农田径流氮磷污染负荷的田间施肥控制效应

由施肥不当造成的农田N、P污染物径流输出是农业非点源污染的主要问题。采用模拟实验的方法，研究了不同施肥方法、不同肥料配方对土壤地表径流N、P流失的影响。结果表明，合理而有效的施肥方法可以作为农田地表径流N、P污染的田间控制技术。合理的基肥比例及追肥次数，适当的种植密度及适量的N肥、P肥，既可提高白菜产量，同时又降低径流中N、P的流失量；不同改性肥料配方可以调控农田径流N、P的污染负荷。     

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。     

自然和人工模拟降雨条件下紫色土坡地的磷素迁移

采用人工降雨和自然降雨的方法对紫色土坡地磷素迁移进行比较研究。研究结果表明：紫色土坡地产生地表径流和壤中流两种径流模式，壤中流其径流动态过程受降雨强度和表层作物覆盖度的影响；持续性变化的大雨强更容易引起土壤磷非点源输出，导致水体富营养化；在中到暴雨条件下，壤中流累积迁移流量低于地表径流，差幅决定于土壤表层界面（植被覆盖）特征，地表径流中的磷迁移量是壤中流迁移的3～4倍。     

红壤坡耕地地表径流和壤中流中可溶性有机碳的迁移特征

为了阐明南方红壤区坡耕地坡面产流产沙及DOC随地表径流和不同层次壤中流的迁移特征,探讨壤中流和地表径流对碳素运移损失的贡献比,以红壤坡耕地野外径流小区为研究对象,通过模拟降雨试验,研究了次降雨条件下坡面产流产沙及DOC随地表径流和不同层次壤中流的迁移特征。结果表明:(1)产流产沙方面,径流以地表径流为主,占到总径流量的(95.86%);壤中流占径流比例较小(4.14%),且以深层壤中流输出形式为主,即60 cm壤中流(3.71%)30 cm壤中流(0.43%);次降雨过程中产沙量先随径流量增加而增加,达到峰值后缓慢减小。(2)尽管壤中流中DOC的质量浓度显著高于地表径流,DOC迁移总量还是以地表径流为主,大小关系为地表径流(98.16%)60 cm壤中流(1.64%)30 cm壤中流(0.30%)。相关结果将有助于加深碳循环与土壤侵蚀相互关系的认识,对从源头控制红壤坡耕地土壤碳素流失、维持土壤质量也具有一定的实践意义。     

地表径流和壤中流对坡耕地氮磷流失影响研究概述

地表径流和壤中流是降雨侵蚀条件下坡耕地土壤氮、磷迁移损失的重要途径与载体。当前,国内外关于坡耕地地表径流影响氮、磷流失的研究成果较多,而壤中流运动对氮、磷流失的影响研究还处于探索阶段。回顾了国内外在坡耕地养分流失领域开展的研究工作,重点阐述了地表径流和壤中流对坡耕地氮、磷流失影响方面取得的进展,并分析了其中存在的问题与不足,建议今后应加强地表径流和壤中流耦合对坡耕地氮、磷迁移规律影响的研究,为水土保持生态建设和农业面源污染防治提供基础数据。     

四川盆地紫色土N,P损失载体及其影响因子

农业面源污染对环境的压力越来越大,已引起国内外广泛重视。利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区研究了雨强及耕作措施对紫色土N,P损失量及载体的影响。结果表明:在耕作方式相同时,雨强越大,地表径流量越大,地下径流量减少,总径流量增加,不利于土壤保蓄雨水和含水量的提高。在相同雨强条件下,平作的地表径流量最大,土壤侵蚀也最剧烈。横坡垄作在中小雨强条件下控制地表径流和侵蚀的效果非常明显,但在大雨强条件下,控制径流和泥沙的效果减弱;横坡垄作有增加地下径流和N流失量的趋势。在本试验条件下,有约1%的化肥N(速效N)被雨水淋洗出土体并排放到环境中;而速效P的流失量只占化肥P的3/10000~10/10000,流失量很微小。紫色土坡耕地P流失载体是泥沙,流失量更易受雨强的影响,要控制P流失,首先应防止土壤侵蚀;横坡垄作能有效控制土壤侵蚀,因此,也能较好控制P流失。紫色土坡耕地N流失载体在雨强较小时是径流,径流中又以壤中流为主,要控制N流失,首先必须控制壤中流;传统横坡垄作会加大壤中流量,也就加大了N流失。全面控制紫色土的N,P损失,必须采用控蚀耕作、增厚土层、提升土壤有机质等措施。     

