土壤及泥沙颗粒组成与养分流失的研究

利用自然降雨影响下的农田为试验样地,分析了降雨前后土壤颗粒组成与养分含量的变化,探讨了流失泥沙颗粒组成与养分的变化特征。结果表明,在降雨后,西瓜地与油菜地表土颗粒组成呈现粘粒与粉粒含量减少,砂粒含量相对增加的趋势;土壤养分含量都有不同程度的下降,其中水解氮与速效磷下降的幅度很大,西瓜地与油菜地水解氮降雨后降幅分别为9.67%和7.99%,速效磷的降幅分别为9.20%和8.76%;全氮养分降幅很小,西瓜地与油菜地分别为2.17%和1.54%;流失泥沙细小颗粒含量与养分含量随时间基本都呈降低的变化趋势,并且细小颗粒含量与携带流失的养分含量有显著甚至极显著的正相关性;流失泥沙具有富集粘粒和富集养分的特性,油菜地与西瓜地粘粒富集率分别为1.23和1.20,两样地全氮与速效磷的富集率都在1.3以上,而全磷和水解氮富集率基本处在1.1-1.3之间。     

第四纪红粘土侵蚀劣地土壤养分随径流和泥沙的迁移规律

通过测定用径流小区收集的径流和泥沙样品的养分含量以及泥沙的颗粒组成，探讨了被侵蚀的红壤中不同形态的养分随径流和泥沙的迁移规律及其在流失泥沙中的富集状况。研究结果表明：土壤养分主要是以不溶态的形式随泥沙迁移的，随径流迁移的可溶态养分很少，尤其是五氧化二二磷；不同形态的养分在泥沙中有明显的富集现象，其富集率大小依次为：速效钾＞水解性氮＞全磷＞全氮＞全钾。     

红壤坡耕地土壤污染物的输出特征

以澄江县尖山河小流域为例,研究在自然降雨条件下红壤坡耕地土壤养分输出与泥沙流失特征,探讨红壤坡耕地土壤养分流失规律。研究结果表明：①降雨量与红壤坡耕地的泥沙迁移量之间存在显著的相关性,相关系数为0．974。②土壤养分流失量大小依次为全磷>全氮>碱解氮>速效磷>有机质。③土壤养分流失与降雨量、泥沙迁移量之间存在相关关系,其中全磷流失量和降雨量之间的相关系数最大,为0.983,全磷流失量和产沙量之间的相关系数最大,为0.993。④暴雨条件下红壤坡耕地的泥沙养分富集率大小依次为全磷>速效磷>有机质>全氮>碱解氮,其中全磷的富集率最大,为3.00,说明土壤中磷素多以泥沙形态流失。     

人工模拟降雨条件下紫色土坡面养分流失特征分析

采用人工模拟降雨装置研究降雨强度为104.24mm/h时三峡库区5°紫色土坡面的养分流失规律。研究表明:在降雨后坡面表层土各养分均呈现减小的趋势,土壤全量养分流失量表现为坡腰>坡脚>坡顶。随土层加深,土壤剖面养分富集现象越明显。侵蚀泥沙养分在产流过程中呈先增加后减小的变化特征,泥沙携带全量养分含量大小顺序为有机质>全钾>全磷>全氮,有效养分含量大小顺序为速效钾>碱解氮>有效磷。侵蚀泥沙养分与产流历时间的关系为线性函数、二次函数和幂函数,养分不同函数表达不同,而径流总氮、总磷与产流历时的关系均可用幂函数表达。     

