雨强和地下孔（裂）隙度对喀斯特坡耕地养分流失的影响

【目的】研究不同降雨强度和地下孔（裂）隙下,喀斯特区坡耕地表和地下土壤养分流失途径及流失规律,为喀斯特坡耕地土壤养分流失控制和农业面源污染防治提供理论依据。【方法】以喀斯特区坡度为15°的坡耕地为研究对象,通过模拟其地表形态和地下孔（裂）隙特征,设置不同雨强（30、50、70、90 mm·h^-1）和地下孔（裂）隙度（1%、3%、5%）交叉试验共36场降雨,探索喀斯特坡耕地地表和地下养分流失特征。【结果】（1）雨强对喀斯特区坡耕地产流产沙影响显著（P<0.05）,地表、地下产流产沙量随雨强增大而增加,其产流产沙从地下过渡到地上的临界雨强可能在30—50 mm·h^-1;随地下孔（裂）隙度增大,地下产流产沙量增加,地表呈相反的规律。（2）喀斯特坡耕地径流养分主要通过地表流失,小雨强下通过地下孔（裂）隙流失;径流中全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）流失量和流失模数均随雨强增大而上升,雨强对各径流养分流失浓度影响不明显。地表养分流失量和流失模数随地下孔（裂）隙度增加而下降,地下反之。地下孔（裂）隙度的增加使地下径流养分流失占比逐渐增加。（3）养分会通过附着于泥沙流失,其中以地表泥沙流失为主。地表、地下各泥沙养分平均流失浓度、流失量和流失模数均随降雨强度增大而增加,其中TK流失平均浓度和流失量在不同雨强下显著高于TN和TP。同雨强下,地表泥沙各养分平均流失浓度、流失量和流失模数随孔（裂）隙度增加呈减小趋势,地下反之,但流失量从地表为主到地表与地下二者并重。（4）相关性分析表明,降雨强度与径流和泥沙流失量均呈现显著正相关关系,雨强对各养分径流的影响高于泥沙,地表径流受雨强影响最大。地下孔（裂）隙度对泥沙养分流失量的影响高于径流,而泥沙养分中地下泥沙养分流失量受其影响较大。【结论】喀斯特坡耕地养分主要通过地表流失,但地下孔（裂）隙对养分流失的影响不容忽视。在坡耕地养分流失防治上,地表通过增加植被覆盖度和添加枯落物等方式减缓坡耕地产流产沙量,地下通过植被根系固定土壤,防止养分通过孔（裂）隙向地下渗漏进而达到减少坡耕地土壤养分流失。     

自然降雨条件下淮北平原农田氮素流失特征研究

[目的]研究自然降雨过程中农田氮素径流流失特征。[方法]基于淮北平原区1次典型的自然降雨,分析降雨强度、径流量及排水中TN、PN、NH_4~+-N和NO_3~--N的质量浓度变化。[结果]自然降雨条件下,降雨强度和径流量变化趋势基本一致,但产流时间较降雨时间以及径流量较降雨强度的变化均有一定滞后效应;随着径流量增大,排水中TN、PN和NH_4~+-N的质量浓度快速增大,且达到峰值的时间较径流峰值时间提前,峰值过后三者质量浓度快速下降,降雨停止后随着径流减少TN趋于稳定,PN和NH_4~+-N继续降低,NO_3~--N质量浓度与径流量呈反向变化特征;随着雨强和径流量的变化3种形态氮素比例动态变化,且降雨时颗粒态氮大于溶解态氮,降雨停止后PN和可溶态NH_4~+-N减少,可溶态NO_3~--N增加;相关性分析表明,降雨强度与径流量、NH_4~+-N、PN和TN呈正相关关系,与NO_3~--N呈负相关关系;整个径流过程TN、PN、NH_4+~-N和NO_3~--N质量浓度均值分别为11.50、6.58、2.11和2.88 mg/L,均超出了地表水Ⅴ类水的标准。[结论]自然降雨径流过程中农田排水给周围水体带来较大的环境风险,该研究为该区域氮素流失特征研究及面源污染控制提供理论基础。     

