析,可对流域土壤侵蚀发生机制等做出科学论断,为目前水土流失治理等提供参考依据。介绍了基于湖泊(水库)沉积物的放射性同位素示踪研究、矿物与磁性分析、粒度分析、孢粉、元素地球化学分析方法应用于土壤侵蚀的研究进展,并对其应用前景做了瞻望。
[45] Xu Lin, Wang Hongya, Cai Yunlong.

Mineral-magnetic characteristics sediments from Xiaohe reservoir in Karst hilly plain, central Guizhou Province and their implications on soil erosion

[J]. Quaternary Sciences, 2007, 27(3): 408-416.

Magsci      [本文引用: 1]     

[徐琳, 王红亚, 蔡运龙.

黔中喀斯特丘原区小河水库沉积物的矿物磁性特征及其土壤侵蚀意义

[J]. 第四纪研究, 2007, 27(3): 408-416.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

对贵州中部小河水库的沉积物柱芯XS-1进行矿物磁性分析(&chi;<sub>lf</sub>,ARM,IRM<sub>20mT</sub>,SIRM 和IRM<sub>-300mT</sub>)并计算了HIRM,&chi;<sub>ARM</sub> 和&chi;<sub>ARM</sub>/SIRM。主要根据沉积物的矿物磁性特征, 将这一岩芯的主要部分划分为11个小段。 通过解译这些矿物磁性参数,结合完成的<sup>137</sup> Cs、粒度、TOC和C/N比值分析结果,定性地推测了过去45年(1960~2005年)小河水库所在汇水流域内的土壤侵蚀变化。在此基础上,通过对各阶段平均磁性参数的主成分分析,得到各阶段土壤侵蚀的相对强度变化的定量信息,并结合人类活动和降水资料初步探讨了影响土壤侵蚀的相对强度变化的主要因素。结果表明,1960~1968年、1973~1974 年和1998~2000 年是小河流域内土壤侵蚀最为严重的3个阶段。1960~1968年人类砍伐树木是造成该阶段土壤侵蚀强烈的主要原因,而1973~1974年和1998~2000年流域内土壤侵蚀强烈则是由于降水的偏多造成的。1968年以来,夏季降水是影响土壤侵蚀变化的主要因素。
[46] He Yongbin, Li Hao, Zhang Xinbao, et al.

137Cs method study on soil erosion and sediment yield in grass-covered peak cluster depression in Maolan, Guizhou

[J]. Carsologica Sinica, 2009, 28(2): 181-188.

[本文引用: 2]     

[何永彬, 李豪, 张信宝, .

贵州茂兰峰丛草地洼地小流域侵蚀产沙的137Cs法研究

[J]. 中国岩溶, 2009, 28(2): 181-188.]

DOI      URL      [本文引用: 2]      摘要

在贵州茂兰峰丛洼地区的工程碑草地洼地典型小流域进行了洼地沉积泥沙^137Cs示踪分析研 究。研究结果表明:(1)草地洼地土壤剖面属于堆积土壤剖面,土壤剖面中^137Cs浓度分布特征反映了泥沙堆积与表层土壤侵蚀的信息。受岩土分布、微地 形的影响,^137Cs初始沉降后出现不均匀再分布,面积活度的空间变化较大,变异系数为1.35,不能表征土壤侵蚀状况。(2)根据草地洼地典型堆积农 耕地土壤剖面A-1的^137Cs浓度分布特征,1963年以来的流域平均堆积泥沙数量是16.6t/km^2.a,流域平均土壤侵蚀速率为45.95t /km^2.a,约占侵蚀产沙数量63.88%的泥沙以地下流失的形式散失;(3)草地洼地小流域内地面土壤流失与地下土壤流失的相对贡献率分别是 70.13%和29.87%;(4)以茂兰地区最大成土速率为依据推算出的允许土壤侵蚀量是13.51t/km^2.a,草地洼地的土壤侵蚀危险程度极 高。
[47] Bai X Y, Zhang X B, Chen H, et al.

Using 137Cs fingerprinting technique to estimate sediment deposition and erosion rates from Yongkang depression in the Karst region of Southwest China

[J]. Land Degradation and Development, 2010, 21(5): 474-479.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Understanding the erosion and deposition rates is very important for designing soil and water conservation measures. However, existing methods of assessing the rates of soil loss present many limitations and are difficult to apply to in karst areas, and there is still very little data in this areas. Karst depressions comprise geomorphologically important sources and sinks for sediments and can provide the long-term history records of environmental changes. But there have been few similar studies focused on its sediments in the world. In this paper, the Cs-137 technique was employed to estimate the sediment deposition rate of karst depression to assess the surface erosion. The results indicate that the average deposition rate, deposition amount and specific deposit yield for the Yongkang catchments since 1963 were estimated to be 4·3265mm65y611, 3·1665t65y611and 20·5365t65km61265y611, respectively. The results obtained were consistent with the actual monitoring data of local runoff plots, and confirm the validity of the overall approach. So it was suggested that the mean specific sediment yields of 2065t65km61265y611 can be representative of the soil loss rates in the regions. Copyright 08 2010 John Wiley & Sons, Ltd.
[48] Feng T,Chen H S, Polyakov V O, et al.

