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。     

不同降水年型吉林省中部玉米生产水足迹研究

吉林省中部是中国重要的商品粮生产基地,尤以玉米的高产稳产而闻名。探讨不同降水年型下吉林省中部玉米生长期的耗水特征及玉米生产水足迹的空间分异,对实现农业水资源的合理利用,促进农业的稳定持续发展具有现实意义。结果表明:研究区北部县(市)的玉米生产水足迹较高,而南部县(市)的玉米生产水足迹较低。枯水年玉米生产水足迹最大,丰水年最小。玉米生产水足迹以绿水足迹为主,约占75%。绿水足迹以有效降水足迹为主,丰水年有效降水占绿水足迹的比例最大。玉米生长期土壤水消耗量以枯水年最大,丰水年最小。     

黑龙江省夏季异常降水特征及其对总降水的贡献研究

利用黑龙江省80个气象站1971～2016年6～8月逐日降水资料,参照国家标准规定大雨、暴雨事件为异常降水,以数理统计和贡献率方法分析黑龙江省夏季和6、7、8月异常降水及其贡献率变化特征,探讨异常降水对总降水的贡献。结果表明,1971～2016年,研究区夏季异常降水在时间上呈非连续性发生特征,贡献率呈大幅度波动变化,年际间振幅较大,夏季相同月份内大雨贡献率震荡更强,不同月份内,6月大雨贡献率变化最剧烈,8月暴雨贡献率变化最剧烈;异常降水发生在空间上不存在显著经向或纬向变化规律,呈分散性特征,相同月份内暴雨分散性更突出,不同月份内,6月分散性最显著,7月异常降水则相对集中。贡献率空间离散程度较大站点多分布于松嫩平原、三江平原北部,变化不稳定,松嫩平原为异常降水多发区;1971～2016年,大雨、暴雨对总降水量贡献表征为复杂性和相对性。相同年份多以暴雨占主导地位;不同年份中,其他量级降水具有重要贡献。异常降水密集年份中,日降水量20.0～24.9 mm应多予关注。研究客观表征异常降水对总降水的贡献,避免"降水量"分析的绝对性。     

基于三维重建技术的坡面细沟侵蚀演变过程研究

作为黄土高原地区沟头溯源侵蚀和水流汇集发源地的梁峁坡面,在强降雨下其产流产沙对沟缘线以下坡面及沟道侵蚀有着重大影响。该研究根据野外实地考查构建5°～35°变坡段实体模型,进行6场间歇性人工模拟降雨试验,并借助基于三维重建技术的PhotoScan软件获取坡面DEM,将其侵蚀演化过程进行图形化、数字化,定性定量揭示其侵蚀形态演变特征。研究表明:1)梁峁坡面细沟侵蚀历经4个阶段:面蚀阶段,即产生一系列呈串珠状分布的侵蚀跌坑,宽度5～9 cm,深度1～4 cm;细沟形成阶段,由面蚀所产生的微小跌坑在径流作用下长、宽、深均不断增大,最大分别达到266、7.6、13.8cm;细沟网形成阶段,细沟出现分叉及联通,有明显流路;小切沟形成阶段,伴随沟壁崩塌、沟壁加宽和沟底下切,最大沟长及最大沟深较细沟形成时增大3倍以上。2)对比次降雨过程基于三维建模所计算侵蚀量与实测侵蚀量,第1场降雨试验因地表疏松颗粒较多导致实测侵蚀量比建模计算侵蚀量大而引起较大偏差(20.82%),其他场次偏差均在10%左右或以下,总体来说,该技术可以较好地应用于侵蚀发育过程的研究。该研究实现侵蚀演变关键过程图形化、数字化,有助于人们定性、定量了解和认识梁峁坡面侵蚀过程,且对于创新侵蚀过程研究方法亦具有实践指导价值。     

祁连山东段高寒草甸模拟放牧下的坡面土壤水蚀特征

本研究在祁连山东段高寒草甸草原采用人工模拟降雨和模拟放牧测定其坡面产流产沙过程,旨在为高寒草甸的水源涵养功能评价及以防止水土流失为前提的草地合理利用提供基础资料。结果表明：从未放牧到重度放牧径流出现的时间逐渐缩短;相较于未放牧,从轻度放牧到重度放牧的高寒草甸平均径流量分别增加150.00%,600.00%,2 200.00%,平均产沙量分别增加170.59%,535.29%,694.12%,且降雨强度对径流量的影响高于对产沙量的影响;相较于重度放牧,未放牧、轻度放牧和中度放牧3种放牧强度的平均保水效益分别为67.06%,46.04%,28.08%;固土效益分别为88.54%,70.23%,38.73%;高寒草甸的减水减沙效益与雨型具有密切关系,相关系数分别为0.967和0.961,保水效益和固土效益间有极显著的相关性,相关系数为0.995。从维持水源涵养功能的角度来说,中度以下的放牧强度是相对安全的。     

