耕作措施对玉米生长期黄壤坡耕地径流及可溶性有机碳流失的影响

为探明黄壤坡耕地不同耕作措施下径流及可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)迁移途径与流失特征。以顺坡垄作、平作和横坡垄作措施下玉米种植坡耕地为研究对象,采用野外径流小区监测与室内分析相结合的方式,探讨自然降雨条件下坡耕地地表径流、壤中流及其DOC流失特征。结果表明:(1)种植玉米坡耕地径流量及DOC通量均受雨量等级影响显著,随雨量等级增大而增大,且玉米成熟期流失量均最大。(2)地表径流、0-20 cm壤中流和20-40 cm壤中流分别占总径流量的78.98%,9.05%,11.97%,DOC流失通量分别占总通量的74.90%,11.97%,13.13%。(3)横坡垄作DOC流失量显著小于顺坡垄作,横坡垄作径流量分别是平作的0.93倍,是顺坡垄作的0.86倍;横坡垄作DOC通量是平作的0.85倍,是顺坡垄作的0.79倍。雨量等级增加将显著加剧玉米种植坡耕地径流及DOC流失,研究区玉米成熟期径流及DOC流失最为严重,地表径流是坡面径流及DOC流失的主要途径,横坡垄作措施可以有效减少坡面径流及DOC流失。     

玉米成熟期黄壤坡耕地径流及其氮素流失特征研究

以顺坡垄作、平作、横坡垄作坡面为研究对象,研究自然降雨条件下,黄壤坡耕地地表径流、壤中流及其氮素流失特征,以期为研究区氮素流失预测和有效防控提供科学依据。结果表明:自然降雨条件下,玉米成熟期平均地表径流量分别为0—20,20—40cm壤中流量的7.96,8.22倍。不同耕作措施间地表径流量和氮素流失量差异显著,地表径流量和氮素流失量均表现为顺坡垄作平作横坡垄作,顺坡垄作坡面地表径流量分别是平作和横坡垄作的1.20,2.07倍,顺坡垄作坡面氮素流失量分别是平作和横坡垄作的1.35,2.06倍。在0—20,20—40cm壤中流中横坡垄作径流量和氮素流失量则明显高于其他耕作措施坡面,在0—20cm壤中流中横坡垄作氮素流失量分别是顺坡垄作和平作的2.45,1.90倍;在20—40cm壤中流中横坡垄作氮素流失量分别是顺坡垄作和平作的2.34,1.79倍。地表径流为氮素流失的主要途径,可溶态氮为氮素流失的主要形式,占总氮流失量的63.84%～72.61%;硝态氮是坡耕地无机氮流失的主要成分,占总氮流失量的16.47%～59.17%。氮素流失量与径流量和降雨量均呈显著线性正相关关系。研究区自然降雨条件下,横坡垄作能有效减少氮素流失,合理的耕作措施有助于防治研究区水土资源和氮素流失。     

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。     

不同耕作措施对花生结荚期产流产沙过程的影响

为了研究不同耕作措施在花生结荚期时对紫色土区产流产沙过程的影响,通过对顺坡垄作、横坡垄作、穴播、平作这4种耕作措施种植花生以及对照组平坡裸地进行野外模拟降雨试验,得到其径流泥沙特征。利用滑动秩和检验法找出产流产沙过程变异时刻点,对变异时刻点后用Mann-Kendall趋势检验法分析产流产沙过程趋势。结果表明:产流产沙过程变异时刻点后均处于一个较为稳定状态,平坡裸地的稳定径流率、侵蚀率均最大,顺坡垄作次之,然后是平作,再是穴播,横坡垄作最小;而各耕作措施初始产流时间则与稳定径流率和侵蚀率相反。在减流减沙效益方面,相对于平坡裸地,不同耕作措施均表现出减流减沙效果,具体表现为横坡垄作>穴播>平作>顺坡垄作。     

玉米季坡耕地地表糙度的变化特征及其对土壤侵蚀的影响

通过野外模拟降雨试验,研究玉米种植下紫色土坡耕地地表糙度的变化特征,并分析地表糙度对产流产沙的影响.结果表明:随生育时期的推进,地表糙度逐渐衰退,在抽雄期时达到最小,地表糙度平均变幅大小为横坡垄作＞顺坡垄作＞平作,苗期时变化幅度最小,拔节期或抽雄期时最大;玉米长势越好地表产流时间越晚,各生育时期地表产流时间均为顺坡垄作最早,横坡垄作最晚;全生育期内地表径流量呈现先降低后增高的变化趋势,除苗期外横坡垄作产流量均低于平作,总体而言地表糙度对地表径流的影响未达到显著水平;苗期时土壤侵蚀量随地表糙度的增大呈指数递减,而其余3个生长时期均是随地表糙度的增大土壤侵蚀量呈指数或者幂函数递增.     

