降雨历时对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解降雨历时对黑土坡面养分流失的影响特征,探寻降雨历时对黑土坡面养分流失的规律,在沈阳农业大学水利试验基地,进行室内人工模拟降雨试验,对不同降雨历时条件下的黑土坡面养分流失进行研究。结果表明:降雨历时是影响坡地溶质迁移以及坡面降雨产流产沙的重要因素。降雨历时越长,表土养分流失越严重,N、P、K流失量越大,降雨后的养分含量越低,且累计径流量与泥沙量和降雨历时呈正相关变化,当降雨历时增加至90min后,土壤入渗率趋于稳定,径流量增加幅度减缓,且由于土壤发生沟蚀,泥沙量急剧增加。径流水样中N、P、K流失呈现出不同特征,当降雨历时90min时,随着降雨历时的增加,径流硝态氮迅速衰减,20min后逐渐趋于稳定,土壤养分含量均降低;当降雨历时进一步增大至120min时,硝态氮含量趋于稳定,基本没有变化,而磷离子和钾离子则由于土壤发生沟蚀,下层土壤中的PO_4~(3-)和K~+被浸提出进入径流中,导致其含量仅一步增加,磷离子增加幅度较钾离子相比更为明显,且随泥沙流失的养分与之呈现出相似规律。不同降雨历时条件下降雨前后土壤剖面养分含量垂直分布情况也有明显差异,随着降雨历时的增加,磷离子以及钾离子的浓度峰值变化不大,多出现在10cm表层土壤内,而硝态氮浓度峰值不断加深。30,60,90,120 min降雨后,硝态氮浓度峰值分别位于土层7,8,10,14cm处;土层的湿润峰也随降雨历时增大而增加,分别位于土层以下10,12,16,19cm处,降雨120min后,土层全部湿透。试验结果表明,降雨历时对硝态氮流失的影响比对磷和钾离子更为显著。     

植被类型对黄土坡地产流产沙及氮磷流失的影响

植被类型影响黄土坡地径流、土壤侵蚀和和养分迁移过程。该研究通过野外水流冲刷试验,对比分析了6种植被条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。研究结果表明,大黄花拦蓄径流作用最为明显,而大豆最弱;产沙量随时间的变化会出现峰值特征,其中苜蓿控制土壤侵蚀作用要优于其他植被;径流中硝态氮和水溶性磷的浓度在放水初期随时间迅速衰减,而后趋于稳定,幂函数比指数函数能更好的描述径流中硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中的硝态氮含量随时间迅速衰减,而有效磷的含量则随着时间逐渐波动减小,二者的最高含量均发生在苜蓿地。养分的富集率与土壤侵蚀量成反比;径流硝态氮流失总量的大小关系为谷子苜蓿柠条玉米大豆大黄花,水溶性磷流失总量的大小关系为谷子玉米柠条大豆大黄花苜蓿,谷子、玉米、柠条、大豆、大黄花各自硝态氮和水溶性磷的流失总量基本相同(P0.05);土壤剖面硝态氮含量随着深度增大呈现出峰值特征,且峰值存在的深度不同,土壤有效磷主要积聚在表层5 cm以上,5 cm以下含量极低。综上可知,野外草本植被在拦截径流、减少土壤侵蚀和控制养分流失方面要优于农田作物,在植被恢复中应广泛采用农地撂荒的方式进行恢复。     

模拟降雨下纳米碳对风沙土硝态氮迁移特征的影响

通过在神木六道沟流域开展模拟降雨试验,分别在试验小区上、中、下位置条施不同施加量的纳米碳(0.0%,0.1%,0.5%,0.7%和1.0%)研究其对硝态氮随径流、泥沙迁移及在土壤中再分布过程的影响。设计1.0m×1.0m降雨小区,前期在土壤表层以下5—10cm埋入不同施加量纳米碳,另设不施加纳米碳的小区为参照。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,降雨强度为90mm/h,降雨历时为40min。降雨前后分别采集土壤剖面土样,降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究纳米碳对于硝态氮迁移过程的影响。结果表明,在土壤中施加纳米碳,可有效减少坡面产流产沙量,且累计径流量、累计产沙量与土壤中纳米碳施加量呈现负相关关系;纳米碳的施加同样可降低径流、泥沙中硝态氮含量,随着纳米碳施加量的增加,径流和泥沙中硝态氮流失量减少,纳米碳施加量为1.0%时,可减少径流中硝态氮流失65.3%,泥沙中硝态氮流失85.7%;土壤剖面硝态氮变化对比表明,施加纳米碳处理中表层硝态氮含量明显低于对照处理,且在10—15cm出现硝态氮含量峰值,均大于对照处理。通过等效径流迁移深度分析硝态氮流失情况,无纳米碳施加处理的EDR最大,随着纳米碳施加量的增加,各处理的EDR依次减小。综上,在黄绵土中施加纳米碳,可有效减少土壤硝态氮的流失量,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区硝态氮流失的治理具有积极作用。     

