放水冲刷条件下工程边坡产流产沙及氮磷输出特征

为揭示工程堆积体平台汇流造成的水沙及氮磷养分流失特征,以矿区堆土场为研究对象,采用室内放水冲刷试验,研究不同上方来水流量(1.7,2.3,2.9 L/min)和坡度(25°,30°,35°)下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙产生过程,分别测定氮磷养分浓度并计算流失量及贡献占比。结果表明:蒙东地区覆土排土场边坡产流方式主要为地表径流,随坡度和冲刷流量的增大,地表径流量增大,壤中流量减小。产沙量随坡度的增大先增大后减小,侵蚀产沙的临界坡度在30°附近。地表径流中铵态氮及磷酸盐流失浓度均大于壤中流,硝态氮浓度在冲刷流量较大(2.9 L/min)时低于壤中流。径流中磷酸盐及侵蚀泥沙中氮磷损失均随坡度的增大先增大后减小。冲刷流量越大,地表径流及侵蚀泥沙中的氮、磷流失量越多。径流中养分流失量表现为硝态氮＞铵态氮＞磷酸盐。侵蚀泥沙是磷酸盐的主要输出途径,占流失总量的59.69%以上;氮素流失量仅在坡度30°时表现为侵蚀泥沙中最大,在25°,35°坡面,地表径流为氮素的主要流失途径,小流量(1.7,2.3 L/min)时壤中流输出的氮素次之。     

不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响

研究川中丘陵区次降雨过程中不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式下,地表径流量的变化均随着降雨时间的增加呈对数变化趋势,在同一降雨时间内,地表径流量均表现为农田果园草地灌丛林地。(2)农田泥沙流失量随降雨时间的增加幅度较大,且在降雨后期出现陡增陡降的变化特征,其他土地利用方式下泥沙流失量的增加幅度较小;不同土地利用下泥沙流失量大小顺序为:农田果园草地灌丛林地。(3)农田和果园地表径流量和壤中流总量显著高于灌丛和林地(p0.05),地表径流量和壤中流均表现为:农田果园草地灌丛林地。(4)不同土地利用方式下泥沙积累量均随降雨时间的延续而呈指数变化趋势。(5)不同土地利用方式下水相氮磷流失量、泥沙氮磷流失量和氮磷流失总量均表现为:农田果园草地灌丛林地;不同土地利用方式下降雨径流过程中,氮素的流失是以径流水相为主,而磷的流失是以侵蚀泥沙相为主。(6)不同土地利用方式降雨前期土壤全氮和全磷含量大小均表现为农田果园草地灌丛林地,泥沙氮磷含量比雨前土壤表层氮磷含量有所增加,说明侵蚀泥沙对氮、磷具有富集作用,并且不同土地利用方式下侵蚀泥沙富集磷素能力高于富集氮素能力,综合比较可知,农田和果园侵蚀泥沙富集养分的能力最高,而灌丛和林地是减少水土流失的土地利用方式。     

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度（60、90、120 mm/h）和4种碎石含量（0、10%、20%、30%）,开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明：1）碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强（P<0.05）;2）泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3）不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4）不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失...     

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。     

次降雨过程中北京市不同土地利用方式下土壤养分流失特征

研究了次降雨过程中北京市不同土地利用方式下(草地、农田、林地和果园)土壤养分流失特征。结果表明:(1)在不同土地利用方式下,地表径流量的变化均随着降雨时间的增加呈对数变化趋势,在同一降雨时间内,地表径流量均表现为草地农田林地果园。(2)草地泥沙流失量随降雨历时变化幅度较大,在降雨后期出现陡增陡降的变化趋势,其他3种土地利用方式下泥沙流失量的增加变化幅度较小;不同土地利用方式下泥沙流失量大小顺序为:草地农田林地果园。(3)草地和农田地表径流量显著高于林地和果园(P0.05),地表径流量和壤中流均表现为:草地农田果园林地;从壤中流总量变化特征来看,草地和农田产生的壤中流显著高于林地和果园(P0.05)。(4)不同土地利用方式下的泥沙积累量均随降雨历时而呈指数的变化趋势。(5)不同土地利用方式下水相氮磷流失量、泥沙氮磷流失量和氮磷流失总量均表现为:草地农田果园林地。(6)降雨径流过程中,不同土地利用方式下磷的流失是以侵蚀泥沙相为主,氮素的流失以径流水相为主。(7)不同土地利用方式降雨前期土壤全氮和全磷含量大小基本表现为:草地农田林地果园,泥沙N和P含量比雨前土壤表层N和P含量有所增加,说明侵蚀泥沙对N和P具有一定的富集作用,并且不同土地利用方式下侵蚀泥沙对P的富集高于对N的富集,综合比较可知,草地侵蚀泥沙富集养分的能力最高。(8)不同土地利用方式下泥沙量与侵蚀泥沙中全氮和全磷含量均存在显著或者极显著的正相关关系(P0.05),与土壤全氮和全磷含量存在不同的正相关关系(相关系数较低),说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中养分含量不同程度的增加效应,并且草地和农田侵蚀量与养分含量的相关系数高于林地和果园。     

