喀斯特裸露坡耕地径流养分流失试验研究

为揭示雨强对喀斯特坡耕地养分流失的影响,运用可调坡度、地下孔(裂)隙度试验钢槽装填土石模拟喀斯特裸露坡耕地,采用人工模拟降雨的方法研究不同雨强下喀斯特裸坡径流养分流失特征。结果表明:(1)雨强为15,30mm/h时地表不产流,雨强为50mm/h时地表有产流;试验雨强下地下孔(裂)隙均有径流产生。(2)地表径流中全氮和全钾流失量均随雨强增大而增大,全磷流失量则先增大后减小;地下径流中全氮流失量随雨强增大呈先增大后减小趋势,全钾流失量与雨强正相关,全磷流失量与雨强关系不明显。(3)雨强为30,50mm/h时养分以地下孔(裂)隙流失为主,其贡献率为100%;地下径流中全氮流失量对其总流失量的贡献率表现为:15mm/h30mm/h50mm/h70mm/h90mm/h,全磷与全钾为:15mm/h30mm/h50mm/h90mm/h70mm/h。(4)地表径流量、全氮、全钾流失量和地下全钾流失量与雨强均呈显著正相关,相关系数分别为0.926,0.919,0.982和0.955。15,30mm/h雨强下,径流养分仅通过地下孔(裂)隙流失,50mm/h及以上雨强时养分伴以地表径流流失,且地下流失量大于地表流失量。     

不同植被过滤带对农田径流泥沙和氮磷拦截效果与途径

在我国农业面源污染已经成为水环境质量恶化和湖泊富营养化的重要原因,其中氮磷对地表水富营养化的贡献超过了50%。通过浑水冲刷试验,研究了3种禾本科植被过滤带((黑麦草Lolium perenne Linn.)、偃麦草((京草2号)Elytrigia repens(L.)Nevski)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)对径流、泥沙以及氮磷的拦截效果,同时分析了3种植被过滤带拦截氮磷的主要途径。结果表明:(1)与裸地相比,3种植被过滤带均能显著提高径流与氮磷的拦截率。3种植被过滤带之间对径流、氮磷拦截率没有显著差异。黑麦草过滤带泥沙流失量显著低于无芒雀麦过滤带;同时径流、泥沙与氮磷拦截率之间存在显著正相关关系,表明植被对径流和泥沙的拦截一定程度上决定对氮磷的拦截量;(2)径流过程中磷的流失量均低于氮的流失量。氮的流失主要以溶解态氮为主,占总氮流失量的90%以上;磷的流失则主要以颗粒态磷为主;(3)植被过滤带拦截氮磷的途径不同,氮主要通过增加土壤入渗的途径来拦截,磷则主要通过植物茎秆基部进行物理拦截;(4)京草2号对氮的拦截效果优于黑麦草和无芒雀麦,而黑麦草则在磷的拦截方面表现突出。因此在植被过滤带的优化设计方面可以考虑黑麦草与京草2号2者混播以达到最佳的拦截吸附效果。     

不同植被过滤带对农田径流中泥沙和氮磷的拦截效果与途径

在我国农业面源污染已经成为水环境质量恶化和湖泊富营养化的重要原因,其中氮磷对地表水富营养化的贡献超过了50%。通过浑水冲刷试验,研究了3种禾本科植被过滤带((黑麦草Lolium perenne Linn.)、偃麦草((京草2号)Elytrigia repens(L.)Nevski)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)对径流、泥沙以及氮磷的拦截效果,同时分析了3种植被过滤带拦截氮磷的主要途径。结果表明:(1)与裸地相比,3种植被过滤带均能显著提高径流与氮磷的拦截率。3种植被过滤带之间对径流、氮磷拦截率没有显著差异。黑麦草过滤带泥沙流失量显著低于无芒雀麦过滤带;同时径流、泥沙与氮磷拦截率之间存在显著正相关关系,表明植被对径流和泥沙的拦截一定程度上决定对氮磷的拦截量;(2)径流过程中磷的流失量均低于氮的流失量。氮的流失主要以溶解态氮为主,占总氮流失量的90%以上;磷的流失则主要以颗粒态磷为主;(3)植被过滤带拦截氮磷的途径不同,氮主要通过增加土壤入渗的途径来拦截,磷则主要通过植物茎秆基部进行物理拦截;(4)京草2号对氮的拦截效果优于黑麦草和无芒雀麦,而黑麦草则在磷的拦截方面表现突出。因此在植被过滤带的优化设计方面可以考虑黑麦草与京草2号2者混播以达到最佳的拦截吸附效果。     

