侵蚀性风化花岗岩坡地壤中流携氮磷流失动态模拟

[目的]探究侵蚀环境下,风化花岗岩残积坡地土壤氮磷流失特征以及坡面径流和壤中流携带氮磷流失的强度和贡献率,为不同侵蚀环境及生态环境脆弱条件下,坡地氮磷流失规律的试验研究及防治提供理论依据。[方法]采用原状土搬迁,室内人工模拟降雨的方法,设计2个坡度(8°和25°),5个降雨强度(30,60,90,120,150mm/min),通过坡度与雨强的多重组合试验,在测试浓度与径流量分析的基础上,研究氮磷流失强度及在坡面径流和壤中流中的分配。[结果](1)在强烈侵蚀的坡地,土壤结构性较差,漏水漏肥现象严重,壤中流随携带的氮磷流失比重很大,壤中流携带的TN流失量均占到总流失量的90%以上,TP稍次之;(2)TN随径流的流失量远大于TP的流失量,径流中TN与TP总流失量的比值最高能达到160倍;(3)雨强对氮磷流失量的影响大于坡度的影响,径流量的影响大于浓度的影响。(4)雨强对氮磷流失的影响存在2个转折,在60mm/min附近存在一个蓄满产流和超渗产流的雨强分界,在90mm/min左右,出现一个侵蚀性雨强的转折。[结论]强烈的侵蚀影响土壤养分的流失方式及流失通道的比配,壤中流所携带氮磷流失所占比重很大,进而会影响到地下水的污染问题,加强残积土母质坡地土壤的侵蚀防治,是地表水和地下水面源污染控制及土壤养分流失减少的根本。     

退耕林地麻栎刺槐林壤中流及其磷素流失特征

为研究退耕还林后林地对壤中流磷素的调控效果,探究雨强对壤中流磷素流失的影响,选取鲁中南山区典型麻栎林、刺槐林和麻栎—刺槐混交林为研究对象,以荒草地为对照,采用模拟降雨试验方法,研究林地壤中流及磷素流失特征。结果表明:(1)林地壤中流占总产流的36.16%～46.93%,荒草地壤中流比例为18.58%,林地雨水下渗能力高于荒草地的,其中麻栎—刺槐混交林雨水下渗能力最好。随着雨强的增大,林地壤中流比例由54.34%减小到37.62%。(2)林地壤中流TP流失量低于荒草地的,为荒草地的45.88%～63.25%。林地TP总流失量比荒草地少55.32%～77.43%,与荒草地相比,林地对磷素的调控效果更优,其中麻栎—刺槐混交林的调控效果最好。随雨强的增大,林地壤中流TP流失量增加了0.68～1.33倍。(3)林地和荒草地的壤中流TP流失量占TP总流失量的12.12%～25.00%,壤中流TP流失在TP总流失中占据一定比例,在磷素流失中不容忽视。随着雨强增加,林地壤中流TP流失比例由30.66%下降到10.62%。研究成果对探究林地壤中流磷素流失规律和改善生态环境具有重要参考价值。     

不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响

研究川中丘陵区次降雨过程中不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式下,地表径流量的变化均随着降雨时间的增加呈对数变化趋势,在同一降雨时间内,地表径流量均表现为农田果园草地灌丛林地。(2)农田泥沙流失量随降雨时间的增加幅度较大,且在降雨后期出现陡增陡降的变化特征,其他土地利用方式下泥沙流失量的增加幅度较小;不同土地利用下泥沙流失量大小顺序为:农田果园草地灌丛林地。(3)农田和果园地表径流量和壤中流总量显著高于灌丛和林地(p0.05),地表径流量和壤中流均表现为:农田果园草地灌丛林地。(4)不同土地利用方式下泥沙积累量均随降雨时间的延续而呈指数变化趋势。(5)不同土地利用方式下水相氮磷流失量、泥沙氮磷流失量和氮磷流失总量均表现为:农田果园草地灌丛林地;不同土地利用方式下降雨径流过程中,氮素的流失是以径流水相为主,而磷的流失是以侵蚀泥沙相为主。(6)不同土地利用方式降雨前期土壤全氮和全磷含量大小均表现为农田果园草地灌丛林地,泥沙氮磷含量比雨前土壤表层氮磷含量有所增加,说明侵蚀泥沙对氮、磷具有富集作用,并且不同土地利用方式下侵蚀泥沙富集磷素能力高于富集氮素能力,综合比较可知,农田和果园侵蚀泥沙富集养分的能力最高,而灌丛和林地是减少水土流失的土地利用方式。     