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。     

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。     

北京地区等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失效果研究

在北京地区自然降雨条件下,研究了狼尾草和野古草两种等高草篱在不同坡度(5%,10%,15%,20%)下对裸露坡耕地水土及氮磷养分流失的影响。研究结果表明,两种草篱均可显著减少径流和土壤流失,并同时显著减少随径流和泥沙的氮磷养分流失,且两种草篱对水土及氮磷流失的防治效果随坡度增加而逐渐减弱。其中,狼尾草草篱对水土及氮磷流失的防治效果显著好于野古草草篱。与无草篱相比,狼尾草可分别减少73%的地表径流和86%的土壤流失,同时减少76%的氮流失和88%的磷流失;与此对应,野古草可减少54%的地表径流和64%的土壤流失,以及55%的氮流失和63%的磷流失。另外,径流量和土壤流失量是影响氮磷养分流失的主要因素。     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型的水土保持功能及养分流失效应

对黄土丘陵沟壑区安塞水土保持试验站3种草本、3种灌木、3种乔木、1种农田共计10种植被类型径流小区进行径流和侵蚀泥沙观测,并分别分析其养分含量,研究黄土丘陵区不同植被类型水土保持功能及养分流失效应。结果表明,乔、灌、草植被类型的水土保持功能相对农田较好,在径流和土壤养分流失方面相对农田较少。因此,该地区要注意建设和恢复草、灌植被,使之尽快起到水土保持作用,近而减少土壤养分流失。     

侵蚀性风化花岗岩坡地壤中流携氮磷流失动态模拟

[目的]探究侵蚀环境下,风化花岗岩残积坡地土壤氮磷流失特征以及坡面径流和壤中流携带氮磷流失的强度和贡献率,为不同侵蚀环境及生态环境脆弱条件下,坡地氮磷流失规律的试验研究及防治提供理论依据。[方法]采用原状土搬迁,室内人工模拟降雨的方法,设计2个坡度(8°和25°),5个降雨强度(30,60,90,120,150mm/min),通过坡度与雨强的多重组合试验,在测试浓度与径流量分析的基础上,研究氮磷流失强度及在坡面径流和壤中流中的分配。[结果](1)在强烈侵蚀的坡地,土壤结构性较差,漏水漏肥现象严重,壤中流随携带的氮磷流失比重很大,壤中流携带的TN流失量均占到总流失量的90%以上,TP稍次之;(2)TN随径流的流失量远大于TP的流失量,径流中TN与TP总流失量的比值最高能达到160倍;(3)雨强对氮磷流失量的影响大于坡度的影响,径流量的影响大于浓度的影响。(4)雨强对氮磷流失的影响存在2个转折,在60mm/min附近存在一个蓄满产流和超渗产流的雨强分界,在90mm/min左右,出现一个侵蚀性雨强的转折。[结论]强烈的侵蚀影响土壤养分的流失方式及流失通道的比配,壤中流所携带氮磷流失所占比重很大,进而会影响到地下水的污染问题,加强残积土母质坡地土壤的侵蚀防治,是地表水和地下水面源污染控制及土壤养分流失减少的根本。     

植被对含碎石土壤坡面降雨入渗和径流侵蚀的影响

[目的]研究植被对含碎石土壤坡面入渗和径流侵蚀的影响,为合理配置三峡地区含碎石土壤坡面植被提供科学依据。[方法]在建立的径流小区内铺设含碎石土壤,并配置不同种类、不同覆盖度的植被,进行人工降雨试验。[结果]各类小区径流量排序为:裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面,入渗量与径流量排序相反,有植被覆盖坡面的壤中流大于裸坡;入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;草地对水沙的调控机制更多的是直接拦沙;累计径流量和累计侵蚀量的关系均满足幂函数形式。[结论]植被措施可有效地减少含碎石土壤坡面的水土流失,不同的植被措施减少的效益不同。     

