模拟降雨条件下紫色土坡地壤中流氮浓度的动态特征

通过模拟降雨试验,研究了1、2 mm/min雨强下紫色土坡地地表径流中的养分浓度,不同坡位和土层深度处壤中流的养分浓度,以及土壤含水量随时间的动态变化规律。结果表明,2 mm/min雨强下,地表径流中铵态氮和硝态氮浓度随降雨时间推移逐渐减小并最终趋于稳定,总氮浓度呈现波动状态,总体呈减小趋势。降雨结束后,紫色土中不同空间位置壤中流的铵态氮浓度呈现波动状态,且雨强越大,波动幅度越大。硝态氮浓度动态变化存在时空分异性:同一土层不同坡位处壤中流的硝态氮浓度随时间变化趋势相同,不同土层深度处变化趋势不同;同一土层中,从坡底到坡顶,不同坡位处壤中流硝态氮浓度呈递减的规律,这种规律在浅层土壤中越发明显。土壤中不同空间位置壤中流总氮浓度均呈现逐渐增大并最终稳定的趋势。同一土层中,从坡底到坡顶,土壤含水量达到峰值的时间逐渐推迟。     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

紫色土坡耕地硝态氮的迁移流失规律及其数值模拟

为探究紫色土坡耕地硝态氮迁移流失过程,通过室内模拟试验,并结合数学模型,研究在不同雨强(0.4,1.0,1.8 mm/min)和坡度(5?,15?,20?)下硝态氮分别随地表径流和壤中流迁移而流失的特征。结果表明:随地表径流和壤中流迁移的硝态氮流失浓度随时间分别呈现指数下降和线性上升趋势;随壤中流流失的浓度是地表径流携带的19~72倍,在小雨强下壤中流携带流失负荷大于随地表径流流失负荷,但随雨强增大,硝态氮流失负荷通过地表径流流失的比例由17.3%增大至66.0%,大雨强下硝态氮主要通过地表径流流失;与实测数据比较分析,有效混合深度模型在随地表径流流失的硝态氮模拟中精度评价指标Nash-Suttcliffe系数ENS和决定系数R2达到0.590和0.826 7,而对流弥散方程在壤中流携带硝氮流失的过程模拟中ENS和R2达到0.792和0.842 6,取得较好的模拟结果。该研究为紫色土坡耕地硝态氮迁移流失机理研究提供依据和参考。     

黑土区坡耕地次降雨硝态氮径流及壤中流迁移研究

为了研究黑土区坡耕地土壤养分硝态氮径流及壤中流迁移规律,开展了野外原位监测试验,揭示了玉米根系及犁底层影响下径流及壤中流驱动硝态氮迁移特征。结果表明:降雨特征对黑土区坡耕地地表径流影响显著,径流过程表现出多变的历程特点。不同降雨特征条件下,地表径流硝态氮迁移呈现相同的上升、下降及平缓3个阶段,约4 min上升段达到峰值开始下降,12 min以后趋于平缓。黑土区坡耕地不同降雨特征条件下壤中流增长及消退变化历程一致,快速增长阶段历时约6 min,累积出流量9.0 ml/m,快速消退阶段历时约14 min,累积出流量21.2 ml/m,中间稳定阶段壤中流径流强度为6 ml/(min·m)。壤中流稳定阶段硝态氮迁移强度约为0.09 mg/(min·m),上升及消退阶段累积迁移量平均为0.20,0.25 mg/m。上升、消退段壤中流流量(硝态氮)之和加壤中流历时与壤中流(硝态氮)峰值强度乘积,可得到壤中流(硝态氮)出流总量,两次计算与实测壤中流流量(硝态氮)误差为0.7,2.4%(1.2,11.8%),精度较高,说明计算方法可行。上升、消退段壤中流流量(硝态氮)之和加壤中流历时与壤中流(硝态氮)峰值强度乘积,可得到壤中流(硝态氮)出流总量,两次计算与实测壤中流流量(硝态氮)误差为0.7,2.4%(1.2,11.8%),精度较高,说明计算方法可行。     

玉米对土壤深层标记硝态氮的利用

采用将15N标记的硝态氮注射于土壤剖面110cm处的田间微区试验法,在施氮和不施氮两种条件下研究玉米对深层累积硝态氮的利用程度。结果表明,对于试验土壤在施氮和不施氮的条件下,玉米对注射于土壤剖面110cm处15N标记的硝态氮的回收率分别为11.9％和6.7％;土壤耕层施用氮肥促进了玉米中下层根系的发育,提高了对深层标记NO3--N的回收率;在偏旱气候年份,土壤深层110cm处标记的硝态氮没有发生明显向下迁移,仅以标记区域为中心向上和向下扩散了20cm左右。研究结果还表明,通过植物利用土壤深层累积NO3--N,避免硝态氮进一步向浅层地下水迁移具有一定的可行性。     