人工降雨条件下植被覆盖对黄土坡面养分随径流泥沙迁移影响的试验研究

植被覆盖可有效保护地表,抑制产流产沙过程,进而影响坡面养分迁移过程。选取黄土高原典型白羊草和铁杆蒿草地,通过人工模拟降雨试验(雨强60 mm/h,历时60 min,坡度15°),研究植被不同盖度下(10%,20%,30%,45%,60%,80%)坡面径流、泥沙养分特征。结果表明:(1)土壤有机质、全氮和全磷含量均随植被盖度增加呈线性增加(R~2≥0.63),相对于铁杆蒿样地,白羊草样地土壤有机质和全磷含量分别增加28.8%～107.1%和10.6%～25.0%,全氮含量减少2.6%～42.5%。(2)径流中有机质、全氮和全磷浓度随植被盖度的增加而减少0.6%～63.7%,但种间差异不显著(P0.05)。径流中有机质、全氮和全磷量随植被盖度的增加显著降低1.9%～83.9%,且当植被盖度≥20%时,白羊草样地径流中有机质、全氮和全磷的量较铁杆蒿分别显著减少28.4%～66.4%,10.7%～55.8%和3.3%～64.7%。(3)泥沙中有机质、全氮和全磷的量随植被盖度的增加减幅为-59.5%～65.1%,平均减少5.8%,其泥沙中养分的含量白羊草总体低于铁杆蒿。白羊草和铁杆蒿泥沙有机质、全氮和全磷的量随盖度增加分别呈指数函数(R~2≥0.78)和先增后减的下降趋势,其泥沙中养分的量显著减少69.9%～99.3%。(4)白羊草和铁杆蒿样地径流泥沙中有机质、全氮和全磷总量随植被盖度增加分别呈指数函数(R~2≥0.53)和先增后减的下降趋势,且当植被盖度≥45%时,白羊草有机质、全氮和全磷总量较铁杆蒿样地分别减少33.7%～71.8%,50.1%～53.6%和48.1%～64.3%。(5)白羊草和铁杆蒿样地泥沙中有机质、全氮和全磷富集比随盖度的增加呈线性降低(R~2≥0.56)。2种植被土壤有机质和全磷主要随泥沙迁移为主,土壤全氮主要以径流迁移为主。研究成果为植被覆盖影响坡面养分迁移机制提供理论参考。     

农田暴雨径流侵蚀泥沙对氮磷的富集机理

在农田暴雨径流条件下 ,地表径流携带的侵蚀泥沙比原土壤有较高的养分含量 ,表现出对氮磷等养分的富集作用 ,富集系数 (ＥｎｒｉｃｈｍｅｎｔＲａｔｉｏ,ＥＲ)随侵蚀泥沙流失的增加而减少[1 ] 。大多文献把侵蚀泥沙对养分的富集归因于径流对土壤表面富含养分的有机质和粘粒的选     

黄土高原不同植被群落多样性与土壤有机碳密度关系研究

为了探明黄土高原不同植被群落多样性与土壤有机碳密度关系,在黄土高原纸坊沟小流域选取几种典型的植被群落(刺槐Robinia pseudoacacia、铁杆蒿Artemisia gmelinii、长芒草Stipa bungeana、狼牙刺Sophora davidii和柠条Caragana korshinskii),野外调查了植被多样性,同时室内测定0—100 cm土壤有机碳含量、密度以及相关土壤环境因子。结果显示:(1)不同植被群落多样性指数(Margalef丰富度、Mclntosh均匀度和Shannon-Wiener多样性)表现出相同的变化特征。柠条和刺槐群落差异不显著(p>0.05),二者显著低于其他植物群落(p<0.05),长芒草和狼牙刺群落最高,二者之间差异不显著(p>0.05),显著高于其他植物群落(p<0.05); 不同植物群落Simpson优势度指数呈现出相反的变化趋势,刺槐>柠条>铁杆蒿>狼牙刺>长芒草。(2)不同植物群落土壤全氮含量、微生物量碳、微生物量氮、速效养分(硝态氮、铵态氮、速效磷)大致表现为相同的变化特征,均表现为长芒草和狼牙刺群落高于其他群落,而柠条和刺槐群落土壤养分含量低于其他植物群落,不同植物群落土壤pH值表现出相反的变化特征。(3)在垂直方向,土壤有机碳密度随土层深度的增加而逐渐减小,80—100 cm土层土壤有机碳密度最低(p<0.05),0—20 cm土层土壤有机碳密度最高,表现出明显的“表聚性”,相同土层土壤有机碳密度大致表现为长芒草和狼牙刺群落高于其他植物群落。(4)相关性分析显示,不同植物群落多样性指数与有机碳和有机碳密度呈显著或极显著的正相关。冗余分析显示,土壤pH值和微生物量碳含量是主导植被多样性和土壤有机碳密度重要驱动因子; 双因素分析表明植被类型和土层深度对土壤有机碳含量和密度具有显著的影响(p<0.05)。     