不同降雨强度下旱地农田氮磷流失规律

为阐明旱地农田径流氮磷流失规律,以种植空心菜的旱地为研究对象,采用人工模拟降雨方式,设计10、15、25 mm·h^-1三个降雨强度,研究不同雨强下旱地氮磷流失特征和径流拦截效果。结果表明：在相同降雨量条件下,旱地径流量随降雨强度的增大而增加,10、15、25 mm·h^-1雨强下产生的径流总量分别为197.07、381.92、649.45 m³·hm^-2,对应的径流系数分别为0.20、0.38、0.65。总氮（TN）浓度变化随产流时长呈现出先上升后下降的趋势,峰值明显,氮的流失形态以硝酸盐氮（NO₃^--N）为主;TN流失量随着降雨强度的增大而增加,10、15、25 mm·h^-1雨强下分别为0.67、2.48、9.74 kg·hm^-2。总磷（TP）流失浓度随降雨强度的增大而降低,流失过程相对平缓,磷的流失形态以颗粒态磷（PP）为主;10、15、25 mm·h^-1雨强下TP流失量分别为0.061、0.050、0.030 kg·hm^-2。通过田间沟渠水位的管控,可有效减少TN的径流排放,不同雨强下减少比例分别为100.00%、63.56%、33.98%。研究表明,氮的拦截是控制旱地面源污染的重点,在拦截能力有限的情况下,选择污染负荷较高的时段可有效提高面源污染拦截效果。     

模拟降雨条件下万泉河流域农田养分流失特征及面源污染源强研究

采用径流场结合人工模拟降雨方式,研究了海南岛万泉河流域土壤中N、P、有机质等营养物质的流失特征。结果表明,降雨强度越大,产流系数越大,携带走的污染物越多,所产生的污染程度越大;TN的流失表现为雨强越大,增幅越大,当雨强为中雨、大雨时PN所占TN的比例为44.43%和44.09%,当雨强为暴雨时PN占TN比例则跃升至77.83%;养分流失速率呈现有机质〉TN〉TP的特征;PP随地表径流搬运迁移为TP主要的流失形态,且随雨强的增大而增大;而DP的流失特征为不随雨强变化而变化;土壤质地、坡度、植物覆盖率对土壤养分流失速率的影响显著。     

间歇降雨条件下黄土坡面土壤溶质的迁移特征

 【目的】研究间歇降雨条件下黄土坡地水分溶质迁移特征,为减少汛期坡耕地肥料流失率和水土流失量提供理论依据。【方法】以黄土坡地为研究对象,采取表层喷施和拌施两种施肥方式,通过两场间隔24 h的室内模拟降雨试验,从降雨-径流-土壤相互作用角度,研究间歇降雨条件下坡面水土流失和土壤溶质（NO3-、Br-和PO43）的迁移特征。【结果】第二次降雨的稳定产流强度、径流量和侵蚀泥沙量均大于第一次降雨,初始产流时间和产流强度达到稳定的时间也比第一次降雨提前。与第一次降雨平稳阶段NO3-和Br-的浓度相比,第二次降雨开始产流时浓度明显偏大,但其平稳阶段浓度又均小于前者,而吸附性PO43-的第二次降雨浓度高于第一次降雨稳定期浓度。非吸附性NO3-和Br-易随入渗水迁移,导致表层土壤溶质含量显著减少,第二次降雨地表总流失量小于第一次降雨,而PO43-受土壤侵蚀因素影响很大,喷施和拌施条件下PO43-第二次降雨的总流失量分别为第一次降雨的2.93和1.77倍。【结论】对于土体疏松易侵蚀的黄土地区,受降雨间歇期表层土壤溶质含量和土壤抗蚀性变化的影响,第二次降雨的径流溶质浓度过程线不能视作第一次降雨的简单延续,多次降雨会加剧吸附性土壤溶质的地表流失风险。在雨季里,首次降雨应时该采取必备的截流措施,减少非吸附性土壤养分的大量流失;对后期降雨的关注重点则是涵养水土,防范吸附性土壤养分的流失风险。     

