林地土壤水分运动研究述评

介绍国内外林地土壤水分入渗模型、林地土壤水分运动方程、森林流域壤中流模型及其验证和应用 ,并对这些模型做对比分析 ,指出各自的优点和不足 ,阐述深入研究林地土壤水分运动的重要意义。同时 ,说明今后该领域的研究应结合退耕还林工程中的实际科学问题 ,针对森林土壤水分研究中的薄弱环节 ,探索变雨强、变容重和大面积流域的林地土壤水分动力学规律 ,从而使森林土壤水分的研究走向成熟和系统化的阶段 ,为森林流域水资源的合理利用和水分循环的计算提供科学依据     

自然降雨条件下红壤坡面径流垂向分层输出特征

地表径流、壤中流和地下径流都是坡地径流的组成部分,对流域径流产生、养分流失等都有重要的影响。为了深入了解红壤坡地各层产流特征,利用大型土壤渗漏装置,通过2010-2012年的连续3 a观测试验,对覆盖、敷盖和裸露3种处理下红壤坡面径流垂向分层输出特征进行分析。结果表明:在自然降雨条件下,总径流量敷盖处理最大,裸露处理次之,覆盖处理最小;覆盖和敷盖处理的地表径流远小于裸露处理,分别为裸露处理的7.9%和9.8%;壤中流量最小的为裸露处理,分别为覆盖处理和敷盖处理的56.4%和35.6%;覆盖和敷盖处理3 a的地下径流量占总径流量90%以上,裸露处理占68.4%;在小尺度上,不论是年度还是月份的径流量,3种措施下红壤坡地径流输出主要途径是地下径流,而壤中流和地表径流则与地面有无覆盖直接相关;采取覆盖和敷盖措施可以使地表产流量减小,增加入渗,将地表水转化为地下水。该研究可为减少水土流失,充分利用红壤坡地水土资源提供参考。     

模拟降雨条件下丹江鹦鹉沟小流域坡面径流氮素流失特征

通过野外人工模拟降雨,研究丹江鹦鹉沟小流域不同土地利用类型的坡面地表径流和壤中流中氮素的流失特征,结果表明:径流小区降雨—地表径流过程总氮浓度平均值超过10mg/L,随着降雨历时的增加,全氮流失浓度大体呈现较平稳的状态,总体变化幅度不大。硝态氮浓度输出变化过程和总氮变化表现出良好的相关性,是氮素流失的主要形态;在大雨强条件下,农田小区壤中流氮素流失浓度均小于裸坡,其中农田全氮的流失量是裸地的1/2。在其他2种雨强条件下,农田小区壤中流除全氮外流失浓度均小于裸坡;壤中流中的氮素养分流失量占径流中比例较大,其中NO3--N表现最为明显,壤中流中NO3--N含量为9.09～11.42mg/L,最大比例为61.4%。     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为"上升—下降—略有上升—平稳",总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

侵蚀性风化花岗岩坡地降雨产流及水文过程研究

为研究坡地的降雨产流分配及水文动态过程,以侵蚀性风化花岗岩坡地为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(30,60,90,120,150mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下坡面径流和壤中流的分配特征与水文过程。结果表明:坡面径流的初始产流时刻均随降雨强度和坡度的增大而提前,壤中流的初始产流时刻明显滞后于坡面径流。壤中流径流量在不同坡度下随降雨时间的延长呈先递增后趋于平稳的现象,雨强越大达到峰值的时间越早,在降雨停止一段时间后径流量开始下降。多数情况下,壤中流所占总径流量的比重均大于坡面径流,坡面径流量比重随雨强的增大而增大,随坡度的变化幅度较小。坡面径流的径流系数与雨强的相关性较强,而壤中流径流系数与坡度之间的拟合效果较好。不同坡度下坡面径流、壤中流和混合流(坡面径流与壤中流同时发生)的径流模数与雨强呈正相关关系,不同类型径流的径流模数大小依次为混合流壤中流坡面径流。     

壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地氮素迁移输出过程模拟

以红壤坡地大型渗漏装置(裸地)为研究对象,分析了泥沙量-地表氮素输出量、壤中流量-壤中氮素输出量等观测数据之间的数学关系,构建了氮素随径流泥沙输出的经验模型,并将该模型与经典的土壤水分运移模型(HYDRUS-2D)、坡面土壤侵蚀模型(WEPP)进行耦合,最终形成了一套同时可定量描述地表径流、泥沙、壤中流、氮素输出过程的综合模型。以实测数据对模型参数进行校正并进行了模型检验,校正后的参数对径流量、泥沙量、壤中流量、氮素输出量均具有较好的模拟效果(决定系数在0.41以上),其中壤中流量和壤中氮素输出量模拟效果更好,决定系数分别达0.88和0.84。分析模拟结果表明,在降雨产流期壤中氮素输出量显著高于地表氮素输出量,且在未降雨期间氮素随着壤中流持续输出,进一步印证了壤中流是红壤坡地氮素的主要流失途径。此外,壤中流产流高峰较降雨峰值延后,且一次降雨的壤中流会持续数天,说明土壤起到了一定的缓冲作用。     

