表层土壤容重对黄土坡面养分随径流迁移的影响

农田化学物质随地表径流迁移的问题,既是农业问题,又是水环境问题。地表土壤容重是影响土壤溶质随径流迁移的重要因素之一。通过室内模拟试验,研究了降雨条件下土壤容重对黄土区坡面土壤氮、磷和钾随径流迁移过程的影响。结果表明,随着土壤容重增大,初始产流时间提早,径流系数增大,土壤流失量增多,土壤磷和钾流失量也随之增大。径流养分浓度变化对土壤容重响应程度的大小次序是：NO3ˉ-N〉PO4^3-P〉K^＋。径流养分流失率过程曲线存在“峰值点”,它是土壤容重、溶质理化特性以及土壤水文参数综合作用的结果。通过数学模拟,进一步证实了幂函数是模拟黄土区非饱和水流条件下养分流失过程的最佳模型。本研究为深入理解黄土坡面径流溶质迁移机理提供了参考。     

坡度对黄土坡面养分流失的影响实验研究

坡度是土壤养分流失的重要因素,通过室内人工降雨模拟试验,研究不同坡度土壤侵蚀和养分流失的过程与机制。研究结果表明:土壤中养分的流失量随坡度的增大而增大,但在20°附近时存在转折点,25°时养分流失量反而减小。同时利用两种类型描述径流养分浓度模型对实测资料进行分析,结果显示与指数函数模型相比较,采用幂函数模型能够较好地模拟黄土坡面非饱和条件下径流溶质浓度变化过程,同时幂函数模型也能够较好地描述径流中钾离子和溴离子的质量变化过程,为进一步完善黄土坡面径流养分迁移模拟模型提供了参考。     

降雨条件下黄土坡面溶质随地表径流迁移实验研究

根据西北黄土坡面溶质随地表径流迁移的特点，研制了黄土坡面溶质随地表径流迁移实验系统，并利用此系统进行了室内模拟实验，根据实验资料分析了土壤中各种离子随地表径流迁移特性，详细分析了土壤溶质随地表径流迁移机理。     

紫色土区土壤初始含水量对坡面径流溶质流失的影响

土壤初始含水量在一定程度上影响着紫色土区的水土流失.通过人工降雨试验,研究了紫色土在5％,10％,15％和20％共4种初始含水量条件下的入渗、产流和径流溶质迁移变化过程.结果表明:径流强度随降雨时间呈对数函数变化;降雨25 min后,径流强度趋于稳定值;在单位时间内,紫色土坡面平均径流深度和累积径流量随初始含水量的增大而增大,而坡面平均入渗率则呈相反的变化趋势.径流中PO3-4,K+,Br-浓度均呈现相同的变化规律,在开始产流时,径流溶质浓度很高,随后迅速衰减并逐渐趋于稳定.径流溶质的流失量随初始含水量的增加而增加,径流溶质从土壤迁移到径流的过程是从很小值迅速增大到某一峰值,然后逐渐衰减至稳定.指数函数比幂函数更适合描述紫色土丘陵区坡地径流溶质迁移变化过程.     

黄土坡面不同植被覆盖度下产流产沙与养分流失规律

植被与降水是决定坡面产流产沙及养分流失的主要因素,为探求植被覆盖度对土壤侵蚀和养分流失的影响,采用野外黄土坡面放水冲刷试验,在30L/min冲刷流量条件下,对不同苜蓿覆盖度下黄土坡面的径流量、产沙量和养分流失量进行研究。结果表明:当植被覆盖度分别为0%,33.5%,43.2%和68.8%时,坡面径流量分别为693.35,362.51,324.65,266.64L;产沙量分别为16.3,5.9,0.16,0.091kg;溴离子流失量分别为5 852.07,1 274.51,397.29,178.56mg。利用幂函数对径流溶质浓度变化过程进行拟合,结果显示幂函数可以很好地反映田间坡面溶质随地表径流变化过程,为进一步描述径流溶质变化过程的数学模型提供指导。平均坡面糙率能够反映土壤侵蚀量的变化。植被覆盖度增加使得平均坡面糙率增大,从而减小了土壤侵蚀量和养分流失量。     

