模拟降雨条件下不同植被覆盖度/格局的坡地土壤铵态氮流失特征

尽管采取各种措施控制农业氮素污染,但大量氮素的流失仍然成为农业非点源污染的主要来源之一。采用室内模拟降雨的方式,选用了3种植被覆盖度(25%,50%和75%)、9种不同的植被格局,对21°坡面铵态氮随径流和泥沙流失迁移规律进行了研究。结果表明:径流和泥沙流失的控制关键期在初期产流阶段。植被覆盖度25%时,铵态氮流失规律不明显。植被覆盖度50%时,在中期和后期产流阶段径流和泥沙携带的铵态氮流失量分别占累计流失量71.2%~82.8%,应加强中期和后期产流阶段铵态氮流失量控制。植被覆盖75%时,初期产流阶段是铵态氮流失控制的关键时期。径流与径流结合态铵态氮流失量呈幂函数关系,两者呈显著正相关(p0.05),泥沙与泥沙结合态铵态氮流失量均呈幂函数关系,并具有极显著正相关性(p0.01)。径流和泥沙流失是坡面铵态氮流失的两种途径。从削减水沙和养分流失量角度来看,坡下植被格局最强,坡上植被格局次之,坡中植被格局最弱。     

不同草被格局坡面水土-养分流失动力过程试验研究

利用模拟降雨试验研究不同草被格局对坡面水土-养分流失过程及径流侵蚀动力的影响,分析水土-养分流失量与径流侵蚀功率、草被格局、盖度及坡面坡度等因素之间的关系。结果表明:径流侵蚀功率随着草被盖度的增大呈幂函数减小,且28°坡面的径流侵蚀功率大于相同条件下的21°坡面;在相同植被盖度、坡度和降雨条件下,径流侵蚀功率随草被覆盖格局不同而不同,表现为坡下聚集格局径流侵蚀功率坡中坡上;坡面水土-养分流失量随径流侵蚀功率的增加呈对数递增关系,径流侵蚀功率可作为坡面水土-养分流失过程的驱动力指标。     

模拟降雨条件下草被覆盖对坡地水土养分流失的调控机制研究

[目的]研究黄土坡面草被覆盖对拦蓄水沙及调控养分的作用,为黄土坡面治理提供科学依据。[方法]通过模拟降雨试验,收集降雨过程中坡面的径流泥沙样品,采用数据对比与统计分析相结合的方法,分析在不同草被覆盖条件下坡面径流泥沙以及养分磷流失过程,探讨草被覆盖率和草被格局对坡面泥沙及养分流失的调控作用。[结果]随着降雨历时的增加,径流呈平稳增长过程,泥沙、径流总磷、泥沙速效磷均呈波动变化过程;25%,50%,75%覆盖率坡面径流总磷和泥沙速效磷分别为裸坡流失量的66%,85%,80%和62%,47%,21%;草被格局对水沙养分调控作用的差异性表现为:泥沙径流泥沙速效磷径流总磷。[结论]草被对径流总磷的调控作用不强,对泥沙速效磷的调控作用显著;草被格局对径流和径流总磷的调控作用有限,对泥沙与泥沙速效磷的调控作用显著。     

植被覆盖和施肥对不同坡长坡地总磷流失的影响

为了研究坡地总磷流失特征,探究植被覆盖和施肥对不同坡长坡地总磷流失的影响,以浙江省丘陵区坡面菜地红壤为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,在固定雨强120mm/h、固定坡度20°、每场降雨试验的产流历时设计为30min的条件下,选定不同坡长(1,2,3,4,5m)、不同植被覆盖度(0,15%,30%,45%,60%,75%,90%)和不同施肥处理空白(CK)、无机复合肥(CF)、有机肥(OF)下进行模拟降雨试验。结果表明:(1)在不同施肥处理、坡长条件下,随着植被覆盖度的增加,单位投影面积总磷流失模数逐渐减少,其中1m坡长下的减少趋势不明显,5m坡长下的减少趋势最明显;不同坡长条件下随着植被覆盖度的增加,单位投影面积总磷流失模数均在90%覆盖度时达到最小,裸地时最大。(2)在不同施肥处理、相同植被覆盖度条件下,等长度增加坡长,总磷流失量的增量非等量增加,且在2~3m处最小,3~4m处最大,说明该试验条件下的临界坡长为4m,最佳坡耕地坡长为3m。(3)在不同施肥处理、坡长条件下,侵蚀相磷素流失量占总磷输出量的比值为30.24%~94.61%,除1m坡长下存在部分比值小于50%以外,其他均高于50%,说明坡地磷流失主要以侵蚀泥沙携带流失为主。(4)不施肥条件下侵蚀相磷素流失量占总磷输出量的比值高于施肥条件下的,且相比施用无机肥,施用有机肥条件下侵蚀相磷素流失量占总磷输出量的比值较高。     

