农业耕作措施对坡耕地面源污染物拦截的影响

采用农田小区实地监测法,选择3种耕作措施(免耕处理S1,横坡垄作处理S2,免耕+PAM土壤调节剂处理S3)对土壤面源污染物N、P的拦截作用进行了研究。结果表明:S3处理较S1处理全年径流量和泥沙量降低了42%、47%,S3处理较S1处理全年N、P流失量降低了35%、58%,S2处理较S1处理全年N、P流失降低15%、29%。说明横坡垄作具有很好拦截径流和泥沙的作用,有效降低泥沙中携带的养分含量。同时也表明了PAM在N、P流失过程中起到的吸附作用较明显。     

砒砂岩地区沙棘“柔性坝”拦沙与生态效应试验研究

沙棘植物“柔性坝”是一种防止沟道土壤侵蚀、拦沙保水的新型生物工程,尤其适合生态环境恶劣的砒砂岩地区。在内蒙古砒砂岩地区鄂尔多斯市准格尔旗东一支沟开展了沙棘植物“柔性坝”野外拦沙保水实验,泥沙颗粒级配分析结果表明,沟道“柔性坝”坝系普遍发生了淤积,与下游刚性谷坊配套使用可天然分选沟道里的泥沙——拦粗淤细,将粗沙拦截在沟道里,细沙淤在下游谷坊中,拦沙效果非常明显。“柔性坝”沟道土壤水分监测表明,沙棘植物“柔性坝”沟道土壤剖面含水量年内动态变化有着明显的差异,“柔性坝”可显著调节沟道土壤水分,提高水源涵养能力,促进“柔性坝”自我繁殖,实现坝体的自我增长。     

发生泥石流时缝隙坝的拦沙机理

通过试验和实地考察,证实了钢管透水型防沙坝具有拦截泥沙作用.同时,通过试验模型、实地调查也进行了缝隙坝对冲刷泥沙调节效果的研究.但混凝土缝隙坝对泥石流拦截作用尚未做过系统的调查研究.缝隙坝发挥拦截泥沙作用主要取决于坝堤回水是否导致泥石流前端不能到达坝址处就停止,而在退水期,堆积在坝堤近旁的细粒泥沙流出后,总体上不能拦截泥石流等问题.这将是决定能否在有泥石流危险的溪流处设置缝隙坝的首要问题.因此,设想在泥石流危险河段中间、出口、泥石流冲积扇上端改变行洪坡度来观察缝隙坝对泥石流、泥沙流、冲刷流的泥沙拦截作用.     

关于聚丙烯酰胺和秸秆覆盖控制水土流失的研究

为了确定聚丙烯酰胺 (PAM )和秸秆覆盖结合使用控制水土流失的效果 ,美国土壤学家R .D .Lentz等人做了此项对比试验。试验设 5个处理 ,每个处理进行 5次灌溉。与对照相比 ,5个处理在 5次灌溉中减少侵蚀程度均达 6 4 %～ 10 0 %。其结论为 :只需提高入渗率 ,而不考虑控制侵蚀时 ,可采取高秸杆覆盖量或较小的灌溉水入流量。若为了控制侵蚀 ,而不考虑入渗时 ,可采取低秸杆覆盖量。秸秆覆盖量 +PAM处理在增加入渗方面比秸杆覆盖处理作用显著。为减少灌溉费用 ,可在灌溉 1～ 2次后 ,停止施用PAM ,且取得同样控制侵蚀效果。在秸秆覆盖量 +PAM处理中 ,当秸秆覆盖量超过 10 g/m时 ,控制侵蚀的作用不显著。因此 ,秸秆覆盖量 +PAM方案中的秸秆覆盖量取秸秆覆盖处理的 1/ 3时 ,即能达到同样的减蚀目的。     