模拟降雨条件下太湖地区稻田氮素径流流失特征

为了解太湖水网地区稻田氮素径流流失特征,在不同施肥处理试验小区的不同时期,进行人工模拟降雨试验.结果表明,降雨后稻田总氮(TN)流失量随着施氮量的增加而增加,施氮初期是氮素流失高峰期.第一次施氮后5 d(降雨前有田面水),0、225、300和375 kg/hm~2 4种施氮水平的稻田TN流失量依次递增,依次相差均在0.15kg/hm~2以上;第二次施氮后15d(降雨前无田面水),施氮量对TN流失量影响不大,各施氮水平的稻田TN流失量依次相差均在0.05 kg/hm~2以下.氮素流失形态以硝态氮和铵态氮为主,在第一次施氮后3d的稻田径流TN中,铵态氮和硝态氮所占比例近50%.此外,在一次降水过程中,无论降雨前有无田面水,产生径流的初期都是氮素流失的高峰期.     

不同耕作方式和雨强对紫色土养分流失的影响

 【目的】揭示紫色土地区坡耕地常用农耕措施在不同雨强条件下对土壤养分流失途径及流失量的影响规律，为紫色土坡耕地培肥及养分流失治理提供理论依据。【方法】本研究采用两因素、三水平、三重复随机区组试验，利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨，采用模拟径流小区观测地表径流量、壤中流量、泥沙侵蚀量及取样分析养分流失量。【结果】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氮流失量的趋势。在本试验条件下，约1%的化肥氮（速效氮）被雨水淋洗出土体并排放到环境中；而速效磷的流失量只占化肥磷的万分之三至万分之十，流失量很小。【结论】紫色土坡耕地磷素流失的载体是泥沙，流失量更易受雨强的影响，要控制磷的流失，首先应防止土壤侵蚀；横坡垄作能够有效控制土壤侵蚀，因此，也能较好控制磷流失。紫色土坡耕地氮流失载体在雨强较小时是径流，径流中又以地下径流为主，要控制氮流失，首先必须控制地下径流；传统的横坡垄作会加大地下径流量，也就加大了氮的流失。全面控制紫色土的氮、磷损失，必须采用控蚀耕作、增厚土层、提升土壤有机质等综合措施。     

模拟强降雨条件下硝态氮在土壤剖面的累积及淋溶研究

[目的]为了探讨硝态氮在土壤中累积和淋溶水平。[方法]采用野外冬小麦田间试验,选定不同降雨强度和施肥水平,分析土壤不同深度水分含量和硝态氮含量。[结果]降雨强度和土壤施肥水平是有效影响土壤氮素在土壤中运移和淋溶的重要因素,表现在:土壤降雨强度越大,施肥水平越高,会造成土壤中主要氮素类型硝态氮明显的流失。此外,土壤质地类型也是造成土壤氮素流失的重要因素,表现为土壤质地砂性越强,其淋溶效果越明显。[结论]土壤施肥水平和降雨强度是影响土壤氮素流失的重要因素。     

基于HYDRUS-1D模型的平原河网区农田氮素迁移特征研究

为了探究平原河网区域氮素垂向迁移及流失情况,本研究基于平原河网区农业活动施用的氮素通过包气带发生纵向迁移的实际情况,利用HYDRUS-1D软件中的水分运动和溶质运移模块构建适用于平原河网区的水氮模型,结合野外监测和室内淋溶试验对模型参数率定和验证,利用校验过的模型对区域氮素垂向迁移及流失情况进行模拟。结果表明:尿素主要分布在0~5 cm土壤,并在表层土壤中大量水解;氨氮和硝态氮主要分布在0~15 cm和0~35 cm土壤,且随着土壤深度增加,浓度均呈现先增加后减少的趋势。土壤深度每增加10 cm,硝态氮浓度减小约10 mg·L^-1。相对而言,硝态氮更易流失进入深层土壤,氨氮流失则对灌溉量响应更为明显。当灌溉量高于400 mL时,氮素流失量呈指数增加趋势。在综合考虑自然降雨、外源污染输入和土壤背景值的条件下,平原河网区进入地下水的氮素将远超国家Ⅲ类水质标准。     