不同初始含水量对草甸土坡面养分迁移的影响

采用室内人工降雨的方法,对不同土壤初始含水量的草甸土坡面进行养分(N、P、K)流失的研究。结果表明:土壤初始含水量越高,水分入渗速率越低,产流量越大,土壤侵蚀程度也越大。当土壤初始含水量低于15%时,土壤中的硝态氮会被淋溶到土层6cm以下,土层6cm以上的硝态氮含量极低,且淋溶的硝态氮均累积入渗到7～10cm土层中;当初始含水量在20%时,土壤中硝态氮有少量淋溶;当初始含水量在25%时,淋溶极少,仅表层1cm的土壤硝态氮有少量淋溶外,其余全部随径流流失。土壤速效钾、速效磷淋失很少。径流水样中,速效磷和速效钾浓度随降雨时间增加而逐渐减少,流失量与土壤初始含水量呈近似抛物线的关系,在初始含水量为10%～15%之间存在拐点。通过土壤初始含水量与坡面物质流失量的二次多项式关系确定出草甸土的最佳含水量范围是11.28%～14.76%,当含水量在此范围内时坡面物质流失量最少。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

坡度对坡面土壤矿质氮素水蚀流失负荷的影响

坡度是影响坡面水土流失和土壤养分流失过程的重要因素。室内模拟降雨试验表明,当坡长一定时,不仅土壤侵蚀量存在一个“侵蚀临界坡度”,土壤矿质氮流失量随坡度变化也存在一个“养分流失临界坡度”。试验测定这2个临界坡度均在15°～20°之间。土壤矿质氮地表流失以随地表径流流失为主,约占总流失量的99%。坡面矿质氮总流失量的96%为硝态氮,硝态氮对径流中矿质氮总量的贡献率明显高于在侵蚀泥沙中的贡献率。采取一定的截流措施是控制坡面矿质氮流失的关键。     

土壤容重对草甸土坡面养分流失特征的影响

通过室内模拟降雨试验对不同土壤容重的草甸土坡面养分流失特征进行研究。结果表明:土壤容重是坡面草甸土养分流失的重要影响因子,土壤容重不同,降雨引起的坡面表土养分流失的程度不同。硝态氮主要随径流流失,占总流失量的55%～79%,70%～84%的有效磷和速效钾随泥沙流失。不同形态的养分在流失泥沙中有富集现象,但富集比各不相同。土壤容重在0.8～1.2g/cm3之间变化时,随土壤容重增加,土壤孔隙度减小,入渗能力减弱,土壤养分在降雨侵蚀力作用下流失量不断增加。但随容重的继续增大,土壤抗蚀性增大,产沙量减小,养分流失量也有减小的趋势。在降雨、坡度等一定的条件下,土壤最容易被侵蚀而发生养分流失的容重范围为1.2～13g/cm3。     

不同施肥方式对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解不同施肥方式对黑土区坡面养分流失的影响,探寻不同施肥方式对黑土坡面养分流失的规律,试验采用室内人工模拟降雨的方法,系统研究了表面喷施和混施2种施肥方法对5种不同容重下的黑土坡面养分流失的影响。试验结果表明:表层喷施和混施对黑土坡面产流过程没有明显影响,2种施肥方法下,坡面径流强度变化情况基本一致,累计径流量也均随着降雨历时的延长呈线性增长关系。施肥方法对径流中氮磷钾浓度变化却有着极显著的影响。不论土壤容重增大或变小,在产流初期,表层喷施处理下的溶质浓度远高于对应的混施处理,表层喷施坡面径流中硝态氮、可溶性磷和钾离子初始产流浓度分别为对应混施处理的2.6~3.2倍,2.1~2.6倍和1.7~2.1倍。从养分流失总量来看,在相同容重条件下硝态氮、可溶性磷、速效钾流失量在表层喷施条件下分别是混施的9~11倍,7~10倍和3~6倍,并随着土壤容重增加,表层喷施与混施两种施肥方法下的硝态氮和钾离子的流失量差距缩小,而磷离子流失量差距则有所增大。当土壤容重小于1.2g/cm3时,表层喷施幂函数拟合系数要高于混施,当坡面土壤容重大于等于1.2g/cm3时,混施拟合系数高于表层喷施。     