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。     

模拟降雨下纳米碳对风沙土硝态氮迁移特征的影响

通过在神木六道沟流域开展模拟降雨试验,分别在试验小区上、中、下位置条施不同施加量的纳米碳(0.0%,0.1%,0.5%,0.7%和1.0%)研究其对硝态氮随径流、泥沙迁移及在土壤中再分布过程的影响。设计1.0m×1.0m降雨小区,前期在土壤表层以下5—10cm埋入不同施加量纳米碳,另设不施加纳米碳的小区为参照。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,降雨强度为90mm/h,降雨历时为40min。降雨前后分别采集土壤剖面土样,降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究纳米碳对于硝态氮迁移过程的影响。结果表明,在土壤中施加纳米碳,可有效减少坡面产流产沙量,且累计径流量、累计产沙量与土壤中纳米碳施加量呈现负相关关系;纳米碳的施加同样可降低径流、泥沙中硝态氮含量,随着纳米碳施加量的增加,径流和泥沙中硝态氮流失量减少,纳米碳施加量为1.0%时,可减少径流中硝态氮流失65.3%,泥沙中硝态氮流失85.7%;土壤剖面硝态氮变化对比表明,施加纳米碳处理中表层硝态氮含量明显低于对照处理,且在10—15cm出现硝态氮含量峰值,均大于对照处理。通过等效径流迁移深度分析硝态氮流失情况,无纳米碳施加处理的EDR最大,随着纳米碳施加量的增加,各处理的EDR依次减小。综上,在黄绵土中施加纳米碳,可有效减少土壤硝态氮的流失量,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区硝态氮流失的治理具有积极作用。     

有机肥对设施土壤硝态氮垂直分布的影响

以辽宁省新民市某设施蔬菜大棚为研究对象,研究在保护地栽培条件下不同有机肥施用量对不同施肥年限的设施土壤(0~120 cm土层)硝态氮累积和淋溶的影响。结果表明,土壤硝态氮的垂直分布与土壤的施肥年限和有机肥施用水平密切相关。在不同施肥处理条件下,施肥1年后各处理土壤剖面硝态氮累积和淋溶程度均很低;施肥2年后硝态氮累积迁移显著,尤其是高量有机肥的投入(处理M4),设施土壤0~120 cm土层都出现硝态氮淋洗现象。在不同施肥年限下,中高量有机肥处理都存在不同程度的硝态氮累积现象,硝态氮累积量随施肥量和施肥年限的增加而增加,随土壤深度的增加而降低,累积峰值集中在0~60 cm土层。     

降雨历时对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解降雨历时对黑土坡面养分流失的影响特征,探寻降雨历时对黑土坡面养分流失的规律,在沈阳农业大学水利试验基地,进行室内人工模拟降雨试验,对不同降雨历时条件下的黑土坡面养分流失进行研究。结果表明:降雨历时是影响坡地溶质迁移以及坡面降雨产流产沙的重要因素。降雨历时越长,表土养分流失越严重,N、P、K流失量越大,降雨后的养分含量越低,且累计径流量与泥沙量和降雨历时呈正相关变化,当降雨历时增加至90min后,土壤入渗率趋于稳定,径流量增加幅度减缓,且由于土壤发生沟蚀,泥沙量急剧增加。径流水样中N、P、K流失呈现出不同特征,当降雨历时90min时,随着降雨历时的增加,径流硝态氮迅速衰减,20min后逐渐趋于稳定,土壤养分含量均降低;当降雨历时进一步增大至120min时,硝态氮含量趋于稳定,基本没有变化,而磷离子和钾离子则由于土壤发生沟蚀,下层土壤中的PO_4~(3-)和K~+被浸提出进入径流中,导致其含量仅一步增加,磷离子增加幅度较钾离子相比更为明显,且随泥沙流失的养分与之呈现出相似规律。不同降雨历时条件下降雨前后土壤剖面养分含量垂直分布情况也有明显差异,随着降雨历时的增加,磷离子以及钾离子的浓度峰值变化不大,多出现在10cm表层土壤内,而硝态氮浓度峰值不断加深。30,60,90,120 min降雨后,硝态氮浓度峰值分别位于土层7,8,10,14cm处;土层的湿润峰也随降雨历时增大而增加,分别位于土层以下10,12,16,19cm处,降雨120min后,土层全部湿透。试验结果表明,降雨历时对硝态氮流失的影响比对磷和钾离子更为显著。     

