基于过程监测的典型小流域径流氮磷含量变化特征分析

以沂蒙山区沂河上游典型小流域——孟良崮小流域为研究对象,利用野外原位定点连续监测试验,获取2010年7月至10月基流状态与降雨条件下的水质与水文过程数据,分析径流不同形态氮、磷含量变化特征。结果表明,在整个监测过程中,总氮（TN）和硝态氮（DNN）的含量均表现为跳跃式变化,铵态氮（DHN）呈波动性变化,次降雨后增加明显;TN的含量普遍高于2mg.L-1,其中DNN占TN的比例均大于50%,DHN所占比例不足7%。总磷（TP）和磷酸盐磷（PO34--P）的含量次降雨出现后均有所增加,且在汛期后基流状态下有明显增加趋势,TP的含量最小值为0.031mg.L-1,其中PO34--P所占比例为6.341%～91.904%。径流中颗粒态氮（PN）和颗粒态磷（PP）的含量在次降雨过程中均表现为短时间内在径流量峰值后达到最大,之后迅速降低,且PN和PP的含量与泥沙含量呈显著正相关。     

红壤坡耕地地表径流与壤中流氮磷流失比较

采用人工模拟降雨试验研究了红壤坡耕地典型旱作模式(花生常规种植)的土壤在地表径流和壤中流中所产生的氮、磷流失特征差异。结果表明:(1)壤中流和地表径流产流特征差异显著,壤中流产流时间滞后于地表径流,但产流时间长、产流量大,壤中流产流量占总径流量52.26%~67.19%,是红壤坡耕地重要的径流形式。(2)壤中流与地表径流氮、磷流失特征具有较大差异,地表径流养分输出浓度表现为降雨初期较高而后逐渐趋于稳定的特征,壤中流养分浓度在整个径流过程中保持相对稳定。(3)壤中流总氮、硝态氮含量是地表径流相应养分含量的5.97~22.19,7.82~42.57倍。壤中流的氮素输出以硝态氮为主,铵态氮较少,其硝态氮浓度是铵态氮的5.73倍以上。壤中流在红壤坡耕地降雨径流中占有相当份额,壤中流中流失的养分不容忽视。     

合肥市城区流失水土污染特征研究

利用降雨一径流过程中的采样与监测,研究道路面、草坪地和灌丛地径流中固体颗粒物、氮、磷等污染物浓度的变化特征.结果表明,城区降雨径流中初期污染物浓度明显高于后期,但不同下垫面上径流污染物变化规律有所差异.道路面径流污染物(SS,N,P)浓度在初期很高且下降幅度很大,末期则较低且趋于稳定;草坪地和灌丛绿地径流污染物从初期到末期基本呈平稳下降趋势.试验结果还表明,城区径流中输出的磷污染物以颗粒态为主,颗粒吸附态磷(PP)达到70%以上;氮污染物中颗粒态明显低些,但颗粒吸附态氮(PN)在40%～60%.     

不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失

通过对川中丘陵区几次暴雨过程氮、磷流失的观测与分析,研究了不同降雨侵蚀力条件下的紫色土坡耕地的养分流失特征。结果表明在产流初始阶段,氮、磷流失严重,径流中养分输出浓度比较高,总氮最大可达8.0 mg/L左右,总磷在1.9 mg/L左右;坡耕地养分流失与土壤侵蚀的关系密切,氮、磷迁移以泥沙吸附态迁移为主,径流中的颗粒态氮、磷含量随降雨侵蚀力增大而增大,而溶解态氮、磷含量与降雨侵蚀力无明显相关。     

前期土壤含水量对粘性红壤产流产沙及溶质运移的影响

采用针头式降雨器对零坡度、短坡长、不透水底层的红壤土体进行人工模拟降雨试验,在消除坡度坡长影响模拟南方蓄满产流条件下,研究前期土壤含水量对红壤产流、产沙及溶质运移机制的影响。结果表明:前期土壤含水量为20%时,红壤黏结力最大且结构最稳定,初始产流时间延续最长,入渗水量最多,径流总量最少,泥沙流失量少,形成蓄满产流条件;前期含水量为饱和时,则反之。径流中溴离子流失量和流失率随着前期土壤含水量的变化而变化,其数量大小顺序为20%10%2%;磷的流失总量,无论是溶解态磷(DP)还是颗粒态磷,流失总量大小依次为饱和20%10%2%。     

