细沟侵蚀阶段玉米季坡耕地氮素流失特征

研究紫色土区坡耕地玉米全生育期细沟侵蚀阶段水土及氮素流失规律,以期为研究区氮素流失有效防控提供科学依据。采用人工模拟降雨与野外径流小区相结合的方法,开展降雨强度为1.5mm/min条件下玉米全生育期细沟侵蚀阶段地表径流、壤中流和侵蚀泥沙中氮素流失特征的研究。结果表明:细沟侵蚀阶段,玉米各生育期地表径流量、壤中流量和侵蚀产沙量总体表现为随降雨时间延长呈先增加后平稳的变化趋势。地表径流中总氮、可溶性总氮、硝态氮和侵蚀泥沙中总氮流失量总体呈现先增加后平稳的趋势,而地表径流中铵态氮流失量变化趋势在降雨前期呈现波动性变化,降雨后期逐渐平稳。壤中流中总氮、可溶性总氮、硝态氮、铵态氮流失量则随着降雨时间延长呈现平稳的变化趋势。细沟侵蚀阶段地表径流中氮素流失总量在玉米苗期最大,为628.77mg/m2;壤中流中氮素流失总量在拔节期和抽雄期最大;侵蚀泥沙中氮素流失总量在苗期最大,为144.95mg/m2。壤中流为氮素流失主要途径,硝态氮为氮素流失主要形态。     

玉米苗期横垄坡面侵蚀产沙与有机碳流失特征

为揭示紫色土横垄坡面侵蚀产沙与有机碳流失对坡度的响应特征,通过人工模拟降雨和野外径流小区相结合的方法,探讨了不同坡度下玉米苗期径流、侵蚀泥沙及其有机碳流失特征。结果表明:玉米苗期不同坡度下地表径流量总体表现为降雨初期变化较为稳定,随降雨时间持续呈逐渐增加的趋势,而壤中流表现为10°坡度下,径流量在降雨初期变化不大,随降雨时间持续呈逐渐增大的趋势,15°和20°坡度下壤中流则表现为逐渐增加的变化趋势;不同坡度下侵蚀强度均表现为20°15°10°,且20°坡度下侵蚀强度显著高于10°和15°坡度;不同坡度下,地表径流总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)质量浓度随降雨时间延长呈逐渐降低趋势,有机碳质量浓度均表现为20°15°10°,而壤中流表现为先升高后降低的趋势,质量浓度表现为10°15°20°,且地表径流、壤中流TOC和DOC质量浓度相差不大;不同坡度下TOC和DOC迁移通量总体表现为壤中流大于地表径流,地表径流有机碳迁移通量则表现为20°15°10°,而壤中流迁移通量表现为10°15°20°,且径流DOC迁移通量占TOC迁移通量百分比高达90%;不同坡度下侵蚀泥沙中有机碳含量随坡度增大均呈减小趋势,且同一坡度下,泥沙有机碳含量随降雨时间的延长呈降低的趋势;侵蚀泥沙中有机碳富集明显,随坡度的增大富集比减小。因此,紫色土区坡耕地径流中有机碳主要以DOC的形式流失,壤中流为DOC迁移的主要方式。     

坡面产流机制研究刍议

随着水文学的发展,坡面产流问题越来越受到水文学领域的重视。对坡面产流机制(这里的坡面产流包括地表径流产流和壤中流产流两个部分)的研究现状详细进行了回顾与分析,并提出了目前产流机制所面临的问题,以期推动降雨产流计算方法和流域水文模型机构的发展。     

