红壤坡地氮的径流输出通量及形态组成

为研究自然降雨条件下红壤坡地氮素输出特征,于2015年5月—2016年5月采用野外大型土壤水分渗漏试验装置,对赣北第四纪红壤坡地植草覆盖、干草覆盖和裸露对照3种处理的地表径流和壤中流中不同形态氮素的输出开展了试验观测。结果表明:(1)在侵蚀不明显的第四纪红壤坡地,TN(总氮)、DIN(溶解态无机氮)、DON(溶解态有机氮)和PN(悬涂泥沙颗粒态氮)主要随105cm壤中流输出,占径流输出总通量的71%,而随地表径流和30cm、60cm壤中流输出通量分别为23%和6%;(2)氮素随壤中流输出主要以溶解态(DTN(溶解态总氮)占TN比例为54.8%~86.9%)为主,DTN又以无机态(DIN占DTN比例为57.8%~97.1%)尤其是NO3--N(硝态氮)为主。氮素随地表径流输出的主要形态则随处理措施的不同而不同;(3)保留草被覆盖可以较好地削减氮素径流流失,而采取干草覆盖有增大氮素径流流失尤其是深层损失的风险。     

耕作方式和土层厚度深度对紫色土胶体迁移的影响

【目的】研究不同的田间管理措施对不同粒径土壤胶体迁移的影响。【方法】通过微区试验,设置不同耕作措施(平作、垄作、平作+完整秸秆覆盖、垄作+完整秸秆覆盖、平作+粉碎秸秆覆盖、垄作+粉碎秸秆覆盖),并在平作条件下设置不同紫色土土层厚度(20、40、60、80、100、120 cm)处理,研究不同措施对地表径流和壤中流中产流量、不同粒径范围(0.45~2、0.22~0.45μm、<0.22μm)胶体出流浓度和流出量的影响。【结果】①秸秆还田覆盖处理能够显著减少地表径流的产流量,但是会增加壤中流的产流量,特别是完整秸秆还田覆盖;平作条件下,壤中流产流量会随着土壤深度的增加而减少。②垄作或垄作+秸秆覆盖处理与平作处理相比能够显著降低地表径流和壤中流中大粒径范围胶体的出流质量浓度和流出量,而且对壤中流中<0.22μm粒径的胶体出流质量浓度和流出量降低程度也比较显著。③小粒径的胶体容易随地表径流迁移,而壤中流中粒径较大的胶体更加容易迁移,小粒径胶体颗粒随着紫色土土层厚度的增加出流质量浓度和流出量都会减少。【结论】对于不同耕作措施而言,垄作+粉碎秸秆覆盖处理对于减少地表径流和壤中流产流量,以及减少地表径流和壤中流中胶体的流出质量浓度和流出量都比较显著。对于不同紫色土土层厚度处理而言,土层深度越深胶体流出量越少,而且小粒径胶体比大粒径胶体更难从壤中流中流出。     

黑土区坡耕地次降雨硝态氮径流及壤中流迁移研究

为了研究黑土区坡耕地土壤养分硝态氮径流及壤中流迁移规律,开展了野外原位监测试验,揭示了玉米根系及犁底层影响下径流及壤中流驱动硝态氮迁移特征。结果表明:降雨特征对黑土区坡耕地地表径流影响显著,径流过程表现出多变的历程特点。不同降雨特征条件下,地表径流硝态氮迁移呈现相同的上升、下降及平缓3个阶段,约4 min上升段达到峰值开始下降,12 min以后趋于平缓。黑土区坡耕地不同降雨特征条件下壤中流增长及消退变化历程一致,快速增长阶段历时约6 min,累积出流量9.0 ml/m,快速消退阶段历时约14 min,累积出流量21.2 ml/m,中间稳定阶段壤中流径流强度为6 ml/(min·m)。壤中流稳定阶段硝态氮迁移强度约为0.09 mg/(min·m),上升及消退阶段累积迁移量平均为0.20,0.25 mg/m。上升、消退段壤中流流量(硝态氮)之和加壤中流历时与壤中流(硝态氮)峰值强度乘积,可得到壤中流(硝态氮)出流总量,两次计算与实测壤中流流量(硝态氮)误差为0.7,2.4%(1.2,11.8%),精度较高,说明计算方法可行。上升、消退段壤中流流量(硝态氮)之和加壤中流历时与壤中流(硝态氮)峰值强度乘积,可得到壤中流(硝态氮)出流总量,两次计算与实测壤中流流量(硝态氮)误差为0.7,2.4%(1.2,11.8%),精度较高,说明计算方法可行。     