黄土丘陵区狼牙刺种群恢复及群落土壤水分养分效应

以荒草坡为对照,对黄土丘陵区封禁8年、20年和30年的狼牙刺群落的狼牙刺种群结构及群落土壤水分和养分的特征进行了系统研究,分析了群落恢复与环境因子的关系。在黄土丘陵区,狼牙刺群落通过封禁能够恢复,经过20年恢复种群可达到相对稳定的状态;不同恢复阶段的狼牙刺种群密度、个体平均基径、高度和生物量差异明显:30年>20年>8年>荒草坡。随着狼牙刺群落恢复,种群幼龄个体减少,中老龄个体增加,但种群仍保持扩展趋势,具有进一步发展潜力。不同恢复阶段狼牙刺群落内土壤水分出现了微弱干层,并随根系延伸下移。土壤养分在群落恢复初期增加较快,后期比较稳定。影响狼牙刺群落恢复和种群生长的环境因素主要是水分因子,其中土壤水分、群落盖度比较重要。狼牙刺适应力、繁殖力强,种群具有扩展潜力,未来应该充分利用其优良特性,继续保持现有的封禁措施,促进群落进一步恢复和环境条件的改善。     

不同雨强条件下红壤坡地养分流失特征研究

采用人工模拟降雨装置 ,对红壤坡地养分流失特征进行了试验研究 ,结果表明 :在雨强较大情况下 ,土壤养分以泥沙形式随径流迁移 ;当雨强较小时 ,随径流迁移的可溶态养分流失量占流失泥沙养分量的比例较高 ,土壤养分流失氮、磷、钾分别达到 5 3.12 % ,2 3.1% ,2 1.5 % ;不同形态的养分在流失泥沙中均有养分富集现象 ,但富集率各不相同 ;土壤养分流失量与雨强及泥沙流失量呈正相关关系。     

人工降雨条件下不同粒径泥沙中氮磷流失特征分析

针对香溪河流域农业面源污染严重以及坡耕地传统耕作模式造成的氮磷流失等问题,选取库区典型石灰性土壤进行人工模拟降雨试验,研究地表径流和不同粒径泥沙中氮磷等养分流失特征。结果表明:地表径流中不同形态氮素养分的流失过程,均表现为降雨初期出现浓度峰值,之后随降雨的进行迅速降低,TP输出浓度先有一个较小幅度的下降过程,之后随产流时间的延长而增加,最后趋于稳定;流失泥沙颗粒组成表现为粘粒(2μm)与细砂粒(20~200μm)含量随降雨过程进行有一定增加,而粉粒(2~20μm)和石砾(2000μm)含量却有所降低,粗砂粒(200~2 000μm)含量则几乎不变;不同粒径径流泥沙中各养分流失浓度最大的均为粒径2μm粘粒,粒径200μm的颗粒各养分流失贡献率均高达70%以上,表明水土流失导致土壤中大量细小颗粒与养分流失,其中流失泥沙携带的养分含量与细小颗粒含量呈明显的正相关。     

植被覆盖和雨强对附着在沉积物上的养分流失, 泥沙颗粒组成及体积分形维数的影响

Vegetation and rainfall are two important factors affecting soil erosion and thus resulting in nutrient loss in the Chinese Loess Plateau.A field experiment was conducted to investigate the effects of rainfall intensities(60,100 and 140 mm h-1) and vegetation(Caragana korshinskii) coverages(0%,30% and 80%) on soil loss,nutrient loss,and the composition and volume fractal dimension of eroded sediment particles under simulated rainfall conditions.The results showed that vegetation cover,rainfall intensity and their interaction all had significant effects on sediment transport and the sedimentbound nutrient loss.Higher rainfall intensity and lower coverage led to higher sediment and nutrient losses.Positive linear relationships were observed between soil loss and nutrient loss.The treatments showed more significant effects on the enrichment ratio(ER) of nitrogen(ERN) than organic matter(EROM) and phosphorus(ERP).Compared with the original surface soil,the eroded sediment contained more fine particles.Under the same coverage,the clay content significantly decreased with increasing rainfall intensity.The ER of sediment-bound nutrients was positively correlated with that of clay,suggesting that the clay fraction was preferentially eroded and soil nutrients were mainly adsorbed onto or contained within this fraction.There were increments in the fractal dimension of the sediment particles compared to that of the original surface soil.Moreover,the fractal dimension was positively correlated with clay,silt,and sediment-bound OM,N,and P contents,whereas it was negatively correlated with sand content.This study demonstrated that fractal dimension analysis can be used to characterize differences in particle-size distribution and nutrient loss associated with soil erosion.     

