紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

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%。     

紫色土坡耕地硝酸盐流失过程与特征研究

通过对紫色土坡耕地地表径流、壤中流径流过程及其硝酸盐含量的长期监测,研究紫色土坡耕地硝酸盐流失特征。结果表明,径流过程对紫色土坡耕地硝酸盐流失过程影响明显。地表径流过程中硝酸盐含量随降雨历时表现为先升后降的趋势,而壤中流过程则表现为不断上升、趋于稳定的趋势。紫色土坡耕地硝酸盐流失潜在的环境风险极大,历次降雨产流事件中地表径流和壤中流NO3--N平均含量分别为0.73±0.17 mg L-1、21.72±2.05 mg L-1,其中,75%的地表径流NO3--N含量超过0.5 mg L-1,85%的壤中流NO3--N含量超过10 mg L-1。紫色土坡耕地地表径流NO3--N年流失负荷为0.93±0.05 kg hm-2,壤中流NO3--N年流失负荷为33.51±2.73 kg hm-2,分别占当季施肥量的0.62%、22.34%,随壤中流淋失是紫色土坡耕地硝酸盐流失的主要途径。紫色土坡耕地硝酸盐流失不仅可能造成当地地表水富营养化,而且可能造成当地浅层地下水硝酸盐污染,将加剧长江上游水环境压力。     

川中丘陵区紫色土坡耕地产流特征试验研究

通过人工模拟降雨方法对四川盆地紫色土坡耕地产流特征进行研究,得到以下结论:(1)在大雨强情况下,起始产流时间受坡度影响不明显;在小雨强时,起始产流时间随坡度的增加而缩短。小雨强下坡度对起始产流时间的影响可用幂函数表示,相关性显著。(2)裸地径流强度明显大于农地,且变化剧烈;(3)大雨强下坡度对径流系数的影响显著,并存在临界坡度:裸地介于10~°15,°农地约为20°。     

不同植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响,探讨有效控制水土流失的坡面植被临界盖度问题,利用人工模拟降雨试验与室内分析相结合的方法对紫色土坡面侵蚀过程进行分析。结果表明:(1)总体上,紫色土坡面产流量随植被覆盖度的增大而减小,二者之间呈线性负相关,但是植被覆盖度在25%以下,径流量变化不明显,植被覆盖度达75%时,径流量处于较低的稳定值,明显低于植被覆盖度0%,25%,50%;(2)坡面侵蚀泥沙量随植被覆盖度的增加而减少,二者呈二次项相关(R2=0.99),植被覆盖度25%以下对坡面减沙起到重要作用,50%的植被覆盖度是紫色土坡面有效控制水土流失的临界盖度;(3)侵蚀泥沙中以微团聚体(0.25mm)为主,各级团聚体基本上随着植被覆盖度的增加而呈现减少趋势;(4)通过统计分析,植被覆盖度对产流、产沙量的影响均为极显著(p0.01)。紫色土坡面植被覆盖度达到50%对涵养水源、保持水土起到至关重要的作用。     

人工模拟降雨条件下不同雨强、坡度对紫色土坡面产流的影响

[目的]研究不同降雨强度和坡度对紫色土坡面产流过程的影响,为紫色土区域的水土流失防治提供科学依据。[方法]基于室内人工模拟降雨试验开展研究。[结果]不同雨强和坡度下的产流过程可大致分为"下凹"型和"上凸"型,且分别可以用指数函数和对数函数描述。随着雨强和坡度的增大,产流时间逐渐减小,产流过程逐渐趋于一致,坡面径流量逐渐增加。坡度和雨强对径流总量的贡献率有着对比消长的关系,小雨强下(雨强为33和54mm/h),坡度是坡面径流总量的主要贡献因子,随着雨强增大(雨强为94和125mm/h),雨强为坡面径流总量的主要贡献因子。[结论]坡度和雨强均为坡面侵蚀的主要影响因子,随着坡度和雨强的增加,坡面侵蚀更加剧烈,主要侵蚀因子也由坡度转变为雨强。     