紫色土坡耕地可溶性有机碳径流迁移特征

为探明紫色土坡耕地可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的径流迁移特征,该文通过具有壤中流观测功能的径流小区观测地表径流和壤中流的可溶性有机碳(DOC)迁移。结果表明,径流方式对紫色土坡耕地径流DOC迁移质量浓度具有明显影响。地表径流过程中DOC质量浓度随降雨历时逐渐降低,而壤中流过程DOC质量浓度则表现出先升后降而后趋于稳定的趋势。暴雨和大雨地表径流和壤中流过程中DOC质量浓度均表现出不同的变化特征。暴雨地表径流过程DOC初始质量浓度高,衰减快,壤中流DOC质量浓度高、峰值出现较早。2010、2011年2a内地表径流和壤中流平均累积径流量分别为61.2、300.3mm,平均径流系数为7.7%和37.6%。2a内次降雨产流事件中地表径流和壤中流DOC平均质量浓度分别为3.9和3.4mg/L,壤中流DOC年平均迁移通量为105.2mg/m2,年平均负荷达1007.6mg/m2,约为地表径流的4.8倍,壤中流携带DOC损失是紫色土坡耕地DOC径流迁移的主要方式。土层温度是影响壤中流DOC质量浓度季节性变化的重要因素,二者具有显著的负相关性(P<0.05),而土层温度对地表径流DOC质量浓度季节性变化无显著影响。该研究可为调控紫色土坡耕地DOC流失提供一定的参考。     

紫色土坡面壤中流养分输出特征

壤中流作为紫色土坡面一种产流形式,其引起的养分流失往往被忽视,针对这一问题.采用人工模拟降雨法,在3.0 m长、1.0 m宽的土槽上.通过4个不同坡度(5°,10°,15°,20°)、5个不同雨强(0.6,1.1,1.6,2.12,2.54mm/min)的组合实验,对三峡库区紫色土坡面壤中流养分输出特征进行了研究.结果表明:实验条件下,壤中流占总径流量的0.2%～2.7%,且紫色土坡面壤中流的产生存在着一个临界坡度和临界雨强,临界坡度大约在10°左右,临界雨强约为2.1 mm/min.实验条件下.紫色土坡面壤中流养分含量为地表径流养分含量的4.32～63倍,因此,尽管壤中流总量在总径流量中的比例并不高,但由其携带而流失的养分仍不容忽视.壤中流携带而流失的总氮量占坡面总氮流失量的0.36%～7.82%,因此,要控制紫色土坡面氮素流失,不仅要控制地表径流,更重要的是要提高土壤的持水能力,减少壤中流.磷素迁移流失主要与侵蚀产沙量有关.在地表径流及壤中流中的含量都很低,由此而引起的总磷流失量也较小,二者合计占总磷流失量的不足7%,甚至不足1%,控制紫色土坡面磷素流失的关键是控制坡面侵蚀产沙.     