不同耕作措施下成熟期玉米对径流及侵蚀产沙的影响

采用野外人工模拟降雨的方法,开展不同耕作措施下成熟期玉米对坡面产流及产沙影响的研究。结果表明:不同雨强下,种植玉米各措施径流量和产流强度都要小于相应的对照。在雨强为1.0,2.0mm/min下,平作措施径流量最小;在雨强为1.5mm/min下横坡措施径流量最小;在雨强为1.5mm/min下,平作措施和顺坡措施径流量达最大。在雨强为1.0mm/min下各措施含沙量均最小;在雨强为1.5mm/min下平作措施含沙量达最大;在雨强为2.0mm/min下横坡和顺坡措施含沙量最大。不同雨强下,平作、顺坡耕作、横坡耕作和对照小区产流产沙过程均呈波动变化,平作、顺坡耕作和横坡耕作的产流时间均较对照小区延后。     

不同降雨等级下耕作措施对坡地产流产沙的影响

探明川西丘陵区沙壤土在横坡和顺坡垄作下水土流失特征,可为该区不同降雨等级下的土壤侵蚀有效防控提供依据。本文基于蒲江县朝阳水库的4个坡耕地径流小区连续4年的观测数据,对10°和20°坡度下横坡垄作和顺坡垄作在不同降雨等级下的产流产沙进行统计分析,结果表明:大雨和暴雨是该区发生频次较高的侵蚀性降雨类型,且集中发生于7—8月;小雨和中雨基本不引起土壤侵蚀。各小区径流系数均随降雨等级增加呈增加趋势,顺垄小区的径流系数在暴雨时达到最大,是对应横垄小区的1.33~3.81倍。在同一耕作措施下,10°和20°坡度小区的径流系数相当。含沙量随降雨等级呈先增加后减少的变化趋势,在大暴雨时含沙量达最大,坡度的作用较明显。随着降雨等级的增加,各小区的径流深的离散程度逐渐变小,说明大暴雨和特大暴雨下土壤前期含水量作用不明显,但产沙量呈不规则变化,特大暴雨的产沙量反而小于大暴雨。通过建立产流产沙量和降雨量、降雨历时之间的回归方程可知,径流深的模拟效果较好,但产沙量的模拟效果欠佳。总体来看,坡耕地产流产沙量并没有随降雨等级的增加而增加,特大暴雨下横垄小区的含沙量高于顺垄小区,但产沙量却小于大暴雨时期,说明不同降雨等级下坡耕地产沙作用机制较为复杂。     

玉米生长期坡耕地地表径流及侵蚀产沙特征

为了弄清玉米生长过程中侵蚀动态变化,该文采用人工模拟降雨与微小区相结合的方法,研究了紫色土区不同耕作措施对坡耕地地表径流及侵蚀产沙的影响。结果表明:在雨强1.0 mm/min条件下,平作坡面在种植前径流量最小,横坡垄作坡面在拔节期—抽雄期坡面径流量最小。在雨强1.5 mm/min条件下,横坡垄作坡面在玉米拔节期—抽雄期径流量最小。在雨强2.0 mm/min条件下,横坡垄作坡面在玉米苗期—拔节期坡面径流量最小。在雨强为1 mm/min和1.5 mm/min条件下,不同耕作措施坡面在玉米的抽雄期—成熟期产流时间最短,在雨强为2.0 mm/min条件下,不同耕作措施坡面在苗期—拔节期产流时间最短。这一研究成果可为区域水土流失有效防治提供理论依据。     

大渡河干旱河谷区横垄坡面产流产沙特征及水保效益

为弄清干旱河谷区横垄坡面水土流失特征及水保效益,采用野外调查与室内人工模拟降雨相结合的方法,以坡耕地平作坡面为对照,开展了4种降雨强度(30,60,90,120 mm/h)和4种坡度(10°,15°,20°,25°)条件下横垄坡面产流产沙特征及减流减沙效益。结果表明:(1)横垄坡面产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前,且受坡度影响远小于降雨强度;同等条件下,横垄坡面产流时间滞后平作坡面8.14%~55.60%。(2)随着降雨强度和坡度的增大,横垄坡面产流率和产沙率均表现为增加趋势。(3)坡度与横垄坡面减流减沙效益随降雨强度的增大由正相关关系转变为负相关关系,而降雨强度与横垄坡面减流减沙效益关系复杂,无明显变化规律。降雨强度和坡度对横垄坡面产流产沙过程和减流减沙效益有重要影响,横垄坡面能够延长坡面径流形成时间,有效减少坡面产沙率,但横垄坡面减流减沙作用存在临界条件。研究结果可为区域坡耕地横垄措施合理布设和水土流失有效防控提供数据支撑和理论依据。     