南方红壤区不同植被措施坡面的水土流失特征

植被是南方红壤区水土流失治理的主要措施,为了研究不同的植被措施对坡面产流产沙的影响,以及对坡面侵蚀的抑制效果,在福建省长汀县选择乔灌草、灌草、草本、农作物、乔灌、封山育林、经济林等各植被措施下的标准径流小区,通过观测各种植被措施坡面的产流产沙情况,分析比较各小区的水土流失特征。结果表明植被能较好地调控坡面地表径流和土壤侵蚀。不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显,相对裸地,盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小,水土保持效果最为明显。在不同的降雨量条件下,不同植被措施的坡面水土流失情况也表现出显著的差异。因此,在未来南方红壤植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种植被治理措施的逐步实施,对改善当地的生态环境和水土流失的防治具有重要的意义。     

水力侵蚀下砒砂岩区植被格局对微地形和侵蚀的影响

[目的]研究植被格局下微地形与侵蚀的关系,可为砒砂岩地区坡面侵蚀规律研究和水土流失防治提供理论参考。[方法]以砒砂岩区鲍家沟流域内的3种植被格局(均匀分布、聚集分布、随机分布)坡面为研究对象,通过自然降雨条件下采用野外径流小区实测结合三维激光扫描技术,分析了植被格局对微地形和侵蚀的影响。[结果]降雨后不同植被格局坡面的产流量、产沙量依次为裸坡坡面>聚集分布坡面>随机分布坡面>均匀分布坡面,与裸坡相比,均匀分布坡面的产流量、产沙量分别减少了64%,75%,其径流泥沙的拟合函数为Y=0.3619x^0.7309,R²=0.9866;不同植被格局坡面侵蚀—沉积的空间分布存在一定差异,与其他坡面相比,均匀分布格局坡面的土壤侵蚀强度最弱,侵蚀区面积最小,为12.38 m²,沉积区面积最大,为3.44 m²。不同植被格局坡面地形因子均随降雨呈现增大的趋势,且与裸坡坡面相比,聚集分布坡面地表粗糙度、地表起伏度、地表切割度、微坡度增幅最小,分别为5%,2%,0.5%,9%。聚集分布坡面地表粗糙度与产...     

模拟降雨条件下草被覆盖对坡地水土养分流失的调控机制研究

[目的]研究黄土坡面草被覆盖对拦蓄水沙及调控养分的作用,为黄土坡面治理提供科学依据。[方法]通过模拟降雨试验,收集降雨过程中坡面的径流泥沙样品,采用数据对比与统计分析相结合的方法,分析在不同草被覆盖条件下坡面径流泥沙以及养分磷流失过程,探讨草被覆盖率和草被格局对坡面泥沙及养分流失的调控作用。[结果]随着降雨历时的增加,径流呈平稳增长过程,泥沙、径流总磷、泥沙速效磷均呈波动变化过程;25%,50%,75%覆盖率坡面径流总磷和泥沙速效磷分别为裸坡流失量的66%,85%,80%和62%,47%,21%;草被格局对水沙养分调控作用的差异性表现为:泥沙径流泥沙速效磷径流总磷。[结论]草被对径流总磷的调控作用不强,对泥沙速效磷的调控作用显著;草被格局对径流和径流总磷的调控作用有限,对泥沙与泥沙速效磷的调控作用显著。     

黄土坡面不同土地利用方式对土壤有机碳流失的影响

坡面土地利用方式与产流、产沙及土壤有机碳的流失具有密切关系。对延安燕沟流域的坡耕地、草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木以及刺槐林地径流小区的径流、泥沙及有机碳流失量进行了分析。结果表明：在不同土地利用方式下,产流、产沙量与植被覆盖度呈负相关关系;随径流流失的可溶性有机碳量表现为：坡耕地〉刈割草地〉草地〉刈割灌木地〉灌木地〉刺槐林地小区,随泥沙流失的有机碳量表现为：坡耕地〉草地〉灌木〉刺槐林地。随泥沙流失的土壤有机碳占总流失量的主要部分,而随径流流失的有机碳只占很少的比例。因此,增加黄土坡面植被覆盖度是控制产流、产沙量和有机碳流失的重要途径。     

