红壤坡面产流产沙与养分流失特征研究

在自然降雨条件下,研究了有、无植被覆盖径流小区红壤坡面周年内产流、产沙及养分流失特征.结果表明径流小区产流、产沙量的高峰期与降雨量的高峰期相一致.降雨侵蚀力与降雨量季节分布的不均匀性是由于不同时期的降雨特征和降雨侵蚀力构成因素决定.坡面流失泥沙悬移质养分浓度均高于推移质中的养分浓度.顺坡种植油菜-花生处理,坡面流失泥沙钾、磷养分浓度高于休闲裸坡处理.红壤坡面养分以泥沙结合态流失为主,但磷、钾以水溶态流失也是一个重要的养分流失途径.流失泥沙悬移质和推移质都有明显的养分富集现象,坡面有、无植被覆盖会使流失泥沙养分富集率发生变化.     

不同耕作方式和植被覆盖对土壤养分流失的影响研究

为研究天然降雨条件下不同耕作方式及植被覆盖条件下水土流失中养分流失的变化规律,根据当地不同的种植模式,在野外标准径流小区进行试验。结果表明:①在相同降雨条件下,顺垄耕作的坡面侵蚀产沙量大于横垄耕作。30°天然坡面次降雨过程平均侵蚀产沙量远小于三个坡面的径流小区。②次降雨过程中,玉米顺垄耕作土壤养分流失量大于横垄,30°天然坡面土壤养分流失量低于三个坡面的径流小区。     

人工模拟降雨不同施肥方式下紫色土养分流失研究

试验采用人工模拟降雨装置,研究了紫色土在表施肥和混施肥两种施肥方式下磷、钾养分径流流失规律.结果表明,两种施肥方式径流中养分浓度均随时间呈幂函数下降,但表施肥径流中磷钾养分含量明显高于混施肥,且在降雨产流初期表现尤为明显;在养分流失量方面,两种施肥方式径流中可溶性P及速效K累积流失量均随时间呈近似直线增加,表施肥明显大于混施肥,但混施肥养分流失50%～70%在开始降雨产流的前10 min内发生,而表施肥养分流失贯穿整个产流过程.同时试验发现施肥方式对坡面产流无显著影响.     

土壤结皮对西南横断山区土壤坡面产流产沙及养分流失的影响

采用人工降雨方法,模拟在无结皮和有结皮不同发育程度下,研究结皮对横断山区土壤坡面产流形成、侵蚀过程及养分流失过程的影响.结果表明,结皮促使坡面产流提前发生,但对坡面产流量的影响不甚明显;对坡面产沙量却有明显的作用;5°坡面有结皮处理的坡面产沙量较无结皮减少54％,而10°坡面有结皮处理的坡面产沙量则增加16％,表明土壤结皮对坡面侵蚀的影响与地面坡度有密切关系.坡面土壤磷钾流失过程均呈幂函数衰减趋势,无结皮坡面衰减速率较快,随着结皮不断发育,钾素流失形式以浸提态为主,逐步被溶解态所取代,磷素始终以泥沙浸提态流失占优势;与无结皮相比较,结皮坡面K+流失总量降低62.39％,径流样溶解态磷(DP)、泥沙浸提态磷(SEP)和泥沙浸提态钾(SEK)的流失总量分别降低33.33％ 、37.10％和78.36％.土壤结皮具有减少土壤养分流失和延缓坡面土壤质量退化的作用.     