紫色土坡耕地硝酸盐流失过程与特征研究

通过对紫色土坡耕地地表径流、壤中流径流过程及其硝酸盐含量的长期监测,研究紫色土坡耕地硝酸盐流失特征。结果表明,径流过程对紫色土坡耕地硝酸盐流失过程影响明显。地表径流过程中硝酸盐含量随降雨历时表现为先升后降的趋势,而壤中流过程则表现为不断上升、趋于稳定的趋势。紫色土坡耕地硝酸盐流失潜在的环境风险极大,历次降雨产流事件中地表径流和壤中流NO3--N平均含量分别为0.73±0.17 mg L-1、21.72±2.05 mg L-1,其中,75%的地表径流NO3--N含量超过0.5 mg L-1,85%的壤中流NO3--N含量超过10 mg L-1。紫色土坡耕地地表径流NO3--N年流失负荷为0.93±0.05 kg hm-2,壤中流NO3--N年流失负荷为33.51±2.73 kg hm-2,分别占当季施肥量的0.62%、22.34%,随壤中流淋失是紫色土坡耕地硝酸盐流失的主要途径。紫色土坡耕地硝酸盐流失不仅可能造成当地地表水富营养化,而且可能造成当地浅层地下水硝酸盐污染,将加剧长江上游水环境压力。     

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。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

次降雨条件下鲁中南山区砂质壤土赤松林地产流与氮磷流失特征

为了研究水源地上游林地产流及其氮磷运移规律,采用人工模拟次降雨试验方法,选择鲁中南山区泰安市黄前水库上游药乡小流域赤松林地作为研究对象,以荒草地为对照,对其地表径流和壤中流及其氮磷流失特征进行研究。结果表明:(1)次降雨条件下赤松林地地表径流量低于荒草地,而荒草地壤中流量低于赤松林地,赤松林地及荒草地土壤入渗量与植被覆盖度呈正相关。随着降雨的进行,赤松林地和荒草地地表径流产流量不断增加且趋于稳定,壤中流产流时间比地表径流晚,径流量较平稳。(2)次降雨条件下地表径流全氮(TN)流失量呈现初期输出浓度较高,随降雨的进行,输出浓度减少并逐渐趋于稳定状态,壤中流呈现相对稳定的状态。TN流失量与输出浓度呈正相关。赤松林地地表径流及壤中流TN流失量均低于荒草地。(3)次降雨条件下赤松林地地表径流全磷(TP)的输出浓度与流失量呈正相关;赤松林地地表径流及壤中流TP流失量均低于荒草地的。(4)赤松林地及荒草地前期降雨TN、TP总流失量均低于次降雨的;次降雨TN总流失量是前期降雨的1.11倍;次降雨TP总流失量是前期降雨的1.15倍。同时,次降雨赤松林地TN、TP流失量均低于荒草地的。因此,与荒草地相比,赤松林地具有较好的调控氮磷流失的作用。     

Characteristics of Nitrogen Loss through Surface-Subsurface Flow on Red Soil Slopes of Southeast China

Soil nitrogen (N) loss related to surface flow and subsurface flow (including interflow and groundwater flow) from slope lands is a global issue. A lysimetric experiment with three types of land cover (grass cover, GC; litter cover, LC; and bare land, BL) were carried out on a red soil slope land in southeast China. Total Nitrogen (TN) loss through surface flow, interflow and groundwater flow was observed under 28 natural precipitation events from 2015 to 2016. TN concentrations from subsurface flow on BL and LC plots were, on average, 2.7–8.2 and 1.5–4.4 times greater than TN concentrations from surface flow, respectively; the average concentration of TN from subsurface flow on GC was about 36–56% of that recorded from surface flow. Surface flow, interflow and groundwater flow contributed 0–15, 2–9 and 76–96%, respectively, of loss load of TN. Compared with BL, GC and LC intercepted 83–86% of TN loss through surface runoff; GC intercepted 95% of TN loss through subsurface flow while TN loss through subsurface flow on LC is 2.3 times larger than that on BL. In conclusion, subsurface flow especially groundwater flow is the dominant hydrological rout for N loss that is usually underestimated. Grass cover has the high retention of N runoff loss while litter mulch will increase N leaching loss. These findings provide scientific support to control N runoff loss from the red soil slope lands by using suitable vegetation cover and mulching techniques.     