植物过滤带对农地径流泥沙的影响

植物过滤带能减小径流挟沙力。该项研究设计了2个试验小区,坡度为7%、12%,主要植物种类为无芒草,在试区内安装了集流设备及雨量器。并测量降雨量、雨强、休闲带边缘的径流量、土壤流失量。测试结果表明:植物过滤带拦截泥沙达85％以上。不仅减小径流挟带泥沙力,加快了泥沙的沉积,且延缓了径流速度,增加了土壤结构的稳定性,有利于径流的入渗。     

三峡库区不同坡度石灰土坡耕地磷素流失特征

[目的]研究石灰土坡耕地在不同坡度下的磷素流失规律,以期为三峡库区农业面源污染的防治和水资源保护提供基础数据。[方法]在三峡库区香溪河流域坡耕地修建径流小区进行原位人工降雨试验,在雨强1.5mm/min时,分析10°,15°和20°这3种坡度下坡耕地的径流量、泥沙浓度,以及地表径流中总磷、颗粒态磷,泥沙中总磷、速效磷浓度的变化趋势,并对径流泥沙进行无机磷分级试验。[结果]坡度越大,地表径流量、径流总量、泥沙流失量越大,初始产流时间越短,但坡度对径流中泥沙流失浓度的影响不显著;不同坡度下径流中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)浓度都随着产流时间逐渐变小最后趋于平衡,其中径流中TP主要以PP形式流失,达到80%以上;泥沙中磷素流失主要以无机态磷为主,无机磷分级试验表明被植物高效利用的有效态磷和缓效态磷占无机磷总量的54.1%~57.8%。[结论]坡度主要通过影响地表径流总量和径流携带的泥沙总量而影响磷素流失总量,石灰土坡耕地磷素流失主要以径流泥沙携带为主。     

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。     

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。     

紫色土坡耕地植物篱的水土保持效应研究

在四川盆地紫色土区通过标准径流小区试验,研究新银合欢(Leucaena leucocephala,豆科银合欢属)植物篱、香根草(Vetiveria zizanioides,禾本科香根草属)植物篱对坡耕地水土流失和微地形的影响.结果表明:10.,15.坡耕地上,新银合欢植物篱和香根草植物篱均表现出一定的水土保持效应,此效应需要约2年时间才开始显现.据2010年和2011年径流小区的水土流失监测数据知,植物篱对泥沙的控制效应优于对径流的控制效应;同坡度时,香根草植物篱对径流泥沙的拦截效应优于新银合欢植物篱;定植时间较长时,植物篱的减流减沙效益较好,尤其表现在固土减沙方面;坡度对径流泥沙的影响显著于植物篱对径流泥沙的影响,但定植植物篱2年,二者对径流泥沙的影响差距缩小.此外,定植植物篱2年,植物篱改变坡耕地微地形的效应开始显现,篱带前出现泥沙淤积带,篱带间农地坡度变缓,篱带下出现土坎,此种现象以15.坡耕地比10.坡耕地、香根草植物篱小区比新银合欢植物篱小区、底行植物篱带处比中行及顶行植物篱带处稍明显.     

降雨强度和坡度对土壤氮素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(30,50,65,100mm/h)和坡度(0°,5°,10°)下粘质土坡面土壤氮素流失过程,以及雨强、坡度对单位面积土壤氮素流失量的影响。结果表明:(1)降雨过程中,随着雨强和坡度的增大,氮素流失的浓度和总量都会相应增加,且雨强和坡度越大,氮素流失浓度变化越快,径流浓度稳定时间越早;(2)不同雨强下坡度与单位面积土壤氮素流失量呈线性相关,且随着雨强的增大,坡度对单位面积土壤氮素流失量的影响变小;不同坡度下雨强与单位面积氮素流失量的线性关系显著,当雨强一定时,坡度的改变对氮素流失量的变化速率影响不大;(3)雨强和坡度与单位面积氮素流失量之间有显著的线性关系,相关系数达到0.978 9~0.982 0;(4)相同条件下,雨强对氮素流失量的影响比坡度大;(5)在降雨过程中,累积径流量与3种形态氮的累积流失量之间有显著的线性关系,相关系数达到0.914 5~0.961 1。     