典型黑土区陡坡植草水土流失防治效果研究

[目的]研究陡坡生物防治与影响因素的变化关系,为侵蚀沟治理、水土保持植被措施配置等决策提供科学依据。[方法]设置2个坡度,7种草本植被配置模式,于2018年6—9月开展了自然小区水土流失监测。[结果] 1∶1.5和1∶1.2坡比边坡草本建植当年分别较裸地平均减流27%和26%,减沙52%和21%,坡度由34°增加到40°,地表径流虽未增加,但土壤侵蚀量明显增加;影响产流产沙的降雨因子主要有雨量,I_(30),E,EI_(30),坡度变陡,相关性增强;建植草无芒雀麦和紫花苜蓿混播减流减沙效果最好,紫花苜蓿、无芒雀麦、早熟禾3种草种混播减流效果优于单播;1∶1.2坡比边坡随着植被盖度的增加减沙效果逐渐增强,且在植被盖度大于50%时减沙效果接近1∶1.5坡比边坡。[结论]在无芒雀麦和紫花苜蓿混播草本配置下,1∶1.2坡比削坡在侵蚀沟治理时可采用,能减少20%的削坡占地面积。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现"下降—稳定"趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

模拟降雨下林下覆被结构对产流产沙过程的影响

植被具有良好的水土保持效益,深入了解覆被结构特征与产流产沙关系是研究植被防蚀功能的基础。以鄂中地区典型森林植被为对象,通过人工模拟降雨试验研究5种覆被结构(灌木、草本、枯落物、灌木+草本、灌木+草本+枯落物)和侵蚀性降雨(60,90,120 mm/h)对坡面侵蚀产沙过程的影响。结果表明:(1)坡面产流率、产沙率随降雨时间先迅速增大,后缓慢增大,最后达到稳定趋势。降雨强度是坡面侵蚀产沙的主导因素,与产流时间、产流率和产沙率呈显著正相关关系(p＜0.01)。(2)在有/无枯落物存在的情况下,植被覆盖度、植株密度分别是坡面产流产沙的主要影响因素。径流含沙量在不同覆被结构覆盖下表现为:草本＞灌木＞枯落物＞灌木+草本＞灌草枯。(3)结构特征参数对产流产沙影响的优先等级为覆盖度、生物量、植株密度、多样性指标,即水平结构＞竖直结构＞物种组成＞空间格局。研究结果旨在揭示覆被结构对坡面侵蚀产沙的作用机理,为南方林地土壤侵蚀模型的构建提供科学参考。     

红壤侵蚀退化坡面植被恢复过程中的水土保持效益演变

为探究花岗岩红壤侵蚀退化坡面植草措施实施中植被在不同生长阶段水土保持效益的演变规律，设置条带型（D1）、随机型（D2）、斑块型（D3）3种不同植草格局坡面，并以侵蚀退化裸地坡面（CK）作为对照开展试验，在天然降雨条件下监测整个植被生长过程中的坡面土壤侵蚀变化特征。结果表明：（1）植被的生长可显著提升坡面的水土保持能力，随着植被生长阶段的推进，坡面的产流产沙量明显下降，减流效益达20.74%~79.03%，减沙效益达97.42%~99.40%，但在不同降雨类型下，随着植被生长，坡面减流减沙效益表现出的递增变化规律具有差异。（2）植被生长能逐渐削弱降雨因素对坡面产沙的影响，使得坡面减沙率在不同雨型间的差异逐渐减小，最终稳定在一个较高水平，不同雨型间坡面减流率的差异在植被生长各时期皆较大。减流率、减沙率与植被生长时间二者之间存在对数函数关系，相关系数分别大于0.491和0.792。植被生长指标（分蘖数、盖度、株高）与坡面产流产沙量之间呈显著或极显著负相关关系。（3）从整个植被生长过程来看，3种植草格局的水土保持效益大小表现为D1>D3>D2，在植被生长的前期以及前中期，高植株密度的分布格局强于低植株密度分布格局，后期各格局差异较小。研究结果为南方红壤水土流失区严重侵蚀退化地植被恢复提供科学依据及技术支撑。