植被覆盖条件下纳米碳对黄土坡面养分流失调控的试验研究

将纳米材料应用于坡面养分流失调控对减少黄土坡面养分流失等有着重要意义。基于神木六道沟流域上的坡面人工模拟降雨试验,分析了不同纳米碳含量(质量百分比分别为0%,0.1%,0.5%,0.7%,1.0%)对黄土坡面养分迁移过程的影响。结果表明:(1)同一作物的小区添加不同纳米碳含量对养分流失影响不明显;5种下垫面条件下,养分流失量均呈随纳米碳含量增加而降低的趋势,其中纳米碳含量为0.5%及0.7%对降低径流养分流失量的效果最好。不同纳米碳含量条件下,径流中的养分流失量从小到大为:空地玉米柠条绿豆苜蓿。(2)人工模拟降雨条件下,土壤表层养分在0—5cm内均有明显减少。而大于5cm深度的土壤中的养分值在降雨后有所增加,但随着深度增大养分增加量减少,而且添加不同浓度纳米碳导致养分值减少的速率不同。(3)不同纳米碳含量下与不同植被覆盖下径流中各离子的养分流失调控效果评价是径流中不同离子的平均浓度与平均流失率均随纳米碳含量的增加而减小,规律性较为明显。     

间歇性降雨对黄土坡地水土养分流失的影响

坡面水土养分流失是研究农业非点源污染方面的核心问题,涉及土壤侵蚀、坡地水文和环境治理等方面的内容。以黄土坡地为研究对象,利用人工降雨模拟试验,分析间歇降雨时坡地产流-入渗-土壤侵蚀过程,以及通过预先在坡地喷施养分(NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P),研究间歇降雨时坡面水土流失以及土壤溶质的迁移规律。试验采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,对试验坡地间歇性进行3次降雨,雨强恒为100mm/h,每次降雨历时60min,降雨间隔时间60min。结果表明:(1)3次降雨的初始含水率不同,但产流规律相似,降雨径流率均为先增大后趋于平稳。(2)3次降雨产生的泥沙累积量分别为250.91,100.20,79.76g,第1次降雨的泥沙量远高于第2,3次。泥沙率先迅速增大到峰值然后缓慢减少,平均泥沙率随降雨次数的增多而递减。(3)对于非吸附性的NO_3~-、NH_4~+,3场降雨过程中溶质浓度均呈现由高降低并逐渐平稳的变化趋势;PO_4~(3-)-P浓度的变化规律却略显不同,降雨初期溶质浓度先短暂升高,然后再由高降低并逐渐平稳。(4)3次降雨的NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P的径流总流失量分别为535.33,1 058.18,400.79mg,其中NO_3~--N流失量最多,PO_4~(3-)-P流失量最少。随着降雨次数的增加,不同降雨次数下的NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P径流流失量均逐渐减少,流失量较前次降雨分别降低了19%,14%、3%,62%和57%,28.3%。因此,通过对间歇性降雨条件下黄土坡地水土溶质迁移特征的研究,对揭示降雨-径流-土壤相互作用过程和土壤养分迁移机理具有重要意义。     

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%.     

模拟降雨条件下不同材料覆盖对水分入渗特征的影响

利用人工模拟降雨试验研究不同覆盖材料对降雨入渗能力的影响，重点研究渗水地膜覆盖、海绵薄膜覆盖情况下径流量和水分入渗速率的变化。结果表明，渗水薄膜覆盖、海绵薄膜覆盖均能明显降低径流量，增加水分入渗速率，海绵薄膜覆盖和渗水薄膜覆盖24min内的累积径流量分别减少63．94％和87．08％。     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。     

坡度对黄土坡面养分流失的影响实验研究

坡度是土壤养分流失的重要因素,通过室内人工降雨模拟试验,研究不同坡度土壤侵蚀和养分流失的过程与机制。研究结果表明:土壤中养分的流失量随坡度的增大而增大,但在20°附近时存在转折点,25°时养分流失量反而减小。同时利用两种类型描述径流养分浓度模型对实测资料进行分析,结果显示与指数函数模型相比较,采用幂函数模型能够较好地模拟黄土坡面非饱和条件下径流溶质浓度变化过程,同时幂函数模型也能够较好地描述径流中钾离子和溴离子的质量变化过程,为进一步完善黄土坡面径流养分迁移模拟模型提供了参考。     