紫色土区坡耕地壤中流磷素流失特征研究

采用人工模拟降雨装置,通过野外径流小区试验,研究紫色土坡耕地玉米生长季磷素流失特征。结果表明:(1)壤中流磷素流失以可溶性磷素流失为主,横坡垄作壤中流磷素流失最多,远远高于其它2种措施。壤中流TP和DTP平均浓度大小依次为:横坡垄作顺坡垄作平作。横坡垄作壤中流TP总量最大是平作和顺坡垄作的3.2倍和3.1倍,其壤中流DTP磷素流失总量也最严重,是平作的3.5倍,顺坡垄作的2.9倍。(2)不同坡度之间壤中流浓度在玉米生育期的苗期和抽雄期呈现出较大差别,坡度越大,地表径流带走的磷素越多,壤中流总磷越小。(3)坡耕地上合理的耕作措施对磷素流失的调控具有一定作用,但有别于其它类型坡耕地,横坡垄作并不是一种综合效益很好的耕作方式,相比而言平作控制水土流失及磷素流失效果更好。     

天然降雨条件下横垄与顺垄坡面产流产沙过程

试验以天然降雨为侵蚀动力,采用标准径流小区法,对比研究了连续型降雨与间歇型降雨条件下横垄与顺垄玉米径流形成和泥沙迁移规律。结果表明:连续型降雨产流过程形态呈"W"或倒"V"形,产沙形态呈"W"或"M"形;顺垄产流与产沙时间长度一致,产流总量和产沙总量分别是横垄的1.66~5.80倍和5.02~5.52倍;顺垄与横垄产流产沙峰值差异显著,仅横垄与雨强存在错峰现象,延后1min。间歇型降雨产流形态为倒"V"形,产沙形态呈倒"V"或"M"形;顺垄产流和产沙总量分别是横垄的1.83倍和2.32倍;首次产流量占总量的70%以上,产沙量占总量的94%~100%,且横垄和顺垄与雨强均存在错峰现象,顺垄产流和产沙量较雨强延后1~4min,横垄延后1min;除首次产流外,其余产流产沙过程时间较短均无错峰现象。天然降雨条件下,横垄与顺垄产流产沙过程较为复杂,研究结果可为区域坡地水土流失防治及水土资源管理利用提供理论依据。     

玉米季横垄坡面土壤剥蚀率与径流含沙量关系

为明确玉米全生育期横垄坡面土壤剥蚀率与径流含沙量之间的关系,以川中丘陵紫色土区坡耕地为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,开展玉米全生育期土壤剥蚀率和径流含沙量变化特征研究,并分析土壤剥蚀率与径流含沙量之间的关系。结果表明:(1)玉米全生育期土壤剥蚀率随降雨强度的增大而增大,2.0mm/min降雨强度条件下土壤剥蚀率分别为1.5,1.0mm/min降雨强度条件下的1.87,4.59倍;同一降雨强度条件下,土壤剥蚀率在玉米生长过程中先降低后增加,苗期显著高于其他生育期。(2)不同降雨强度条件下,产沙量随玉米生育期的推进先降低后增加,苗期最大(306.6g),抽雄期最小(64.6g);除玉米抽雄期外,其他各生育期产沙量随降雨强度的增大逐渐增加,且苗期和拔节期产沙量在降雨强度间差异显著;玉米各生育期径流含沙量在降雨过程中呈波动变化的趋势,降雨强度越大,其波动幅度越强。(3)玉米全生育期土壤剥蚀率与径流含沙量呈幂函数关系,且两者间达到极显著水平。研究结果可为揭示紫色土区坡耕地水蚀机理和区域水蚀预测预报模型构建提供理论依据。     