大田蔬菜地春季硝态氮淋溶特征研究

春季,对上海浦东新区大田蔬菜地试验田按照不同施肥(常规、减量、无肥)处理水平、不同土壤深度(30 cm、50 cm、70 cm、120 cm),利用现场采样与室内实验结合的方法,对硝态氮淋溶进行了研究。实验结果表明,降雨量和氮肥施用对土壤硝态氮淋失有显著性影响。施肥试验区施肥后各土层硝态氮浓度均很高,4月份淋溶浓度普遍高于3月份。常规施肥区不同深度的硝态氮含量明显高于不施肥区,减量施肥区含量则介于二者之间。施肥区部分氮素硝态氮随降雨在土壤中不断向下淋溶,尤其在施肥初期较多的氮素由土壤表层不断淋失到土壤深层,在接近地下水位120 cm的剖面处产生渗漏液的硝态氮浓度超过国家限量标准(20mg L-1)。     

紫色土水分和壤中流对降雨强度的响应

为研究降雨强度对紫色土坡耕地不同深度土壤水分含量和壤中流的影响,初步揭示紫色土水分和壤中流之间的相互耦合关系,通过原位人工模拟降雨试验,在60,90,120 mm/h 3种降雨强度条件下,采用Minitrase TDR可埋式探头对紫色土坡耕地土壤剖面浅层(0—20cm)、中层(20—40cm)、深层(40—60cm)的土壤水分含量进行了实时连续测定,并在降雨过程中分层收集测量壤中流,开展了降雨—产流过程的观测试验。结果表明:(1)当雨强较小时,浅层土壤含水率变化曲线呈现上升期和稳定期,随着雨强和深度的增加则呈上升期、稳定期或始终处于稳定期;(2)随深度和降雨强度的增加,土壤含水率稳定时间增加,含水率变化越小,响应越不明显;(3)在不同降雨强度条件下,各土层均有壤中流产生,低雨强条件下壤中流都是单峰产流过程,中雨强和高雨强下为双峰产流过程;(4)壤中流产流时间随雨强增大而显著减小,随深度增加而显著增加;(5)降雨强度与土壤水分含量和壤中流参数三者间相互有显著相关性。     

伊朗西北部半干旱农田径流模型的建立

Transformation of rainfall into runoff over an area is a very complex process which exhibits both temporal and spatial variability;runoff in a defined area can be affected by factors such as topography, vegetation, rainfall characteristics and soil properties. This study was conducted to develop an empirical model using the rainfall characteristics and soil properties for predicting runoff from dry-farming lands in a semi-arid agricultural area in Hashtroud, Northwest Iran. Runoff plots(1.83 m × 22.1 m) in triplicate were installed in thirty-six sloped dry-farming lands in the study area. Runoff under natural rainfalls was measured in each plot during a2-year period. The results showed that runoff for 41 runoff-producing rainstorm events with duration longer than 30 min was largely associated with a rainfall index obtained by multiplying the positive square root of rainfall depth(h0.5) by the logarithm of the maximum 30-minute intensity(LogI30)(R2= 0.81). Runoff significantly varied among the plots(P 0.001), which was considerably related to the effective soil properties(R2= 0.74), i.e., soil permeability(Per) and aggregate stability(AS). A multiple linear regression model was developed between runoff and the rainfall index(h0.5logI30) and the effective soil properties(AS and Per). Evaluation of the model using 34 runoff-producing rainstorm events that occurred during the next two years resulted in high values of the efficiency coefficient and R2(0.88 and 0.91, respectively), which revealed that the model developed in this study could be used in predicting runoff from the dry-farming lands in the semi-arid regions.     

间歇性降雨对黄土坡地水土养分流失的影响

坡面水土养分流失是研究农业非点源污染方面的核心问题,涉及土壤侵蚀、坡地水文和环境治理等方面的内容。以黄土坡地为研究对象,利用人工降雨模拟试验,分析间歇降雨时坡地产流-入渗-土壤侵蚀过程,以及通过预先在坡地喷施养分(NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P),研究间歇降雨时坡面水土流失以及土壤溶质的迁移规律。试验采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,对试验坡地间歇性进行3次降雨,雨强恒为100mm/h,每次降雨历时60min,降雨间隔时间60min。结果表明:(1)3次降雨的初始含水率不同,但产流规律相似,降雨径流率均为先增大后趋于平稳。(2)3次降雨产生的泥沙累积量分别为250.91,100.20,79.76g,第1次降雨的泥沙量远高于第2,3次。泥沙率先迅速增大到峰值然后缓慢减少,平均泥沙率随降雨次数的增多而递减。(3)对于非吸附性的NO_3~-、NH_4~+,3场降雨过程中溶质浓度均呈现由高降低并逐渐平稳的变化趋势;PO_4~(3-)-P浓度的变化规律却略显不同,降雨初期溶质浓度先短暂升高,然后再由高降低并逐渐平稳。(4)3次降雨的NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P的径流总流失量分别为535.33,1 058.18,400.79mg,其中NO_3~--N流失量最多,PO_4~(3-)-P流失量最少。随着降雨次数的增加,不同降雨次数下的NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P径流流失量均逐渐减少,流失量较前次降雨分别降低了19%,14%、3%,62%和57%,28.3%。因此,通过对间歇性降雨条件下黄土坡地水土溶质迁移特征的研究,对揭示降雨-径流-土壤相互作用过程和土壤养分迁移机理具有重要意义。     