红壤缓坡地径流与土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响

探明坡面径流和土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响,对于研究土壤有机碳固定和区域碳循环有重要作用。该文通过野外径流小区模拟降雨试验研究不同雨强(30~100 mm/h)和耕作条件下(翻耕和免耕)土壤有机碳流失过程及其与坡面径流和土壤可蚀性的关系。结果表明,坡面产流过程对泥沙态有机碳流失过程具有明显影响,除大雨强条件下泥沙态有机碳流失速率在10~30 min呈现短时间峰值外,各径流小区泥沙态有机碳流失过程与坡面产流过程总体变化趋势基本一致,均表现为产流开始后,其流失率随降雨历时延长而增加,而后逐步趋于平稳,但坡面产流过程对径流有机碳流失过程无明显影响;坡面径流率大小影响土壤有机碳流失,坡面径流率变化能解释80%土壤有机碳流失的变化,坡面径流率与土壤有机碳流失呈线性正相关关系,且坡面径流率对泥沙态有机碳流失的影响比其对径流有机碳流失的影响更明显;土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响是非线性的,且土壤可蚀性指标越大,土壤有机碳流失率越大,但土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响存在有限性。坡面径流和土壤可蚀性是土壤有机碳流失的重要影响因素。     

赣北第四纪红壤坡耕地水土及氮磷流失特征

坡耕地水土及养分流失严重,该研究于2011年利用赣北第四纪红壤区野外径流小区定位观测试验数据,分析坡耕地水土及氮、磷、有机质流失特征。结果表明：地表产流产沙为裸露地最高、顺坡耕作和顺坡+植物篱次之,横坡耕作最小,横坡耕作比顺坡耕作减少径流62.71%、减少土壤侵蚀82.9%;坡耕地径流携带的可溶性氮、铵氮、硝态氮、可溶性磷的流失量都表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地泥沙携带的全氮、全磷、碱解氮、速效磷的流失量表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地可溶性氮中以有机氮流失为主,无机氮中以铵氮流失为主,泥沙中磷的流失主要以泥沙结合态流失。该研究可为坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。     

滇池流域典型城郊降雨径流污染特征与排放过程

选择滇池流域典型城郊代表性的两个功能区——居民生活区和居民生活-集市混合区进行降雨径流监测,分析降雨径流污染特征及排放过程。结果表明,降雨地表径流中总氮浓度在2.18～29.40 mg·L-1,总磷浓度在0.18～3.90 mg·L-1,氨态氮浓度在0.87～18.48 mg·L-1,硝态氮浓度在0.02～3.64 mg·L-1, CODCr浓度在22.51～362.92 mg·L-1, TSS浓度在7.00～882.00 mg·L-1之间。降雨地表径流污染物浓度高于地表水Ⅴ类水环境质量标准。降雨径流中氮的主要污染物是氨态氮、颗粒态氮和溶解有机态氮,磷的主要污染物以颗粒态磷和PO3-4-P为主。降雨径流污染物浓度随降雨时间发生变化,开始产生径流时污染物浓度较高,之后随着雨强的平衡而趋于下降。降雨径流各污染物浓度是居民生活-集市混合区大于居民生活区,居民生活区径流大于屋面径流;次降雨径流污染物平均浓度（EMC）为居民生活-集市混合区普遍高于居民生活区。居民生活-集市混合区降雨径流EMC变化表现出更大的随机性。     

不同施肥方式对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解不同施肥方式对黑土区坡面养分流失的影响,探寻不同施肥方式对黑土坡面养分流失的规律,试验采用室内人工模拟降雨的方法,系统研究了表面喷施和混施2种施肥方法对5种不同容重下的黑土坡面养分流失的影响。试验结果表明:表层喷施和混施对黑土坡面产流过程没有明显影响,2种施肥方法下,坡面径流强度变化情况基本一致,累计径流量也均随着降雨历时的延长呈线性增长关系。施肥方法对径流中氮磷钾浓度变化却有着极显著的影响。不论土壤容重增大或变小,在产流初期,表层喷施处理下的溶质浓度远高于对应的混施处理,表层喷施坡面径流中硝态氮、可溶性磷和钾离子初始产流浓度分别为对应混施处理的2.6~3.2倍,2.1~2.6倍和1.7~2.1倍。从养分流失总量来看,在相同容重条件下硝态氮、可溶性磷、速效钾流失量在表层喷施条件下分别是混施的9~11倍,7~10倍和3~6倍,并随着土壤容重增加,表层喷施与混施两种施肥方法下的硝态氮和钾离子的流失量差距缩小,而磷离子流失量差距则有所增大。当土壤容重小于1.2g/cm3时,表层喷施幂函数拟合系数要高于混施,当坡面土壤容重大于等于1.2g/cm3时,混施拟合系数高于表层喷施。     