关中地区夏玉米全育期土壤速效养分时空分布规律

为了揭示关中地区土壤主要养分的动态变化规律,探明其时空有效性,在较为精确的时空尺度条件下研究了关中地区夏玉米生育期间0~100 cm范围土壤硝态氮、铵态氮、速效磷和速效钾的动态变化特征,结果表明:土壤硝态氮在0~100 cm范围内空间分布特征较为明显,在40~60 cm处为硝态氮累计峰值,第30~50 d范围为剖面上硝态氮快速耗竭期;土壤铵态氮在整个玉米生育期间空间变化梯度较时间变化梯度要小,变化趋势大致与硝态氮一致;土壤速效磷空间梯度变异明显,表现为从上至下速效磷含量递减,夏玉米生育期间土壤剖面速效磷几乎是同步递减;土壤速效钾则是时间变异特征比空间变异特征更显著,证明土壤剖面上速效钾变异过程具有相对较强的整体性,与钾素的移动能力较强有一定的关系。     

黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响

为明确黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响,在陕西神木六道沟流域选取退耕30 a的长芒草坡地和裸地坡面,利用图像处理和常规分析方法研究了长芒草根系和土壤养分在土壤剖面分布及其相互关系。结果表明：长芒草根系主要分布在0～50 cm土层,分布规律可用指数函数来模拟。有根系存在的土壤表层有机质、全氮、全磷、硝态氮和铵态氮含量均高于无根系存在的坡面。在有根系存在时土壤有机质、全氮和硝态氮的具有明显的表聚现象。0～ 50 cm有机质、全氮、硝态氮和铵态氮随深度的变化可用幂函数来表示,而全磷随深度呈线性相关。0～50 cm的土壤养分与根长密度的关系可以用线性函数来表示。其研究结果为坡面退耕地土壤管理提供科学依据。     

道路边坡土壤水分空间变异性研究

以20世纪50年代修建成昆铁路时形成的路堑边坡为对象,对道路边坡土壤水分在不同坡度、坡长、坡位的空间变异性进行观测研究。结果表明:道路边坡土壤水分随着坡度的增大呈现先增大再减小的变化趋势,在同一坡面不同坡位上的土壤含水量表现为坡下>坡中>坡上。道路边坡土壤水分随着坡长的增长而减小,最短的10m坡长土壤含水量为23.27%,而最长的40m坡长土壤含水量为21.78%,最短坡长比最长坡长的土壤含水量增加了6.84%。     

道路边坡土壤水分空间变异性研究

以上世纪50年代修建成昆铁路时形成的路堑边坡为对象,对道路边坡土壤水分在不同坡度、坡长、坡位的空间变异性进行了观测研究。结果表明：道路边坡土壤水分随着坡度的增大呈现先增大再减小的变化趋势,在同一坡面不同坡位上的土壤含水量表现为坡下〉坡中〉坡上。道路边坡土壤水分随着坡长的增长而减小,最短的10m坡长土壤含水量为23.27%,而最长的40 m坡长土壤含水量为21.78%,最短坡长比最长坡长的土壤含水量增加了6.84%。     

坡度分级方法对坡度制图的影响

[目的]利用多种分级方法进行坡度制图,探究不同分级方法对坡度制图带来的影响。[方法]选取陕西省绥德县,陕西省眉县境内的秦岭山区,黑龙江拜泉县的3个样区,用多种分级法对坡度进行分级,利用量化指标分析坡度分级对坡度格局和统计分布的影响。[结果](1)就一个样区而言,分位数或Evans分级法比较好;不同地区比较,选用统一分级方案较好;(2)分级后的坡度空间变异急剧减少;(3)所有分级都使坡度信息有所损失;(4)所有分级均难以准确表现坡度的统计分布规律。[结论](1)坡度表面和自然断点分级方法效果较好。(2)随着分级间距的增加,坡度信息量快速减少。(3)坡度统计分布的分析须用坡度表面和自然断点分级进行制图。     