玉米季横垄坡面细沟侵蚀特征及其影响因素

通过野外人工模拟降雨试验,开展玉米不同生长期紫色土坡耕地细沟侵蚀特征研究,并分析玉米叶面积、雨强对细沟侵蚀过程的影响。结果表明:随玉米生长期推进,坡面产流时间、跌坎及细沟出现时间总体呈先增加后减少的趋势。苗期、拔节期跌坎与细沟出现的平均间隔时间分别为10′59″和15′30″,抽雄期、成熟期跌坎与细沟出现的平均间隔时间分别为20′16″和18′58″,玉米苗期坡耕地更易产生细沟侵蚀。苗期细沟形态发育完整,2.0 mm min-1雨强条件下,苗期最长细沟的长、宽、深分别为77.62、6.25和4.04 cm。随玉米生长期推进,细沟侵蚀阶段产流量表现为苗期拔节期成熟期抽雄期,苗期和抽雄期细沟侵蚀阶段产流量分别占玉米季径流总量的30.97%和19.01%,玉米各生长期细沟侵蚀阶段产流率均随降雨时间的推移呈波动上升。细沟侵蚀阶段产沙量表现为苗期拔节期成熟期抽雄期,苗期细沟侵蚀阶段产沙量显著高于其他生长期,玉米各生长期细沟侵蚀产沙率均随降雨时间呈波动变化。玉米季坡耕地细沟侵蚀产流量与雨强呈极显著正相关,产沙量与玉米叶面积指数呈显著负相关,产流率、产沙率与叶面积指数和雨强的回归方程均达极显著水平。     

细沟侵蚀阶段玉米季坡耕地氮素流失特征

研究紫色土区坡耕地玉米全生育期细沟侵蚀阶段水土及氮素流失规律,以期为研究区氮素流失有效防控提供科学依据。采用人工模拟降雨与野外径流小区相结合的方法,开展降雨强度为1.5mm/min条件下玉米全生育期细沟侵蚀阶段地表径流、壤中流和侵蚀泥沙中氮素流失特征的研究。结果表明:细沟侵蚀阶段,玉米各生育期地表径流量、壤中流量和侵蚀产沙量总体表现为随降雨时间延长呈先增加后平稳的变化趋势。地表径流中总氮、可溶性总氮、硝态氮和侵蚀泥沙中总氮流失量总体呈现先增加后平稳的趋势,而地表径流中铵态氮流失量变化趋势在降雨前期呈现波动性变化,降雨后期逐渐平稳。壤中流中总氮、可溶性总氮、硝态氮、铵态氮流失量则随着降雨时间延长呈现平稳的变化趋势。细沟侵蚀阶段地表径流中氮素流失总量在玉米苗期最大,为628.77mg/m2;壤中流中氮素流失总量在拔节期和抽雄期最大;侵蚀泥沙中氮素流失总量在苗期最大,为144.95mg/m2。壤中流为氮素流失主要途径,硝态氮为氮素流失主要形态。     

横垄坡面地表糙度的变化特征及其对片蚀的响应

为揭示地表糙度的片蚀效应,采用野外人工模拟降雨,研究了横垄坡面地表糙度在玉米不同生育期的变化特征,并分析了地表糙度的变化对片蚀过程的响应特征。结果表明:1.0mm/min降雨强度条件,随着玉米生育期的推进,地表糙度呈先增加后降低的变化趋势,且在玉米苗期增幅最大,在成熟期降幅最大。1.5,2.0mm/min降雨强度条件,随着玉米生育期的推进,地表糙度呈先降低后增加的变化趋势,且玉米苗期—拔节期地表糙度变幅却最大。降雨强度1.0mm/min条件下,随着玉米生育期的推进,地表糙度的变化与径流量变化同步,均呈先减小、后增加、再减小的变化趋势。降雨强度1.5,2.0mm/min条件下,在玉米苗期—拔节期—抽雄期,地表糙度与径流量呈同步的变化,而在抽雄期—成熟期,地表糙度呈减少的变化趋势,而地表径流量却呈增加的变化。不同降雨强度条件下,在玉米苗期和拔节期,地表糙度的变化与产沙强度呈同步变化;在抽雄期和成熟期,两者间表现出相反的变化趋势。玉米拔节期,地表糙度变幅与径流量呈极显著负相关关系,抽雄期地表糙度变幅却与径流量呈极显著正相关关系;玉米苗期、拔节期和成熟期,地表糙度变幅与侵蚀产沙量呈显著或极显著正相关关系,玉米抽雄期,地表糙度变幅却与侵蚀产沙量呈极显著负相关关系。研究结果为揭示地表糙度在片蚀作用下的本质特征和坡耕地水土流失有效防控提供理论和技术支撑。