模拟降雨下3种类型土壤坡面的泥沙流失特征及其养分富集效应

利用室内自动模拟降雨系统,以72mm/h的恒定雨强进行模拟降雨试验,并通过结合对模拟降雨后流失泥沙的养分进行定量分析,比较研究了降雨条件下3种发生类型土壤坡面上的泥沙流失特征及其养分富集效应,旨在揭示相同降雨条件下不同土壤类型坡面的泥沙流失规律以及其养分富集效应。结果表明:模拟降雨条件下,红壤坡面受降雨侵蚀最严重,产流排水率及径流泥沙浓度分别为棕壤与褐土坡面的1.21~1.61倍和1.02~8.90倍,泥沙流失量显著高于棕壤与褐土坡面;3种类型土壤坡面流失的泥沙均具氮、磷、钾富集效应,褐土坡面流失泥沙的氮、磷富集效应以及棕壤坡面流失泥沙的钾富集效应均大于其他土壤类型坡面,其中褐土坡面流失泥沙的氮、磷富集系数分别高出棕壤与红壤坡面14.27%~73.55%和6.56%~52.07%,棕壤坡面流失泥沙的钾富集系数高出褐土与红壤坡面55.83%~67.28%;棕壤坡面流失泥沙的氮富集系数与褐土坡面流失泥沙的磷、钾富集系数在整个模拟降雨过程中的变化幅度均显著高于其他2种类型土壤坡面;3种类型土壤坡面的泥沙流失量与其养分富集系数多呈显著(p0.05)到极显著(p0.01)负相关,通过对数方程可预测相同降雨条件下3种类型土壤坡面径流泥沙中的氮、磷、钾损失。     

质量指数表征模拟降雨下土壤坡面养分的流失特性

通过室内自动模拟降雨系统,设置模拟降雨试验,运用土壤单质量指数(SSQI)和土壤综合质量指数(SSCI),研究了模拟降雨对3种类型土壤(棕壤、褐土与红壤)坡面养分流失及土壤质量变化的影响。结果显示:降雨造成了3种类型土壤坡面不同程度的氮素流失,土壤全氮指数均有所降低,并以坡下部降低最多;表下层坡面土壤全氮指数以棕壤降低最多,分别为褐土的1.33倍和1.79倍、红壤的9.28倍和3.45倍。降雨均提高了3种类型土壤坡面有效磷的含量,有效磷指数除棕壤下层坡面降低了3.98%外,其余土壤坡面升高了4.00%~47.73%,并以红壤表下层坡面的升高幅度最大。模拟降雨下,土壤速效钾含量变化受土壤类型影响较大,3种类型土壤中,红壤坡面的速效钾指数有较大幅度升高,褐土坡面降雨前后基本持平,而棕壤坡面有小幅降低。模拟降雨后,棕壤与褐土表下层坡面综合指数分别降低了33.62%、35.34%与22.53%、11.73%,而红壤反而升高了18.93%与7.00%。     

PAM对黄土坡地水分养分迁移特性影响的室内模拟试验(简报)

为了研究聚丙烯酰胺(PAM)在黄土区集中暴雨条件对坡地水土及养分流失的影响,采用室内降雨模拟试验方法,探讨了在暴雨(2mm/min)条件下施加PAM对黄土坡地土壤养分流失及硝态氮淋溶特征的影响.试验结果表明,与对照处理相比较,施加PAM对径流硝态氮流失的影响不明显,但显著改变了径流磷和钾浓度随时间变化过程,分别降低了径流磷和钾的流失量为82%和84%;施加PAM减少了坡地土壤流失量93%,也降低了泥沙中硝态氮、速效磷和速效钾的流失量分别为 78%,95%和95%;施加PAM影响了坡地上壤水分再分布过程,减少了上壤水分深层的渗漏,从而降低了土壤硝态氮淋失的潜在风险.     

红壤坡耕地土壤污染物的输出特征

以澄江县尖山河小流域为例,研究在自然降雨条件下红壤坡耕地土壤养分输出与泥沙流失特征,探讨红壤坡耕地土壤养分流失规律。研究结果表明：①降雨量与红壤坡耕地的泥沙迁移量之间存在显著的相关性,相关系数为0．974。②土壤养分流失量大小依次为全磷>全氮>碱解氮>速效磷>有机质。③土壤养分流失与降雨量、泥沙迁移量之间存在相关关系,其中全磷流失量和降雨量之间的相关系数最大,为0.983,全磷流失量和产沙量之间的相关系数最大,为0.993。④暴雨条件下红壤坡耕地的泥沙养分富集率大小依次为全磷>速效磷>有机质>全氮>碱解氮,其中全磷的富集率最大,为3.00,说明土壤中磷素多以泥沙形态流失。     