地表径流中碱土金属流失规律及调控机制研究

采用模拟降雨装置,对密云县农田褐土进行了在不同地表状况、降雨强度和坡度下的交叉试验,测试分析了径流泥沙和径流水携带的Ca、Mg流失量。结果表明,相同降雨强度、坡度条件下,Ca、Mg流失量为秸秆覆盖<草皮覆被<裸地。相同地表状况与坡度下Ca、Mg流失量与雨强呈正相关,相同雨强下泥沙携带流失量随坡度的增加而增大,草皮覆被和秸秆覆盖的地表径流水中Ca、Mg的流失量随坡度的增加而增大,坡度对裸地地表径流水携带Ca、Mg的流失量峰值有影响。相同雨强和坡度条件下,裸地地表泥沙中Ca、Mg的流失量超出径流水的携带量,草皮覆被和秸秆覆盖下,在坡度10°、15°时泥沙中Ca、Mg的流失量接近于径流水携带量,而且此时径流水中Ca、Mg的流失量占泥沙携带量的百分比高于坡度为20°、25°、30°时的百分比。秸秆覆盖,雨强90、120mm·h-1条件下,径流水中Mg的流失量已经超过了泥沙携带量,结果证明径流液中Ca、Mg均存在不容忽视的流失状况,而且Ca的流失量高于Mg。     

高寒草甸草原地表径流的若干特征分析

[目的]揭示高寒草甸草原降水特性、土壤水分对草地地表径流和水土流失的影响。[方法]利用高寒牧区海北牧业气象试验站2005年9月~2007年10月观测的天然草地地表径流与大气降水、土壤水分及植被覆盖资料,分析了该地表径流的特征。[结果]高寒草甸草原年平均径流系数为0.18%,各季地表径流夏季>秋季>春季,分别占年总径流量的57.3%、36.0%和6.7%,冬季无地表径流;年水土流失量主要由几次大降水造成;地表径流量与降雨量呈明显的线性正相关关系,与30 min最大雨强表现出指数函数关系,与0~20cm表层的土壤水分呈现显著的正相关关系。[结论]为高寒草甸草原水旱灾害的综合防治和实现水资源的可持续利用提供科学依据。     

柘皋河流域农田土壤氮磷迁移过程的模拟研究

[目的]研究土壤表层氮、磷迁移变化机理。[方法]选取柘皋河流域为试验区,以流域3种主要土地利用类型为研究对象,采用人工模拟降雨方法,在不同施肥量、降雨强度条件下研究了氮、磷在壤中流、渗漏液的迁移规律。[结果]氨氮在土壤中具有很强的吸附和转化能力,迁移深度较小,主要集中在表面;硝氮在土壤中迁移转化的过程与土壤特性及水力条件有着密切的关系。菜地土壤中流中总磷含量平均为0.52 mg/L,远远超出相邻水体（巢湖）中磷含量的控制要求。壤中流、渗漏液中氨氮、硝氮、总氮、有效磷及总磷含量同降雨强度、施肥量密切相关。[结论]除了控制地表径流传输,如何有效抑制壤中流中的氮磷迁移对该区域水环境污染的治理十分关键。     

重金属镉在土壤中迁移模拟研究

[目的]以氯化镉（CdCl2）为供试污染物,通过人工模拟试验研究重金属重大污染事故发生时CdCl2污染物在土体中沿横向及纵向的迁移过程和特征,为重大环境污染事件的快速处理提供理论依据。[方法]采用柱淋滤装置,模拟2阶段降雨条件下CdCl2在土壤层中的横向与纵向迁移分布特征,试验周期16d,采用便携式手控负压泵抽取土壤溶液样品,溶液中Cd含量采用原子吸收分光光度法测定。[结果]在整个试验期间,重金属Cd呈现明显的横向和纵向分布特征,CdCl2在投加后0.5h即覆盖表层横断面,146h覆盖整个纵剖面。Cd浓度的纵向相对变化速率分析表明,不同深度Cd污染物快速通过的时间不同,15、35和55cm深度处Cd污染物快速通过的时间分别约为48、117和266h。[结论]该箱体模拟装置可以同时考察污染物在土壤中沿横向和纵向的分布及迁移特征;较大降雨条件下重金属Cd污染物在土壤表面先以横向径流扩散为主,纵向迁移相对滞后。     