辽宁省浑河流域不同施肥方式下农田氮素随地表径流与壤中流流失特征

通过人工模拟降雨-径流小区监测的试验方法,设不施肥对照(CK)、基肥穴施(G1)、基肥穴施+追肥面施(G2)、基肥穴施+追肥穴施(G3)4种处理,研究辽宁省浑河流域不同施肥方式下农田氮素随地表径流与壤中流的流失规律,分析不同施肥方式对氮素流失量的影响。结果表明:(1)不同施肥方式下农田地表径流与壤中流产流过程差异显著,地表径流产流时间先于壤中流,同时径流量高于壤中流,是农田主要径流输出方式。G2减少地表径流,G3增大壤中流。(2)地表径流TN平均浓度中G2显著高于其他施肥方式,达到59.00mg/L,其他施肥方式差异较小;壤中流TN平均浓度以G3最高。(3)4种施肥处理,氮素总流失量为385～814mg,各施肥处理的总流失量呈G2>G3>G1>CK,追肥对氮素流失有显著影响。与G2相比,G3在减少地表氮素流失的同时,不会显著增大壤中流氮素流失。     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

人工模拟降雨条件下石灰土养分流失规律

通过对三峡库区香溪河流域选取具有代表性石灰土坡耕地进行原位人工模拟降雨试验,研究了在不同降雨强度下石灰土中氮磷养分随地表径流的流失规律。结果表明:雨强越大,地表径流量、径流总量、泥沙流失量越大,初始产流时间越短,但是雨强对泥沙流失浓度的影响不显著;不同雨强下TP、TN浓度都随着产流时间的延长逐渐变小,最后趋于平衡,而且雨强越大,TP、TN浓度流失越严重,其中TP主要以PP形式流失,达到80%以上,TN的流失在大雨时PN占优,中雨时以DN占优;地表径流磷素的流失主要以泥沙携带为主,泥沙养分流失浓度与雨强无关,但是泥沙养分流失量却与雨强和泥沙流失量成正比。     

放水冲刷条件下工程边坡产流产沙及氮磷输出特征

为揭示工程堆积体平台汇流造成的水沙及氮磷养分流失特征,以矿区堆土场为研究对象,采用室内放水冲刷试验,研究不同上方来水流量(1.7,2.3,2.9 L/min)和坡度(25°,30°,35°)下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙产生过程,分别测定氮磷养分浓度并计算流失量及贡献占比。结果表明:蒙东地区覆土排土场边坡产流方式主要为地表径流,随坡度和冲刷流量的增大,地表径流量增大,壤中流量减小。产沙量随坡度的增大先增大后减小,侵蚀产沙的临界坡度在30°附近。地表径流中铵态氮及磷酸盐流失浓度均大于壤中流,硝态氮浓度在冲刷流量较大(2.9 L/min)时低于壤中流。径流中磷酸盐及侵蚀泥沙中氮磷损失均随坡度的增大先增大后减小。冲刷流量越大,地表径流及侵蚀泥沙中的氮、磷流失量越多。径流中养分流失量表现为硝态氮＞铵态氮＞磷酸盐。侵蚀泥沙是磷酸盐的主要输出途径,占流失总量的59.69%以上;氮素流失量仅在坡度30°时表现为侵蚀泥沙中最大,在25°,35°坡面,地表径流为氮素的主要流失途径,小流量(1.7,2.3 L/min)时壤中流输出的氮素次之。     