江汉平原棉田地表径流氮磷养分流失规律

2008年和2009年连续2年设置田间试验,采用径流池收集对照与农民习惯施肥2种处理的地表径流,研究江汉平原区棉花种植模式下地表径流产生规律,氮、磷流失规律,肥料氮、磷流失系数及其影响因素。结果表明,江汉平原地区地表径流主要发生在3-8月降雨比较集中的时期,径流产生量随产流时段降雨量的增加而增加,年降雨产流系数平均为26.0%。2008年和2009年农民习惯施肥处理的氮流失量分别是36.14,89.52kg/hm2,磷流失量分别是0.42,10.07kg/hm2,氮、磷流失量的年际间差异较大。氮流失的主要形态是硝态氮,其2008年和2009年的流失量分别占氮流失量的92.8%和64.2%,其次是颗粒态氮,以铵态氮形式流失的只是极小一部分;磷主要以颗粒态磷形式流失,其次是可溶性磷,尤其在产流时段降雨量大的年份,颗粒态磷的流失量占到总磷的90%以上。综合2008-2009年的结果,肥料氮、磷的流失率分别为5.4%和3.1%。氮、磷的流失量主要受施肥、产流时段降雨量和作物覆盖率影响,施肥导致氮、磷养分流失量增加,产流时段降雨量越大,作物覆盖率越低,则氮、磷养分流失量越大。     

沂蒙山区不同强降雨下土壤的氮素流失特征分析

为探讨不同自然强降雨氮素流失特征,实地观测沂蒙山区孟良崮小流域2010年汛期的降雨与径流过程,选取暴雨(汛期首场强降雨)、大雨(土壤水分相对饱和强降雨)和大暴雨(年最大雨强降雨)3场不同典型强降雨,分析降雨径流及氮素流失特征。结果表明,在首场暴雨条件下,除颗粒态氮外,其他形态氮含量在整个降雨过程中均呈现增加趋势;在大雨过程中,总氮含量在径流峰值前达到峰值,溶解态氮和硝态氮含量在径流峰值后达到峰值,并趋于稳定;在大暴雨条件下,总氮和颗粒态氮含量在径流峰值前浓度陡增到最大后迅速降低。总氮与颗粒态氮的流量加权质量浓度表现为大雨<暴雨<大暴雨,溶解态氮流失浓度百分比介于49.9265%～85.292%,且硝态氮在溶解态氮中占主导地位。不同形态氮和泥沙的平均流失率随着降雨强度的增强而增加,均表现为大暴雨>暴雨>大雨。该研究为沂蒙山区小流域水环境保护和非点源污染治理提供依据。     

不同下垫面太行山片麻岩坡面水土及养分流失规律研究

通过室内人工模拟降雨的方法,对太行山片麻岩不同下垫面(压实、耕作、施肥)泥沙侵蚀和水土流失特征进行了研究。结果表明:与压实坡面相比,耕作坡面产流时间延长了18%,施肥坡面产流时间缩短了15%;经过扰动的坡面水土流失严重,与压实坡面相比,耕作和施肥坡面径流量分别增加了49%和55%;压实坡面产沙量为127.85g,比耕作坡面产沙量增加了10%,而施肥坡面产沙量减少了30%。坡面土壤氮磷钾养分流失主要以泥沙结合态为主,其中磷钾最为明显,泥沙结合态流失量均占到总量的90%以上,氮素流失是以泥沙态氮和溶解态氮共存;养分流失量与产沙量的相关系数均达0.9以上。     