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ~(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ~(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。     

江西红壤缓坡地壤中流影响因素分析

针对地表植被覆盖、死地被物敷盖、裸地3种类型的坡面,采用径流小区试验方法,研究江西红壤表层(距地表30 cm)、底层(距地表60 cm)壤中流及地下径流(距地表105 cm)特征,运用数理统计方法分析壤中流流量、流速、历时与降雨、径流因子的相关关系。结果表明:1.与裸地相比,百喜草覆盖、死地被物敷盖显著增加壤中流量,2种措施都延长壤中流历时;2.壤中流量与雨量、雨强、降雨历时、初渗雨量呈正相关关系,覆盖、敷盖小区壤中流量受雨量影响较大,而裸地小区壤中流量受雨强影响较大;3.表层壤中流历时与降雨因子有较好相关性,而底层壤中流历时与降雨因子相关性很差;降雨历时对壤中流历时影响最大,降雨量影响最小;4.壤中流流速与因子的关系受措施及土层深影响,在植被覆盖、死地被物敷盖小区表层与雨量相关性最好,在裸地表层与雨强相关性最好。在各小区底层流速均与降雨历时相关性最好;5.裸地地表径流量与壤中流量相关关系不显著,在采取2种措施后,地表径流量与壤中流量呈线性正相关关系。随地表径流量的增大,覆盖措施壤中流量增大幅度大于敷盖措施。     

夏玉米种植条件下黄壤坡耕地径流及磷素流失特征

为揭示自然降雨条件下夏玉米生育期内黄壤坡耕地径流及磷素流失规律,采用野外径流小区观测试验与室内分析相结合的方法,探讨了自然降雨条件下地表径流、壤中流及其总磷的流失特征。结果表明：(1)顺坡垄作径流量显著高于其余两种耕作措施,其径流量分别为平作和横坡垄作的1.13倍和1.17倍。横坡垄作径流磷素流失总量显著低于其余两种耕作措施,其总磷流失量分别为平作和顺坡垄作的0.79倍和0.75倍。(2)随着玉米生育期的推进,径流量呈增加的变化趋势,表现为成熟期>抽雄期>拔节期、苗期。相较于苗期,成熟期径流量增加了9.35倍,径流磷素流失量增加了12.58倍。(3)地表径流、0—20 cm土层壤中流和20—40 cm土层壤中流量分别占径流总量的78.36%,10.20%,11.44%,其磷素流失量分别占径流磷素流失量的75.10%,9.90%,15.00%。综上,研究区以地表径流为磷素流失的主要途径,且在玉米成熟期达到最大值,横坡垄作措施对于坡面产流及磷素流失具有较好的控制效果。     

红壤丘陵区坡地降雨壤中流产流过程试验研究

在红壤丘陵区，对自然降雨条件下坡地（上层0～40cm，下层40～110cm）降雨壤中流产流过程进行了研究，结果表明：不同土地利用方式下，油茶林壤中流产流量大于同层恢复区；壤中流峰值流量恢复区大于同层油茶林；油茶林壤中流产流过程较恢复区开始早、结束晚。随着土层加深，滞后时间延长。同一土地利用方式下，产流量、峰值流量、滞后和拖尾均为上层小于下层。壤中流对降雨及地表径流的响应均为上层快于下层。不同的降雨类型，壤中流产流机理不同。峰值型降雨壤中流产流过程滞后时间较小，壤中流产流类型多为驱赶流。     

岩土二元介质坡地非饱和渗流特征试验研究

为了研究岩土特性对坡地降水转化及再分布的影响，利用自行设计的大型渗透仪，对扰动组合岩土体天然降雨条件下的非饱和渗流特征进行了试验研究。结果表明：在进行岩土非饱和渗流计算时，岩体层应依据双重介质模型，并充分考虑岩块与裂隙填充物的不同，按照两者的体积含水率和体积大小分别计算其水分含量并求和得到岩体层的水分含量；下部相对弱透水层与相对高含水层的存在是壤中流发生的主要条件，在岩土水分含量较高的情况下，当降雨入渗到土壤与岩石交界面后，沿岩土界面产生侧向优先流，该优先流在水平和垂直方向交互作用引起水分在岩体裂隙中快速入渗；裂隙岩体的风化程度对非饱和渗流具有重要影响，在强风化的裂隙岩体中，水分不仅在裂隙网络中运动，同时由于岩块的风化分异，岩块的表层也参与了部分水分运动。