滇中红壤丘陵区不同土地利用类型坡地氮磷流失特征

为揭示红壤丘陵区不同土地利用类型坡地径流及氮磷流失特征,以滇中仓房小流域3种土地利用类型(林地、灌草地、农地)为研究对象,通过测定2018年雨季自然降雨过程中不同土地利用类型径流量、氮磷流失形态、质量浓度及流失量,研究了红壤丘陵区径流及氮磷流失特征。结果表明:(1)不同土地利用类型下径流量与降雨量和降雨强度均呈显著正相关,总径流量表现为:林地(20.12 L/m~2)灌草地(23.80 L/m~2)农地(34.34 L/m~2),各土地利用类型的变异系数为0.14～0.64,差异较大;(2)自然降雨条件下TN,NO~-_3-N和NH~+_4-N质量浓度均值表现为林地(3.20,2.08,0.50 mg/L)灌草地(4.09,2.57,0.58 mg/L)农地(4.95,3.16,0.88 mg/L),TP和PO~-_4-P质量浓度均值表现为林地(3.43,1.95 mg/L)灌草地(4.33,2.57 mg/L)农地(5.82,3.61 mg/L);(3)溶解态氮磷是径流水体中氮磷污染的主要污染物,其中NO~-_3-N和PO~-_4-P为径流氮磷流失的主要形态(56.81%～77.41%和50.12%～76.64%);(4)不同土地利用类型下TN和TP流失总量表现为林地(59.96,65.47 mg/m~2)灌草地(98.92,102.95 mg/m~2)农地(170.28,200.94 mg/m~2)。因此,通过在流域内增加林地和灌草地面积,开展退耕还林还草工程,可减少该流域氮磷流失量,从而减缓和防治云南红壤丘陵区水土流失。     

次降雨过程中北京市不同土地利用方式下土壤养分流失特征

研究了次降雨过程中北京市不同土地利用方式下(草地、农田、林地和果园)土壤养分流失特征。结果表明:(1)在不同土地利用方式下,地表径流量的变化均随着降雨时间的增加呈对数变化趋势,在同一降雨时间内,地表径流量均表现为草地农田林地果园。(2)草地泥沙流失量随降雨历时变化幅度较大,在降雨后期出现陡增陡降的变化趋势,其他3种土地利用方式下泥沙流失量的增加变化幅度较小;不同土地利用方式下泥沙流失量大小顺序为:草地农田林地果园。(3)草地和农田地表径流量显著高于林地和果园(P0.05),地表径流量和壤中流均表现为:草地农田果园林地;从壤中流总量变化特征来看,草地和农田产生的壤中流显著高于林地和果园(P0.05)。(4)不同土地利用方式下的泥沙积累量均随降雨历时而呈指数的变化趋势。(5)不同土地利用方式下水相氮磷流失量、泥沙氮磷流失量和氮磷流失总量均表现为:草地农田果园林地。(6)降雨径流过程中,不同土地利用方式下磷的流失是以侵蚀泥沙相为主,氮素的流失以径流水相为主。(7)不同土地利用方式降雨前期土壤全氮和全磷含量大小基本表现为:草地农田林地果园,泥沙N和P含量比雨前土壤表层N和P含量有所增加,说明侵蚀泥沙对N和P具有一定的富集作用,并且不同土地利用方式下侵蚀泥沙对P的富集高于对N的富集,综合比较可知,草地侵蚀泥沙富集养分的能力最高。(8)不同土地利用方式下泥沙量与侵蚀泥沙中全氮和全磷含量均存在显著或者极显著的正相关关系(P0.05),与土壤全氮和全磷含量存在不同的正相关关系(相关系数较低),说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中养分含量不同程度的增加效应,并且草地和农田侵蚀量与养分含量的相关系数高于林地和果园。     