农业非点源氮磷流失规律研究

以北京密云县高岭乡石匣实验小区为研究对象，通过监测分析降雨后的径流样研究实验小区氮磷流失特征，结果表明：土地利用方式的差异对径流中氮磷的浓度有径流中总磷浓度变化趋势：果园〉标准小区〉农地〉荒草坡〉林地；总氮浓度变化趋势：林果地〉荒草坡〉农地〉标准小区〉林地。这表明果园由于施肥的影响造成径流中氮磷浓度偏高；免耕种植、梯田种植、鱼鳞坑造林等耕作方式会明显减少农田土壤的侵蚀。植被覆盖明显减少径流量和泥沙量，从而有效地控制农田氮磷污染物的流失；径流中氮、磷主要以颗粒态存在。     

不同土地利用对流域土壤侵蚀和氮、磷流失的影响

水土流失是非点源污染主要的发生形式,而不同土地利用(植被覆盖)对土壤侵蚀及其氮、磷的流失起着决定性的作用。本文通过在福建省九龙江流域内选取典型小流域来研究不同植被类型与土壤侵蚀和氮、磷流失的关系。结果表明,不同植被覆盖的典型小流域降雨径流中悬浮泥沙、氮、磷的流失依次为:坡地果园>水稻田>半人工果林>天然次生林;典型小流域降雨径流流失的悬浮泥沙量、氮、磷流失量与植被覆盖度和降雨量成反比;而且氮的主要流失形态为溶解态,磷的流失形态主要为泥沙结合态。     

天然降雨条件下坡面侵蚀动力学特性研究

采用天然降雨径流小区试验的方法,通过观测天然降雨条件下坡面径流流速,对坡面侵蚀发生过程中的径流水动力学特性进行了研究.结果表明:植被覆盖的坡面和裸坡的径流水力学参数流速、雷诺数、弗汝德数均随降雨强度的增大而增大;阻力系数则随降雨强度的增大而减小.有植被覆盖的坡面流的雷诺数与弗汝德数则随雨强的变化相对平稳.     

模拟暴雨下红壤坡面产流产沙及养分流失特征研究

试验采用野外人工模拟降雨装置,分析了红壤裸坡面产流产沙及养分流失特征.结果表明,次暴雨过程中坡面产沙强度呈下降趋势,相应的径流含沙量随降雨时间的延长而减小;初始产流时间很大程度上是由降雨强度决定的;累计产沙量与产流量之间的相关关系呈抛物线型;高强度暴雨下的养分流失随降雨时间呈波形变化.     

地表坡度对坡面溶质随薄层水流迁移特征的影响

通过上方来水模拟薄层水流冲刷试验,研究了地表坡度对红壤坡面产流、产沙及非吸附性离子(Br-)迁移过程的影响.结果表明:起始产流时间随地表坡度增大呈递减趋势;坡度对产流规律和产流总量影响并不显著.坡面径流泥沙含量随产流时间呈半正弦波衰减趋势;坡度越大,周期越短,波幅越大;泥沙流失总量与坡度呈幂函数递增关系.薄层水流冲刷作用下坡度对土壤溴迁移特性影响显著;随着坡度增大,径流澳浓度随之增大,澳的流失方式由淋溶损失为主逐步转变为径流流失为主.     

岩石边坡喷播植草护坡工程的抗侵蚀效应

利用人工模拟降雨试验,从泥沙与养分流失的角度,对岩石边坡喷播植草护坡工程抵抗降雨侵蚀效应进行了研究,对侵蚀量与降雨强度、坡度、播种量及草的生长发育程度之间的关系进行了定量分析,揭示了岩石边坡喷播植草护坡工程抵抗降雨侵蚀的特征.结果表明:除降低雨滴动能外,坡面草本植被层具有明显的分流作用,降低了到达坡面的有效降雨量;泥沙与养分侵蚀量随坡度和播种量的增大而减少,随降雨强度的增加而增大,侵蚀量与试验因子间存在显著的函数关系,且抵抗降雨效应随草的生长发育程度表现出明显的时间动态特征;在高雨强下,基质的泥沙与养分流失量仍处于较低水平,表明岩石边坡喷播植草护坡工程具有较好的抵抗降雨能力.      