退耕林地麻栎刺槐林壤中流及其磷素流失特征

为研究退耕还林后林地对壤中流磷素的调控效果,探究雨强对壤中流磷素流失的影响,选取鲁中南山区典型麻栎林、刺槐林和麻栎—刺槐混交林为研究对象,以荒草地为对照,采用模拟降雨试验方法,研究林地壤中流及磷素流失特征。结果表明:(1)林地壤中流占总产流的36.16%～46.93%,荒草地壤中流比例为18.58%,林地雨水下渗能力高于荒草地的,其中麻栎—刺槐混交林雨水下渗能力最好。随着雨强的增大,林地壤中流比例由54.34%减小到37.62%。(2)林地壤中流TP流失量低于荒草地的,为荒草地的45.88%～63.25%。林地TP总流失量比荒草地少55.32%～77.43%,与荒草地相比,林地对磷素的调控效果更优,其中麻栎—刺槐混交林的调控效果最好。随雨强的增大,林地壤中流TP流失量增加了0.68～1.33倍。(3)林地和荒草地的壤中流TP流失量占TP总流失量的12.12%～25.00%,壤中流TP流失在TP总流失中占据一定比例,在磷素流失中不容忽视。随着雨强增加,林地壤中流TP流失比例由30.66%下降到10.62%。研究成果对探究林地壤中流磷素流失规律和改善生态环境具有重要参考价值。     

天然降雨下川中丘陵区不同年限植物篱水土保持效用

通过对遂宁水土保持试验站内不同坡度(10°和15°)植物篱小区及对应对照小区为期7年的水土流失定位观测,探究了天然降雨条件下香根草植物篱和新银合欢植物篱在其生长年限增长过程中对紫色土坡耕地水土流失的影响。结果表明:(1)当植物篱开始发挥其水土保持作用时,减流率(年均)达10.5%～20.0%,减沙率(年均)达53.5%～54.5%,减流作用随年限增长波动较大,减沙作用逐渐趋稳;(2)10°香根草植物篱水土保持效果最优,其减流和减沙作用均在生长年限为1年时开始发挥,10°新银合欢植物篱次之,其减沙作用较减流作用提前约1年凸显,15°香根草植物篱最弱,其布设小区多数次降雨减流率均明显低于10°植物篱小区;(3)总体上植物篱能够降低坡度对坡耕地水土流失的加剧作用,其中径流流失减少28.9%,泥沙流失减少11.3%,并削弱降雨量与径流泥沙的相关程度;(4)平均径流系数和降雨引发泥沙量随植物篱年限增长逐渐趋稳,其中10°小区香根草植物篱和新银合欢植物篱对特大暴雨(12 h降水总量140.0 mm)和大暴雨(12 h降水总量为70～140 mm)下产生的径流系数消减明显,达15.0%～34.4%,各植物篱对所有降雨等级平均单位降雨所产生泥沙量均有明显消减作用,达34.1%～48.5%。     

鄱阳湖流域3种典型母质发育红壤溅蚀特征

为了研究鄱阳湖流域3种典型母质对土壤溅蚀的影响,设计一种可收集过程样的溅蚀盘,通过室内模拟降雨试验,分析不同降雨强度(30,60,90,120,150 mm/h)和母质(第四纪沉积物母质、花岗岩母质、红砂岩母质)条件下红壤溅蚀特征。结果表明:第四纪沉积物母质红壤总溅蚀量最低,其次是花岗岩母质红壤,红砂岩母质红壤总溅蚀量最高,土壤质地、有机质、游离氧化铁等指标对总溅蚀量影响较大;随着雨强的增大,总溅蚀量呈对数函数关系增加;总溅蚀量80%以上分布在0—15 cm范围内,随着雨强增大,溅蚀颗粒分布越集中。     

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。     

模拟降雨条件下不同砾石含量工程边坡土壤侵蚀及水动力学特征

[目的]探究砾石含量对急陡工程边坡土壤侵蚀及流水力学特征的影响。[方法]采用室内模拟降雨试验和人工制备土壤等方法,研究了在3种降雨强度(40,60,80 mm/h),5种砾石含量(3%,15%,35%,55%,75%)条件下50°工程边坡土壤侵蚀率变化特征以及土壤侵蚀率与各水动力学参数的关系。[结果]①40,60,80 mm/h雨强下,各砾石含量坡面径流率较土质坡面分别减少了10.1%～55.9%,13.9%～41.9%,19.6%～47.7%;径流剪切力、径流功率、过水断面单位能分别与砾石含量呈显著递减的线性函数、指数函数、幂函数关系。②坡面侵蚀率随着砾石含量的增加而减小,不同试验雨强下侵蚀率大小及变化过程具有明显差异。当雨强为40 mm/h时,坡面整体产沙率较低,随降雨过程整体呈现出缓慢增加的趋势;当雨强为60 mm/h时,不同砾石含量下侵蚀率迅速增加后呈波浪式缓慢上升或平稳下降的趋势;当雨强为80 mm/h时,砾石含量为3%条件下,坡面侵蚀率迅速增长后增速降低,当砾石含量大于15%时,边坡侵蚀率达到峰值后均开始缓慢下降。③工程边坡土壤侵蚀率与径流率、径流剪切力、径流功率、过水断面单位能均呈显著线性函数、对数函数、幂函数关系。[结论]工程边坡土壤中的砾石具有抗侵蚀作用,随着砾石含量的增多,坡面土壤侵蚀量和各水动力学参数均明显降低。