滇中尖山河流域不同土地利用类型产流及氮磷流失特征

地表径流造成土壤养分流失及土地生产力衰退,径流产生特征与土地利用类型密切相关,深入研究其作用机制可为水土流失治理、流域内水体保护及氮磷迁移规律提供科学依据。以滇中尖山河流域不同土地利用类型(人工林、灌木林、次生林、坡耕地)为研究对象,定量监测了2017年雨季(5月—10月)降雨过程中产流量、氮磷流失的形态、浓度、流失量及动态变化特征。结果表明:(1)随着降雨量的增大,不同土地利用类型下径流小区的径流量逐渐增大,降雨量与径流量之间相关性显著,各径流小区径流量均表现为:灌木林次生林人工林坡耕地;(2)不同土地利用类型在各降雨条件下TN和TP浓度分别表现为:人工林(2.39 mg/L)次生林(2.63 mg/L)灌木林(2.64 mg/L)坡耕地(4.00 mg/L)、灌木林(2.53 mg/L)次生林(4.07 mg/L)人工林(5.72 mg/L)坡耕地(6.47 mg/L),坡耕地显著增加了径流中不同形态氮磷的浓度;(3)溶解态氮磷是径流水体中氮磷污染的主要污染物,其中NO~-_3-N为径流氮素流失的主要形态,PO~-_4-P占TP浓度的比例为50.91%～77.87%;(4) TN,TP总流失量均表现为:灌木林(0.76,0.61 mg/m~2)次生林(1.04,1.65 mg/m~2)人工林(1.36,3.60 mg/m~2)坡耕地(7.91,15.12 mg/m~2)。为了减缓尖山河流域水体污染问题,可调整尖山河流域沿线土地利用类型,在降雨前应减少和避免农事活动,增加灌木林地面积,在流域出口处布设灌木林来减少流域氮磷的流失。     

青山湖流域不同地表覆盖降雨径流中氮磷流失过程研究

在浙江省青山湖流域进行了不同地表覆盖类型野外模拟降雨实验,通过设定不同的坡度和降雨强度,综合分析流域内4种地表覆盖对降雨径流中氮磷流失的减少效果,结果表明:在相同雨强情况下,坡地径流中总氮浓度和氨氮浓度由高到低顺序均为:人工草地、次生林、荒草坡、竹林地。其中,总氮浓度曲线在各地表趋势均保持稳定,降雨强度的增大不影响4种覆盖度的顺序结果,但是人工草地与其他3种类型之间的浓度差值会随着雨强的增大而增大。在相同雨强情况下,坡地径流中总磷浓度由高到低顺序依次为:人工草地、次生林、荒草坡、竹林地。径流中速效磷浓度过程趋势与总磷浓度非常类似,而且随着雨强增大,速效磷占总磷比例也相应提高。     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。     

夏玉米种植条件下黄壤坡耕地径流及磷素流失特征

为揭示自然降雨条件下夏玉米生育期内黄壤坡耕地径流及磷素流失规律,采用野外径流小区观测试验与室内分析相结合的方法,探讨了自然降雨条件下地表径流、壤中流及其总磷的流失特征。结果表明：(1)顺坡垄作径流量显著高于其余两种耕作措施,其径流量分别为平作和横坡垄作的1.13倍和1.17倍。横坡垄作径流磷素流失总量显著低于其余两种耕作措施,其总磷流失量分别为平作和顺坡垄作的0.79倍和0.75倍。(2)随着玉米生育期的推进,径流量呈增加的变化趋势,表现为成熟期>抽雄期>拔节期、苗期。相较于苗期,成熟期径流量增加了9.35倍,径流磷素流失量增加了12.58倍。(3)地表径流、0—20 cm土层壤中流和20—40 cm土层壤中流量分别占径流总量的78.36%,10.20%,11.44%,其磷素流失量分别占径流磷素流失量的75.10%,9.90%,15.00%。综上,研究区以地表径流为磷素流失的主要途径,且在玉米成熟期达到最大值,横坡垄作措施对于坡面产流及磷素流失具有较好的控制效果。     