人工模拟降雨条件下紫色土坡面养分流失特征分析

采用人工模拟降雨装置研究降雨强度为104.24mm/h时三峡库区5°紫色土坡面的养分流失规律。研究表明:在降雨后坡面表层土各养分均呈现减小的趋势,土壤全量养分流失量表现为坡腰>坡脚>坡顶。随土层加深,土壤剖面养分富集现象越明显。侵蚀泥沙养分在产流过程中呈先增加后减小的变化特征,泥沙携带全量养分含量大小顺序为有机质>全钾>全磷>全氮,有效养分含量大小顺序为速效钾>碱解氮>有效磷。侵蚀泥沙养分与产流历时间的关系为线性函数、二次函数和幂函数,养分不同函数表达不同,而径流总氮、总磷与产流历时的关系均可用幂函数表达。     

降雨强度对紫色土坡耕地养分流失的影响

采用人工模拟降雨装置,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对紫色土净作玉米条件下坡耕地土壤氮、磷、钾养分流失的影响.结果表明,在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加.磷素和钾素流失总量也随着雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大.在3种雨强条件下,氮素均主要通过地下径流的途径而流失,平均占氮素总流失量的96.5%.在小雨强条件下,磷、钾素不通过地表径流和泥沙流失;在中、大雨强条件下,磷、钾素流失途径均以侵蚀泥沙流失为主,分别平均占流失总量的95.3%,93.0%.     

不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究不同雨强对紫色土坡面侵蚀过程的影响,通过人工模拟降雨试验和室内分析,采用降雨总量(30mm)一定、降雨历时不定的原则,在2种覆盖度(50%和75%)下,分析了3个雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)对紫色土土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:在50%和75%覆盖度下,(1)雨强越大紫色土坡面产流总量和径流率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下的2种覆盖度产流量分别占坡面产流总量的18%,30%,52%。(2)雨强越大紫色土坡面产沙量和侵蚀率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下,2种覆盖度产沙量分别占坡面产沙总量的13%,33%,54%。(3)紫色土坡面侵蚀泥沙中的水稳性团聚体的粒径主要集中在0.25,3mm,分别占泥沙总量的74%和67%,0.25~3mm粒径的水稳性团聚体分别占泥沙总量的30%和26%。(4)相关分析表明,雨强和紫色土坡面产流产沙量均为极显著正相关(P0.01)。雨强与产沙量之间均拟合为一次线性方程;雨强与产流量之间分别拟合为一次线性方程和二次方程。研究结果为控制紫色土坡面水土流失和揭示其相关侵蚀机理提供参考。     

紫色土坡耕地土质埂坎分层入渗试验研究

以相邻田面为对照,利用双环入渗法对三峡库区紫色土坡耕地土质埂坎分层(地埂、坎腰和坎趾)的入渗特征进行研究。结果表明:(1)土质埂坎分层入渗与对照田面入渗均呈先陡降后趋于稳定的趋势,但达到稳定入渗的时间存在差异。地埂达到稳定入渗的时间最长(110min),坎腰、坎趾和田面达稳定入渗的时间分别比地埂少9%,82%,18%。从入渗性能看,土质埂坎各层均表现出初始入渗率平均入渗率稳定入渗率。平均入渗率与120min累积入渗量表现为地埂坎腰田面坎趾,初始入渗率为坎腰地埂田面坎趾,稳定入渗率为田面坎腰地埂坎趾。(2)采用4种模型进行拟合,其中通用经验模型是描述坡耕地土质埂坎入渗的较好模型,其后依次是Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型。(3)土质埂坎入渗性能与土壤物理性质具有较好的相关性,初始入渗率与初始含水率、容重呈显著负相关(P0.05),平均入渗率、120min累积入渗量与粉粒体积分数、初始含水率呈显著负相关(P0.05),与砂粒体积分数和总孔隙度呈显著正相关(P0.05)。研究结果可为紫色土区坡耕地土壤侵蚀调控的埂坎措施优化提供依据。     

玉米季坡耕地地表糙度的变化特征及其对土壤侵蚀的影响

通过野外模拟降雨试验,研究玉米种植下紫色土坡耕地地表糙度的变化特征,并分析地表糙度对产流产沙的影响.结果表明:随生育时期的推进,地表糙度逐渐衰退,在抽雄期时达到最小,地表糙度平均变幅大小为横坡垄作＞顺坡垄作＞平作,苗期时变化幅度最小,拔节期或抽雄期时最大;玉米长势越好地表产流时间越晚,各生育时期地表产流时间均为顺坡垄作最早,横坡垄作最晚;全生育期内地表径流量呈现先降低后增高的变化趋势,除苗期外横坡垄作产流量均低于平作,总体而言地表糙度对地表径流的影响未达到显著水平;苗期时土壤侵蚀量随地表糙度的增大呈指数递减,而其余3个生长时期均是随地表糙度的增大土壤侵蚀量呈指数或者幂函数递增.     