Soil erosion rates in two karst peak-cluster depression basins of northwest Guangxi, China: Comparison of the RUSLE model with 137Cs measurements

[J]. Geomorphology, 2016, 253: 217-224.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Reliable estimation of erosion in karst areas is difficult because of the heterogeneous nature of infiltration and subsurface drainage. Understanding the processes involved is a key requirement for managing against karst rock desertification. This study used the revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) to estimate the annual soil erosion rates on hillslopes and compared them with Cs-137 budget in the depressions at two typical karst peak-cluster depression basins in northwest Guangxi, southwestern China. Runoff plots data were used to calibrate the slope length factor (L) of the RUSLE model by adjusting the accumulated area threshold. The RUSLE model was sensitive to the value of the threshold and required DEMs with 1 m resolution, due to the discontinuous nature of the overland flow. The average annual soil erosion rates on hillslopes simulated by the RUSLE were 0.22 and 0.10 Mg ha(-1) y(-1) 2006 through 2011 in the partially cultivated GZ1 and the undisturbed GZ2 basins, respectively. The corresponding deposition rates in the depressions agreed well with the Cs-137 records when recent changes in precipitation and land use were taken into consideration. The study suggests that attention should be given to the RUSLE-L factor when applying the RUSLE on karst hillslopes because of the discontinuous nature of runoff and significant underground seepage during storm events that effectively reduces the effects of slope length. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
[49] Zhang Weixiang, Zhang Keli, Xiong Yalan, et al.

Temporal-spatialdistribution of hydrology and sediment in Guizhou rivers

[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2008, 15(6): 1-5.

[本文引用: 2]     

[张卫香, 张科利, 熊亚兰, .

贵州省河流水文泥沙的时空变化特征

[J]. 水土保持研究, 2008, 15(6): 1-5.]

URL      [本文引用: 2]      摘要

河流泥沙是流域水土流失与河流水文特征共同作用的结果,河流泥沙的空间分布格局和时间变化规律,可以反映水土流失时空特征及其变化过程。利用贵州省1956—2000年水文泥沙资料,分析研究了河流输沙模数的时空变化特征。结果表明:贵州省河流泥沙分布格局和时间动态变化,基本上与植被时空格局变化特征及人类活动的影响过程相吻合;河流输沙模数呈西高东低的分布格局,在时间上呈周期性变化,基本上逢3~4a就出现一个极端值,形成波峰或波谷。1965年之前的时间段内,输沙模数较小值年份出现的频率高,1965年以后则是输沙模数较大值年份出现的频率则高。1966—1967年枯水和低输沙量、1971—1972年的平水和高输沙量现象的出现,对进一步研究分析贵州省径流泥沙关系和水土流失演变过程具有莺要的指示意义。
[50] Xiong Yalan, Zhang Keli, Yang Guangxi, et al.

Change in characteristics of runoff and sediment in the Wujiang River

[J]. Ecology and Environment, 2008, 17(5): 1 942-1 947.

[本文引用: 1]     

[熊亚兰, 张科利, 杨光檄, .

乌江流域水沙特性变化分析

[J]. 生态环境学报, 2008, 17(5): 1 942-1 947.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

对乌江流域水沙特性变化进行分析,是解决长江上游泥沙问题、提高 水资源利用率和防灾减灾的根本出发点,同时可为喀斯特地区水土流失治理和生态恢复提供理论依据.文章通过对乌江流域主要水文站鸭池河站、乌江渡站和思南站 的降雨-径流-泥沙随时间的变化、降雨-径流和径流-泥沙的相关性和双累积曲线进行分析,研究结果为:降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化无明显趋 势,历年输沙模数是鸭池河>乌江渡>思南.1980年以后由于实施了大量水土保持工程使得输沙模数大量减少.在年均径流模数相同的情况 下,1971-1979年这一时期的产沙量要高于1961-1970年.从1971年开始输沙模数相对于径流而言出现趋势性增多,这主要是由人类活动造 成.三个站点的双累积曲线变化趋势相似,说明人类活动对河流泥沙的影响,既取决于人类活动的方式、程度,也受制于流域环境条件.
[51] Zhu Anguo, Lin Changhu, Zhu Hongsu.

Research on the laws of sediment yield in the middle and upper reaches of the Wujiang River

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 1993,7(3): 53-57.

[本文引用: 1]     

[朱安国, 林昌虎, 朱红苏.

乌江中上游产沙规律的分析研究

[J]. 水土保持学报, 1993,7(3): 53-57.]

[本文引用: 1]     

[52] Xiong Yalan, Zhang Keli.

Climate change effect on rate of erosion in Guizhou Province

[J]. Journal of Sediment Research, 2011,(3): 23-28.

[本文引用: 1]     

[熊亚兰, 张科利.

