雨滴打击与壤中流交互作用对横坡垄作坡面侵蚀过程的影响

横坡垄作是被广泛采用的保护性耕作措施之一。垄沟低洼处的积水可诱发壤中流,并可造成雨滴打击对土壤颗粒分离/搬运的增强与减弱作用并存。因此,横坡垄作坡面雨滴打击与壤中流交互作用对土壤侵蚀过程的影响有别于传统坡面。基于人工模拟降雨试验,对有/无雨滴打击作用(RI,WRI)自由入渗(FD)和壤中流(SP)2种试验处理下的产流、产沙过程进行了探究。结果表明:(1)径流量表现为SP+WRI>SP+RI>FD+RI>FD+WRI。雨滴打击作用和壤中流对径流的贡献分别为-47.09%~54.37%和41.96%~85.62%。(2)侵蚀量表现为SP+RI>SP+WRI>FD+RI>FD+WRI。雨滴打击作用和壤中流对侵蚀量的贡献分别为12.92%~94.94%和25.83%~97.28%。(3)自由入渗试验处理下,雨滴打击作用对产流过程影响不明显;土壤饱和后,雨滴打击作用和壤中流的存在均使产流、产沙过程波动幅度更大。(4)有/无雨滴打击作用,自由入渗试验处理下的侵蚀量与产流率符合幂函数关系,而壤中流试验处理下二者符合指数关系。研究结果有助于加深对横坡垄作坡面土壤侵蚀过程的认识,为横坡垄作坡面水土流失综合治理提供理论支撑。     

南方红壤区百喜草及其枯落物对降雨径流分配的影响

为了进一步研究百喜草(Palspalum notatum)及其枯落物覆盖对降雨径流空间垂直分配的影响,以江西水土保持生态科技园的径流小区为研究对象,对2005年观测的全年数据进行科学分析,得出主要结论如下:(1)百喜草及其枯落物覆盖能够有效改变降雨与地表径流、壤中流的关系,能够显著增强降雨量对地表径流和壤中流的影响;(2)百喜草及其枯落物覆盖能够有效改善降雨径流的垂直空间分配,使得地表径流减少,壤中流和基流显著增加.这为进一步加强百喜草在南方红壤区水土保持方面的应用提供了理论指导.     

土壤溶质迁移过程的试验研究

设计了自由排水、土壤水分饱和和壤中流3种水文条件,采用人工模拟5组不同地表径流流速,分别对土壤溶质迁移到地表径流过程中土壤侵蚀、伯努利效应、扩散和对流4种途径的作用机理进行了分析.结果表明,在土壤水分饱和条件下,伯努利效应引起的土壤溶质流失量占总流失量的比例很大.结合混合层理论和试验得到了3种水文条件下混合层的深度,其中自由排水(-10 cm)时混合层深度小于1.5 mm;在土壤水分饱和条件下,混合层深度介于0.9～4.5 mm;但是在壤中流条件下,混合层表现为整个土层都为混合层深度.     

水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及养分流失的影响

采用人工模拟降雨试验,研究水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及氮和磷养分流失的影响。试验处理包括2个施肥水平（低肥和高肥水平）,4个水文条件（自由下渗、土壤水分饱和、壤中流、壤中流＋降雨）和一个降雨强度（60 mm/h,历时60 min）。结果表明：壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀量分别是自由下渗条件下的3.1和1.7倍,同自由下渗相比,壤中流、壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N、HPO4-P的浓度和流失量有显著增加;低肥水平条件下,自由下渗、土壤水分饱和、壤中流和壤中流＋降雨地表径流中,NO3-N的浓度分别是0.88、58.90、698.41和87.80 mg/L,对应水文条件下地表径流中,HPO4-P的浓度分别是0.252、0.322、0.811和0.383 mg/L,高肥水平条件下,径流中的NO3-N和HPO4-P的浓度也有相同的趋势;土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的27～39和1.3倍,壤中流＋降雨条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的100～114和1.5～1.7倍,同时,壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下,泥沙中NO3-N和HPO4-P的流失量也比自由下渗条件下显著增加。     