不同雨强条件下红壤坡地养分流失特征研究

采用人工模拟降雨装置 ,对红壤坡地养分流失特征进行了试验研究 ,结果表明 :在雨强较大情况下 ,土壤养分以泥沙形式随径流迁移 ;当雨强较小时 ,随径流迁移的可溶态养分流失量占流失泥沙养分量的比例较高 ,土壤养分流失氮、磷、钾分别达到 5 3.12 % ,2 3.1% ,2 1.5 % ;不同形态的养分在流失泥沙中均有养分富集现象 ,但富集率各不相同 ;土壤养分流失量与雨强及泥沙流失量呈正相关关系。     

赣北第四纪红壤坡耕地水土及氮磷流失特征

坡耕地水土及养分流失严重,该研究于2011年利用赣北第四纪红壤区野外径流小区定位观测试验数据,分析坡耕地水土及氮、磷、有机质流失特征。结果表明：地表产流产沙为裸露地最高、顺坡耕作和顺坡+植物篱次之,横坡耕作最小,横坡耕作比顺坡耕作减少径流62.71%、减少土壤侵蚀82.9%;坡耕地径流携带的可溶性氮、铵氮、硝态氮、可溶性磷的流失量都表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地泥沙携带的全氮、全磷、碱解氮、速效磷的流失量表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地可溶性氮中以有机氮流失为主,无机氮中以铵氮流失为主,泥沙中磷的流失主要以泥沙结合态流失。该研究可为坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。     

初始含水量对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解初始含水量对黑土坡面养分流失的影响特征,采用室内模拟降雨的方法,对不同初始含水量条件下的黑土坡面养分(N、P、K)流失进行研究。结果表明:黑土中硝态氮的流失量随初始含水量增大而增加,在初始含水量较低时以淋失为主,在初始含水量较高时则以随坡面径流流失为主;黑土中速效磷和速效钾流失量随初始含水量的增大表现为先减少后增加,二者流失量与土壤初始含水量呈近似抛物线关系。通过分析确定黑土最优初始含水量为20%~21.27%。     

滇东南岩溶地区两种地类的水土流失比较

对西畴岩溶地区坡耕地和封山育林地的水土流失测定结果表明:降雨多少和降雨强度对径流影响较大,一般降雨量多的年份或月份,产生的径流量和泥沙流失量也较多.坡耕地的水土流失情况较为严重,平均每年产生径流170.06 t/hm2,土壤侵蚀模数为162 t/(km2·a).封山育林植被恢复后,增加了盖度,减少了土地的裸露,植株对降雨有效截留,有效防止了水土流失,径流量比坡耕地减少了37.30%,土壤侵蚀模数为39 t/(km2·a),泥沙的流失量减少75.78%,且呈逐年减少的趋势.封山育林后流失的土壤养分也得到控制,固体养分流失量,分别比坡耕地减少有机质51.79%、全氮70.82%、全磷38.85%、全钾75.36%、速效氮72.10%、速效磷10.75%、速效钾70.21%,液体养分流失量,分别比坡耕地减少氮34.55%、磷23.16%、钾61.31%.封山育林由于有植被的保护,枯枝落叶及微生物对土壤的改良和营养补充,使大多数营养成份有所提高,而坡耕地的土壤营养成份在下降.     

不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失规律的研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究不同土地利用方式片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子地、草地坡面产沙量产流量远小于裸地产沙产流量;不同土地利用方式片麻岩坡面产流产沙变化过程不同,草地、谷子地达到稳定产流的时间滞后于裸地。3种土地利用方式坡面养分流失随时间的变化过程基本相同,降雨起始各种养分浓度较高,随着时间的持续,养分流失浓度趋于稳定。不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失量表现为钾流失总量 > 氮流失总量 > 磷流失总量,养分流失总量与产沙产流之间有着极显著的正相关性,裸地养分流失量最大,其次是谷子地,草地的养分流失量最小,但是径流中硝态氮含量和泥沙总磷量谷子地流失量最大,裸地次之,草地最小。3种土地利用方式片麻岩坡面磷钾流失主要是泥沙态养分,氮素流失主要以溶解态氮为主或者二者共同作用。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