全球气候变化对贵州省输沙模数影响分析

[J]. 泥沙研究, 2011,(3): 23-28.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

通过贵州省输沙模数对全球气候变化的响应进行分析可以确定水土流失的重点区域,有助于制定喀斯特地区合理的中长期水土保持计划。利用HadCM3模型对A2情景(人口快速增长、经济发展缓慢)和B2情景(强调社会技术创新)下贵州省未来3个时期1980-2020年、2020-2050年、2050-2080年输沙模数的增减进行分析,研究结果为:未来3个时期A2和B2情景下输沙模数增幅逐渐增大,相对基准期1980年最大增幅分别达34.45%和19.15%。未来3个时期A2情景下输沙模数增幅最大的区域分别集中在六盘水和黔西南;六盘水、黔西南、遵义和铜仁北部;六盘水、黔西南、遵义东北部、毕节西部和安顺。B2情景下输沙模数增幅最大的区域分别集中在六盘水和黔西南;六盘水南部、黔西南西部和遵义东北部;遵义北部和毕节部分地区。
[53] Zhu Anguo, Lin Changhu.Comprehensive Study on Factors of Soil Erosion in Mountainous Areas[M]. Guiyang: Guizhou Science and Technology Press,1995.

[本文引用: 1]     

[朱安国, 林昌虎. 山区水土流失因素综合研究[M]. 贵阳: 贵州科技出版社,1995.]

[本文引用: 1]     

[54] Wan Jun, Cai Yunlong, Lu Yunge, et al.

Soil erosion risk assessment inkarst area—A case study in Guanling County of Guizhou Province

[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2003, 10(3): 148-153.

Magsci      [本文引用: 2]     

[万军, 蔡运龙, 路云阁, .

喀斯特地区土壤侵蚀风险评价——以贵州省关岭布依族苗族自治县为例

[J]. 水土保持研究, 2003, 10(3): 148-153.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 2]      摘要

我国西南喀斯特地区土壤侵蚀的严重后果除了土壤肥力损失、质地恶化、淤塞河渠水道等外,还有一个特殊的石漠化问题,因此喀斯特地区的土壤侵蚀风险评价研究必须综合考虑石漠化问题.土壤侵蚀风险评价首先需要确定土壤侵蚀级别,按照年均土壤侵蚀模数确定土壤侵蚀级别的方法在喀斯特地区存在很大的争议.提出一种新方法,通过求取石漠化扩展速度,也就是土壤面积损失速度,从而得到土壤抗蚀年限,对土壤侵蚀风险进行评价.具体过程以贵州省关岭县为例,在对两期TM影像(1987~1999年)进行线性光谱分离的基础上,得出研究区两个时段植被、裸土和裸岩的比例,根据裸岩比例变化求取研究区13年间石漠化发展速度,通过裸土、植被比例和石漠化速度计算研究区裸露土壤和全部土壤的抗蚀年限,从而对研究区土壤侵蚀风险有一个比较可信的把握.计算结果是研究区13年间石漠化扩展速度是每年增长0.37%,裸露土壤抗蚀年限为49.3年,全部土壤抗蚀年限为93.7年,土壤侵蚀危险级别都属于"危险型".
[55] Chai Zongxin.

Soil erosion in Karst area of Guangxi Autonomous region

[J]. Mountain Research, 1989, 7(4): 255-260.

[柴宗新.

试论广西岩溶区的土壤侵蚀

[J]. 山地研究, 1989, 7(4): 255-260.]

[56] Cao Jianhua, Jiang Zhongcheng, Yang Desheng, et al.

Grading of soil erosion intensity in southwest Karst area of China

[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2008, 6(6): 1-7.

Magsci     

[曹建华, 蒋忠诚, 杨德生, .

我国西南岩溶区土壤侵蚀强度分级标准研究

[J]. 中国水土保持科学, 2008, 6(6): 1-7.]

Magsci      摘要

中国西南岩溶区碳酸盐岩成土物质先天不足,沿用水利部颁布的SL190—1996《土壤侵蚀分类分级标准》,显然与岩溶区的实际情况不适应。在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上,收集相关的资料、数据和图层,估算西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率,并将成土速率作为土壤允许流失量,厘定西南岩溶区土壤侵蚀强度的分级标准,结果表明,微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀标准分别为1000t/(km<sup>2</sup>.a)。根据西南岩溶区土壤侵蚀过程的基本特点,对该地区以后的水土保持工作提出以下建议:1)抓住土壤侵蚀过程关键环节重点防治,2)不同岩溶石漠化区采取不同水土保持对策,3)积极推进生物篱技术,4)加强岩溶区土壤改良技术研究,提高基本农田的生产效率。
[57] Jiang Zhongcheng, Luo Weiqun, Deng Yan, et al.

The leakage of water and soil in the Karst peak cluster depression and its prevention and treatment

[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2014, 35(5): 535-542.

[本文引用: 2]     

[蒋忠诚, 罗为群, 邓艳, .

岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究

[J]. 地球学报, 2014, 35(5): 535-542.]

DOI      URL      [本文引用: 2]      摘要

中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶生态研究团队在国家科技支撑计划和广西科技攻关项目联合资助下,自21世纪以来一直从事西南岩溶山区水土漏失创新性研究。2013年取得了一系列进展,阐明了水土漏失的概念、过程和数学模型;运用野外监测和先进的同位素技术,首次系统揭示了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同生态环境的水土漏失定量差异和原因,建立了适宜岩溶区特点的水土流失强度分级标准和土壤侵蚀回归模型,创建了生物措施与工程措施有机结合的岩溶峰丛洼地水土保持模式和技术规程,开辟了岩溶石漠化环境生态效益与经济效益俱佳的火龙果生态产业,为西南岩溶地区石漠化综合治理和水土保持提供了技术支撑和示范样板。
[58] Li Yangbing, Bai Xiaoyong, Zhou Guofu, et al.