水土保持措施对径流泥沙及养分流失的影响

以北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园为研究对象,对2005—2009年汛期(5—11月)径流小区的径流量、侵蚀产沙量及养分流失量进行了分析。结果是:同为10 m坡长的径流小区,其径流量和养分流失量从大到小依次为裸地、坡耕地和石坎梯田,产沙量最大的是裸地,其次是石坎梯田,最小的是坡耕地;与裸地小区相比,10 m坡长的水土保持措施小区可减少全氮流失量50.5%~91.4%、减少全磷流失量31.8%~75.8%;20 m坡长裸地径流小区的径流量、泥沙量和养分流失量均明显大于鱼鳞坑,鱼鳞坑小区可减少径流量68.4%~83.0%、减少产沙量71.1%~82.7%、减少全氮流失量64.4%~74.9%、减少全磷流失量40.6%~87.3%。说明水土保持措施具有良好的保持水土和减少养分流失的作用。     

降雨历时对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解降雨历时对黑土坡面养分流失的影响特征,探寻降雨历时对黑土坡面养分流失的规律,在沈阳农业大学水利试验基地,进行室内人工模拟降雨试验,对不同降雨历时条件下的黑土坡面养分流失进行研究。结果表明:降雨历时是影响坡地溶质迁移以及坡面降雨产流产沙的重要因素。降雨历时越长,表土养分流失越严重,N、P、K流失量越大,降雨后的养分含量越低,且累计径流量与泥沙量和降雨历时呈正相关变化,当降雨历时增加至90min后,土壤入渗率趋于稳定,径流量增加幅度减缓,且由于土壤发生沟蚀,泥沙量急剧增加。径流水样中N、P、K流失呈现出不同特征,当降雨历时90min时,随着降雨历时的增加,径流硝态氮迅速衰减,20min后逐渐趋于稳定,土壤养分含量均降低;当降雨历时进一步增大至120min时,硝态氮含量趋于稳定,基本没有变化,而磷离子和钾离子则由于土壤发生沟蚀,下层土壤中的PO_4~(3-)和K~+被浸提出进入径流中,导致其含量仅一步增加,磷离子增加幅度较钾离子相比更为明显,且随泥沙流失的养分与之呈现出相似规律。不同降雨历时条件下降雨前后土壤剖面养分含量垂直分布情况也有明显差异,随着降雨历时的增加,磷离子以及钾离子的浓度峰值变化不大,多出现在10cm表层土壤内,而硝态氮浓度峰值不断加深。30,60,90,120 min降雨后,硝态氮浓度峰值分别位于土层7,8,10,14cm处;土层的湿润峰也随降雨历时增大而增加,分别位于土层以下10,12,16,19cm处,降雨120min后,土层全部湿透。试验结果表明,降雨历时对硝态氮流失的影响比对磷和钾离子更为显著。     

降雨与土壤养分流失关系分析

通过室内人工模拟降雨试验,对土壤养分流失的机理进行分析。结果表明:土壤养分流失的主要因素是降雨,随着降雨历时的增大土壤养分含量逐渐降低。提出了“土壤侵蚀与降雨强度、养分流失与降雨强度”的预测模型。不同耕作措施相比,采用等高耕作时养分流失较少。     

变雨强对黄土坡地水土养分流失机制研究

通过人工降雨装置模拟了一次降雨事件中3种雨强变化(100,130,160mm/h)对黄土坡地径流、泥沙及养分含量变化的影响。结果表明:(1)降雨过程中,雨强的变化是影响地表产流的重要因素,雨强由大到小降低的产流量明显高于雨强由小到大渐增的产流量;(2)径流产沙过程中,雨强由小到大渐增的降雨产流携沙量最多,对坡面土壤侵蚀最严重;(3)变雨强对养分流失影响与径流相似,雨强由大到小降低的降雨养分流失累计量高于另外2种降雨,表明初期雨强较大的降雨对于坡地养分流失最严重。     