宁夏南部山区黄土高原不同土地利用模式下的水土保持特征研究

通过对宁夏南部山区黄土高原王洼流域降雨量、蒸发量及不同土地利用模式下径流小区坡面多年土壤侵蚀特征进行分析.结果表明:宁夏南部山区黄土高原王洼流域蒸发量是降雨量的3.2倍,蒸发量的峰值出现在6月份.降雨侵蚀力和降雨量的季节分布明显为单峰形.月降雨侵蚀力和降雨量所占比例季节分布不一致.不同土地利用方式、不同坡度下土壤侵蚀特征各不相同.各种土地利用方式下,均表现为随坡面坡度的增加,径流量、径流系数、侵蚀模数逐渐增加.林作方式下有较低的径流量和泥沙量,仅为相同坡度下农田和自然荒坡地的24.99%~46.56%,16.08%~49.0%.复合农业措施比单一农作更有利于降低坡面土壤侵蚀.宁夏南部山区黄土高原植被的截流、地面植被的覆盖以及土地耕作方式是影响土壤侵蚀的主要因素.不同土地利用方式下,土壤侵蚀峰值多出现在8月份,8月份径流量可占到全年径流量的19%~40%,和降雨量及降雨侵蚀力的分布相一致.4种利用方式各月的土壤侵蚀模数变异都较大,改变土地利用方式会明显改变土壤侵蚀状况.合理的农业布局及农业配置方式是控制土壤侵蚀的主要途径.     

横坡耕作径流溶解态氮磷流失特征及其富营养化风险——以鲁中南山地丘陵区为例

以鲁中南山地丘陵区的坡耕地为例,在模拟降雨条件下分析了横坡耕作地表径流溶解态硝态氮(DNN)、铵态氮(DHN)和磷(DIP)的流失特征,并通过溶解态无机氮DIN(DNN+DHN)/DIP、DNN/DIP和DHN/DIP等3种氮磷比衡量其径流的富营养化风险.结果表明,在研究区典型的暴雨强度下(70mm·h-1),横坡耕作产流所需降雨量在8.07mm左右,产流后径流率在径流初期(0-5min)迅速增加,并在末期(14min后)趋于稳定,而径流泥沙浓度在降雨过程的变化表现出单峰型特征;溶解态氮、磷浓度在径流过程中逐渐降低,其中,径流末期DNN、DHN和DIN的平均浓度较初期分别下降12.1%、23.5%和12.6%.DIP浓度的下降幅度明显大于溶解态氮,为32.5%;溶解态氮、磷浓度与径流率以及原表土速效养分含量在径流初期的相关程度较高,之后则逐渐降低,与泥沙浓度的相关系数在降雨过程中则呈高-低-高变化;各溶解态氮的流失率在径流过程中呈增加趋势,而DIP流失率在径流过程中的变化不显著;溶解态氮、磷流失率与径流率存在升幂函数关系,但相关性随径流时间延长逐渐减弱.N/P率分析表明,横坡耕作径流的富营养化风险较低,但风险水平在径流过程中呈逐渐增加趋势.控制径流末期DNN的径流流失,可减轻横坡耕作径流对于受纳水体富营养化过程的影响.     

西南喀斯特地区不同覆被下产沙、产流特征分析——以贵州省关岭县为例

为了揭示西南喀斯特地区不同覆被下产沙、产流特征,选取贵州省关岭县典型喀斯特地区为研究对象,利用不同覆被下野外径流小区径流和泥沙观测数据与降雨特征资料,开展喀斯特地区不同覆被下产沙、产流特征研究。结果表明:研究区年降水总量1 039.7 mm、降雨时间183 d,降雨多以小雨形式产生,并计算得出侵蚀性降雨总量占50%左右;各径流小区坡面产流产沙特征与降雨的年内分布密切相关,相关性以经果林最大,水保林次之,撂荒草地最低;不同植被覆盖下降雨的产流产沙特征差异显著,以灌木为主的水保林减沙减流效果明显,其坡面产流产沙明显低于经果林和撂荒地;3种覆被方式下产流量与产沙量相关性较好。     