The relationship of land use with Karst rocky desertification in a typical Karst area, China

[J]. Acta Geographica Sinice, 2006, 61(6): 624-632.

[本文引用: 1]     

[李阳兵, 白晓永, 周国富, .

中国典型石漠化地区土地利用与石漠化的关系

[J]. 地理学报, 2006, 61(6): 624-632.]

[本文引用: 1]     

[59] Wang Shijie, Li Yangbing.

Problems and development trends about researches on Karst desertification

[J]. Advances in Earth Science, 2007, 22(6): 573-582.

Magsci      [本文引用: 1]     

[王世杰, 李阳兵.

喀斯特石漠化研究存在的问题与发展趋势

[J]. 地球科学进展, 2007, 22(6): 573-582.]

URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>喀斯特石漠化代表了世界上一个比较独特的荒漠类型,即湿润区石质荒漠化。目前石漠化面积快速扩展的总体趋势并没有得到有效遏止,因对石漠化发生机制与喀斯特生态系统稳定性机制还不清楚,同时缺乏比较完善的石漠化防治理论和技术体系也是重要的原因之一。较为详细地介绍了目前西南喀斯特山区石漠化过程和适应性生态修复研究方面存在的基础理论问题,包括喀斯特石漠化的时空格局变化与驱动力、喀斯特山地的侵蚀过程、驱动力与危险性、以水为纽带的喀斯特生态系统退化和石漠化过程中的生物地球化学过程、喀斯特受损生态系统的适应性修复、喀斯特生态系统的服务功能优化和综合调控等方面,阐述了上述几个研究领域的研究现状与可能的发展方向;强调喀斯特石漠化是一个非地带性问题,不是纯自然过程,而是与自然、社会与经济紧密相关,需要以喀斯特科学为主的多学科交叉与综合集成研究。</p>
[60] Jiang Z C, Lian Y Q, Qin X Q.

Rocky desertification in Southwest China: Impacts, causes, and restoration

[J]. Earth Science Reviews, 2014, 132(3): 1-12.

DOI      URL      [本文引用: 2]      摘要

Rocky desertification, which is relatively less well known than desertification, refers to the processes and human activities that transform a karst area covered by vegetation and soil into a rocky landscape. It has occurred in various countries and regions, including the European Mediterranean and Dinaric Karst regions of the Balkan Peninsula, Southwest China on a large scale, and alarmingly, even in tropical rainforests such as Haiti and Barbados, and has had tremendous negative impacts to the environment and social and economic conditions at local and regional scales. The goal of this paper is to provide a thorough review of the impacts, causes, and restoration measures of rocky desertification based on decades of studies in the southwest karst area of China and reviews of studies in Europe and other parts of the world. The low soil formation rate and high permeability of carbonate rocks create a fragile and vulnerable environment that is susceptible to deforestation and soil erosion. Other natural processes related to hydrology and ecology could exacerbate rocky desertification. However, disturbances from a wide variety of human activities are ultimately responsible for rocky desertification wherever it has occurred. This review shows that reforestation can be successful in Southwest China and even in the Dinaric Karst region when the land, people, water, and other resources are managed cohesively. However, new challenges may arise as more frequent droughts and extreme floods induced by global climate change and variability may slow the recovery process or even expand rocky desertification. This review is intended to bring attention to this challenging issue and provide information needed to advance research and engineering practices to combat rocky desertification and to aid in sustainable development.
[61] Wang S J, Liu Q M, Zhang D F.

Karst rocky desertification in southwestern China: Geomorphology, landuse, impact and rehabilitation

[J]. Land Degradation and Development, 2004, 15(2): 115-121.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Abstract Karst rocky desertification is a process of land degradation involving serious soil erosion, extensive exposure of basement rocks, drastic decrease in soil productivity, and the appearance of a desert-like landscape. It is caused by irrational, intensive land use on a fragile karst geo-ecological environment. The process is expanding rapidly, and it is daily reducing the living space of residents and is the root of disasters and poverty in the karst areas of southwestern China. The tectonic, geomorphic and environmental background to karst rocky desertification is analysed. Population pressure and the intensive land use that have led to this serious land degradation are described. Although the problem concerns the Chinese Government and some profitable experience in the partial restoration or reconstruction of the ecological environment has been gained, effective remedial action has not been achieved on a large scale. Copyright 2004 John Wiley & Sons, Ltd.
[62] Yao Yonghui.

Progress and prospect of Karst rocky desertification research in Southwest China

[J]. Progress in Geography, 2014, 33(1): 76-84.

Magsci      [本文引用: 3]     

[姚永慧.

中国西南喀斯特石漠化研究进展与展望

[J]. 地理科学进展, 2014, 33(1): 76-84.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 3]      摘要

石漠化是与北方荒漠化和黄土高原水土流失并列的中国三大土地退化问题之一。根据石漠化领域内的相关研究,系统总结了石漠化空间格局及动态过程研究、石漠化发展演化的机理研究等方面的进展与不足,提出构建基于中高分辨率遥感数据的石漠化时序轨迹新方法,并在此基础上进行长时间序列的石漠化过程分析,从时间和空间上定量、定位追踪石漠化的发展演化过程,不仅可以查明石漠化的发生地点及程度,还可以分析其发生和演化机理。将石漠化格局、过程与成因定量分析相结合,可以从更长的时间段内,更加精确地研究石漠化的时空变化规律,全面系统地揭示石漠化演化机制。
[63] Tao.

