不同坡度坡耕地土壤氮磷的流失与迁移过程

采用人工模拟降雨试验研究不同坡度的土壤侵蚀程度,分析了土壤养分在不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)随坡面径流流失及水分入渗向下迁移的动态变化过程和机制。结果表明,在恒定降雨强度下,初始产流10min内,产流产沙量随时间迅速递增,随后缓慢增加并逐渐趋于稳定,总产流量大小为15°10°20°5°25°;10°总产沙量最大,15°和20°总产沙量相近,5°和25°总产沙量接近。不同坡度条件下总产流量和总产沙量随坡度的变化趋势均可用二次函数拟合,相关系数R2为0.65。10°~15°坡度之间存在一个对径流中养分浓度变化有显著影响的转折点。硝态氮在湿润层内的迁移过程用幂函数描述,铵态氮在湿润层内的浓度变化用三次多项式拟合,速效磷浓度在湿润层内随深度变化并不明显;硝态氮、铵态氮总流失量随坡度的变化趋势符合二次多项式变化,相关系数R2分别为0.91和0.77。20°时水溶性磷流失总量最大,为15°坡面的1.61倍。径流中初始养分浓度主要受养分在径流中溶解度的影响,在产流后期,土壤流失量对径流养分浓度的影响程度加大。     

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。     

三峡库区王家沟小流域不同坡度土壤氮素流失特征研究

采用野外径流小区观测方法,研究了三峡库区王家沟小流域旱坡地不同坡度土壤氮素的流失特征。结果表明:①旱坡地不同坡度小区土壤氮素流失量总体不大,单场降雨侵蚀泥沙氮素流失量最大值为189.06 mg/m2,而在地表径流中仅为28.12 mg/m2,侵蚀泥沙氮素流失量明显高于地表径流氮素流失量,最大差异达到16.8倍,差值随着坡度的增大有减少的趋势;坡度越大,地表径流氮素和侵蚀泥沙氮素的流失量也越大,呈现出小区17°>9°>4°的趋势;铵态氮流失量明显低于硝态氮流失量,4°、9°、17°小区地表径流硝态氮流失量较铵态氮流失量分别高出3.2、3.6、4.0倍,说明硝态氮较铵态氮更易于流失,且随着坡度的增大差异增大。②不同坡度小区地表径流量、侵蚀泥沙流失量与降雨量均存在显著的线性正相关(P<0.05),且随着坡度的增大地表径流量与降雨量的相关系数在增大,侵蚀泥沙流失量表现则相反,这可能与土壤母质、作物生长等情况有关。     

模拟降雨条件下坡地氮素流失特征试验分析

通过模拟降雨试验,分别研究1.0mm/min和2.0mm/min雨强条件下,不同坡面上径流过程和土壤氮素流失特征。结果表明,在1.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量依次为18°>28°>21°,峰值出现时间依次为21°>18°>28°,径流峰值量依次为28°>18°>21°;硝态氮淋溶与土壤侵蚀同步进行;铵态氮流失量峰值的出现是坡面顶部和下部流失量的叠加结果,随后铵态氮流失量趋于降低;在2.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量不同,峰值出现时间依次为18°>21°>28°,径流峰值量依次为28°>21°>18°。硝态氮流失以泥沙携带为主,大坡度地表硝态氮流失量陡然增加;短时间内坡面表层土壤流失量显著增加,造成铵态氮流失量波动变化。在两种雨强条件下,累积径流流失量依次为28°>21°>18°;硝态氮是径流中全氮流失的主要形式;在整个降雨过程,全氮流失量表现为产流初期较低,中期增大,后期降低。各形态氮素累计流失量与径流累计流失量之间存在显著的线性关系。     

不同种植模式和坡度对片麻岩山坡地氮素流失的影响

通过室外人工模拟降雨的方法,研究了在不同坡度(5°,15°,25°,35°)与不同欧李种植模式(1,2,3行)下对片麻岩山坡地土壤坡面氮素流失和产流的影响。结果表明:(1)产流时间随着坡度增大而提前,平均产流时间从种植模式3行到1行推迟了59.23%,2行到1行推迟了32.28%;不同种植模式下产流强度及波动幅度均为1行>2行>3行;(2)降雨过程中,不同种植模式下氮素流失量和流失浓度表现为1行>2行>3行,不同坡度下,氮素流失量和流失浓度为5°<15°<25°>35°,临界坡度为25°;(3)相同坡度,种植模式由2行到3行时硝态氮流失量减幅最大,5°,15°,25°,35°分别减少了16.78%,44.71%,41.33%,41.89%;(4)氮素流失过程中硝态氮流失量占比40.35%,铵态氮流失量占比10.13%,流失形式以硝态氮为主;(5)相同种植模式,2种氮素流失量和流失浓度与坡度存在二次函数关系,相同坡度,与种植模式存在线性关系,相关系数(R^2)范围分别为0.531~0.999,0.102~0.999;(6)种植模式与硝态氮流失量和铵态氮流失量均呈线性负相关关系,是影响氮素流失的主要因子。在片麻岩山坡地,利用多行交错方式种植欧李可显著降低氮素流失。     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为"上升—下降—略有上升—平稳",总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