农业措施对玉米季坡耕地水沙过程的调控效应

为明确侵蚀性降雨条件下不同农业措施对玉米季坡耕地水沙过程的影响及减沙效应,通过自然降雨条件下径流小区观测试验,研究顺坡耕作(CK)、横坡垄作(CT)、横坡垄作+秸秆覆盖(CT+SM)、横坡垄作+地膜覆盖(CT+PM)、横坡垄作+有机质输入(CT+OM)5种农业措施对紫色土玉米季坡耕地径流深、径流系数、径流曲线数、产沙量、土壤可蚀性指标的综合影响。结果表明,历次降雨事件CK径流系数变幅为18.89%~32.23%,CT+OM和CT+PM显著削减了径流量和产沙量,径流量较CK减少15%~35%、泥沙量减少12%~75%。土壤可蚀性指标随降雨量和径流量增加均呈增加趋势,但增加幅度随着降雨量或径流量的增加而减小;土壤可蚀性与地表径流量之间呈幂函数递增关系,确定系数R2为0.70~0.87(p0.05);土壤可蚀性与降雨量呈对数曲线关系,R2为0.85~0.91(p0.05)。历次降雨横坡各处理土壤可蚀性指标(Kw)显著低于顺坡垄作,CT和CT+OM的Kw均值分别为0.025kg·m~(-2)·mm~(-1)和0.023 kg·m~(-2)·mm~(-1),与CK相比平均分别减小17%和24%;CT+PM和CT+SM的Kw值最小,均值分别为0.021 kg·m~(-2)·mm~(-1)和0.018 kg·m~(-2)·mm~(-1),与CK相比分别减小29%和38%。综上,横坡垄作增加地膜覆盖或秸秆覆盖是控制紫色土玉米季坡耕地地表径流、降低土壤可蚀性的有效措施。本研究为控制紫色土玉米季坡耕地水土流失、削减农业面源污染负荷提供了理论依据。     

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。     

横垄坡面地表糙度的变化特征及其对片蚀的响应

为揭示地表糙度的片蚀效应,采用野外人工模拟降雨,研究了横垄坡面地表糙度在玉米不同生育期的变化特征,并分析了地表糙度的变化对片蚀过程的响应特征。结果表明:1.0mm/min降雨强度条件,随着玉米生育期的推进,地表糙度呈先增加后降低的变化趋势,且在玉米苗期增幅最大,在成熟期降幅最大。1.5,2.0mm/min降雨强度条件,随着玉米生育期的推进,地表糙度呈先降低后增加的变化趋势,且玉米苗期—拔节期地表糙度变幅却最大。降雨强度1.0mm/min条件下,随着玉米生育期的推进,地表糙度的变化与径流量变化同步,均呈先减小、后增加、再减小的变化趋势。降雨强度1.5,2.0mm/min条件下,在玉米苗期—拔节期—抽雄期,地表糙度与径流量呈同步的变化,而在抽雄期—成熟期,地表糙度呈减少的变化趋势,而地表径流量却呈增加的变化。不同降雨强度条件下,在玉米苗期和拔节期,地表糙度的变化与产沙强度呈同步变化;在抽雄期和成熟期,两者间表现出相反的变化趋势。玉米拔节期,地表糙度变幅与径流量呈极显著负相关关系,抽雄期地表糙度变幅却与径流量呈极显著正相关关系;玉米苗期、拔节期和成熟期,地表糙度变幅与侵蚀产沙量呈显著或极显著正相关关系,玉米抽雄期,地表糙度变幅却与侵蚀产沙量呈极显著负相关关系。研究结果为揭示地表糙度在片蚀作用下的本质特征和坡耕地水土流失有效防控提供理论和技术支撑。     

川中紫色土旱坡地磷素的输出特征研究

在中国科学院盐亭农业生态站进行了为期1年(2002 4～2003 4)的定期监测研究,探讨了磷素的农业非点源输出规律。研究表明紫色土旱坡地磷素输出以颗粒吸附态为主,全磷输出量不高,但水溶性磷素和磷酸盐的输出浓度对环境的影响应值得重视。全磷的输出随不同的耕作方式不同而不同,短期降雨:顺坡>平作>垄作;垄作种植,在长期降雨条件下,水溶性磷的径流输出将会增大,从而使全磷的输出量相应增加,即长期阴雨天气下,全磷的输出量:顺坡种植、垄作>平作。通过分析还发现磷素地下渗漏与降雨量之间也存在类似的关系,即磷素下渗浓度存在极值,它与降雨量之间不是单调递增关系,而是开口向下的抛物线,其相关系数为R2=0 9232。     