深松和秸秆覆盖条件下紫色土坡耕地水分养分流失特征

旨在明确深松和秸秆覆盖2种措施在紫色土坡耕地中的水分养分流失特征规律,利用径流小区,结合平作、垄作、深松、完整秸秆覆盖和粉碎秸秆覆盖措施共设置9个试验处理,开展了2年的田间试验,对产量、地表径流、壤中流以及径流中的养分流失进行了测定。结果表明:(1)与平作相比,深松可显著增加壤中流量和壤中流中的总氮浓度,增加39.6%的总径流,以及85%的总氮量流失,同时还会降低玉米产量。(2)秸秆覆盖降低地表径流,增加壤中流量和壤中流中的总氮浓度,总径流增加6.4%,总氮量流失增加9.4%,秸秆覆盖对产量无显著影响。(3)粉碎秸秆覆盖的地表径流总氮浓度比完整秸秆覆盖处理低43.2%,2种覆盖方式在地表径流、壤中流及壤中流总氮损失上无显著差异。(4)深松+垄作处理养分流失量在所有处理中最高,产量最低,不适合在紫色土坡耕地应用。本研究阐明了深松和秸秆覆盖在紫色土坡耕地上相对新型的2种耕作措施在紫色土坡耕地上的产量效应和水土养分流失特征,为该措施在紫色土坡耕地利用的可行性评价提供了很好的参考。     

不同利用方式及施肥对黑土地表磷素养分流失的影响

本文针对黑土利用现状,在吉林农业大学教学试验场黑土区选择不同利用方式的玉米地、休闲地、果园、草地,并在玉米区进行了不同数量的施肥。通过野外试验,采集2002年度5~10月历次自然降雨(共7次)产流及泥沙样品,同时采集降雨前后的耕层土壤样品,研究了黑土区地表径流对磷素养分特征及肥力退化的影响。结果表明:径流TP流失比和DP流失比随覆盖度都表现为先增加后逐渐降低;不同利用方式表层土壤的TP和DP相差很大,就全磷富积表现为果园>草地>玉米地>休闲地,可溶性磷的富积却表现为:休闲地>玉米>果园>草地;随P肥用量的增加而径流磷素(TP、DP)浓度及径流磷素流失量也增加;流失泥沙TP浓度随着磷素施入的增加而增加;泥沙磷素浓度、泥沙磷素流失量均比CK大,但泥沙流失量均比CK小;增施氮磷虽能增加作物的产量,但N、P施用量必须适度,从试验期间径流、泥沙的TP、DP流失量观测,可以初步得出黑土氮磷配合施肥的宜于选配的方案是B5区N98P44N570。     

土壤中溶解性溶质流失特征试验

该文以含有一定初始溶质的壤土和沙土为试验材料,为了研究不同条件下土壤溶质的流失特征,考虑到农田在产生地表径流前存在地表积水的过程,进行了室内土壤测试试验。试验结果表明：在相同条件下,既存在地表径流又存在地下排水时,损失的土壤溶质仅有小部分存在于地表径流水中,流失在地下排水中的溶质占损失的土壤溶质的主要成分。因此在实际田间操作中,当不能同时采用降低地表径流和地下排水的方法来提高土壤溶质的利用程度时,应首先考虑降低地下排水的措施。而在暴雨范围内,降雨强度越小、土壤初始含水率越低、地下排水条件越好、土壤质地越粗等都将导致土壤溶质在地表径流和地下排水中流失的质量越大,从而降低土壤溶质的有效利用程度,该成果可以为提高土壤溶质的利用效率和降低农业污染提供一定的参考意义。     

嵌套砾石红壤坡面壤中流对降雨强度的响应

为研究嵌套砾石红壤坡面的壤中流动态过程及降雨产流分配,以红壤缓坡(10°)和陡坡(25°)坡面为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(60,90,120 mm/h)和不同砾石含量(0,10%,20%,30%)条件下壤中流的初始产流时间、产流速率和径流过程。结果表明:(1)不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流初始产流时间在雨强60 mm/h时接近15 min,在雨强90,120 mm/h时差别较大;雨强从60 mm/h增大到120 mm/h,不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流量和产流速率基本上表现为降低,其中25°嵌套20%和30%砾石坡面的壤中流产流速率均值分别下降86.7%和89.0%,雨强120 mm/h时壤中流峰值仅为60 mm/h条件下的10.7%和10.2%。(2)10°和25°各试验坡面,雨强60 mm/h时地表径流所占比例为8.0%~66.3%,雨强120 mm/h时地表径流所占比例为76.1%~93.5%,地表径流所占比例均随雨强的增大而提高32.8%~1 009.4%;雨强60 mm/h时壤中流所占比例为7.3%~30.0%,雨强120 mm/h时壤中流所占比例为1.1%~9.6%,壤中流所占比例随雨强增大而减小46.1%~93.9%。(3)回归结果显示,壤中流峰值流量Ip、壤中流系数It、壤中流消退速率K和降雨强度、砾石含量的二元线性回归效果都达到了显著水平(P<0.05);坡度10°时,降雨强度和砾石含量对壤中流过程参数所起的作用是相反的,而坡度25°时,砾石含量和降雨强度对壤中流各参数的作用相同。     

Drivers of soil erosion and subsurface loss by soil leakage during karst rocky desertification in SW China