不同耕作方式与秸秆还田对稻田氮磷养分径流流失的影响

为明确自然降雨条件下稻田田面水氮磷养分径流流失特征,寻求秸秆还田和耕作方式结合下较为有效的减排农艺措施,通过田间试验研究自然降雨条件下不同耕作方式和秸秆还田对稻田田面水氮磷养分径流流失的影响。结果表明:秸秆还田处理较秸秆不还田处理更能够有效减少稻田氮磷养分径流流失总量;秸秆不还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮径流流失量分别为6.78,8.50,11.09kg/hm2,总磷流失量分别为0.50,0.63,0.78kg/hm2;秸秆还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮流失量分别为4.82,6.44,8.87kg/hm2,总磷流失量分别为0.39,0.51,0.70kg/hm2;整个稻季氮素径流流失率以免耕秸秆不还田为最高,达3.70%,翻耕秸秆还田为最低,仅为1.61%,磷素径流流失率也是免耕秸秆不还田最高,翻耕秸秆还田最低,分别为1.31%和0.65%。     

坡面植被格局对坡沟系统能量调控及水沙响应关系的影响

通过室内放水冲刷试验,研究在坡沟系统土壤侵蚀过程中,不同坡面植被格局对能量的调控作用及其对水沙响应关系的影响,并建立不同坡面植被格局下基于能量参数的侵蚀产沙方程,深入了解能量与侵蚀产沙之间的响应关系。结果表明:(1)相比于裸坡,在坡面有植被覆盖的情况下,径流功率大幅度降低,植被能够有效地削减径流功率,起到保护土壤的作用;在不同时刻下,不同坡面植被格局的单位水流功率在坡面较小,进入沟道后单位水流功率急剧上升,呈"N"形曲线分布,经过SPSS软件分析,坡面植被格局对单位水流功率的影响不显著(P0.05);坡面植被格局对径流能耗的变化基本没有影响,不同时刻,不同坡面植被格局下坡面上每个断面的径流能耗在1 500~2 000J保持不变,在进入沟道后径流能耗急剧上升,达到4 800J左右;(2)在坡沟系统的坡面上种植植被可以有效地起到蓄水减沙的作用,当草带位置距坡顶2m时(格局F)的蓄水效益最好,达到19.07%,当草带位置距坡顶6m时(格局B)的减沙效益高达69.02%;(3)不同坡面植被格局下坡沟系统的累积产流量与累积产沙量之间满足M=aQb的幂函数形式,而且相关系数a和b可以作为蓄水减沙效益的指示指标;(4)在不同坡面植被格局下,坡面平均输沙率与径流功率满足D=cω+d线性函数关系。     

不同治理措施在红壤坡耕地的水土保持效益

在云南省抚仙湖流域澄江尖山河小流域坡耕地建立了野外标准径流小区,并布设了1.2m宽等高反坡阶和2.0m宽草带两种坡耕地水土保持措施,观测次降雨的地表径流量和土壤流失量,并与原状坡耕地进行对比,分析两种措施的水土保持效益。结果表明:(1)两种措施之间的地表径流量和土壤流失量差异性均显著。修筑等高反坡阶的地表径流深为113.64mm,比原状坡耕地减少了61.9%,土壤流失量为714.7t/km2,比原状坡耕地减少了77.4%;布设草带的地表径流深为82.76mm,比原状坡耕地减少了72.2%,土壤流失量为370.1t/km2,比原状坡耕地减少了88.3%。(2)两种措施之间的减流和减沙效益差异性均显著,等高反坡阶的减流和减沙效益指数平均分别达0.57和0.97,草带的减流和减沙效益指数平均分别达0.79和0.76。(3)两种措施均大幅削减了地表径流和泥沙的氮、磷养分输出总量,发挥了较好的保肥作用。与原状坡耕地相比,等高反坡阶对总氮削减率为81.9%,对总磷削减率为44.3%;草带对总氮削减率为74.7%,对总磷削减率为83.7%。     