紫色土丘陵区典型坡地产流及产沙模拟试验研究

应用人工模拟降雨实验,对紫色土丘陵区坡地产流及产沙特征进行了研究.(1)地表径流初始产流时间随着雨强和坡度的增加而加快,在0.7～9.5 min之间变化;壤中流初始产流时间变化复杂,在2.6～46.4 min之间变化,雨强是影响低坡度壤中流初始产流时间的主要因子;(2)地表径流累积量与雨强、坡度均成正比关系,壤中流累积量随着坡度和雨强的增大呈现出减小趋势;(3)地表径流雨后消退迅速,退水常数k(Barnes法)值为0.41～0.66,壤中流消退缓慢,退水常数为0.91～0.99;(4)同一降雨历时下,相对坡度而言,雨强是决定产沙量的主要因子,产沙量在23.4～972.3 g/(m2·h)之间变化;在同一雨强下,产沙量随着坡度的增大而增加.就紫色土坡地而言,改良耕作制度和耕作措施,实施因地制宜的水保措施,提高坡地土壤入渗率和持水量,使降雨径流以壤中流形式产生,能更有效地防治水土流失.     

紫色土坡耕地径流特征试验研究

通过具有壤中流观测功能的径流小区的定位观测,结合人工降雨模拟试验,对常规施肥条件下紫色土坡耕地径流特征、过程及影响因素进行长期监测。结果表明:(1)紫色土坡耕地地表径流过程呈多峰特征,受瞬时雨强的影响明显;而壤中流过程则表现出明显的单峰、产流时间滞后、持续时间长等特点;(2)玉米灌浆成熟-收割期径流量明显高于其它生育期,地表径流、壤中流径流量分别为(65.06±5.94)mm,(86.36±3.27)mm,分别占3年地表径流、壤中流年均径流量的67.92%,79.82%;(3)坡耕地地表径流和壤中流径流量与降雨量的相关性显著,但与降雨强度的相关性不显著。坡耕地地表径流系数随坡度的增加而增加,而壤中流径流系数随坡度的增加而明显降低。(4)坡耕地径流分配特征明显。3年地表径流年平均径流量为95.78 mm,壤中流平均流量为108.19mm,分别占总径流量的46.96%,53.05%。     

不同近地表水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程研究

采用模拟降雨试验,研究了自由下渗(free drainage)、土壤水分饱和(saturation)、壤中流(seepage)3种近地面水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程.结果表明,近地表水文条件会对紫色土坡面侵蚀过程产生重要影响.在地面坡度5°～15°条件下,当地表水文条件由自由下渗演变为土壤水分饱和时,坡面侵蚀量由1.31～2.02 g/(min·m2)增加到1.83～5.50 g/(min·m2);当地表水文条件由土壤水分饱和变为壤中流时,坡面侵蚀量达到4.40～16.41 g/(min·m2).土壤水分饱和条件下坡面侵蚀量是自由下渗的1.40～2.73倍;壤中流条件下坡面侵蚀量是自由下渗时的3.36～8.12倍,是土壤水分饱和时的2.40～2.98倍.同时,坡面坡度对紫色土坡面侵蚀过程有重要的影响.     

六叉河小流域农田土壤中磷下渗迁移过程研究

选取我国东部江淮丘陵地区典型小流域——六叉河流域为实验区,以流域主要土地利用类型——旱地土壤为研究对象,原位监测了作物整个生长期中,不同磷肥条件下,磷在旱地壤中流中水平空间差异、时间动态与土壤垂直差异上的动态迁移规律。结果发现:在雨量丰沛、地下水位接近地表且土壤水分饱和度高的六叉河流域,旱地壤中流流量丰富且流量变化与降雨分布具有高度的一致性和同步反应性。在0.5和1m深处,壤中流中总磷(TP)浓度的平均值分别为0.566和0.269mg·L-1,远远超出相邻水体(巢湖)中磷浓度的控制要求。在水平空间、垂直剖面以及时间动态上,不同磷肥处理条件下壤中流中磷的迁移量没有显著性差异(P<0.05),说明与磷肥处理水平不相关。壤中流中TP和PO4-P浓度同降雨特征(降雨量/频率)密切相关,雨期浓度低,而干旱期则相对较高。监测证实,在六叉河流域,由于土壤表层(0～1m)中的磷含量较高,丰富的降雨-壤中流过程极易推动土壤磷传输。因此,除了地表径流传输控制外,如何有效抑制壤中流中的磷迁移对该区域水环境污染的治理十分关键。     