As an extreme manifestation of environmental degradation, karst rock desertification is caused by soil loss and rock exposure. In some areas with serious rocky desertification, there is no soil to be eroded or leaked. The soil loss in these areas superimposes soil erosion and unique subsurface loss by soil leakage through fissures, pipelines, sinkholes, etc., which directly reduce soil resources and accelerate rocky desertification. However, the factors driving soil erosion and subsurface loss by soil leakage are still unclear. Rainfall experiments were conducted on simulated slopes with surface-exposed bedrock and subsurface fissures based on field investigations in a karst rocky desertification area of Guizhou Province, China. Four factors, including rainfall intensity, slope gradient, bedrock exposure rate and subsurface fissure degree, were considered in the experiment. We found that the amount of soil surface erosion and subsurface leakage loss is driven not only by the runoff volume but also by other influential factors. Rainfall intensity is the driving factor determining the amount of surface erosion and subsurface leakage loss of soil and water and the relationship between them. The slope gradient plays a leading role only in subsurface fissure flow leakage loss. The bedrock exposure rate drives the surface soil erosion rate, shows a critical value (30%), and dominates the fissure flow leakage loss rate. Subsurface fissure density plays an important role in the surface loss of soil and water; however, an increase in the subsurface fissure density does not obviously accelerate the subsurface leakage loss of soil and water. Although this result, obtained from laboratory simulations, may differ at the field scale or larger, it could provide a foundation for systematic studies on soil erosion/leakage and insights into the relations between rocky desertification and soil erosion/leakage and their driving factors in karst rocky desertification.     

雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响

地表径流和壤中流是坡面重要水文过程,雨强和坡度是影响坡面地表径流和壤中流产流主要因素。为研究降雨强度和地表坡度对坡耕地地表径流和壤中流的影响,该文采用人工模拟降雨试验法,在长3.0 m、宽1.5 m、深0.5 m土槽,设计4个不同坡度(5°、10°、15°、20°)和3个不同雨强(30、60、90 mm/h)对红壤坡耕地地表径流及壤中流产流过程进行模拟试验。结果表明:1)壤中流开始产流时间滞后于地表径流,降雨强度从30到90 mm/h,地表径流、壤中流产流开始时间均随雨强增大而减小,壤中流比地表产流开始滞后时间随着雨强增大先增大后趋于稳定;2)地表径流强度随雨强增大而增大,壤中流初始径流强度随雨强增大而增大,不同雨强下壤中流径流峰值相近;3)地表径流和壤中流产流过程曲线有明显差异,地表径流产流过程线先增大后趋于稳定,壤中流产流过程线呈抛物线型即先增大后减小;4)从5°到20°,地表产流开始时间随坡度增大而减小,壤中流产流开始时间随坡度增大先减小后增大;5)从5°到20°,地表径流强度先增大后减小,10°为转折坡度,壤中流产流峰值随坡度增大而减小,并且随着坡度增大达到壤中流峰值时间不断减小。     

Phosphorus inputs into a stream draining an agricultural watershed

The amounts of P forms transported in surface, accelerated subsurface, and subsurface runoff, and the stream draining a 20 ha area of a pasture watershed were measured for 3 yr. Stream-bank erosion and resuspension of stream sediment contributed the major proportion of the particulate P (PP), total P, and sediment transported annually in stream flow (86, 77, and 74%, respectively, in 1977). In addition, 29% of the annual dissolved inorganic P (DIP) loading of the stream in 1977 was attributed to the release of P from suspended in situ particulate material. Remarkably similar proportions of water, P forms, and sediment were contributed by the runoff types in each of the 3 yr of study. Subsurface runoff contributed the major proportion (67% in 1977) of stream flow. Although surface runoff contributed only a minor proportion of stream flow (11% in 1977), it contributed the major proportion of both DIP (32% in 1977) and PP loading (90% in 1977) compared with the other runoff types. Differences in the amounts of P forms transported in the three runoff types can be attributed to several factors, one of the most important being the time of contact between soluble P in runoff waters and soil components.     

秸秆覆盖对岩溶区坡耕地产流产沙的影响

通过室内模拟降雨试验,研究秸秆覆盖对西南岩溶区坡耕地产流产沙的影响。试验处理按照2个雨强(63,100mm/h)和5个秸秆覆盖度水平(0,20%,50%,80%和100%)进行。结果表明:在中雨强(63mm/h)条件下,秸秆覆盖减少了地表径流的径流系数和径流强度,增加了壤中流径流系数和径流强度,在较大秸秆覆盖度下(50%,80%和100%),秸秆覆盖能有效减少土壤流失量;但在大雨强(100mm/h)条件下,秸秆覆盖导致地表径流增加并同时显著减少了壤中流,地表径流的增加同时导致土壤流失量的增加。