降雨类型与坡度对棕壤垄沟系统产流产沙的影响

为深入理解棕壤垄作坡耕地的土壤侵蚀机理,利用1.60 m×0.53 m的试验土槽,设计2个降雨类型,即增强型(70～70～100～100 mm/h)和减弱型(100～100～70～70 mm/h),以及2个坡度(9°和18°)的人工模拟降雨试验。每个雨型分2个阶段(阶段I、阶段II),每个阶段进行相同雨强的2个场次降雨,每个场次降雨历时20 min。结果表明:(1)雨强对径流量呈显著影响(P0.05),100 mm/h雨强下的径流量70 mm/h时的径流量。在减弱型雨型下,坡度对径流量影响显著(P0.05),而增强型雨型下在不同阶段坡度对径流量的影响不同。(2)雨强对产沙量的影响显著(P0.05),在阶段Ⅰ降雨中,100 mm/h雨强下9°和18°坡面的平均每分钟产沙量分别为70 mm/h雨强下的23.98,9.07倍。在70 mm/h雨强下,坡度对产沙量的影响显著(P0.05),而100 mm/h雨强下不同阶段坡度对径流量的影响具有差异性。(3)100 mm/h雨强在不同雨型中出现的时序对产沙量影响不显著(P0.05);在70 mm/h雨强下,产沙量整体较小,基本在15 g/min以下。同一雨强在不同雨型中的时序对径流量均存在显著影响(P0.05)。(4)总径流量从大到小依次为:9°减弱型18°减弱型9°增强型18°增强型;总产沙量从大到小依次为:18°增强型18°减弱型9°减弱型9°增强型。不同雨型下,雨强发生改变后,累计径流量和累计产沙量增加速率和雨强的改变具有一致性。     

小麦秸秆粉碎还田配施氮肥与多酚对土壤侵蚀阻力的影响

小麦秸秆粉碎还田可改变土壤性质,进而影响土壤侵蚀阻力。以北方土石山区褐土为研究对象,利用L_9(3~4)正交表对秸秆长度(2,5,8 cm)、秸秆还田量(2 000,4 000,8 000 kg/hm~2)、纯氮施加量(100,140,180 kg/hm~2)及纯多酚施加量(0,40,80 kg/hm~2)4因素3水平进行正交设计,加空白对照共计10个处理。采用JET土壤侵蚀阻力测定仪测定土壤可蚀性和临界剪切力,分析秸秆粉碎还田对土壤侵蚀阻力的影响。结果表明:与对照相比,秸秆粉碎还田后各处理土壤临界剪切力均有所增大,但差异不显著(P0.05),氮肥量对土壤临界剪切力影响显著,随氮肥量增加土壤临界剪切力先增加后减小。秸秆长度、还田量、氮肥量和多酚量对土壤可蚀性均具有显著影响,其中秸秆还田量和多酚量的影响贡献率较大,分别为50.61%和23.84%,其影响分别为负效应和正效应。秸秆粉碎还田条件下,土壤可蚀性可用土壤饱和含水量、0.25 mm团聚体含量进行线性拟合(R~2=0.81,P0.01);0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤可蚀性能较好地模拟土壤临界剪切力(R~2=0.76,P0.05)。研究结果有助于理解秸秆粉碎还田后土壤侵蚀阻力变化与机制,并可为模型模拟提供数据支持。     

模拟降雨条件下垄沟坡度对溶解态氮磷流失的影响

为揭示不同垄沟坡度对径流中溶解态氮、磷流失的影响,采用人工模拟降雨试验,设置4个垄沟坡度处理(0°,9°,18°和27°),研究了不同垄沟坡度对径流中速效磷(PO_4~(3-)—P)、硝态氮(NO_3~-—N)和铵态氮(NH_4~+—N)浓度和流失量的影响;并利用Inorganic—N/PO_4~(3-)—P、NO_3~-—N/PO_4~(3-)—P和NH_4~+—N/PO_4~(3-)—P 3种氮磷比,评价不同处理的富营养化风险。结果表明:(1)在降雨过程中,4个垄沟坡度处理径流中PO_4~(3-)—P、NO_3~-—N和NH_4~+—N浓度随时间均呈锯齿状变化;其流失量随时间变化均呈先增加后以锯齿状变化的趋势,且波动幅度大,最大值(16.60,1 020.73,48.35 mg)分别出现在垄沟坡度为0°,0°和9°处理。(2)4个垄沟坡度处理间相比较,径流中PO_4~(3-)—P和NH_4~+—N流失量均表现为0°9°27°18°,其浓度最大值(0.50,1.08 mg/L)和最小值(0.37,0.76 mg/L)均分别出现在垄沟坡度为9°和18°处理;而径流中NO_3~-—N浓度和流失量均在垄沟坡度0°处理时为最大值(30.68 mg/L和64.16 mg/m~2),18°处理时为最小值(21.78 mg/L和42.22 mg/m~2)。(3)Inorganic—N/PO_4~(3-)—P率和NH_4~+—N/PO_4~(3-)—P率表明4个垄沟坡度处理径流中均存在一定的富营养化风险。其中,垄沟坡度为0°处理的径流富营养化风险水平最高,27°处理的径流富营养化风险水平最低。研究结果可为横坡垄作的水土流失及养分流失评价、预测以及防治提供科学依据。     