翻耕与压实对坡地土壤溶质迁移过程的影响

采用田间模拟降雨试验方法,研究地表翻耕与压实处理对坡地产流产沙及溶质迁移特征的影响。结果表明：与压实处理比较,翻耕坡地初始产流时间延长近3倍,降雨向土壤水转化率提高10％以上,产沙量增加67％;翻耕处理明显降低溶解态磷（DP）和泥沙浸提态磷（SEP）的流失量,但磷素流失形态（DP与SEP的比值）并未显著变化,始终以颗粒态形式流失为主;翻耕处理显著改变了溴的流失形态,溶解态溴（Br）与泥沙浸提态溴（SBr）流失量比值减少了72％;翻耕处理提高了溴（或硝态氮）的淋失概率,增大污染地下水体的潜在危险。因此,合理配置坡地免耕或翻耕措施,有机结合其他农艺耕作措施,对减少坡地水土及养分流失具有重要实践意义。     

横坡耕作与优化施肥对缓坡地氮磷流失特征和土壤肥力的影响

[目的] 分析在优化施肥和采取横坡耕作条件下,缓坡耕地的氮磷流失特征和土壤肥力变化,为减少氮磷流失,控制面源防治提供依据,为保护耕地资源、保持土壤肥力质量提供参考。[方法] 以云南省山地丘陵区缓坡地为研究对象,在自然降雨条件下,采用建立地表径流监测小区的方法,设置顺坡耕作+常规施肥;横坡耕作+常规施肥;横坡耕作+优化施肥3种处理,对2019年1月至2021年12月不同耕作与施肥方式下氮、磷流失特征进行了连续监测,采用灰色关联法分析土壤肥力质量。[结果] 氮、磷流失量与降雨量、径流量间存在极显著(p＜0.01)线性相关关系,横坡耕作相比于顺坡耕作可以减少20.46%～40.74%的地表径流,19.12%～33.71%的总氮流失量,33.33%～60.08%的总磷流失量;优化施肥相比于常规施肥可以减少1.20%～51.71%的总氮流失量;各土壤肥力因子除硝态氮和有机质含量减少外,其他均表现为不同程度的提高;各处理下的灰色关联度均表现为不同程度的提高,横坡耕作、优化施肥处理下灰色关联度提高显著(p＜0.05),提高幅度达26.63%。[结论] 横坡耕作对于拦截地表径流和减少氮、磷流失具有良好的效果。采用横坡耕作+优化施肥处理对于提高土壤肥力水平以及减少氮、磷流失量效果最优。     

不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失规律的研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究不同土地利用方式片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子地、草地坡面产沙量产流量远小于裸地产沙产流量;不同土地利用方式片麻岩坡面产流产沙变化过程不同,草地、谷子地达到稳定产流的时间滞后于裸地。3种土地利用方式坡面养分流失随时间的变化过程基本相同,降雨起始各种养分浓度较高,随着时间的持续,养分流失浓度趋于稳定。不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失量表现为钾流失总量 > 氮流失总量 > 磷流失总量,养分流失总量与产沙产流之间有着极显著的正相关性,裸地养分流失量最大,其次是谷子地,草地的养分流失量最小,但是径流中硝态氮含量和泥沙总磷量谷子地流失量最大,裸地次之,草地最小。3种土地利用方式片麻岩坡面磷钾流失主要是泥沙态养分,氮素流失主要以溶解态氮为主或者二者共同作用。     

施磷对太湖流域水稻田磷素径流流失形态的影响

基于整个水稻生长期内天然降雨径流的田间试验,研究不同施磷水平(0,30,75,150kg/hm2)对水稻田径流磷素的组成形态及损失量的影响。结果表明,不同施磷量在水稻生长初期,对径流中不同形态磷浓度的影响较大,且随着施磷量的增加,不同形态磷的浓度都在增加,但增加幅度最大的是溶解态总磷(DP)和溶解态无机磷(DIP)浓度,即DP/TP从27.9%增加到43.7%,表明施磷肥能促进水稻田磷素径流DP的流失;DIP/DP从46.2%上升到64.2%,而DOP/DP从51.8%下降到35.8%,说明磷肥能增加水稻田磷素径流DIP浓度;颗粒态总磷(PP)占总磷(TP)56.3%～72.1%,表明所有施磷处理中径流携带的磷均以PP为主。在整个植稻期内,产生了6次径流,但水田径流磷素的流失主要发生在第一次,即施肥后不久,可见施肥与径流发生的时间间隔是决定径流磷素损失的重要因素。     