坡度和坡位对岩质边坡早期生态恢复土壤养分变异性的影响

通过对浙江省经过1a生态恢复的16个岩质边坡,在坡面没有植被和坡面环境形成交互发展的植被早期恢复进行研究,结果表明:(1)除45°～52°类型的边坡土壤有效磷含量为坡下>坡中>坡上外,其它3个坡度类型中全氮、全磷、全钾都呈现出较明显的坡中>坡下>坡上的分布规律。(2)在相似坡度及不同坡位条件下,全氮、全钾、有机质都没有表现出显著性差异。土壤养分多重比较出现较多差异的是有效态养分。(3)在相同坡位不同坡度条件下,对岩质边坡早期生态恢复的土壤养分进行多重比较,结果发现坡度在30°～52°的情况下,岩质边坡早期生态恢复演替中的土壤养分不会受到坡度的影响。     

岩石边坡生态护坡研究简介

介绍了国外岩石边坡生态护坡目前研究的３种新型生态材料,护坡施工方法以及实际应用的护坡效果,以便为国内岩石边坡生态护坡材料的研究提供借鉴,并为国内的岩石边坡生态护坡研究提出了几点建议。     

草被覆盖、雨强和坡度对黄土坡面径流含沙量的影响

径流含沙量的大小体现水沙关系的消长和演变，可以作为评价植被影响下径流和产沙的交互演变过程特征的重要指标。通过人工降雨试验，研究不同草被覆盖度变化在不同雨强和不同坡度条件下对黄土坡面径流含沙量的综合影响特征。结果表明：(1)草被盖度越大，坡面径流的初始产流时间越滞后。有草被覆盖坡面的径流含沙量随降雨历时变化为降雨前15 min有波动，但总体上呈降低趋势，之后达到稳定，且有草被覆盖坡面的径流含沙量显著低于裸地。(2)径流平均含沙量均随雨强和坡度的增大而增大，平均含沙量对雨强和坡度的响应均可用幂函数方程描述，R²分别为0.823～0.974和0.880～0.971。随着盖度的增加，平均含沙量降低，且雨强对平均含沙量的影响随盖度的增加而减弱。平均含沙量对盖度的响应可用线性方程描述，R²为0.732～0.979。(3)径流平均含沙量对盖度和雨强(R²=0.822,NE=0.921,p<0.01)及对盖度和坡度(R²=0.975,NE=0.697,p<0.01)的响应关系皆可用二元幂函数方程描述，径...     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。     

神府煤田弃土弃渣体坡面流速及其影响因素试验研究

[目的]研究弃土弃渣体坡面流速变化规律及砾石含量、坡度、放水流量、含沙量对坡面流速的影响,为揭示弃土弃渣体侵蚀机理提供科学依据。[方法]采用野外放水冲刷试验方法研究神府煤田弃土弃渣坡面流速。[结果]弃土弃渣体在不同放水流量下平均流速随产流历时会在一定的范围内波动,表现为多谷多峰的特点,而且随放水流量增大,断面内平均流速波动程度增强。弃土弃渣体坡面流速与弃土弃渣体中砾石含量、放水流量及含沙量均呈显著的幂函数关系,与坡度呈显著的二次函数关系。逐步回归分析表明,砾石含量和放水流量的共同作用对弃土弃渣体坡面流速的影响最为显著。[结论]弃土弃渣体坡面流速变化复杂,砾石含量和上方来水是影响流速的最关键因素。     

坡面产沙BP神经网络模型研究

根据四川井研县坡耕地实验点对不同坡度、不同耕作方式情况下水土流失的实测资料 ,引入神经网络建模方法 ,建立了不同坡度下顺坡垄作和横坡垄作的次降雨产沙网络模型 ,得出前次降雨因子即前次降雨量、前次降雨强度及此两次降雨间隔天数对本次降雨产沙影响很大 ,不可忽略。针对复杂的非线性坡面产沙系统 ,BP网络模型比传统的回归模型能更好地刻画其本质特征。这不仅揭示了坡耕地水土流失的内在机理 ,同时为定量研究顺坡垄作改为横坡垄作的水土保持效益提供了科学依据。     

基于DEM的坡面姿态分析与制图

数字高程模型DEM在各行业和领域已经得到了广泛的应用。本文构建了区域DEM,并借助ArcGIS软件对其进行了坡面姿态地形分析,通过坡度和坡向提取与分析,得到了区域的坡度组成和平均坡度,并实现了区域坡面姿态的制图应用。