紫色土坡耕地氮素淋失通量的实测与模拟

氮淋失是氮素循环研究中最重要的环节之一,获得准确的氮淋失通量是当今农田氮循环研究中必不可少而又较为困难的工作之一。紫色土土层薄,土壤氮素难以蓄存,加之降水丰富,下伏透水性较弱的母岩,淋溶水达到母岩后难以垂直下渗而沿土壤岩石界面出流、汇流形成壤中流,紫色土氮素淋失主要表现为氮素随壤中流迁移流失。DNDC模型是基于过程的一种土壤碳氮循环模型,常用于农田温室气体排放模拟,但其应用于氮素淋溶的验证与测试不足。本文利用大型坡地排水采集器(lysimeter),测定紫色土坡耕地淋溶水量(壤中流流量)和氮素淋失通量,并利用观测数据对DNDC模型进行验证。结果表明,紫色土坡耕地小麦玉米季累积淋溶水通量为323.6 mm,径流系数33.3%,氮素淋失量为36.93 kg.hm 2,占全年氮素施用量的13.2%。壤中流流量与氮素淋失量实测值和模拟值的Pearson相关系数分别为0.944(P<0.05)和0.972(P<0.05),Theil不等系数分别为0.07和0.1,降雨量、土壤孔隙率和施氮水平是氮流失模拟的高敏感性参数。DNDC模型应用于紫色土坡耕地氮素淋失通量的模拟具有较高的可靠性,同时DNDC基于过程模型的优势可以描述持续降雨条件下的氮淋失过程,未来可通过进一步的验证,测试DNDC模型应用于氮淋失过程及区域氮淋失评估的可行性。     

模拟降雨条件下黄棕壤坡耕地磷素流失规律研究

为揭示暴雨条件下磷素的流失规律,在湖北省香溪河流域选择具有代表性的黄棕壤坡耕地进行原位人工模拟降雨试验,研究磷素随地表径流和壤中流的流失特征.结果显示:次暴雨过程中产生两种径流形式(地表径流和壤中流),地表径流约占总径流的68.4％,壤中流约占31.6％;地表径流和壤中流磷素输出过程差异明显,地表径流中总磷(rP)和颗粒态磷(PP)变化过程较为一致,呈波浪式起伏无明显降低趋势,溶解态总磷(DP)和溶解态无机磷(DIP)在降雨初期浓度较高,之后随降雨持续迅速减小并逐步趋于稳定.壤中流中TP和PP在初期出现浓度峰值(6.44 mg·L-1 、5.87 mg·L-1),之后迅速减小并趋于稳定,DP和DIP则在降雨过程中均无明显变化,各形态磷素的平均浓度均超出水体富营养化的阈值;TP随径流的流失量为0.262 kg· hm-2,不同形态的磷素流失均以地表径流为主,贡献率均达72.7％以上,可见土壤对磷素具有较强的滤减作用.地表径流TP流失形态以PP为主,占总量的92.8％,壤中流中PP和DP所占的比例相当,无论在地表径流还是壤中流中,DIP的输出负荷均占DP的78.3％以上.降雨后总磷和速效磷沿剖面的养分含量均明显低于降雨前,表层养分含量的损失量最大,速效磷养分的损失比例比全量损失比例大.     

二次降雨条件下紫色土壤中流的氮磷流失特征研究

地表径流及壤中流中N、P的流失是造成非点源污染的主要原因。以重庆地区紫色土为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了地表径流和壤中流中N、P流失随地面坡度、降雨强度及土壤改良剂聚丙烯酰胺(PAM)施用量的不同而变化的特点,分析了不同土层深度壤中流的N、P流失特征,为防治非点源污染、增加土壤蓄水、提高土壤养分等提供了科学依据。