不同雨强条件下坡度对坡地产汇流及溶质运移的影响

为了分析坡度对坡面产汇流和溶质运移的影响,以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨实验,研究了坡度为5°,10°和15°,雨强为30,60和120 mm/h条件下植被坡地的入渗总量、坡面流流速、地面径流以及地面径流中Br-,NH4+和NO3-的浓度变化.结果表明,在其它影响因素相同的情况下,随着坡度的增大,坡面平均流速增大,地面径流总量增加,入渗总量减少、地面径流初始产流时间和径流终止时间均呈减小趋势,地面径流中Br-浓度变化不大,变化曲线几乎重合,NH4+浓度总体上呈递减趋势,且随着降雨强度的增大,这种递减趋势越显著,NO3-的规律性不明显.用幂函数关系可较好地拟合出坡面平均流速与坡度的关系.     

急陡黄土坡面土壤剥蚀率变化的水动力学机制研究

为探明模拟降雨条件下急陡黄土坡面侵蚀产沙的水动力学特征,采用室内模拟降雨的方法研究了6个坡度(25°,30°,35°,40°,45°,50°)和3个雨强(1.0,1.5,2.0mm/min)组合条件下急陡黄土坡面土壤剥蚀率变化规律以及土壤剥蚀率与各水动力学参数之间的关系。结果表明:同坡度下土壤剥蚀率随雨强的增加而增大,相同雨强下坡度对土壤剥蚀率的影响存在临界效应(40°~45°),当坡度小于临界坡度时,土壤剥蚀率随着坡度的增加而增大,当坡度大于临界坡度时,土壤剥蚀率随坡度的增加而减小;径流剪切力、径流功率与过水断面单位能随坡度和雨强的增大均呈增加趋势,其中规律最好的是径流功率;急陡黄土坡面土壤剥蚀率与平均径流剪切力、平均径流功率与平均过水断面单位能均呈幂函数关系,就拟合优度而言,R~2(ω)R~2(τ)R~2(E)。因此本试验条件下平均径流功率是描述急陡黄土坡面径流侵蚀的最优水力学参数。     

黄土坡面细沟水流剪切力及其侵蚀效应研究

采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验方法,对黄土坡面细沟水流剪切力及其侵蚀效应进行了试验研究。结果表明:(1)细沟水流切应力随径流历时的变化,各雨强条件均表现出增大趋势,可用线性方程很好地描述,增大速率在产流6min之后略有减小。(2)细沟水流切应力随径流历时的变化,不同坡度下也不断增大,可用直线方程进行描述,产流过程中变化趋势较为一致,其中两个大坡度下增加速率较小坡度下稍大,产流12min以后更大。(3)坡面细沟水流平均切应力随雨强增大而增大,可用对数方程描述。随坡度增加而迅速增大,可用幂函数方程描述。随雨强及坡度的变化可用二元幂函数方程描述。(4)不同雨强及坡度下,细沟侵蚀率随细沟水流切应力的增大而增大,可用线性方程描述。研究表明,细沟水流剪切力具有显著的侵蚀效应,是产生细沟侵蚀的重要水力学参数和水动力学根源。     

不同坡度坡耕地土壤氮磷的流失与迁移过程

采用人工模拟降雨试验研究不同坡度的土壤侵蚀程度,分析了土壤养分在不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)随坡面径流流失及水分入渗向下迁移的动态变化过程和机制。结果表明,在恒定降雨强度下,初始产流10min内,产流产沙量随时间迅速递增,随后缓慢增加并逐渐趋于稳定,总产流量大小为15°10°20°5°25°;10°总产沙量最大,15°和20°总产沙量相近,5°和25°总产沙量接近。不同坡度条件下总产流量和总产沙量随坡度的变化趋势均可用二次函数拟合,相关系数R2为0.65。10°~15°坡度之间存在一个对径流中养分浓度变化有显著影响的转折点。硝态氮在湿润层内的迁移过程用幂函数描述,铵态氮在湿润层内的浓度变化用三次多项式拟合,速效磷浓度在湿润层内随深度变化并不明显;硝态氮、铵态氮总流失量随坡度的变化趋势符合二次多项式变化,相关系数R2分别为0.91和0.77。20°时水溶性磷流失总量最大,为15°坡面的1.61倍。径流中初始养分浓度主要受养分在径流中溶解度的影响,在产流后期,土壤流失量对径流养分浓度的影响程度加大。     