雨型和坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响

为揭示降雨和坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响,以不同坡长野外观测试验小区为对象,结合82场降雨资料,以降雨量(P,mm)、最大30 min雨强(I₃₀,mm/h)和降雨侵蚀力[R,MJ·mm/(hm²·h)]为降雨特征指标,利用系统聚类法进行雨型划分(A雨型：大雨量、高雨强、高侵蚀力;B雨型：中雨量、小雨强、中等侵蚀力;C雨型：低雨量、中雨强、中低等侵蚀力),分析了11场降雨事件中侵蚀泥沙的粒径分布特征。结果表明：(1)研究区侵蚀泥沙粒径特征受不同雨型影响,有效黏粒和最终黏粒含量在C雨型下最高,有效砂粒和最终砂粒含量在B雨型下最高,而有效粉粒和最终粉粒含量分别在A和C雨型下最高。(2)坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响存在临界坡长效应(14 m),小于临界坡长时,黏粒级和粉粒级颗粒含量随坡长增加而降低;超过临界坡长后,黏粒级和粉粒级颗粒含量随坡长增加而增加,该效应在最终粒径下更为显著。(3)有效砂粒输移形式受雨型和坡长影响较大,在B雨型下主要以团粒形式输移,在A,C雨型下达临界坡长时以单粒形式输移。侵蚀泥沙的有效粒径颗粒比原坡面土壤细,而最终粒径颗粒则...     

紫色土丘陵区典型坡地产流及产沙模拟试验研究

应用人工模拟降雨实验,对紫色土丘陵区坡地产流及产沙特征进行了研究.(1)地表径流初始产流时间随着雨强和坡度的增加而加快,在0.7～9.5 min之间变化;壤中流初始产流时间变化复杂,在2.6～46.4 min之间变化,雨强是影响低坡度壤中流初始产流时间的主要因子;(2)地表径流累积量与雨强、坡度均成正比关系,壤中流累积量随着坡度和雨强的增大呈现出减小趋势;(3)地表径流雨后消退迅速,退水常数k(Barnes法)值为0.41～0.66,壤中流消退缓慢,退水常数为0.91～0.99;(4)同一降雨历时下,相对坡度而言,雨强是决定产沙量的主要因子,产沙量在23.4～972.3 g/(m2·h)之间变化;在同一雨强下,产沙量随着坡度的增大而增加.就紫色土坡地而言,改良耕作制度和耕作措施,实施因地制宜的水保措施,提高坡地土壤入渗率和持水量,使降雨径流以壤中流形式产生,能更有效地防治水土流失.     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

模拟降雨条件下豫西南山区农地径流污染物变化规律

坡耕地和梯田是丹江口水库水源区常见的农地类型,为了减少养分和水土流失、改进农作措施,采用人工模拟降雨方法,研究了不同雨强下这两种用地径流中养分变化规律。结果表明:(1)两种土壤径流中TN,TP,COD随降雨时间均呈波状变化,不同雨强下梯田径流中TN的含量为:3.36mg/L(0.5mm/min时),5.18mg/L(2.5mm/min时),4.27mg/L(3.0mm/min时),坡耕地中相应为2.66mg/L,4.56mg/L,4.18mg/L;不同雨强下梯田径流中TP的含量为:0.81mg/L(0.5mm/min时),0.92mg/L(2.0mm/min时),1.56mg/L(2.5mm/min时),2.53mg/L(3.0mm/min时),坡耕地中的值依次为0.59mg/L,1.03mg/L,0.62mg/L,2.04mg/L。说明梯田中TN,TP的含量要高于坡耕地。(2)不同雨强下梯田径流中COD含量为:303.56mg/L(1.0mm/min时),685.16mg/L(2.0mm/min时),617.66mg/L(3.0mm/min时),坡耕地中则为419.63mg/L,644.62mg/L,721.17mg/L,研究表明坡耕地更易发生有机质的流失。因此,对坡耕地进行梯田化治理可减少养分和水土流失、提高作物产量。     

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。