不同施肥制度下紫色土坡耕地氮素流失特征

利用野外径流小区试验,比较了川中紫色土丘陵区12种不同施肥制度下坡耕地侵蚀产沙特征和氮素迁移特征。结果表明,在单次降雨量达到44 mm时,相对于不施肥而言,农家肥配施化肥分别降低坡地径流与侵蚀量68.2%,67.3%,秸秆还田配施化肥分别降低80.3%,92.6%。不同施肥制度下随地表径流迁移的颗粒态氮占总氮的比例大部分都在60.0%以上。坡耕地平衡施肥能降低坡耕地土壤氮素随径流的损失,增施了磷、钾肥后,总氮迁移量分别降低了41.0%和46.1%。与不施肥相比较,农家肥配施化肥减少径流总氮69.0%,秸秆还田配施化肥减少90.5%。     

不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失

通过对川中丘陵区几次暴雨过程氮、磷流失的观测与分析,研究了不同降雨侵蚀力条件下的紫色土坡耕地的养分流失特征。结果表明在产流初始阶段,氮、磷流失严重,径流中养分输出浓度比较高,总氮最大可达8.0 mg/L左右,总磷在1.9 mg/L左右;坡耕地养分流失与土壤侵蚀的关系密切,氮、磷迁移以泥沙吸附态迁移为主,径流中的颗粒态氮、磷含量随降雨侵蚀力增大而增大,而溶解态氮、磷含量与降雨侵蚀力无明显相关。     

秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响

通过对川中丘陵区不同施肥坡地径流、泥沙和养分流失的观测与测定分析,研究了紫色土坡耕地暴雨下的产流产沙特征和氮、磷养分流失特征。结果表明,秸秆还田显著影响雨季紫色土坡耕地土壤侵蚀和产流情况;相比单施化肥处理,秸秆还田的泥沙量减少了70%~82%,地表径流量减少了26%~31%,渗漏径流量增加了30%~52%。秸秆还田显著减少了N、P的流失,减幅为60%~76%;各处理P流失的强度顺序依次为:NPK>RSD>RSDNPK>RSDNP>RSDN,N流失的强度顺序为:NPK>RSDN>RSDNPK>RSDNP>RSD;地表径流损失是P的主要流失途径,颗粒态是地表径流中P的主要迁移形态,磷酸盐是地表径流中溶解态总磷的主要组成部分,渗漏径流中的PO43--P/DTP显著下降。渗漏淋失是N的主要流失途径,硝态氮是渗漏液中N的主要迁移形态,地表径流中NO3--N/DTN较渗漏液略低,溶解态总氮在地表径流N流失中所占比例超过50%。     

长期施肥与耕作对紫色土坡耕地产流产沙的影响

[目的]为探究长期施肥与耕作对紫色土坡耕地产流产沙的影响。[方法]试验规定各小区均采用冬小麦-夏玉米轮作的紫色土坡耕地典型种植模式,在15°紫色土坡耕地设置5种处理：顺坡耕作无施肥(CK)、顺坡耕作有机肥与化肥配施(T1)、顺坡耕作单施化肥(T2)、顺坡耕作单施化肥增量(T3)、横坡垄作单施化肥(T4),每种处理重复3次。在2008—2020年,共监测107场侵蚀性降雨事件,分析了不同事件降雨量及施肥耕作处理下径流深、泥沙量、泥沙含量的变化特征。[结果]不同施肥耕作处理中,单位面积年产流深最大为100.37 mm,最小为4.56 mm。除T2与T3处理径流深差异不显著(p>0.05)外,其余处理间径流深差异显著(p<0.05),且均显著小于CK处理,均值大小依次为CK>T3>T2>T1>T4。除T1与T2处理泥沙量差异不显著(p>0.05)外,其余处理间泥沙量差异显著(p<0.05),且显著小于CK处理,均值大小依次为CK>T3>T2>T1>T4。T1、T2、T3的泥沙含量差异不显著(p>0.05),但均显著...