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。     

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。     

植被覆盖条件下纳米碳对黄土坡面养分流失调控的试验研究

将纳米材料应用于坡面养分流失调控对减少黄土坡面养分流失等有着重要意义。基于神木六道沟流域上的坡面人工模拟降雨试验,分析了不同纳米碳含量(质量百分比分别为0%,0.1%,0.5%,0.7%,1.0%)对黄土坡面养分迁移过程的影响。结果表明:(1)同一作物的小区添加不同纳米碳含量对养分流失影响不明显;5种下垫面条件下,养分流失量均呈随纳米碳含量增加而降低的趋势,其中纳米碳含量为0.5%及0.7%对降低径流养分流失量的效果最好。不同纳米碳含量条件下,径流中的养分流失量从小到大为:空地玉米柠条绿豆苜蓿。(2)人工模拟降雨条件下,土壤表层养分在0—5cm内均有明显减少。而大于5cm深度的土壤中的养分值在降雨后有所增加,但随着深度增大养分增加量减少,而且添加不同浓度纳米碳导致养分值减少的速率不同。(3)不同纳米碳含量下与不同植被覆盖下径流中各离子的养分流失调控效果评价是径流中不同离子的平均浓度与平均流失率均随纳米碳含量的增加而减小,规律性较为明显。     

雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀及氮磷流失的影响

采用人工模拟降雨的手段,在2种雨强(50,75mm/h)、4种坡度(5°,10°,15°,20°)条件下,研究了雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。结果表明:(1)降雨强度从50mm/h增大到75mm/h,相同坡度的坡面开始产流时间提前了2.75~4.79min。(2)随着雨强的增大,同一坡度的坡面径流量增加了12.53~15.80mm/m2,增加幅度为1.24~1.31倍;同一坡度的坡面产沙量增加了0.47~3.61kg/m2,增加幅度为0.77~2.90倍。坡面侵蚀过程中,存在临界坡度,为15°左右。(3)氮素流失以径流流失为主,泥沙中总氮的流失量较低,仅占径流总氮流失量的1.4%~9.7%。坡度较小时,磷素流失途径以径流流失为主,随着坡度的增加,磷素的流失途径以泥沙流失为主。(4)径流总氮流失浓度与径流强度呈线性正相关,泥沙总氮和总磷流失浓度与产沙率也分别呈显著的线性正相关。     

溶质施放部位对红壤坡面溶质迁移特征的影响

以非吸附性溴离子为示踪剂,采用室内模拟降雨方法研究间歇降雨和施肥部位对红壤坡面产流、产沙以及溴离子迁移特征的影响。结果表明,降雨特征相同条件下,3次降雨的总径流量无明显差异,但第3次降雨形成的产沙量分别是第1次和第2次的7倍和2.2倍,这表明因前期含水量的提高而降低了土壤抗冲性是红壤侵蚀的主要原因之一;径流溴离子浓度随时间变化均呈幂函数衰减,与施肥部位无关;施肥部位越靠近坡底,径流溴离子初始浓度越高且衰减速度越快;溴离子流失数量与施肥距离呈显著正线性关系。通过估算3次间歇降雨径流中溶质流失数量的来源发现,淋溶到坡面土壤中的溴离子再次参与径流流失的数量,其平均比重从81.61%提高到了93.76%,这表明施加在上坡部位的肥料被淋溶后对后期径流养分流失的贡献十分显著。     