紫色土坡耕地壤中产流特征及分析

壤中流是紫色土坡面流的重要组成部分和表现形式,它受雨强、坡度、土层厚度、耕作方式等多种因素的综合影响。利用人工模拟降雨研究了紫色土坡耕地壤中流产流规律。结果表明,(1)耕作能有效改善土壤结构,增加降雨入渗量,并增大壤中流发生机率;(2)紫色坡耕地土层较浅是导致壤中流增大的主导因素,缓坡有利于壤中流的产生;(3)雨强对壤中流的流量过程线有显著影响,但对于壤中流的起始产流时间影响不明显;随雨强增大,壤中流峰值流量显著增加;(4)壤中流的产生滞后于地表流,产流过程表现出缓慢变化的单峰过程。     

自然和人工模拟降雨条件下紫色土坡地的磷素迁移

采用人工降雨和自然降雨的方法对紫色土坡地磷素迁移进行比较研究。研究结果表明：紫色土坡地产生地表径流和壤中流两种径流模式，壤中流其径流动态过程受降雨强度和表层作物覆盖度的影响；持续性变化的大雨强更容易引起土壤磷非点源输出，导致水体富营养化；在中到暴雨条件下，壤中流累积迁移流量低于地表径流，差幅决定于土壤表层界面（植被覆盖）特征，地表径流中的磷迁移量是壤中流迁移的3～4倍。     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

紫色土坡耕地硝态氮的迁移流失规律及其数值模拟

为探究紫色土坡耕地硝态氮迁移流失过程,通过室内模拟试验,并结合数学模型,研究在不同雨强(0.4,1.0,1.8 mm/min)和坡度(5?,15?,20?)下硝态氮分别随地表径流和壤中流迁移而流失的特征。结果表明:随地表径流和壤中流迁移的硝态氮流失浓度随时间分别呈现指数下降和线性上升趋势;随壤中流流失的浓度是地表径流携带的19~72倍,在小雨强下壤中流携带流失负荷大于随地表径流流失负荷,但随雨强增大,硝态氮流失负荷通过地表径流流失的比例由17.3%增大至66.0%,大雨强下硝态氮主要通过地表径流流失;与实测数据比较分析,有效混合深度模型在随地表径流流失的硝态氮模拟中精度评价指标Nash-Suttcliffe系数ENS和决定系数R2达到0.590和0.826 7,而对流弥散方程在壤中流携带硝氮流失的过程模拟中ENS和R2达到0.792和0.842 6,取得较好的模拟结果。该研究为紫色土坡耕地硝态氮迁移流失机理研究提供依据和参考。     

不同坡度下玉米生长期紫色土坡面径流及其可溶性有机碳流失特征

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。     

表层土壤结构对红壤坡耕地产流及产沙过程的影响

针对南方红壤区坡耕地水土流失严重与表层结构退化的现状，采用室内模拟降雨的方法，分析表层土壤结构和雨强对降雨再分配、坡面产流及产沙过程的影响。结果表明：（1）表层土壤结构显著改变降雨的再分配过程，深耕作层可以降低地表径流比例，增加壤中流比例，60和90 mm·h-1雨强下，随耕作层深度增加，地表径流平均比例依次为70.5%，62.9% 和 56.8%，壤中流平均比例依次提升为7.1%，12.3％和18.1%；（2）土壤流失率随雨强增加而增大，90 mm·h-1雨强下土壤流失率是60 mm·h-1雨强下的4.4倍，土壤流失率随耕作层深度增加而显著减小，依次为36.8、21.1和13.1 g·m-2 min-1；（3）雨强和表层土壤结构显著影响坡面侵蚀形态的演变，随耕作深度增加坡面侵蚀由细沟侵蚀逐渐转变为面蚀。表层土壤结构显著改变坡耕地降雨-径流关系和侵蚀过程，合理增加耕作层深度，对降低地表侵蚀、促进土壤水分的深层下渗、增加土壤深层持水量具有积极作用。