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。     

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。     

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。     

紫色土坡面壤中流养分输出特征

壤中流作为紫色土坡面一种产流形式,其引起的养分流失往往被忽视,针对这一问题.采用人工模拟降雨法,在3.0 m长、1.0 m宽的土槽上.通过4个不同坡度(5°,10°,15°,20°)、5个不同雨强(0.6,1.1,1.6,2.12,2.54mm/min)的组合实验,对三峡库区紫色土坡面壤中流养分输出特征进行了研究.结果表明:实验条件下,壤中流占总径流量的0.2%～2.7%,且紫色土坡面壤中流的产生存在着一个临界坡度和临界雨强,临界坡度大约在10°左右,临界雨强约为2.1 mm/min.实验条件下.紫色土坡面壤中流养分含量为地表径流养分含量的4.32～63倍,因此,尽管壤中流总量在总径流量中的比例并不高,但由其携带而流失的养分仍不容忽视.壤中流携带而流失的总氮量占坡面总氮流失量的0.36%～7.82%,因此,要控制紫色土坡面氮素流失,不仅要控制地表径流,更重要的是要提高土壤的持水能力,减少壤中流.磷素迁移流失主要与侵蚀产沙量有关.在地表径流及壤中流中的含量都很低,由此而引起的总磷流失量也较小,二者合计占总磷流失量的不足7%,甚至不足1%,控制紫色土坡面磷素流失的关键是控制坡面侵蚀产沙.     

雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀及氮磷流失的影响

采用人工模拟降雨的手段,在2种雨强(50,75mm/h)、4种坡度(5°,10°,15°,20°)条件下,研究了雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。结果表明:(1)降雨强度从50mm/h增大到75mm/h,相同坡度的坡面开始产流时间提前了2.75~4.79min。(2)随着雨强的增大,同一坡度的坡面径流量增加了12.53~15.80mm/m2,增加幅度为1.24~1.31倍;同一坡度的坡面产沙量增加了0.47~3.61kg/m2,增加幅度为0.77~2.90倍。坡面侵蚀过程中,存在临界坡度,为15°左右。(3)氮素流失以径流流失为主,泥沙中总氮的流失量较低,仅占径流总氮流失量的1.4%~9.7%。坡度较小时,磷素流失途径以径流流失为主,随着坡度的增加,磷素的流失途径以泥沙流失为主。(4)径流总氮流失浓度与径流强度呈线性正相关,泥沙总氮和总磷流失浓度与产沙率也分别呈显著的线性正相关。     

急陡坡土壤侵蚀试验研究

随着各项开发建设项目的大力开展,人为地产生了大量>25℃的急陡坡坡面,造成严重的土壤侵蚀.采用人工模拟降雨方法,进行了急陡坡对土壤侵蚀影响的试验研究.研究结果表明:随着坡度的增加,降雨产流的径流总量和流速随之减少;坡面的降雨侵蚀形式由径流侵蚀为主向击溅侵蚀为主转变,从而导致土壤侵蚀量的波动变化趋势.     

降雨强度对黄土坡面矿质氮素流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了黄土区土壤矿质氮素随地表径流迁移流失和入渗的动态变化，初步探讨了径流与土壤矿质氮素的作用深度EDI，并提出了EDI深度的确定方法。结果表明：土壤矿质氮素流失是降雨、径流与表层土壤矿质氮素作用的结果，随径流流失量显著高于随泥沙流失量，地表产流过程径流养分浓度呈现高—低—较高变化；降雨(降雨强度)和径流是土壤溶质迁移的动力，对土壤矿质氮素随径流流失和入渗有着重要影响。雨强增大，土壤矿质氮素流失量、径流作用深度(EDI)和土壤硝态氮入渗锋值深度均增加；同一坡面不同坡位土壤NO^－₃-N与径流有效作用深度(EDI)和浓度锋值深度不同，坡中下部最深，坡顶部和坡底部较浅；土壤NO^－₃-N和土壤NH⁺₄-N入渗和再分布过程截然不同。     