赣南水土保持植物措施和工程措施防控效应研究

水土流失不仅会造成江河湖库泥沙淤积,而且是面源污染的重要来源。水土保持植物措施和工程措施对水土流失及面源污染具有防控效果。通过径流小区的定位观测试验,定量研究了水平竹节沟、水平台地、前埂后沟与乔灌草、植物篱、梯壁植草等水土保持工程、植物措施的综合防控效应。2010-2012年的试验结果表明:相对于荒地,乔+灌+草+水平竹节沟、油茶+水平竹节沟、油茶+植物篱、脐橙+水平台地+梯壁植草的减流率分别为68.86%、84.05%、35.59%、78.35%,减沙率分别为76.47%、81.96%、26.28%、79.66%,总氮拦截率为49.75%~61.91%,总磷拦截率在98%以上。     

植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响

为探究植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响,该研究以三峡库区紫色土为研究对象,在3种坡面条件下（裸坡对照组CK、植物篱组P和仅地下根系组R）以不同降雨强度（60、90 mm/h）进行人工模拟降雨试验。结果表明：与CK相比,R坡面条件下侵蚀泥沙中黏粒和粉粒含量减少了0.25%～5.48%,而P坡面条件侵蚀泥沙中砂粒含量减少了30.75%～47.28%。CK坡面条件下,泥沙分选现象主要出现在降雨前期,R坡面条件只影响降雨初期的泥沙分选,而P坡面条件对降雨全程均具有分选拦截砂粒的作用,但分选拦截效果随降雨时间的增加而渐趋稳定。R坡面条件下更多团聚体被雨滴击打破碎而分散为单粒,而P坡面条件则使更多细颗粒聚集形成团聚体,但松散的团聚体在降雨中后期倾向于分散为单粒。该研究结果可深入理解植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙分选的影响,并为区域土壤侵蚀模型构建和水土资源高效利用提供科学依据和数据支持。     

基于流域泥沙指纹图谱技术的小区径流试验

土壤指纹图谱技术已广泛应用于流域泥沙主要来源的研究中,但尚未用于小区径流试验中。为更好的理解管理措施与泥沙动力学的关系,美国水保科研人员利用引进泥沙指纹图谱技术研究小区泥沙,以明确引进对径流泥沙的相对贡献。研究表明,小区泥沙和引进泥沙与径流泥沙呈线性关系,有引进泥沙时,从小区剥离的泥沙平均占径流泥沙的20.5%,植物渠拦截泥沙效率超过90%,小区泥沙百分率对泥沙拦截效率影响较小。耕地是泥沙的主要来源,径流携带泥沙量要大于冲蚀泥沙量。在土壤侵蚀过程中,溅蚀是侵蚀的重要方面,不受坡面流影响。     

PAM对河套灌区盐渍土物理性状及水分蒸发影响的初步研究

通过室内试验,采用混合拌施的方法研究聚丙烯酰胺(PAM)对河套灌区非盐渍土、轻度及中度盐渍土基本物理性状及水分蒸发的影响,并评估轻度及中度盐渍土施用PAM在改善土壤物理性状及抑制土壤水分蒸发方面的作用效果。结果表明,经PAM处理后3种土的团聚体含量均高于对照并且随PAM浓度的加大其含量也呈上升趋势。同时,混施PAM后有效降低了3种土的容重,增大了孔隙度及毛管孔隙度,减少了3种土的水分蒸发,但并不是添加PAM的浓度越大越好。结果同时表明土壤中盐分的存在及含量会影响PAM对土壤物理性状及水分蒸发的作用效应。适量的盐分可以促进PAM与土壤颗粒的吸附行为,从而增强PAM对土壤的作用效应,但若盐分含量过多,则有可能削弱这种效果。     