不同坡度下玉米生长期紫色土坡面径流及其

为探明紫色土横垄坡面径流与可溶性有机碳流失对不同坡度的响应特征,通过径流小区和野外人工模拟降雨相结合的方法,探讨了不同坡度条件下玉米各生育期地表径流、壤中流及其可溶性有机碳（DOC）流失特征。结果表明：玉米各生育期同一降雨时间段地表径流量均表现为20° > 15° > 10°,壤中流径流量却表现为10° > 15° > 20°。不同坡度下,玉米生育期地表径流量大小总体表现为苗期 > 成熟期 > 拔节期 > 抽雄期,壤中流量整体表现为抽雄期 > 拔节期 > 苗期 > 成熟期。玉米各生育期地表径流DOC质量浓度均表现为20° > 15° > 10°,不同坡度下玉米生育期地表径流DOC质量浓度表现为苗期 > 拔节期 > 成熟期 > 抽雄期。苗期、拔节期和成熟期壤中流DOC质量浓度大小表现为10° > 15° > 20°,不同坡度下玉米生育期壤中流DOC质量浓度的总体表现为苗期最大,抽雄期最小。玉米各生育期地表径流DOC迁移通量大小均表现为20° > 15° > 10°,不同坡度地表径流DOC迁移通量均表现为苗期 > 成熟期 > 拔节期 > 抽雄期;玉米各生育期壤中流DOC迁移通量大小均表现为10° > 15° > 20°,不同坡度下壤中流DOC迁移通量与地表径流一致。研究结果可为不同坡度条件下玉米生长期坡面径流损失和有机碳流失调控提供理论依据。     

嵌套砾石红壤坡面壤中流对降雨强度的响应

为研究嵌套砾石红壤坡面的壤中流动态过程及降雨产流分配,以红壤缓坡(10°)和陡坡(25°)坡面为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(60,90,120 mm/h)和不同砾石含量(0,10%,20%,30%)条件下壤中流的初始产流时间、产流速率和径流过程。结果表明:(1)不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流初始产流时间在雨强60 mm/h时接近15 min,在雨强90,120 mm/h时差别较大;雨强从60 mm/h增大到120 mm/h,不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流量和产流速率基本上表现为降低,其中25°嵌套20%和30%砾石坡面的壤中流产流速率均值分别下降86.7%和89.0%,雨强120 mm/h时壤中流峰值仅为60 mm/h条件下的10.7%和10.2%。(2)10°和25°各试验坡面,雨强60 mm/h时地表径流所占比例为8.0%~66.3%,雨强120 mm/h时地表径流所占比例为76.1%~93.5%,地表径流所占比例均随雨强的增大而提高32.8%~1 009.4%;雨强60 mm/h时壤中流所占比例为7.3%~30.0%,雨强120 mm/h时壤中流所占比例为1.1%~9.6%,壤中流所占比例随雨强增大而减小46.1%~93.9%。(3)回归结果显示,壤中流峰值流量Ip、壤中流系数It、壤中流消退速率K和降雨强度、砾石含量的二元线性回归效果都达到了显著水平(P<0.05);坡度10°时,降雨强度和砾石含量对壤中流过程参数所起的作用是相反的,而坡度25°时,砾石含量和降雨强度对壤中流各参数的作用相同。     

W-OH固化剂对玉米生长及土壤养分淋失的影响

采用盆栽试验,研究了不同W-OH喷施浓度(1%,3%,5%)对玉米生长及土壤养分淋失的影响。结果表明:与对照(不喷施W-OH)相比,喷施W-OH对玉米生长有促进作用,且这种作用自玉米生长中期逐渐明显。试验条件下,低、中浓度W-OH(1%和3%)更有利于玉米生长;盆栽3个月后,与对照相比,低、中浓度处理下玉米株高分别增加16%和35%,净光合速率分别增加3%和17%,气孔导度分别增加34%和79%,蒸腾速率分别为对照的2倍和3倍。降雨量对W-OH的保水作用影响不同,小雨和中雨下,3%浓度处理的渗流量最低,保水效果最显著;降雨量达到大雨及以上时,W-OH的保水作用与其喷施浓度成正比。在玉米生长初期W-OH的保肥作用与其喷施浓度成正比,随着后续降雨渗流反复淋溶,其保肥作用趋于稳定;3%和5%浓度的W-OH均能有效减少观测期的土壤养分淋失量,且以硝态氮降幅最大。研究结果为土壤固化剂在坡耕地中的应用提供理论指导。     

放水冲刷条件下工程边坡产流产沙及氮磷输出特征

为揭示工程堆积体平台汇流造成的水沙及氮磷养分流失特征,以矿区堆土场为研究对象,采用室内放水冲刷试验,研究不同上方来水流量(1.7,2.3,2.9 L/min)和坡度(25°,30°,35°)下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙产生过程,分别测定氮磷养分浓度并计算流失量及贡献占比。结果表明:蒙东地区覆土排土场边坡产流方式主要为地表径流,随坡度和冲刷流量的增大,地表径流量增大,壤中流量减小。产沙量随坡度的增大先增大后减小,侵蚀产沙的临界坡度在30°附近。地表径流中铵态氮及磷酸盐流失浓度均大于壤中流,硝态氮浓度在冲刷流量较大(2.9 L/min)时低于壤中流。径流中磷酸盐及侵蚀泥沙中氮磷损失均随坡度的增大先增大后减小。冲刷流量越大,地表径流及侵蚀泥沙中的氮、磷流失量越多。径流中养分流失量表现为硝态氮＞铵态氮＞磷酸盐。侵蚀泥沙是磷酸盐的主要输出途径,占流失总量的59.69%以上;氮素流失量仅在坡度30°时表现为侵蚀泥沙中最大,在25°,35°坡面,地表径流为氮素的主要流失途径,小流量(1.7,2.3 L/min)时壤中流输出的氮素次之。