黄土丘陵沟壑区退耕地人工柠条林土壤养分特征及其空间变异

应用时空互代方法,以柠条林为例,对黄土丘陵沟壑区不同利用年限人工林土壤养分特征、空间变异及其演变进行了系统的研究。结果表明,该区人工林土壤肥力处于较低水平;人工林表层土壤养分中速效磷和速效钾的空间变异性较大;各环境因子对土壤养分有一定的影响,海拔、坡度和坡向等环境因子与人工林地土壤养分间呈负相关关系,坡位和地形与人工林地土壤养分间呈正相关关系。随着利用年限的增加,人工林土壤养分各指标含量均增加,与利用年限有显著的相关性。有机质、全氮、有效氮和速效磷的增加量不明显,全磷含量保持相对稳定的水平,速效钾经过多年积累有明显的增加。从土壤养分指数模型可以算出该区的人工林土壤有机质、全氮、有效氮约需35a能达到中上等养分水平,速效钾则约需27a才能达到中上等养分水平。     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。     

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。     

不同雨强和坡度条件下紫色土养分流失规律研究

采用室内模拟降雨装置,研究了三峡库区紫色土在不同雨强和坡度条件下的养分流失规律。结果表明,紫色土坡面流失养分主要由径流和泥沙携带,其中径流养分含量与雨强和坡度无关,但与产流过程一致。泥沙中养分含量与雨强无关,但随坡度增加而降低;泥沙养分含量与产沙量过程无关,但其流失量与产沙量过程一致。泥沙中各养分含量略大于降雨前表土养分含量,远大于径流养分含量,但由于径流中以速效养分为主,故径流携带的养分流失量不容忽视。     

Residue cover and rainfall intensity effects on runoff soil organic carbon losses

Soil cover and rainfall intensity (RI) are recognized to have severe impacts on soil erosion and an interaction exists between them. This study investigates the effect of rainfall intensity (RI) and soil surface cover on losses of sediment and the selective enrichment of soil organic carbon (SOC) in the sediment by surface runoff. A field rainfall simulator was used in the laboratory to produce 90 min rainfall events of three rainfall intensities (65, 85 and 105 mm h^− 1) and four cover percentages (0%, 25%, 50% and 75%) on soil material at 9% slope. A strong negative exponential relation was observed between cover percentage and RI on sediment loss under 85 and 105 mm h^− 1 of rain, while under RI of 65 mm h^− 1, the highest sediment loss was observed under 25% cover. Overall, higher RI and lower cover produced higher sediment and consequently higher nutrient loss, but resulted in a lower SOC enrichment ratio (ER_SOC) in the sediment. The amount of runoff sediment rather than the ER_SOC in the sediment was the determinant factor for the amount of nutrients lost. The values of ER_SOC were high and positively correlated with the ER values of particles smaller than 20 µm (p < 0.01). Although the sediment contained substantially more fine fractions (fine silt and clay, < 20 µm), the original soil and runoff sediment were still of the same texture class, i.e. silt clay loam.     

坡耕地径流沉积物中磷素的富集特征及其生物有效性

通过模拟降雨试验和回归分析,研究了洋河流域坡耕地径流沉积物对磷素的富集特征及其生物有效性,结果表明:洋河流域坡耕地径流沉积物对磷有明显的富集作用,富集系数在1.33～1.43之间;沉积物中磷的形态以无机磷为主,平均占全磷的75.23%,对不同结合态的磷富集程度有明显差异;不同土壤条件下,径流沉积物中各结合态磷的生物有效性不同,Fe-P对沉积物中NaOH-P的贡献率最大.     

澄江尖山河小流域不同土地利用类型面源污染输出特征

研究了自然降雨条件下澄江尖山河小流域4种不同土地利用类型径流小区中面源污染输出特征。结果表明,不同土地利用类型径流小区中面源污染物输出量不同,农地的全磷输出量最大,其次是人工林,次生林和灌草丛较小;氨氮和COD输出量表现出农地和人工林大于次生林和灌草丛。不同土地利用类型径流中面源污染物输出浓度没有显著差异,但从总体上来看,植被覆盖度越高,径流水中的氮、磷浓度越高,而COD、氨氮浓度越低,硝态氮浓度是亚硝态氮浓度的8.5~111倍,可溶态氮以硝态氮形式流失为主;侵蚀泥沙有富集养分的特征,且次生林和灌草丛的富集率高于农地。不同土地利用类型侵蚀泥沙中全氮和全磷的输出量依次为:农地>人工林>灌草丛>次生林,速效氮和速效磷则为:农地>人工林>次生林>灌草丛。与氮相比,表层土壤中的磷更容易随径流流失,磷的输出以泥沙结合态为主,特别是速效磷。