沂蒙山区坡面侵蚀过程

通过组合不同降雨强度、坡度的室内模拟降雨试验,研究沂蒙山区坡面侵蚀过程。结果表明：坡面产流时间随降雨强度、坡度的增加而提前,降雨强度对产流时间的影响较大;径流速度与降雨强度、坡度正相关,降雨强度对径流速度的影响相对坡度较弱,褐土表面径流速度大于棕壤;坡面径流量随降雨强度增大而增大,随坡度的增大而减少;土壤侵蚀率与总侵蚀量皆随降雨强度、坡度的增大而增大,但波动规律不同,细沟侵蚀使土壤侵蚀率急剧增加。对于棕壤,小降雨强度时,坡度是影响侵蚀率的主导因子,大降雨强度时,主导作用被降雨强度替代;对于褐土,侵蚀率的大小主要受控于降雨强度。在相同试验条件下,棕壤的侵蚀率、总侵蚀量要大于褐土,说明棕壤抗侵蚀能力小于褐土。     

褐土和棕壤坡耕地细沟侵蚀过程及侵蚀产沙特征

为揭示辽西低山丘陵区主要土壤类型褐土、棕壤坡耕地细沟侵蚀产流产沙变化规律,以期为该地区土壤侵蚀预测预报提供一定理论依据,利用人工模拟降雨系统在坡度为10°和15°、降雨强度为40,60,80 mm/h条件下分析褐土和棕壤2种土壤细沟侵蚀产沙过程,结果表明:褐土在坡度为10°和15°,径流量均随雨强的增加而增大,在坡度为15°雨强为80 mm/h降雨过程中出现最大值,而含沙量变化相反,大体呈现出随着雨强的增加而降低的特征,在坡度为15°时,3种降雨强度在降雨末期均集中在0.05 g/mL;棕壤在10°和15°径流量与含沙量变化无明显规律;2种土壤总体水沙关系表现出褐土总径流量大于棕壤,而总侵蚀量表现为小于棕壤;棕壤更易发生细沟侵蚀。     

草地雀麦对北京山区石灰性褐土水土保持作用的研究

北京山区石灰性褐土草地雀麦播种后第2a,研究了其主要生物学特性对土壤物理性质及坡地水土流失的影响.结果表明,草地雀麦种植1a后,4月份返青,7月份地表覆盖度可达85%以上,8月份植株密度最大,地上、地下生物量为2322.6 kg/hm2和5623.0 kg/hm2,且0-10 cm地下生物量是草地雀麦地下水土保持功能发挥的主要部分.北京地区石灰性褐土土壤侵蚀的主要形式是坡面地表径流流失,降雨与植物生物学特性是坡地土壤侵蚀的主要影响因素,且不同因素作用大小表现为:地表径流量＞降雨量＞降雨强度＞坡度＞植被盖度＞植被高度＞植株密度.草地雀麦种植第2a,可以明显改善石灰性褐土土壤物理性质,减小土壤容重2.4%～9.8%,降低土壤紧实度,提高土壤入渗率,坡地地表年径流损失量与土壤侵蚀模数仅为13.5 mm和105.2 t/(km2·a),保水固土能力达到65.4%和98.1%,水土保持效果显著.     

褐土与棕壤坡耕地细沟侵蚀发生的阶段性水沙变化

为深入探究辽西低山丘陵区坡耕地土壤侵蚀机理,以该区的典型土壤类型褐土和棕壤为研究对象,采用室内人工降雨模拟试验,研究3种坡度(5°,10°,15°)和3种降雨强度(40,60,80 mm/h)下细沟侵蚀发生的阶段性水沙变化过程。结果表明:褐土与棕壤坡面侵蚀过程可划分为3个阶段,即细沟侵蚀之前阶段、跌坎发育阶段和细沟侵蚀快速发育阶段;细沟侵蚀之前的面蚀阶段,同一坡度条件下,褐土与棕壤随雨强的增加,坡面流速呈增大趋势,而在同一雨强条件下,坡度对流速的影响并无明显规律;细沟侵蚀阶段,当坡度一定条件下,褐土与棕壤细沟内、细沟间的流速随雨强的增加而增大,当雨强一定时,褐土与棕壤随坡度的增加细沟间流速增加;细沟侵蚀阶段流速表现为细沟内流速坡面流速细沟间流速;细沟侵蚀快速发育阶段2种土壤产生的径流量占总径流量的80%以上,土壤侵蚀量占总侵蚀量均在70%以上,且棕壤对总体侵蚀量的贡献更稳定,更易发生细沟侵蚀。整场降雨的侵蚀方式是面蚀向细沟侵蚀的转变,坡面一旦发生侵蚀,细沟侵蚀对坡面总侵蚀的贡献更大。     