三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征研究

为探讨三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征,采用标准径流小区对重庆市涪陵区珍溪镇王家沟小流域常规耕作方式(顺坡耕作)以及水土保持耕作方式(常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂、免耕+顺坡种植+稻草覆盖、常规顺坡耕作+植物篱、免耕+横坡垄作、常规横坡耕作)下土壤氮素和磷素的流失量及形态特征进行分析。结果表明:(1)就旱坡地土壤氮素的流失特征而言,径流中氮素的流失量相对较小,最大值仅为53.63mg/m2;而泥沙中所携带的氮素流失量相对较大,其最大值达131.25mg/m2;整个观测期内,氮素的流失主要以颗粒态为主,颗粒态氮的流失量占总氮流失量的53.0%～62.0%。(2)就旱坡地土壤磷素的流失特征而言,各处理径流中磷素的总体规律基本表现为:常规顺坡耕作>常规横坡耕作>免耕+顺坡种植+稻草覆盖>常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂>免耕+横坡垄作>常规顺坡耕作+植物篱;泥沙中所携带的磷素流失量相对于径流中的磷素流失量而言较大,最大值为58.14mg/m2;整个观测期内,颗粒态总磷流失量为水溶态总磷流失量的1.75～2.15倍,流失方式同样以颗粒态为主。总体而言,水土保持耕作方式下的氮磷流失量均小于常规耕作处理,能有效减少径流及泥沙中各形态氮磷的流失。     

黄河泥沙充填复垦中土工布排水拦沙效果的模拟试验

为验证土工布用于加速引黄河泥沙充填采煤沉陷地的后期侧向排水及降低排水中泥沙含量的效果,在室内进行了基于土工布的泥沙充填排水模拟试验。该试验在玻璃槽内完成,设计3个试验处理,分别为ZT-250(整个断面开口+铁丝网+ZW-250土工布)、ZT-300(整个断面开口+铁丝网+ZW-300土工布)以及CK(断面中间部分开口+可调节高度的塑料板)。测定了3个处理的排水含沙量及泥沙粒径、玻璃槽内表层泥沙粒径以及充填表层和底层泥沙含水率随时间的变化。结果表明:1)3种处理排水含沙量整体差异较小,但使用土工布处理的排水含沙量随时间的延长逐渐降低,而对照处理排水含沙量随时间的延长逐渐增大;2)排水初期和中期,对照CK的排水中泥沙的黏粒含量均高于使用土工布的2个处理。排水后期CK的黏粒含量介于处理ZT-250和ZT-300之间。随着试验的进行,使用土工布的2个处理排水中泥沙的黏粒含量逐渐升高,粉粒含量逐渐降低,而对照处理呈现相反的变化趋势。使用土工布的2个处理拦沙效果较为稳定。3)3种处理充填表层泥沙粒径级配无明显差异,但使用土工布处理充填的表层泥沙的极细砂粒含量较高。4)3种处理充填泥沙表层和底层含水率变化存在差异,使用土工布可以加速泥沙中过饱和水的排除,其中处理ZT-250排水效果最好。该研究可为中国东部高潜水位平原矿区采煤沉陷地引黄河泥沙充填复垦的快速排水工艺革新提供依据。     

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。     

两种复配改良剂对钒污染土壤的改良效果

选用聚丙烯酰胺(PAM)),海泡石,堆肥污泥作为土壤改良剂进行复配得到2种复配改良剂(1:0.02%PAM+1%海泡石+1%堆肥污泥;2:0.1%PAM+1%堆肥污泥),采用蔊菜作为指示植物进行盆栽实验,并测定植物株高、生物量干重以及植物组织中钒(V)、铬(Cr)的浓度,研究两种复配改良剂对钒污染土壤的改良效果。结果表明,两种复配改良剂均能促进植物生长,蔊菜生物量干重提高了14.75~22.18倍,而且两种复配改良剂均可降低植物组织中V/Cr浓度和植物对V/Cr的转移系数。两种复配改良剂处理后污染土壤有机质含量提高了75%以上,污染土壤碱解氮含量提高了23.44%~32.74%,污染土壤阳离子交换量提高了10.98%~37.06%。因此,两种复配改良剂均可作为重金属污染土壤的改良剂,使得改良后的土壤既适于植物生长又能降低植物组织中重金属含量。     