Application of 3S technology in the investigation of land desertification in Karst mountainous areas of Guizhou

[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2002,(6): 26-27.

[吕涛.

3S技术在贵州喀斯特山区土地石漠化现状调查中的应用

[J]. 中国水土保持, 2002,(6): 26-27.]

DOI      URL      摘要

应用2000年TM影像资料及典型地区TM7个波段数据,在ARCVIEW和ENVI平台上进行解译,并参考其他相关资料及图件,对贵州喀斯特山区石漠化现状进行调查,结果表明,贵州喀斯特山区中度以上石漠化面积占全省总面积的7.5%,轻度以上石漠化面积占全省总面积的20.4%,从分布上看,石漠化土地更多地分布在纯碳酸盐岩为主的贵州西部、西南部。
[64] Xiong Kangning, Li Ping, Zhou Zhongfa, et al.A Typical Study on Temote Sensing GIS of Karst Rocky Desertification—A Case Study of Guizhou Province[M]. Beijing: Geological Publishing House,2002.

[本文引用: 1]     

[熊康宁, 黎平, 周忠发, . 喀斯特石漠化的遥感 GIS 典型研究——以贵州省为例[M]. 北京: 地质出版社,2002.]

[本文引用: 1]     

[65] Wang Yu, Zhang Gui.

On the desertification and genesis of Karst stone mountain area in East Yunnan

[J]. Advances in Earth Science, 2003, 18(6): 933-938.

Magsci     

[王宇, 张贵.

滇东岩溶石山地区石漠化特征及成因

[J]. 地球科学进展, 2003, 18(6): 933-938.]

DOI      URL      Magsci      摘要

<p>滇东地区生态地质环境脆弱,石漠化明显,面积28 320 km<sup>2</sup>,严重地制约着地区经济的可持续发展。采用三级标准划分石漠化等级,景观差异特征明显,便于野外识别,制定与之相适应的整治措施。滇东地区石漠化分布具有集中连片、自北向南逐渐增多、程度加重的特点。石漠化的成因:地貌的演化过程中存在着石漠化的潜势,广泛分布的岩溶石山是形成石漠化的物质基础,特定的自然地理环境是导致石漠化的基本条件;人口增长过快、不合理的土地开发、工业污染是形成石漠化的主要因素,但自然因素和人为因素的主次因地而异。</p>
[66] Wang Lianqing, Qiao Zijiang, Zheng Daxing.

The remote sensing survery and the analysis of developmental trend of stony desertization from the Karst land in the southeast of Chongqing

[J]. Journal of Geomechanics, 2003, 9(1): 78-84.

[王连庆, 乔子江, 郑达兴.

渝东南岩溶石山地区石漠化遥感调查及发展趋势分析

[J]. 地质力学学报, 2003, 9(1): 78-84.]

[67] Xu Erqi.

Spatial variation in drivers of Karst rocky desertification based on geographically weighted regression model

[J]. Resources Science, 2017, 39(10): 1 975-1 988.

[本文引用: 1]     

[许尔琪.

基于地理加权回归的石漠化影响因子分布研究

[J]. 资源科学, 2017, 39(10): 1 975-1 988.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

分析和识别石漠化的关键影响因子,有助于有效治理和恢复石漠化。以往研究对影响因子的空间局部差异关注较少,本文以黔桂喀斯特山地为研究区,选取自然及社会经济等12个影响因子,利用地理加权回归(GWR)模型,在普通线性回归的基础上嵌入空间因素,分析石漠化影响因子的空间分异。结果表明:(1)黔桂喀斯特山地的石漠化Moran’s I大于正态函数在99%显著水平,存在明显空间聚集现象;(2)GWR模型R~2(0.508)明显高于传统统计模型的R~2(0.156),回归模型拟合效果显著提高;(3)12个影响因子与石漠化关系呈现不同数值大小、正负效应和线性组合关系的空间分布差异;(4)人类活动叠加在喀斯特特殊的岩性、土壤和植被组合上,显著影响石漠化分布;同时,局部区域高强度人类活动导致石漠化的急剧变化。GWR模型可揭示石漠化影响因子的空间分异规律和局部的关键影响因子,刻画多因子组合作用对石漠化的影响,有助于差别化的小流域石漠化治理。
[68] Li Y B, Shao J A, Yang H, et al.

The relations between land use and Karst rocky desertification in a typical Karst area, China

[J]. Environmental Geology, 2009, 57(3): 621-627.