含水量、坡度和流量对土壤分离能力的影响

土壤分离过程为侵蚀产沙提供了物质准备,对其发生、发展的过程进行准确模拟具有重要的实践和理论意义。选取棕壤为研究对象,设计6个土壤含水量(3%,6%,9%,12%,15%,18%)、3个坡度(5°,10°,15°)和3个流量(8,12,16L/min),分析含水量、坡度和流量对土壤分离能力的影响。结果表明:(1)土壤分离能力均随含水量的增大呈下降趋势,且土壤分离能力间的差异随含水量的增大而减小,当含水量18%时,土壤分离能力几乎为0。土壤分离能力与含水量呈现二次多项式关系,在含水量3%时,土壤分离能力最高。(2)土壤分离能力在含水量6%,9%,12%,18%时均随坡度的增大而增大,并且与坡度呈二次多项式关系,在坡度15°时,土壤分离能力达到最大。(3)土壤分离能力在含水量3%~12%均随流量的增大而增大,并且与流量呈二次多项式关系,流量为16L/min时,土壤分离能力最大。(4)仅考虑两者对土壤分离能力的影响,误差的贡献率均为最高。若考虑三者的影响,坡度对土壤分离能力变异的贡献率最大(29.64%),其次为含水量(22.29%)和流量(19.72%),土壤分离能力的模拟精度分别由0.550,0.638,0.498显著提高到0.995。     

近十年土壤侵蚀与水土保持研究进展与展望

在当今生态文明背景下,土壤侵蚀与水土保持研究迎来了新的发展机遇和挑战。本文首先采用文献计量学方法,定量分析了近10年来国内外土壤侵蚀与水土保持学科发展现状。在此基础上,结合社会需求的变化,阐明了学科发展需求与存在问题。最后,提出了本学科研究的重点领域与方向:水文过程与侵蚀产沙机理,土壤侵蚀过程及其定量模拟,全球变化下土壤侵蚀演变及其灾变机理,社会经济系统—水土流失的互馈过程,以生态功能提升为主的土壤侵蚀防治,以及土壤侵蚀研究新技术与新方法等。     

不同覆被土壤结构稳定性对侵蚀泥沙氮磷流失的影响

以沂蒙山区的棕壤为例,利用野外原位模拟降雨试验,在分析比较5种典型覆被土壤结构稳定性的基础上,探讨不同土地覆被土壤结构稳定性对侵蚀泥沙全氮（N）、全磷（P）流失的影响。结果表明,土壤结构稳定性以山楂园和侧柏林较好,金银花和荒草地次之,花生地最差。不同土地覆被类型泥沙全N、全P流失特征差异明显,泥沙流失率与其全N、全P流失参量间具有显著的相关关系。土壤结构稳定性通过调节侵蚀产沙进而影响泥沙中N、P的流失特征,山楂园等土壤结构稳定性较好,侵蚀过程中更多地选择性搬运粘粒及精细颗粒,致使泥沙全N、全P流失量较少且含量和富集率较高;而花生地土壤结构稳定性较差,侵蚀过程中更多搬运砂粒及大团聚体破碎分散的细粒,使得泥沙全N、全P流失量较高且含量和富集率较低。泥沙全N、全P富集率在降雨过程中呈逐渐降低的变化,随着不同土地覆被类型土壤结构稳定性的降低,径流过程中泥沙全N富集率较全P的变化剧烈且下降幅度大。     

棕壤与褐土击实容重对含水量的响应

土壤在农业机械或者夯实压力下,容重会发生变化,其变化的程度受到土壤含水量的影响。为揭示棕壤与褐土受力后容重变化对含水量的响应特征,对土壤在不同的含水量下进行击实试验。结果表明:随着击实能量的增大,棕壤容重迅速增大后趋于稳定,而褐土容重达到稳定状态较慢。两种土壤容重随含水量的变化,因击实次数不同而具有差异性。棕壤容重随含水量增加,总体呈先增大后小幅度减小趋势,但在较低击实次数下,含水量为88.3 g/kg时容重略微减小;褐土容重在击实次数较低时,随土壤含水量增加呈先减小后增大趋势,而在击实次数较高时,呈先减小后增大而后又减小趋势,在含水量136.5 g/kg时出现最大值。含水量与击实能量对土壤击实容重的影响存在差异。在耕作条件(容重≤1.6 g/cm~3)和工程条件(容重1.6g/cm~3)下,影响棕壤击实容重的最主要因素分别为含水量和击实次数,而影响褐土击实容重的最主要因素均为击实次数。在耕作条件下,棕壤击实容重在较低含水量(50 g/kg)下数值较低,且随击实次数增多,容重变化较小;褐土的较小容重出现在较低击实能量范围内(90 kJ/m~3),且受含水量的影响较小。在工程条件下,当棕壤与褐土的含水量为150 g/kg左右时,获得较大容重所需的击实能量最低。