不同坡度下紫色土地表微地形变化及其对土壤侵蚀的影响

为了揭示川中丘陵区紫色土地表微地形变化对土壤侵蚀的影响,该文通过室内人工模拟降雨试验,从地表糙度角度出发,结合多重分形理论与方法,分析了不同坡度条件下紫色土地表微地形变化特征,探讨了地表微地形变化与土壤侵蚀间的关系。结果表明:1)雨强为1.5 mm/min,历时为40 min降雨条件下,10°、15°和20°坡面地表相对高程的变化量分别为-11.66、-3.52和-5.61 mm,仅20°坡面地表初始低洼部位被径流贯通形成细沟;各坡面地表糙度均有所减小,且表现为15°10°20°,其中10°和15°坡面不同坡位地表糙度均较雨前减小,20°坡面下坡地表糙度较雨前增大,不同坡度全坡面地表糙度均较雨前减小;2)地表微地形具有一定的多重分形特征,10°和15°坡面雨后多重分形参数广义分形维数跨度、奇异指数跨度和多重分形谱高差均较雨前增大,微地形空间分布差异增大,且地表变得圆润,20°坡面与之相反;3)随坡度增大,地表径流量呈先减小后增大的变化趋势,且地表糙度变幅越小的坡面,地表产流量越高,而侵蚀产沙量则随坡度的增大显著提高(P0.05)。研究成果为揭示水蚀过程中地表微地形变化的本质和作用机理提供了参考。     

不同透水状况对坡地土壤侵蚀和养分流失的影响

 为研究坡地物质迁移的重要过程,通过室内人工降雨模拟试验,研究不同透水状况坡地土壤侵蚀和养分流失的过程与机制。研究结果表明:不透水坡地的初始产流时间比半透水和完全透水坡地提前57min,且土壤侵蚀总量大于其余两者土壤侵蚀量之和;在二次降雨条件下,不透水坡地的土壤侵蚀剧烈,土壤侵蚀量大于其他2种状况之和的5倍;在首次降雨过程中3种不同透水状况的径流养分浓度变化表现一致,仅在降雨75min后开始呈现差异;二次降雨过程中径流养分浓度存在显著差异。因此,存在不透水底层或入渗速率低的犁底层坡地,具有潜在的严重土壤侵蚀与磷钾流失趋势,尤其在初始土壤含水量较高的情况下。为合理配置坡地水土保持管理措施和控制养分流失提供参考。     

考虑水迁移率动态变化改进土壤溶质地表流失模型

农田土壤溶质的地表径流流失是农业面源污染的重要组成部分,为了更加有效预测和控制农田土壤溶质的流失,该文将水迁移率考虑为随土壤侵蚀变化而变化的函数,并修改Hydrus-1D代码数值求解土壤溶质的地表径流浓度值。利用两组已经发表的试验数据对改进的模型进行校验,研究结果表明该文模拟值与观测数据的相关系数r≥0.81,残差绝对均值和均方根差与原模型的模拟值相比,分别平均减少了35.42和60.77 mg/L,该文改进的模型能更好地模拟土壤溶质的地表径流流失规律。该文的研究成果将为实际预防和控制农业面源污染提供参考。     

中国云南滇池流域农田径流磷污染负荷影响因素研究

Effects of factors such as slope, surface soil texture, fertilization and crop cover with different rainfall intensities on phosphorus (P) losses in farmland runoff of the Dianchi Lake Watershed in Yunnan Province of China were studied through a rainfall simulation test using a red soil, one of the most widely distributed soils of the study area. Results showed that the runoff concentrations of total phosphorus (TP) and P losses differed with the slope, being highest when the slope was 18°. At two different rainfall intensities, the runoff TP and P losses had a similar decreasing trend as the surface soil texture became coarser, therefore applying the grit would decrease P in runoff from soils of farmland on slopes with heavier textures. With wheat as a crop cover the runoff TP concentrations and P losses were significantly lower than those of the bare soil. This showed that plant cover would greatly decrease P in runoff from the farmland of the study area. The TP concentration in runoff from the soil two days after fertilization doubled when compared with that from the non-fertilized soil, indicating that fertilization could mean a dramatic rise in P runoff if irrigation or heavy rainfall occurred immediately after application and that no fertilization before a rain and no irrigation immediately after fertilization would reduce runoff P loss from the farmland of the study area.