DOI      URL      摘要

Karst rocky desertification (KRD) is one major type of desertification which is under irrational human impact on the vulnerable eco-geo-environment. In this study, Zhudong fengcong rocky desertification landscape was selected to investigate the land use types distribution law in different rock types and the KRD land in different land use types. KRD data was determined by user omputer interactive interpreting method from Aster images in 2004, according to the exposed ratio of rock, the coverage of vegetation and soil in 0.2 km 2 unit, integrating with land utilizing present situation map, hydrogeology map, relief map, vegetation map, soil distribution map, as well as the practical investigation and the population census datum in 2002. Results showed that the occurrence ratio of KRD land is different in land use types and rocky assemblages obviously; land cover has a strong impact upon KRD. The sloping cropland distributed in homogenous limestone has a higher occurrence ratio of light KRD, secondly, is in the limestone interbedded with clastic rock. Light KRD land was dominated by shrubland, and sloping cropland accounts for 11.67% of it, moderate KRD land was dominated by moderate coverage grass slopes, strong and extremely strong KRD was dominated by rocky dry land which is difficult to use.
[69] Jiang Zhongcheng, Li Xiankun, Hu Baoqing, et al.Study on Rocky Desertification and Its Comprehensive Management in Karst Mountainous Areas of Guangxi[M]. Beijing: Science Press,2011.

[本文引用: 1]     

[蒋忠诚,李先琨,胡宝清,. 广西岩溶山区石漠化及其综合治理研究[M]. 北京: 科学出版社,2011.]

[本文引用: 1]     

[70] Xiong Kangning, Li Jin, Long Mingzhong.

Features of soil and water loss and key issues in demonstration areas for combating Karst rocky desertification

[J]. Acta Geographica Sinice, 2012, 67(7): 878-888.

[本文引用: 1]     

[熊康宁, 李晋, 龙明忠.

典型喀斯特石漠化治理区水土流失特征与关键问题

[J]. 地理学报, 2012, 67(7): 878-888.]

[本文引用: 1]     

[71] Wan Jun, Cai Yunlong, Zhang Huiyuan, et al.

Land use/land cover change and soil erosion impact of Karst area in Guanling County, Guizhou Province

[J]. Scientia Geographica Sinica, 2004, 24(5): 573-579.

[本文引用: 1]     

[万军, 蔡运龙, 张惠远, .

贵州省关岭县土地利用/土地覆被变化及土壤侵蚀效应研究

[J]. 地理科学, 2004, 24(5): 573-579.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

There is a very serious ecology degradation caused by overuse of land in the Karst area, which is one of the main ecology fragile in southwest of China. This article focuses on a local site—Guanling County, Guizhou province —as a background, and land use/ land cover change as well as its ecology environment impact of the past 12 years in that area is fully researched based on 1987 and 1999 TM images and other relative data. There are some conclusions below: ① Land use has been changed dynamically and obviously, indicated by LUDC (Land Use Dynamic Change) index, which is 1.36% per year; ② The dynamic changes of dry land and grass land are main forms. The dynamic change of reclaimed and abandoned dry land is wilder than that of static change of increased dry land drastically; ③ Land use condition in mountain area is effectively evaluated by the LB (Land Center) index created by the author; ④ The ratio of bare soil is decreased, while the ratios of vegetation cover and naked rock are increased. Besides, the decrease of bare soil is caused partly by the plantation and the soil loss, the latter can make the bare soil turn into naked rock; ⑤ The staggering soil loss contributes the desertification from 22.50% to 26.58%, especially in the dry land where there is a fastest development; ⑥The antierosion life of the bare soil isn't longer than 45.5a by the erosion velocity during 1987-1999 and all the soil will be corroded completely in 86.5a.
[72] Xiong Y J, Qiu G Y, Mo D K, et al.

Rocky desertification and its causes in Karst areas: A case study in Yongshun County, Hunan Province, China

[J]. Environmental Geology, 2009, 57(7): 1 481-1 488.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Rocky desertification, a process of land degradation characterized by soil erosion and bedrock exposure, is one of the most serious land degradation problems in karst areas, and is regarded as an obstacle to local sustainable development. It is well known that human activities can accelerate rocky desertification; however, the effects of climate change on rocky desertification in karst areas are still unclear. This study focused on the effects of temperature and precipitation changes and human activities on rocky desertification in karst areas to determine the impacts of climate change and human disturbances on rocky desertification. Areas of different level of rocky desertification were obtained from Landsat TM (1987) and Landsat ETM+ (2000) images. The results show that, although the total desertification area increased by only 1.27% between 1987 and 2000, 17.73% of the slightly desertified land had degraded to a moderate or intense level, 2.01 and 15.71%, respectively. Meanwhile, between 1987 and 2000, the air temperature increased by 0.7°C, and precipitation increased by 17002mm. Statistical results indicate that the increase in precipitation was caused by heavy rainfall. In addition, under the interactive influences of heavy rainfall and temperature, the average karst dissolution rate was about 8702m 3 02km 612 02a 611 during the 1402years in the study area. Further analysis indicated that rocky desertification was positively related with the increase in temperature and precipitation and especially with the heavy rainfall events. Climate change accelerated rocky desertification in the karst areas.
[73] Peng Xudong, Dai Quanhou, Yang Zhi, et al.

Sediment yield of surface and underground erosion in the process of rocky desertification of Karst area

[J]. Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(5): 1 237-1 248.

[本文引用: 1]     

[彭旭东, 戴全厚, 杨智, .

喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征

[J]. 土壤学报, 2016, 53(5): 1 237-1 248.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

喀斯特地区特殊的地表、地下侵蚀产沙是引发石漠化发生发展的重要物理过程。以喀斯特山地石漠化过程中不同石漠化状况的裸坡面为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究其地表及地下侵蚀产沙特征。结果表明:无石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化的裸坡在相同条件下的地表产沙量总体上高于地下产沙量,且10 min降雨时段内地下产沙量在0~100 g之间。不同石漠化强度的裸坡地表、地下侵蚀产沙量均随雨强的增大而增加;小雨强(30~80 mm h~(-1))下,随着石漠化强度加剧其地表越不易发生侵蚀,而石漠化强度达到一定程度时(基岩裸露率40%)土壤流失以地下流失为主;大雨强(150 mm h~(-1))下,地表产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化不明显,而地下产沙量则呈先增加后减小的变化且在基岩裸露率为30%时达到最大。不同石漠化强度的裸坡地表产沙量及其分配比例随地下孔(裂)隙度变化不明显,地下产沙量及其分配比例总体上随地下孔(裂)隙度增加而增加;在不同地下孔(裂)隙度下(1%~5%),地表、地下产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化(10%~50%)差异较大。研究结果对认识喀斯特地区石漠化发生发展机制、揭示土壤侵蚀特征、防治地表地下水土流失具有重要的理论和现实意义。
[74] Ni Jiupai, Yuan Daoxian, Xie Deti, et al.

Estimating soil erosion in small watershed of Karst valley area using GIS

[J]. Journal of Basic Science and Engingering, 2010, 18(2): 217-225.

[本文引用: 1]     

[倪九派, 袁道先, 谢德体, .

基于GIS的岩溶槽谷区小流域土壤侵蚀量估算

[J]. 应用基础与工程科学学报, 2010, 18(2): 217-225.]

[本文引用: 1]     

[75] Mei Zaimei, Wang Daiyi, Xiong Kangning, et al.

A preliminary study on the technology of vegetation restoration on the land of different rocky desertification degree—A case study of the Huajiang demonstration area, Guizhou

[J]. Carsologica Sinica, 2004, 23(3): 253-258.

[本文引用: 1]     

[梅再美, 王代懿, 熊康宁, .

不同强度等级石漠化土地植被恢复技术初步研究——以贵州花江试验示范区查尔岩试验小区为例

[J]. 中国岩溶, 2004, 23(3): 253-258.]

[本文引用: 1]     

[76] Wang Kelin, Yue Yaomin, Ma Zulu, et al.

Research and demonstration on technologies for rocky desertification treatment and ecosystem services enhancement in Karst peak-cluster depression regions

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(22):7 098-7 102.

[本文引用: 1]     

[王克林,岳跃民,马祖陆,.

喀斯特峰丛洼地石漠化治理与生态服务提升技术研究

[J]. 生态学报, 2016, 36(22): 7 098-7 102.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

针对峰丛洼地区域石漠化面积削减较为迅速、亟需从前期治理侧重遏制面积扩张转向生态服务提升为主的新阶段后面临的治理投入与分区较为粗放、治理技术与模式缺乏针对性、综合效益亟待提升等问题,以生态服务提升为核心目标,系统研究生态工程实施以来区域石漠化演变的关键因子、水土流失/漏失关键过程与调控、植被恢复与人工诱导提升土壤生态功能机理,突破面向生态功能优化的区域生态系统监测评估、表层岩溶水生态调蓄与高效利用、有机物资源利用与退化土壤肥力提升、耐旱型植物群落构建与规模化建植、可持续性生态衍生产业培育等关键技术,形成生态服务提升与民生改善的区域石漠化治理系统性解决方案,为石漠化治理二期工程与扶贫提供科技支撑与示范样板。
[77] Jiang Zhongcheng, Cao Jianhua, Yang Desheng, et al.

Current status and comprehensive countermeasures of soil erosion for Karst rocky desertification areas in the Southwestern China

[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2008, 6(1): 37-42.

[本文引用: 1]     

[蒋忠诚, 曹建华, 杨德生, .

西南岩溶石漠化区水土流失现状与综合防治对策

[J]. 中国水土保持科学, 2008, 6(1): 37-42.]

[本文引用: 1]      摘要

以2005年在滇、黔、桂岩溶石漠化区科学考察活动取得的成果和近年来水土流失与石漠化的遥感解译资料为依据,分析西南岩溶石漠化地区的水土流失现状,揭示了西南岩溶石漠化地区水土流失问题的严重性与过程的特殊性。根据西南岩溶石漠化地区的生态环境特点与当前水土流失防治中存在的问题,提出了水土流失综合防治对策。
[78] Wei X P, Yan Y E, Xie D T, et al.

The soil leakage ratio in the Mudu watershed, China

[J]. Environmental Earth Sciences, 2016, 75(8): 721.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Soil leakage in karst areas is an important geomorphic agent of environmental interest. There are several viewpoints concerning soil leakage ratios. One viewpoint states that the soil leakage ratio...
[79] Zhou Nianqing, Li Caixia, Jiang Simin, et al.

Models of soil and water loss and soil leakage in Puding Karst area

[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2009, 29(1): 7-11.

[本文引用: 1]     

[周念清, 李彩霞, 江思珉, .

