喀斯特典型坡耕地模拟降雨条件下的土壤侵蚀响应

为了定量研究不同降雨强度、坡度和孔(裂)隙度条件下坡耕地土壤侵蚀响应和空间分布特征,采用人工模拟降雨试验,通过模拟喀斯特典型坡耕地耕作层和微地貌特征以及孔裂隙构造特征,研究土壤侵蚀响应和空间分布特征。结果表明:(1)15,30mm/h降雨强度时地表不产流,水土流失形式为地下漏失;50mm/h降雨强度时地表产流产沙,水土流失也以地下漏失为主,地下径流出现最大值。50mm/h以上降雨强度时,土壤侵蚀逐渐向地表侵蚀转变,地表、地下径流泥沙分配呈负相关;(2)在一定条件下,坡度增大,地表径流泥沙量增加,地下径流量减小,当坡度在10°~15°时地表径流泥沙量急剧增加,25°时坡面产流产沙量达到最大值,其中20°坡面径流泥沙与25°接近;地下泥沙与坡度、孔(裂)隙度间变化规律不明显。(3)径流空间分配特征以地下径流为主,其中90 mm/h降雨强度以地表侵蚀为主。(4)降雨强度、坡度和孔(裂)隙度等因子对地表径流及地下径流的影响程度依次为降雨强度坡度孔(裂)隙度。总之,喀斯特坡耕地以地下漏失为主,地表产流之前随雨强增大而增大,地表径流产生后则反之,极端暴雨(90mm/h)下以地表侵蚀为主;降雨强度对水土流失影响程度最大,其次坡度,再次孔(裂)隙度。     

喀斯特裸露坡耕地径流养分流失试验研究

为揭示雨强对喀斯特坡耕地养分流失的影响,运用可调坡度、地下孔(裂)隙度试验钢槽装填土石模拟喀斯特裸露坡耕地,采用人工模拟降雨的方法研究不同雨强下喀斯特裸坡径流养分流失特征。结果表明:(1)雨强为15,30mm/h时地表不产流,雨强为50mm/h时地表有产流;试验雨强下地下孔(裂)隙均有径流产生。(2)地表径流中全氮和全钾流失量均随雨强增大而增大,全磷流失量则先增大后减小;地下径流中全氮流失量随雨强增大呈先增大后减小趋势,全钾流失量与雨强正相关,全磷流失量与雨强关系不明显。(3)雨强为30,50mm/h时养分以地下孔(裂)隙流失为主,其贡献率为100%;地下径流中全氮流失量对其总流失量的贡献率表现为:15mm/h30mm/h50mm/h70mm/h90mm/h,全磷与全钾为:15mm/h30mm/h50mm/h90mm/h70mm/h。(4)地表径流量、全氮、全钾流失量和地下全钾流失量与雨强均呈显著正相关,相关系数分别为0.926,0.919,0.982和0.955。15,30mm/h雨强下,径流养分仅通过地下孔(裂)隙流失,50mm/h及以上雨强时养分伴以地表径流流失,且地下流失量大于地表流失量。     

喀斯特坡耕地不同微地貌土壤养分效应

为探索喀斯特坡耕地不同微地貌类型与土壤养分间的相互关系,采用网格取样法对不同微地貌土壤养分进行了研究。结果表明,不同微地貌下土壤主要养分含量不同,土壤有机质平均含量的变化范围为61.14~191.34 g/kg,土壤全氮平均含量的变化范围是1.50~3.58 g/kg,土壤全磷平均含量的变化范围为0.67~1.31 g/kg,土壤全钾平均含量的变化范围为13.7~36.4 g/kg,土壤碱解氮、速效磷和速效钾平均含量的变化范围分别为210.96~320.88、1.47~3.91、94.61~226.76 mg/kg,其大小关系均表现为土面>土槽>土窝>土被。相关分析显示,在研究区域内,地形因子与微地貌土壤养分之间没有明显的相关性,喀斯特坡耕地土壤养分含量空间分布与微地貌类型关系密切。     

喀斯特裸坡地地下孔(裂)隙流养分流失特征研究

通过人工模拟试验,研究喀斯特坡耕地地下孔(裂)隙流养分流失特征,结果表明:(1)地下产流、产沙量与雨强、地下孔(裂)隙度呈正相关关系,与坡度呈负相关关系。(2)雨强对地下径流流失浓度影响不显著,不同坡度全钾流失浓度随坡度呈波浪型变化,全磷流失浓度在缓坡(5~10°)地上径流流失浓度最大,是陡坡(15°以上)地上磷素淋失浓度的2~3倍,氮素流失浓度呈现出随着坡度增大而逐渐减小的变化趋势,地下径流全钾流失浓度与地下孔(裂)隙之间没有明显的变化趋势。(3)全钾、全磷和全氮流失量与雨强变化均呈指数函数关系,R~2分别为0.718 7,0.817 1,0.849 2;不同坡度条件下,全钾、全磷和全氮流失量随坡度的变化趋势一致,拟合曲线均为线性关系;全钾和全磷与地下孔(裂)隙度均可用指数函数拟合,全氮流失量与地下孔(裂)隙度可用幂函数拟合,地下径流中养分流失以氮素为主。     

模拟降雨条件下喀斯特坡耕地氮磷元素地下漏失特征

为揭示不同降雨强度和地下裂隙度对喀斯特坡耕地地下养分漏失的影响,采用人工模拟降雨的方法,以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其微地貌及地下裂隙度构造特征,探索不同降雨强度和地下裂隙度条件下喀斯特坡耕地氮磷元素地下漏失特征。结果表明:1)地下产流量与降雨强度和地下裂隙度成正相关;2)全氮全磷浓度随降雨强度呈波状变化,全氮浓度总体上随降雨强度呈增大趋势,地下裂隙度对全磷浓度的影响不大,对全氮浓度的影响呈显著正相关,相关系数R为0.906;3)全氮全磷流失总量与降雨强度可用线性拟合,与地下裂隙度可用多项式拟合;4)累积径流量与地下径流中全氮全磷的累积流失量有显著关系,进行线性拟合相关系数R分别为0.986 3和0.9974。喀斯特坡耕地养分地下漏失浓度总体上与地下裂隙度没有显著的变化规律,而降雨强度则是喀斯特地区土壤养分流失的一个关键因子,本研究结果可为解决水土及养分流失问题对社会经济,生态环境,人类生活发展的影响提供理论依据。     

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。     

中国西南喀斯特坡地水土流失/漏失过程与机理研究进展

西南喀斯特区坡耕地特殊的地表、地下双层空间结构,使得岩溶区的土壤侵蚀过程具有特殊性和复杂性,并产生了一系列特殊的环境地质问题,如水土流失、旱涝、石漠化等。开展喀斯特坡地水土流失/漏失研究,主要是揭示喀斯特坡地水土流失/漏失过程及驱动机制,为喀斯特石漠化的综合治理及其石漠化生态恢复提供理论依据和技术支撑。同时,系统论述了我国西南喀斯特坡地地表侵蚀和地下漏失过程与机理的最新研究进展,其中地表侵蚀过程与机理都进行了定性和定量化的研究,而地下漏失过程与机理则处于定性描述和室内模拟探索阶段;喀斯特坡地有关的模拟和野外观测研究均表明,喀斯特坡地的土壤侵蚀方式是一个从地下漏失到地表侵蚀的转变过程,即小雨时以漏失为主,而暴雨时则以二者并重甚至以地表流失为主;此外,还深入分析了喀斯特区坡地水土流失阻控的研究动态及研究不足,并指出该区水土漏失过程与机制在未来的研究方向和发展趋势。