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。     

透水型谷坊坝拦截泥石流形态数学模拟

在对透水型谷坊坝进行评价与修改和新设计时,必须把握泥沙移动形态。然而,其有效方法是用数学模拟。对泥石流的模拟试验,多数采用频分多路复用法(FDM);少数用数字地形模型(DEM)进行计算。但不同程度存在计算难度。2009年日本学者丹羽论等人依据浅水流方程在二维平面,用有限元素法对透水型谷坊坝进行了泥石流的模拟试验。以基准面和水面海拔之差作为连续式的未知量,对泥石流区域流动的稳定性进行计算。分析结果表明,此法适用在透水型谷坊坝周边泥石流泥沙堆积的模拟。能在定量上对透水型谷坊坝的进行评价与分析。今后,有待于提高在移动边界附近的计算精度的研究和输送泥沙质量浓度等评价进行预测。     

不同覆盖措施对陡坡控制侵蚀与建立植被的影响

建筑工地及其周边地区的水土流失和泥沙污染是在施工过程中由于土地扰动而导致未受保护的土壤面积增加的结果。以5个建筑工地为例,比较单一秸秆或秸秆+聚丙稀酰胺(PAM)在陡坡地上施用,评估不同类型的有机覆盖物在防治土壤侵蚀和植草方面的效果,在降雨后收集并计算径流、浑浊度、侵蚀泥沙和养分浓度等数据,同时评估陡坡上草的生长情况和覆盖度。     

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。     

吸附剂改良过滤袋在农田排水渠中的应用

农田的地表径流中常含有较高的养分和农药残留,特别是春耕后或施用农药后产生的径流中沉积物更多。在植草护坡水渠中放置混合肥料过滤袋可有效拦截径流中的泥沙,但这种过滤袋对化学物质的截留作用不明显。因此,研究人员尝试在填充树皮和木屑的过滤袋中添加适量的吸附剂来研究其对排水渠中泥沙和养分的拦截效果。     

关于河岸缓冲带拦截泥沙和养分效果的研究

河岸缓冲带被广泛地应用于拦截农地中流失的非点源污染物质。美国学者K.H.Lee等人通过设置田间试验对复合缓冲带在天然降雨条件下从农地上拦截氮、磷和泥沙的能力进行了研究。实验结果表明,设置7.1m宽的柳枝稷缓冲带拦截了径流中95％的泥沙、80％的总氮、62％的硝基氮、78％的总磷和58％的PO4-P。设置16.3 m宽的柳枝稷/林木复合缓冲带拦截了径流中97％的泥沙、94％的总氮、85％的硝基氮、91％的总磷和80％的PO4-P。缓冲带的拦截能力与降雨强度和总降雨量呈显著的负相关关系。虽然7.1 m宽的柳枝稷缓冲带在拦截营养物质方面的效果较好,但若其加宽到16.3 m的柳枝稷/林木复合的缓冲带拦截可溶解营养物质的效力将增加20％。运用浓密的、本地的暖季草与木本植物相结合的缓冲带,拦截非点源污染物质的效力将更高。     

PAM控制土壤风蚀的风洞实验研究

风蚀是我国干旱、半干旱地区土壤退化的主要影响因素。本实验采用室内风洞实验,研究了不同PAM处理对土壤的风蚀控制效果。实验土壤分别是黏粒含量为28.0%的壤土和黏粒含量为15.2%的砂壤土,实验条件为固定风速14 m/s、固定吹角5°。研究表明,对土壤表层覆盖PAM可以增加土壤的抗风蚀能力,有效地减少土壤风蚀,增加PAM使用量可以进一步增加土壤的抗风蚀能力,即4 g/m2PAM用量的效果要好于2 g/m2PAM的用量;前期累积在土壤中的PAM不能明显增加土壤抗风蚀的能力;在水分和PAM的共同作用下,黏粒含量高的土壤的抗风蚀能力要强于黏粒含量低的土壤。     

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。