自然降雨条件下农田地表产流及氮磷流失规律研究

基于淮北平原自然降雨条件下2个连续汛期观测的降雨-径流试验数据,分析不同试验处理下农田地表产流规律和氮磷浓度及其构成,探讨地表径流氮磷浓度和流失量的时间变化过程及其分布差异。结果表明,当地农田地表径流氮磷浓度构成分别以颗粒态氮和可溶性磷为主,而可溶性氮中又以溶解性有机氮为主,且硝态氮是农田地表径流无机氮流失的主要成分。汛初7月不同土地利用方式下农田地表径流量及铵态氮、硝态氮、可溶性氮磷和颗粒态氮磷的浓度及流失量间的差异相对较小,但8月期间的差异却明显增加,低秆高密度作物种植模式下的相应流失量最低。在淮北平原夏季种植黄豆、棉花等矮秆高密度作物,可起到有效减少地表径流氮磷流失量的作用,减缓因农业非点源污染对地表水体富营养化产生的潜在威胁。     

土壤磷向地表径流迁移的提取系数研究

农田土壤磷随降雨径流进入地表水体是水环境富营养化的主要污染源。通过天然降雨径流小区,动态监测溶解态磷在降雨径流-土壤系统中的迁移,研究坡耕地表层土壤水浸提磷(WEP)和降雨径流溶解态磷(DTP)之间的关系。应用SPSS统计软件线性回归土壤WEP和径流DTP关系,拟合方程,y=0.281x-0.179(R=0.943)。方程斜率表示降雨径流溶解态总磷浓度对土壤不稳定磷浓度的提取系数。经最小二乘法线性回归检验,该模型拟合优度较高,整体性显著。土壤磷提取系数方程可实现磷素从农业营养元素向水环境污染因子内涵的转换,为农业非点源污染防治和水环境保护规划提供了一种估算农业非点源磷素污染潜在负荷的简单有效工具。     

耕作措施及雨强对南方红壤坡耕地侵蚀的影响

选择典型南方红壤区平均坡度为10°的坡耕地小区进行天然降雨观测,对横坡耕作、顺坡耕作、顺坡耕作+植物篱、稻草覆盖4种耕作措施在侵蚀过程中的径流泥沙和养分流失特征进行研究。结果表明,监测期间,径流深和泥沙流失量基本随雨强的增大而增加。随着耕作措施由顺坡耕作向顺坡耕作+植物篱、横坡耕作、稻草覆盖的转换,减流效益、减氮效益和减磷效益依次增大。稻草覆盖措施减流效益最佳,为91.77%;横坡耕作措施减沙效益最佳,为98.91%;稻草覆盖、横坡耕作和植物篱3种措施在防治高强度降雨引发的土壤侵蚀和养分流失具有较高的效益。耕作措施对泥沙粒径分布有影响。与顺坡耕作、横坡耕作相比,植物篱和稻草覆盖措施能够更有效地拦截径流中的粗颗粒。该研究可为南方红壤丘陵区坡耕地选择合适的耕作措施和防治农业非点源污染提供依据。     

模拟降雨条件下污染土壤中重金属元素径流迁移特征

探明污染土壤中重金属元素随地表径流迁移特征,对于防控重金属污染物的迁移扩散具有重要意义。通过室内模拟降雨试验,研究不同降雨强度下(55,100,120mm/h)污染土壤中Cd、Pb和Cr随地表径流迁移的特征。结果表明:径流中3种重金属元素总量在产流的前20min内逐渐降低,随后趋于稳定;产流初期(产流10min内)颗粒态重金属占径流重金属总量的比例均在80%以上;随产流时间延长,颗粒态Cd和Cr对径流重金属的贡献率快速降低,其颗粒态/溶解态的比值范围分别为47.0～0.4和12.9～0.4,而Pb则主要以颗粒态的形式存在,溶解态Pb对其随径流迁移的贡献率可忽略不计;随降雨强度增大,径流中总Cd和Pb含量显著降低,而径流中总Cr含量以及溶解态重金属含量无明显变化规律。