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。     

不同肥料类型及用量对坡面氮素流失的影响

为研究施用不同肥料类型（尿素、鸡粪）及用量（349.6,174.8 kg/hm²）下坡面氮素流失规律,采用人工模拟降雨试验方法,探究二者氮素流失差异的原因,并阐述肥料用量对氮素流失量的影响。结果表明：施肥后坡面氮素流失以泥沙全氮流失为主,占比可达78.16%~93.46%;径流硝态氮浓度高于铵态氮浓度,且径流总氮流失以硝态氮流失为主要形式,流失量占径流总氮流失量的38.53%~48.62%。肥料类型对坡面泥沙全氮浓度影响不明显,施用鸡粪处理泥沙硝态氮浓度和铵态氮浓度较高。等氮施用鸡粪可以减少坡面径流总氮、硝态氮和铵态氮流失浓度,分别减少68.64%~74.23%,70.09%~72.54%,27.90%~39.45%。等氮鸡粪替代尿素可以减少坡面氮素流失总量的11.07%~15.81%,减少径流总氮形式流失量70.55%~73.36%。坡面施氮量增加,氮素流失浓度增加,氮素流失总量也随之增加,可增加6.00%~11.00%。全量鸡粪替代半量尿素可减少坡面氮素流失总量,其效果较半量鸡粪处理下降10.40%。农业施用氮肥时,应合理选择施用量,并少量多次施用。尽量选择有机肥替代传统氮肥,以减少地表径流氮素浓度。做好水土保持工作,以降低水土流失携带大量的氮素对环境所造成的威胁。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现"下降—稳定"趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

黄土丘陵区不同坡度下土壤有机碳流失规律研究

通过野外径流小区观测与采样分析,研究了自然降雨条件下坡度对土壤有机碳流失的影响.结果表明:在黄土丘陵区,随着坡度增加(10°～30°),其侵蚀强度(A)变化趋势为:A_20°>A_30°>A_15°>A_10°>A_25°,表明在20°和25°之间存在着临界坡度;土壤有机碳流失的变化趋势与侵蚀强度一致,可见有机碳流失主要受侵蚀强度的影响.土壤侵蚀造成了泥沙中有机碳的富集,其平均富集比为2.27～3.74,且富集比随着侵蚀强度和坡度增大而减小.土壤有机碳流失程度与降雨特征值PI₃₀呈幂函数关系.减少地表径流和土壤侵蚀是降低土壤有机碳流失的关键.     

秸秆覆盖对黄土坡面矿质氮素径流流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了秸秆覆盖对坡面土壤矿质氮素径流流失和入渗的影响。结果表明：秸秆覆盖可使侵蚀量显著减少，减沙效应十分明显。由于秸秆覆盖使坡面径流流速减弱，增加了表层土壤与地表径流的作用强度，使溶解和解吸于径流中的矿质氮素含量增加，但由径流显著减少，矿质氮流失总量仍减少。与裸地相比，秸秆覆盖可显著地增加土壤水分和硝态氮的入渗深度和入渗量。     

地面覆盖条件下雨强和坡度对红黏土坡面侵蚀过程的影响

为揭示地面覆盖条件下第四纪红黏土坡面在不同雨强和坡度时的侵蚀变化规律,选取3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min)和3个坡度(10°,15°,20°),通过人工模拟降雨试验,分析坡面产流、产沙、入渗特征,并以15°为例计算覆盖坡面的减流减沙效益。结果表明:(1)坡面产流时间随雨强和坡度增加而提前,覆盖对产流时间有明显的滞后作用,雨强的增加会削弱覆盖延缓产流的作用;坡面径流率呈现前期增长,后期趋于稳定的变化特征;(2)当坡度一定,雨强从1.0 mm/min增加至2.0 mm/min,累积侵蚀量增加1.89～2.96倍;雨强一定,坡度从10°增加至20°,累积侵蚀量增加1.91～3.45倍;(3)坡面初始入渗率和入渗总量随坡度的增加而减小,而雨强的增大会增加坡面初始入渗率,减少入渗总量;(4)15°条件下覆盖坡面的径流量和泥沙量较裸坡平均减少50.26%和95.31%,松针覆盖的水土保持效益显著,且减沙效应大于减流效应;(5)坡度对覆盖坡面累积产流量和累积产沙量的影响程度大于雨强,不同雨强、坡度下累积径流量与累积产沙量呈现幂函数关系(R~20.97)。研究结果可为南方红壤丘陵区林下水土流失治理与生态恢复提供参考。