天然降雨条件下水稻田氮磷径流流失特征研究

采用具有单排单灌的试验小区,对水稻田在多次天然降雨条件下形成的径流中氮磷的流失特征进行了研究。结果表明,几次降雨径流的累积量中总氮的最高浓度达到22.15mg/L,总磷的浓度达4.84mg/L,可溶态氮是天然降雨径流流失氮素的主要形态,约占总氮的70%～92%,尤其是硝态氮,约占总氮的40%～80%,而径流流失中氨态氮的浓度较小,仅占总氮浓度的3.4%～27%,颗粒态磷在径流流失磷素中占到较大的比重,可达76%～79%;几次降雨事件中总氮的累积流失负荷约在0.23～0.80kg/hm2,总磷的累积流失负荷约在0.07～0.15kg/hm2,两者都小于当季施肥量的1%;降雨和施肥是影响氮磷素径流输出的主要因子,对降雨、施肥量、氮磷素输出负荷运用二元一次方程进行拟合,结果表明相关性达到了显著性水平。     

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

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。     

自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响

本文通过野外径流小区观测试验,开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙和氮磷流失影响的研究。试验结果表明,秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间,秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少30.47%和22.88%,表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比,秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失总量分别降低27.42%和32.29%,但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形态,颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。     

野外人工模拟降雨条件下荒草坡产流产污试验研究

采用人工模拟降雨的方法,以5种不同的降雨强度研究浙江省临安市青山湖流域内荒坡的产流产污特征.结果表明,降雨径流总量与降雨强度呈正相关,相关系数达到0.873 2;径流中平均含沙量浓度雨强关系不显著,不同污染物产污浓度大小排序为COD>TN>TP>水溶性磷;雨强越大,污染物浓度越小,说明雨水对污染物浓度有稀释作用;不同污染物的次产污模数与雨强呈正相关,相关系数均在0.9以上,说明降雨强度越大,产生的污染也越大.     

云南坡耕地红壤地表径流氮磷流失特征定位监测

选取南方典型坡耕地红壤为试验区,采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,于2008—2010年连续3 a对不同农业管理方式下地表径流及氮磷流失特征进行田间实地监测。结果表明,试验区域干湿季极其分明,3 a平均降雨量为838.6 mm,主要集中在5月到10月,坡耕地红壤地表径流、养分流失时间、流失量与降雨量之间具有显著的相关性,在常规施肥处理下径流量和氮磷流失量之间呈极其显著的指数相关性,相关系数分别为R=0.897 4＊＊和R=0.529 7＊＊。坡耕地红壤地表径流量、径流系数及氮磷流失量变化规律一致,不施肥条件下,总氮、总磷流失量最大,优化施肥、揭膜、横坡垄作及秸秆覆盖等农艺措施能降低氮、磷流失量,尤其是横坡垄作种植,相对于顺坡垄作氮、磷流失总量降低了2/3左右。不同处理之间径流中各种形态氮磷含量无显著差异,说明不同农业措施主要通过地表径流流失量而影响坡耕地地表径流氮磷流失量的多少。坡耕地红壤地表径流氮磷流失以颗粒态为主,TDN占TN比例年均为24.58%,TDP占TP的比例年均为7%,TN流失量是TP的3倍左右;优化施肥和揭膜条件下可溶性氮磷所占比例增加,横坡垄作和秸秆覆盖条件下降低。在可溶性氮素中,NO3-N、NH3-N占TN的比例年均分别为8.41%、12.65%,但是2009、2010年NH3-N均小于NO3-N。因此,关于坡耕地地表径流不同流失氮素形态的影响因素较多,目前研究结果不确定,且年际之间差异较大,尚需要进一步研究。     

习惯施肥对菜地氮磷径流流失的影响

对菜地进行连续3年的定位监测试验。结果表明:与不施肥对照相比,菜农习惯施肥处理显著提高降雨径流中的总氮(TN)和硝态氮(NO3--N)流失质量浓度及流失量,3年监测期内总氮(TN)径流流失负荷为321kg/hm2,总磷(TP)流失负荷为134kg/hm2,分别占氮、磷养分投入总量的13.6%和13.2%,氮肥的流失系数约为5.6%。菜地氮素流失以硝态氮(NO3--N)形式为主,磷素流失以颗粒态磷(PP)形式为主。菜地氮、磷养分径流流失与径流量呈显著线性关系,菜地每流失1kg的总磷(TP),可溶性总磷(TDP)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)所需要的径流量分别为77.5,322,52.5,67.5,404m3。