先锋植物小果博落回对土壤理化性质的影响

[目的]为土地复垦和生态修复提供理论参考。[方法]对中条山浍河河谷区小果博落回生物群落进行野外调查,并对其土壤理化性质进行测定。[结果]小果博落回植株养分累积量高于其他植物,且呈现出P﹥N﹥K的趋势。小果博落回对不同深度的土壤理化性质都有不同程度的提高,总体表现为对表层土壤（0～20 cm）的含水量、土壤机械组成、pH及有机质、全氮、有效磷含量的提高效果显著高于深层土壤（20～40 cm）,而对速效钾含量的提高作用则表现为深层土壤大于表层土壤。[结论]先锋植物小果博落回有助于改良不同深度土层的土壤含水量及有机质、全氮、有效磷、速效钾含量等理化性质,有利于提高土壤肥力,进而为其他植物群落的生长提供基础条件,为植物群落的恢复与重建奠定基础。     

滇池流域农田土壤氮污染负荷影响因素研究

采取模拟试验的方法,研究了在人工降雨和自然降雨条件下,坡度、土壤质地、地表覆盖状况以及施肥方式对坡地农田径流中氮素污染负荷的影响。结果表明:随着坡度的增加,农田土壤径流中氮的浓度和氮的输出量都增加;在人工模拟降雨和自然降雨条件下,土壤径流中氮的浓度变化趋势相同,都随着质地的变粗而减少;和裸地相比,种植小麦能明显减少土壤径流中氮的浓度和输出量,氮的流失量减少范围在11.80~238.46kg/hm2之间;相同施肥量条件下,面施氮肥时土壤径流中氮的浓度和输出量比穴施时明显增加。     

应用HYDRUS-1D模型模拟分析PFCs在土壤中的迁移特征

为探明全氟化合物(PFCs)在土壤中的迁移转化规律,为PFCs地下水污染防治提供依据,以全氟丁酸(PFBA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟庚酸(PFHpA)、全氟辛酸(PFOA)、全氟壬酸(PFNA)和全氟辛基磺酸(PFOS)等6种PFCs作为研究对象,在室内设置一维土柱实验模拟PFCs在土壤中的迁移过程,采用Hydrus-1D模型建立土壤水流和溶质运移数值模型,对PFCs在土柱中的迁移过程进行模拟,将模拟结果同实验结果进行比较,模型模拟值与实验实测值吻合得较好。采用单因素局部扰动分析方法,分别对HYDRUS-1D模型中入渗水量、土壤容重、纵向弥散度和PFCs在土壤介质中的吸附系数等参数进行扰动,并与参数原值结果进行比较,计算敏感系数,结果表明入渗水量、土壤容重和吸附系数是影响PFCs在土壤中迁移的主要因素。     

再生水灌溉土壤主要盐离子迁移模拟

在北京市通州新河灌区,再生水已逐步成为农田灌溉的主体水源。与一般常规灌溉水源不同,再生水虽经过处理,仍含有多种重金属和盐分离子以及一些有机污染物。针对再生水灌溉过程中盐离子可能在土壤中积累进而产生地下水污染问题,运用非饱和土壤水流和溶质运移模型Hydrus-1D,模拟再生水灌溉条件下主要盐离子SO2-4、Cl-和NO3-N在土层中的垂向分布及其随时间向深层的迁移情况,讨论了再生水灌溉是否对地下水构成潜在威胁。模拟结果显示,新河灌区的再生水盐离子主要集中在50 cm以内的表层土壤中,其浓度累积不足以迁移到深层土壤并进而污染地下水,盐离子甚至会随着时间的延长逐渐被作物吸收利用。该灌区的使用现状表明再生水进行农田灌溉是可行的,对地下水污染的可能性极小,但为避免表层土壤含盐量超标影响作物生长,建议采用基于土壤环境和作物生命健康的再生水灌溉制度。     

旅游干扰对自然保护区土壤肥力的影响

[目的]通过对土壤理化性质、肥力指标及特征进行分析,探讨旅游对自然保护区的影响。[方法]采取的方法是样带法。[结果]由于旅游干扰,人为践踏使地表枯落物减少1/2,有机质含量平均下降7%,土壤全氮含量平均减少0.04 g/kg,其余全磷等都不同程度有所下降。[结论]随着人为干扰强度的增大,土壤肥力状况呈下降趋势,并且这种趋势在0～20 cm土层表现的比较明显。