基于SWAT模型新开发梯田模块的中国南方红壤区梯田水沙及养分流失模拟

【目的】采用SWAT模型新开发梯田模块对中国南方红壤区梯田的水沙和养分流失进行模拟,分析SWAT模型梯田模块在中国南方水土流失地区的适用性。【方法】采用SWAT模型中新开发的梯田模块,结合其全球应用验证,在初步对美国软埝验证的基础上,利用资料较全的位于中国南方红壤区的云南尖山河小流域2007-2008年典型径流小区降雨径流、侵蚀产沙和总氮实测资料,对隔坡梯田水沙及面源污染调控过程进行模拟与验证。【结果】SWAT模型梯田模块对红壤区径流、侵蚀产沙及总氮的模拟结果能满足模型精度要求。利用梯田模块对红壤区隔坡梯田结构进行的优化表明,在坡度小于18.58°,梯田单元坡长小于20m的坡地上修建平坡比大于1∶5的单阶地隔坡梯田,可满足容许土壤流失量的要求。【结论】基于SWAT模型开发的梯田模块能够反映中国南方红壤区梯田降雨径流泥沙养分的运移过程,为研究水土保持措施对流域水循环影响提供了新的技术支撑。     

石灰岩坡面花生不同覆盖度水土及养分流失规律

通过室内人工模拟降水的方法,研究花生不同覆盖度石灰岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:随着覆盖度的增加,坡面产流、产沙量减少,养分流失量与产流产沙量成正比关系;与对照相比,20%覆盖度径流量、泥沙量分别减少22.22%、44.07%;覆盖度增加到95%,径流量、泥沙量分别减少61.11%、80.49%;与对照相比,95%覆盖度坡面有效减少了86.25%氮损失量、91.38%磷损失量、89.57%钾损失量;径流泥沙中各养分含量随着覆盖度的增加而减少。通过对不同处理因素下坡面养分流失量变化进行方程拟合,结果表明:采用三项式方程模拟石灰岩坡面土壤养分流失比较适宜,且20%覆盖度的全效养分与泥沙量拟合系数均超过0.99,呈显著相关。     

伊犁河谷次降雨特征对坡面产流产沙的影响

【目的】研究西北干旱区自然降雨与退化草地坡面产流产沙的关系,及坡面阻控措施对水沙变化的影响,为区域洪水防治和水土保持提供理论支持.【方法】基于2019年4～9月伊宁市北坡31场次降雨,分析降雨特征并制定侵蚀性降雨标准;在同一坡面设置枯草覆盖、水平沟、增渗孔以及对照等4种处理开展自然降雨径流监测实验,研究降雨特征与坡面产流产沙的关系,比较3种坡面阻控措施的效果.【结果】伊犁河谷次降雨最大30 min雨强远大于平均雨强,具有明显的短时强降雨特征;当次降雨量超过4.0 mm且最大30 min雨强超过3.6 mm/h时,可引发降雨侵蚀;坡面产流量与降雨量及前3 d降雨量呈显著正相关,产沙量与降雨侵蚀力呈显著正相关;坡面处理措施对径流和泥沙削减效果均为:枯草覆盖水平沟增渗孔.【结论】伊犁河谷夏季短时强降雨是引发水土流失的重要条件,通过设置坡面阻控措施可降低短时强降雨对土壤的侵蚀,枯草覆盖和水平沟均能减少70%以上的产流产沙,有效减轻了坡面水土流失.     

施肥与植被覆盖对坡地铵态氮流失的影响

[目的]明确黄土高原地区施用氮肥及不同植被覆盖对坡地土壤NH4+-N流失的影响.[方法]在人工模拟降雨条件下,利用室内可调节坡度的铁皮冲刷槽,研究降雨径流过程中坡面NH4+-N流失特征,以及坡度、植被覆盖、施用氮素肥料对坡面表层土壤NH4+-N流失的影响.[结果]施用到土壤中的NH4+-N会随径流流失,且主要随着泥沙流失而流失,极少部分NH4+-N入渗到土壤深层;施用NH4NO3会增加土壤自身的NH4+-N流失;植被覆盖减少了坡面土壤自身NH4+-N随泥沙流失的数量,但是加剧了添加氮肥中随径流流失的NH4+-N的数量.[结论]在坡地施用氮肥和种植植被,都会加剧坡地土壤自身中的NH4+-N流失,从而对生态环境产生危害.     