草本植被过滤带对径流中泥沙和除草剂的去除效果

除草剂阿特拉津的大量使用在提高农业生产效率、增加作物产量的同时,也导致了严重的环境污染。该研究通过在土槽上进行浑水冲刷试验,定量研究了禾本科草本植被过滤带（狼尾草Pennisetum alopecuroides (Linn.) Spreng和野古草Arundinella hirta (Thunb.) C. Tanaka）对径流、泥沙、以及阿特拉津的拦截效果。结果表明,禾本科草本植被过滤带能有效拦截径流,拦截率可达88%;并显著降低泥沙和阿特拉津流失量,但其作用效果受泥沙和阿特拉津的进水浓度影响较大。当进水泥沙浓度为20、40、60 g/L时,植被过滤带对泥沙的拦截率分别为95%、93%、85%;当进水阿特拉津浓度为0.3、0.6、0.9 mg/L时,植被过滤带对阿特拉津的拦截率分别为95%、92%、91%。另外,植被过滤带对泥沙和阿特拉津的拦截率随时间延长呈逐渐降低趋势,试验开始后第1、10、20、40、60分钟的泥沙拦截率分别为97%、95%、93%、91%、87%,阿特拉津拦截率分别为97%、93%、90%、86%、84%;同时,阿特拉津出流浓度与径流量有显著相关关系（r1=0.88,r2=0.93,r3=0.94）,表明径流量在一定程度上决定了阿特拉津出流浓度和出流量。研究证实,植被过滤带能有效降低阿特拉津随径流流失量,对阿特拉津引起的农业面源污染具有较好防治效果。     

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。     

极端暴雨下裸地坡面径流及壤中流中碳素输移特征

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(90、120、150mm·h~(-1))和坡度(5°、8°、15°、25°)条件下,南方风化花岗岩母质土壤红土层裸地降雨坡面径流和壤中流中总碳(Total carbon,TC)的流失量及流失过程,并分析了雨强和坡度对TC流失量的影响。结果表明,在坡面径流中,坡度和雨强的增大对碳素质量浓度变化过程影响较小,且流失率曲线与质量浓度曲线呈极显著相关关系,TC流失率变化主要受质量浓度的影响;在壤中流中,TC质量浓度曲线呈现出迅速上升达到最大值后缓慢下降直至平稳的趋势;在试验条件范围内,各坡度条件下,随着雨强的增大,坡面径流中TC流失量增大,而壤中流中TC流失量减小;在大雨强下,坡面径流中TC流失量与坡度没有明显的线性关系,而随着雨强的增大,坡度与壤中流中TC流失量线性关系明显增加;在试验雨强和坡度下,雨强对TC流失总量和坡面径流中TC流失量的影响较坡度更显著,而在壤中流中坡度的影响则更显著。径流中碳素流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系,R~20.800。结果可为我国南方风化花岗岩母质土壤裸坡径流中TC单位面积流失量的估算提供依据。     

植物篱措施对紫色土坡耕地产流产沙及微地形的影响

基于遂宁水土保持试验站坡耕地2012—2016年次降雨和径流输沙数据,定量分析了自然降雨下植物篱对坡耕地产流产沙及微地形的影响。结果表明:植物篱小区总径流深是对照小区的80%~84%,总冲刷量是对照小区的34%~44%,植物篱减沙作用优于减流。对照小区(Ⅱ小区和Ⅴ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均极显著相关(P0.01);植物篱小区(Ⅰ小区、Ⅲ小区和Ⅳ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均呈正相关,其中径流深与降雨量极显著相关。各雨型间产流产沙差异不显著,其中植物篱对A型雨(大雨强、短历时)减流减沙效果优于B型雨(中雨强、中历时)和C型雨(小雨强、长历时)。定植植物篱后,篱带前出现泥沙淤积带,15°香根草(Ⅰ小区)、10°香根草(Ⅲ小区)和10°新银合欢(Ⅳ小区)平均坡度分别演变为11.97°,7.73°和7.89°,香根草植物篱的效果较明显,植物篱使得坡耕地梯田化发展。     

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。     

森林过滤带减沙作用研究

植被过滤带通常能够阻止80%以上的泥沙进入径流。美国佐治亚大学的研究生W.J.W h ite等在格鲁吉亚皮埃蒙特原状森林过滤带和搅动森林过滤带上对径流进行模拟试验。森林过滤带分为五个坡度级别,模拟径流中土壤颗粒包括黏粒、沙粒和团聚体。总泥沙拦截率为53%~96%,平均为72%。直径大于20μm的沙粒大部分被2m长的过滤带所截获,直径小于2μm的沙粒质量浓度未受到过滤带的影响,但是渗透过程中部分被拦截。过滤带中2~20μm粒径的拦截量与水流距离呈相关性。原状森林覆被地区,森林覆被深度和泥沙拦截量呈现相关性。去除森林覆被会降低泥沙的拦截量,但在去除森林覆被的地区试验中所添加的泥沙大部分被拦截。试验研究表明:窄的过滤带能有效地转移直径大于20μm的粗质泥沙,16 m长的过滤带能转移径流中大部分直径为2~20μm的泥沙。     