植被覆盖条件下纳米碳对黄土坡面养分流失调控的试验研究

将纳米材料应用于坡面养分流失调控对减少黄土坡面养分流失等有着重要意义。基于神木六道沟流域上的坡面人工模拟降雨试验,分析了不同纳米碳含量(质量百分比分别为0%,0.1%,0.5%,0.7%,1.0%)对黄土坡面养分迁移过程的影响。结果表明:(1)同一作物的小区添加不同纳米碳含量对养分流失影响不明显;5种下垫面条件下,养分流失量均呈随纳米碳含量增加而降低的趋势,其中纳米碳含量为0.5%及0.7%对降低径流养分流失量的效果最好。不同纳米碳含量条件下,径流中的养分流失量从小到大为:空地玉米柠条绿豆苜蓿。(2)人工模拟降雨条件下,土壤表层养分在0—5cm内均有明显减少。而大于5cm深度的土壤中的养分值在降雨后有所增加,但随着深度增大养分增加量减少,而且添加不同浓度纳米碳导致养分值减少的速率不同。(3)不同纳米碳含量下与不同植被覆盖下径流中各离子的养分流失调控效果评价是径流中不同离子的平均浓度与平均流失率均随纳米碳含量的增加而减小,规律性较为明显。     

保护性耕作措施对陡坡地养分流失的影响

采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,原位监测了南方紫色土陡坡地(坡度=15°)不同保护性耕作措施对地表径流量、径流水氮磷浓度及养分累积量的影响。结果表明,不同处理径流量及氮磷流失量最大的月份为5月,占全年流失量的40%以上;横坡垄作及横坡垄作+秸秆覆盖均能够降低不同作物生长季及休闲季径流水中的氮磷浓度的均值及最大值。烟草季,常规处理(CK)、横坡垄作(KF)和横坡垄作+秸秆覆盖(BMP)径流水中的总氮浓度分别为3.44、3.37和3.28 mg·L~(-1);甘薯季,CK、KF和BMP 3个处理径流水中总氮的浓度分别为2.79、2.61和2.63 mg·L~(-1);休闲季分别为3.01、2.78和2.64 mg·L~(-1)。KF和BMP优化处理后,全年的径流量从CK处理的5 553 m3·hm~(-2)分别降至5 347 m~3·hm~(-2)(KF)和2 905 m3·hm~(-2)(BMP),其中BMP处理与CK处理之间的差异达到显著水平(P0.05)。与CK处理相比,KF处理径流水中不同形态氮磷的流失量虽都有降低,但二者之间差异未达到显著水平,BMP处理则显著降低了径流水中总氮(TN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)、可溶性总磷(TDP)的流失量(P0.05)。此外,横坡垄作+秸秆覆盖还可以将起始产生径流的最小降雨量从CK处理的26.95 mm提高至67.15 mm。综上结果可以看出,单纯的横坡垄作对陡坡地的养分流失截留效果是有限的,而横坡垄作+秸秆覆盖处理则可以显著减少陡坡地的径流,进而对氮、磷养分的流失产生较好的截留效果。     

施肥条件下坡面菜地径流携氮流失模拟降雨试验

借助室内人工模拟降雨试验研究手段,以强降雨过程中红壤丘陵区坡菜地随径流、泥沙迁移的氮流失状况和规律为研究目的,分别在不同坡长(2 m,4 m)、不同植被覆盖度(0,30%,60%)和不同施肥处理(空白(CK),无机复合肥(CF))条件下进行有效模拟降雨试验共计12场次,每场次降雨试验的产流历时设计为30min,固定雨强为120mm/h。试验结果表明:(1)径流中全氮(TN)流失以硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)为主要形式,两者(NO3--N、NH4+-N)之和占TN流失量及流失浓度的54.16%~91.41%,其中又以NO3--N流失为主要流失形态。坡长对径流中NO3--N和NH4+-N流失量的影响大于植被覆盖度。(2)通过比较CK和CF两施肥处理条件下全氮(TN)流失量,CF为CK的2.29~2.32倍,说明施肥可明显增加坡面径流和泥沙中各形式氮的流失量,其中径流中坡长的增加可降低氮流失强度。(3)侵蚀泥沙中氮流失主要受到植被覆盖度的影响,土壤侵蚀模数(Ms)与全氮在泥沙富集值(ERTN)可建立对数方程。(4)坡面TN流失主要以径流携带为主,径流是坡面TN流失的主要途径。