普定岩溶区水土流失与土壤漏失模式研究

[J]. 水土保持通报, 2009, 29(1): 7-11.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

普定县是贵州省水土流失比较严重的地区之一,水土流失面积占全县总面积的60.8%,土壤年侵蚀模数高达4422.3 t/(km2.a)。通过现场调查,对该地区地形特征、岩性特点和水文条件进行综合分析。结果表明,岩溶裂隙、落水洞及地下暗河发育是造成水土流失的主要因素。对岩溶区水土流失与土壤漏失模式进行了概化,探讨了水土流失过程中雨滴溅蚀、坡面侵蚀、落水洞漏失及地下暗河运移之间的关系,从理论上分析了岩溶区水土流失的作用机理,对该地区水土流失防治具有一定的指导意义。
[80] Zhang Xinbao, Wang Shijie.

A discussion on the definition of soil leaking in Karst catchment

[J]. Carsologica Sinica, 2016, 35(5): 602-603.

[本文引用: 1]     

[张信宝, 王世杰.

浅议喀斯特流域土壤地下漏失的界定

[J]. 中国岩溶, 2016, 35(5): 602-603.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

本文从侵蚀—泥沙输移过程的角度,讨论了喀斯特流域土壤地下漏失的界定.认为,应将喀斯特流域的土壤漏失或水土漏失界定为坡地的土壤地下流失.进入沟道和洼地后的泥沙的运移,尽管时而进入地表河,时而进入地下河,都属于泥沙输移的范畴,不应界定为地下漏失.
[81] Wang J X, Zou B P, Liu Y, et al.

Erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the Karst rocky desertification in Chenqi village, Puding County, Guizhou, China

[J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 72(8): 2 751-2 764.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Carbonate rocks distribute widely in China. The total area of the carbonate rocks is about 3,430,00002km 2 , and the exposed area of the carbonate is approximately 1302% of China’s territory. In 2003, soil loss in Yunnan, Guizhou, and Guangxi provinces reached 179,60002km 2 , which is almost 40.102% of the total area, causing rocky desertification. In this study, the erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village, Puding county, Guizhou province is proposed. The mechanism occurs under the following geological environment: slope surface undulation, underlying bedrock surface fluctuation and thin and inhomogeneous soil overlying, overlying soil generation by bedrock weathering, underground karst development, and large groundwater depth and lying water table under the bottom of soils. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss in the karst slopes is explained as follows: power loss due to human cultivation activities that destroy the soil structure, hydraulic force formed by rainfall infiltration, wet–dry cycle generated by rainfall, erosion effect caused by rainfall penetration, creeping and flowing of plastic-stream soil, and collapse. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss has seven steps: disturbance of soils filled in underground karst cave by human activities, internal soil erosion and partial collapse caused by hydraulic power, internal free surface formation within the soil in the filled karst cave, internal soil creeping, soil pipe formation, soil pipe collapse, and ground surface collapse and filling. Soil loss develops slowly, and sudden transportation occurs by collapse. Soil loss can be explained by the proposed mechanism, and soil loss can be prevented by controlling soil collapse.
[82] Zhou J, Tang Y Q, Yang P, et al.

Inference of creep mechanism in underground soil loss of Karst conduits I. Conceptual model

[J]. Natural Hazards, 2012, 62(3): 1 191-1 215.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

AbstractKarst is widely distributed in the southwest of China, especially in Guizhou Province. The phenomenon of desertification in these areas is very serious. And soil erosion is the key link in the process of desertification. Through field monitoring, underground soil leakage is derived to the main mode of soil loss in this area. Shear strength tests and creep experiments were carried out with the aim of analyzing the creep mechanism in underground soil loss. It is shown that the water content can lead to the great influence on the shear strength of the brown clay. This variation has been combined with creep characteristics besides the structural geology, hydrology condition and brown clay distribution circumstance (field observation). A conceptual creep model of the brown clay sliding along the karst conduits has been unveiled to show the detailed inference of the creep mechanism in the underground soil loss: geology and hydrology control the development of the karst conduit system; and penetration of water induces the weakening of the shear strength of the surface soil and accelerates the creeping and sliding of the brown clay along the karst conduit system. This understanding of the creep mechanism has significant implications for the future management of the soil erosion in the karst area.
[83] Li Jin, Xiong Kangning, Wang Xianpan.

Observation of subterranean soil and water loss of Karst area

[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2012,(6): 38-40.

[本文引用: 1]     

[李晋, 熊康宁, 王仙攀.

喀斯特地区小流域地下水土流失观测研究

[J]. 中国水土保持, 2012,(6): 38-40.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

以2009年9月-2010年8月为一个水文年,以小流域为水土 流失研究尺度,通过对王家寨喀斯特小流域地下河出口断面的连续定位监测,获取每次降雨中地下河水流流量及含沙量.结果表明,只有当降雨量达到一定值后,地 下河涨水、产沙才与降雨有着显著响应.根据含沙量计算出此水文年小流域随地下河流失的土壤为519.29 kg,初步估算地下土壤侵蚀模数为0.42 t/( km2·a),仅占地表、地下土壤流失总量的0.81%.喀斯特地区地下土壤流失量占流域总土壤流失量的比例,需在更多地貌类型区长期监测数据的基础上来 确定.

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