不同利用方式红壤坡地土壤水分分配及水肥流失研究

研究南方红壤坡地3种典型利用方式（休闲荒地、常规农作和茶园）的土壤水分分布特征及水肥流失情况。结果表明:①不同土地利用方式下的土壤水分含量变化与降雨量变化密切相关,土壤水分含量高低顺序为休闲荒地>茶园>常规农作。②常规农作产流不稳定,产流量明显高于休闲荒地和茶园,休闲荒地和茶园的产流无差异。③随径流损失的养分以氮素损失为主,养分损失量高低顺序为:常规农作>茶园>休闲荒地。从涵养水源、水土保持及经济效益综合考虑,南方红壤坡地利用以茶园利用为宜。     

雨型对华北土石山区坡面土壤侵蚀的影响

为研究雨型对华北土石山区坡面土壤侵蚀的影响,通过室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区主要土壤类型黄土性褐土和石灰性褐土为研究对象,设计次降雨中平均降雨强度和降雨量相同的3种不同降雨类型(均匀型、增加型、减弱型对应的降雨强度组合分别为60,30～60～90,90～60～30 mm/h),分析不同雨型下华北土石山区坡面产流产沙的变化规律。结果表明:(1)不同雨型的产流时间与起始阶段降雨强度呈负相关,增加型降雨的坡面产流时间最长,且分别为均匀型和减弱型的1.98,4.15倍;减弱型降雨的总径流量和总侵蚀量最大,而均匀型降雨的最小,减弱型降雨的总径流量是均匀型和增加型降雨的1.05～1.12倍,总侵蚀量分别是增加型和均匀型的1.22,1.78倍。(2)在不同雨型下,同一降雨强度出现在不同降雨阶段,使得坡面产流产沙的过程不同。(3)同一降雨强度出现在雨型起始阶段的径流量和贡献率与结束阶段相比偏小。次降雨起始阶段的强度为30 mm/h时,黄土性褐土的侵蚀量和贡献率大于其在结束阶段的侵蚀量和贡献率,而石灰性褐土与之相反。     

桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园降雨侵蚀特征

为探究桂西北喀斯特区石灰土与红壤坡地幼龄橘园的降雨侵蚀特征，通过室内人工模拟降雨试验，研究3种降雨强度(30,60,90 mm/h)下，石灰土与红壤坡地幼龄橘园的产流产沙特征。结果表明：(1)降雨强度为30,60 mm/h时，红壤橘园的产流总量分别为石灰土橘园的2.46,1.83倍，且红壤橘园主要以地表产流为主，石灰土橘园主要以壤中流产流为主；当降雨强度为90 mm/h时，二者产流总量无显著性差异(p>0.05),均以地表产流为主。(2)石灰土橘园与红壤橘园地表径流强度随降雨强度增大而增大；但随着降雨强度增大，石灰土橘园的壤中流径流强度呈先增大后减小趋势，红壤橘园壤中流径流强度却在减小。(3)降雨强度为60 mm/h时，红壤橘园产沙总量为石灰土橘园的3.74倍，当降雨强度为90 mm/h时，石灰土橘园产沙总量为红壤橘园的2.86倍；在降雨过程中，石灰土橘园产沙量随着降雨历时增大上下波动较为剧烈，红壤橘园产沙量随降雨历时增大波动幅度较小。(4)当降雨强度≥60 mm/h时，石灰土橘园与红壤橘园累积产沙量与累积产流量存在显著线性关系，且降雨强度越大线性关系越明显。研究结果可为喀斯特地...     

雨强对华北土石山区坡面侵蚀及其颗粒富集过程的影响

为研究雨强对华北土石山区坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分布规律的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区2种典型土壤为研究对象,在4种雨强(30,60,90,120mm/h)条件下,分析了径流的变化过程和侵蚀泥沙的颗粒组成及其颗粒富集率的变化规律。结果表明:(1)随着雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土和石灰性褐土的产流时间均逐渐减小,分别缩短了79%和85%;(2)在60,90,120mm/h雨强条件下,黄土性褐土的径流强度和泥沙浓度均随降雨时间先减小后增大,而后趋于稳定状态,石灰性褐土仅在120mm/h雨强条件下出现相似规律;(3)当雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土泥沙流失朝粗颗粒化发展,侵蚀泥沙的砂粒和粗粉粒含量分别增加了86%和21%,而石灰性褐土的变化不明显;(4)在降雨初始阶段,粒径较小的黏粒和细粉粒明显富集,而粒径较大的粗粉粒和砂粒不易流失,但随着降雨历时的延长,不同粒径泥沙颗粒的富集率趋于1,这种现象在大雨强下表现得尤为明显。