极端暴雨下裸地坡面径流及壤中流中碳素输移特征

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(90、120、150 mm?h^-1)和坡度(5°、8°、15°、25°)条件下,南方风化花岗岩母质土壤红土层裸地降雨坡面径流和壤中流中总碳(Total carbon，TC)的流失量及流失过程,并分析了雨强和坡度对TC流失量的影响。结果表明，在坡面径流中，坡度和雨强的增大对碳素质量浓度变化过程影响较小，且流失率曲线与质量浓度曲线呈极显著相关关系，TC流失率变化主要受质量浓度的影响；在壤中流中，TC质量浓度曲线呈现出迅速上升达到最大值后缓慢下降直至平稳的趋势；在试验条件范围内，各坡度条件下，随着雨强的增大，坡面径流中TC流失量增大，而壤中流中TC流失量减小；在大雨强下，坡面径流中TC流失量与坡度没有明显的线性关系，而随着雨强的增大，坡度与壤中流中TC流失量线性关系明显增加；在试验雨强和坡度下，雨强对TC流失总量和坡面径流中TC流失量的影响较坡度更显著，而在壤中流中坡度的影响则更显著。径流中碳素流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系, R²＞0.800。结果可为我国南方风化花岗岩母质土壤裸坡径流中TC单位面积流失量的估算提供依据。     

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。     

香根草植物篱带宽对紫色土坡地产流产沙的影响

为研究植物篱篱带宽度对紫色土坡地产流产沙过程的影响,寻求有效控制水土流失的最优植物篱带宽度,采用人工模拟降雨试验对3种篱带宽度(20,30,40cm)、不同雨强(30,60,90mm/h)下的紫色土坡地产流产沙过程进行研究。结果表明:(1)植物篱能有效延缓紫色土坡面产流时间,坡面产流量与篱带宽度能拟合为二次方程(R2=0.99)。随篱带宽度的增大,流速减小,且篱带内部的流速下降最明显,流速变化曲线波动幅度变小。(2)植物篱在产沙过程前期有效抑制坡面产沙量的增长,坡面产沙量随篱带宽度的增大而减少,且当雨强为30,90mm/h时,二者拟合的二次方程R2达到0.99。(3)篱带宽度对产流、产沙量的影响均为极显著。30mm/h雨强下、宽度为30cm的篱带可达到显著的减流减沙效益,是能有效控制水土流失的最优植物篱带宽度。     

喀斯特裸坡地地下孔(裂)隙流养分流失特征研究

通过人工模拟试验,研究喀斯特坡耕地地下孔(裂)隙流养分流失特征,结果表明:(1)地下产流、产沙量与雨强、地下孔(裂)隙度呈正相关关系,与坡度呈负相关关系。(2)雨强对地下径流流失浓度影响不显著,不同坡度全钾流失浓度随坡度呈波浪型变化,全磷流失浓度在缓坡(5~10°)地上径流流失浓度最大,是陡坡(15°以上)地上磷素淋失浓度的2~3倍,氮素流失浓度呈现出随着坡度增大而逐渐减小的变化趋势,地下径流全钾流失浓度与地下孔(裂)隙之间没有明显的变化趋势。(3)全钾、全磷和全氮流失量与雨强变化均呈指数函数关系,R~2分别为0.718 7,0.817 1,0.849 2;不同坡度条件下,全钾、全磷和全氮流失量随坡度的变化趋势一致,拟合曲线均为线性关系;全钾和全磷与地下孔(裂)隙度均可用指数函数拟合,全氮流失量与地下孔(裂)隙度可用幂函数拟合,地下径流中养分流失以氮素为主。     

护坡植物减缓地表径流效果研究

植物护坡不仅能够有效地防止坡面水土流失、减缓地表径流,而且能够恢复已破坏的植被,美化环境。在介绍护坡植物减缓地表径流作用机理的基础上,选取麦冬、香根草、狗牙根3种植物作为护坡植物进行模拟降雨冲刷试验。结果表明不同植物对降雨径流携带的泥沙等悬浮固体污染物的拦截效果存在一定差异:麦冬坡的SS去除率为63.38%⁷5.70%,香根草坡为58.38%75.70%,香根草坡为58.38%⁶8.11%,狗牙根坡为61.80%68.11%,狗牙根坡为61.80%⁷0.48%,砼坡为30.61%70.48%,砼坡为30.61%³8.73%,3种植物护坡拦截SS效果的大小排序为麦冬>狗牙根>香根草。坡度大小对SS的拦截效果也有一定的影响,坡度越小拦截效果就越好。狗牙根更适宜作为首选的护坡植物。