紫色土坡耕地不同施肥水平下泥沙中氮、磷流失特征

以紫色土坡耕地"冬小麦—夏玉米"种植模式为研究对象,通过设置对照处理、复合施用农家肥和化肥、单施化肥、单施化肥增加施肥量、单施化肥横坡垄作5种施肥水平,采用径流小区定点监测的方法,研究了紫色土坡耕地不同施肥水平下泥沙中氮、磷流失特征.结果表明:各施肥水平下土壤表层养分质量百分比有一定程度增加,泥沙养分均发生富集现象,横坡垄作养分富集比小于顺坡耕作,复合施用农家肥化肥有效养分富集比大于全量养分,单一施用化肥全量养分富集比明显大于有效养分,且养分富集比随施肥量增加而增大;各施肥水平下,泥沙流失仅占0.34～6.21%;磷素流失中泥沙流失占78.80～84.83%,磷素流失以泥沙为主.从相对流失系数来看:氮的流失系数由高到低依次为单施化肥、横坡垄作、单施化肥增加施肥量、复合施用农家肥和化肥;磷的流失系数从高到低依次为单施化肥增加施肥量、横坡垄作、单施化肥、复合施用农家肥和化肥.     

干热河谷雨养坡地剑麻和番麻的径流分配作用及水土保持效应

金沙江干热河谷水土流失严重,自然降雨对地面的溅蚀以及形成径流对地表的冲刷是造成区域土壤养分流失、地力退化的重要原因。为了探究番麻、剑麻对干热河谷地区坡地产流产沙的影响及其对降雨径流的调控分配机制,设置标准小区监测试验,比较番麻、剑麻和裸地措施对小区土壤侵蚀量及降雨径流分配的影响。结果表明:干热河谷地区坡地径流输出以地表径流为主, 3种处理小区地表径流占总径流量的比例为76.42%～95.78%;番麻、剑麻小区的地表径流与裸地相比分别减少了71.09%、 84.21%, 50 cm处壤中流减少了19.33%、32.77%, 100 cm处壤中流则增加80.26%、 36.84%。拟合方程分析发现,平均雨强对裸地小区的产流影响最大,3种处理小区泥沙含量均与径流深关系最为密切,呈极显著正相关关系(p0.01)。该结论提示,在干热河谷栽种剑麻或番麻可以有效降低坡面径流的产生,并减少干热河谷坡面土壤的侵蚀,且这种减流减沙效益与剑麻和番麻在不同降雨条件下对降雨径流(地表径流、壤中流和界面流)的分配作用有关。     

不同降雨条件下红壤坡地养分垂向流失规律

为明确红壤坡地不同雨强下养分流失的途径和规律,研究百喜草(Paspalum natatu)全园覆盖、全园敷盖、全园裸露3种坡地利用类型下地表径流、壤中流、泥沙中总氮(TN)、总磷(TP)迁移特性及流失总量。结果表明:(1)不同雨型下采取生态措施(百喜草全园覆盖、全园敷盖)对TN、TP浓度起到明显的控制作用,其中百喜草全园覆盖(活地被植物)效果更佳;(2)不同雨型下不同处理径流中氮、磷的流失主要集中在径流初期,后期均匀稳定;(3)雨型越小,径流携带养分流失量占养分总流失量的比例越大,不同雨型中,清水径流携带的养分流失几乎可忽略不计,泥沙携带的养分才是真正的养分流失根源;(4)以TP为例,壤中流的浓度随深度的增加而减小,且浓度随壤中流流速的增大而减小,但壤中流单位时间内的流失量整体趋于平缓,壤中流及地下径流携带的养分可忽略不计。研究结果对科学制定红壤坡地养分管理措施、防治农业面源污染具有重要意义。