模拟降雨下不同坡度土壤坡面产流产沙特征及磷和钾素流失研究

采用室内模拟降雨研究了不同坡度对土壤坡面产流产沙特征及其养分流失的影响。结果表明:在降雨条件下,初始产流时间随坡度的增加而趋于提前,初始产流时间变化范围为0.63~1.62 min,说明坡面产流时间因坡面坡度的增加而缩短。不同坡度条件下径流强度随降雨历时的增加而增加,在降雨历时前20 min,径流强度急剧增加,降雨历时20 min以后,径流强度增加趋势趋于平稳,径流强度遵循幂函数变化规律;不同坡度条件下入渗强度随降雨历时的增加而降低,在降雨历时前20 min,入渗强度急剧降低,降雨历时20 min以后,入渗强度降低趋势趋于平稳,坡面入渗强度随时间则呈对数函数变化。不同坡度下径流量均随降雨历时呈“增加—稳定”趋势（单峰曲线,抛物线规律）,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,在0~20 min内,径流量随降雨历时的增加陡然上升趋势,20~40 min,不同坡度条件下土壤泥沙侵蚀量均达到最大值,40 min以后泥沙侵蚀量随降雨历时的增加呈现基本平稳趋势,泥沙侵蚀量中DP,K⁺,SEP和SEK均随着坡度的增加而增加。不同坡度条件下,泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量均存在不同程度的正相关关系,其中坡面坡度为20°,25°和30°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于其他坡度,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各种类养分含量的增加效应,而随着坡度的增加,侵蚀泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量并非均显示出更进一步的相关性。     

模拟降雨对亚热带阔叶林土壤坡面产沙产流及养分流失的影响

采用人工降雨方法,研究了不同降雨强度和坡度对亚热带阔叶林土壤坡面产沙产流及养分流失的影响。结果表明:(1)在不同降雨强度下,初始产流时间随坡度的增加趋于提前,随降雨强度的增大产流时间提前,降雨强度对初始产流时间的影响大于坡度变化的影响。(2)在同一坡度条件下,产流强度和平均入渗强度随降雨强度的增加而增加;曲线拟合的结果表明产流强度随时间遵循幂函数变化规律,而坡面入渗强度随时间呈对数函数变化。(3)不同降雨强度下,径流量随降雨历时的变化趋势基本一致,径流量均随降雨历时呈增加—稳定趋势,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,相同坡度下,径流量随着降雨量的增加而增加;降雨初始时刻,坡度对径流量的影响较小,而在降雨后期,降雨强度和坡度对径流量的影响较大;产流率与径流量的变化趋势相反,随降雨历时呈降低—稳定趋势,在整个降雨过程中,土壤产流率随坡度的增加而降低,在相同坡度下,产流率随着降雨量的增加而增加。(4)侵蚀泥沙量的变化特征表现为坡度越大,坡面侵蚀泥沙的流失量越大;泥沙侵蚀量随降雨历时的增加而增加,在降雨10min左右达到峰值;在相同坡度和降雨历时下,泥沙侵蚀量随降雨强度的增加而增加;不同坡度下的侵蚀泥沙量在峰值前后与产流历时均呈乘幕函数变化,不同坡度下侵蚀泥沙养分含量与产流历时间的关系均可用幂函数表达。(5)不同坡度条件下,泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量均存在不同程度的正相关关系,其中坡度为15°,20°和25°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于坡度为5°和10°时,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各类养分含量的增加效应,而不同坡度下的全磷与侵蚀量没有显著的相关关系(P0.05)。     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为上升—下降—略有上升—平稳,总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

人工模拟降雨条件下石灰土养分流失规律

通过对三峡库区香溪河流域选取具有代表性石灰土坡耕地进行原位人工模拟降雨试验,研究了在不同降雨强度下石灰土中氮磷养分随地表径流的流失规律。结果表明:雨强越大,地表径流量、径流总量、泥沙流失量越大,初始产流时间越短,但是雨强对泥沙流失浓度的影响不显著;不同雨强下TP、TN浓度都随着产流时间的延长逐渐变小,最后趋于平衡,而且雨强越大,TP、TN浓度流失越严重,其中TP主要以PP形式流失,达到80%以上,TN的流失在大雨时PN占优,中雨时以DN占优;地表径流磷素的流失主要以泥沙携带为主,泥沙养分流失浓度与雨强无关,但是泥沙养分流失量却与雨强和泥沙流失量成正比。     

黄土丘陵区不同降雨强度对农地土壤侵蚀的影响

采用人工模拟降雨的方法，对仪器自身性能进行了测试，并分设5种不同的降雨强度分别研究半干旱区林地、草地、人工草地和耕地的产流产沙特征。模拟天然降雨最大雨强5．05mm／min，雨量118．2～300．3mm／h；雨滴落地速度、雨滴动能等降雨特征值与天然降雨特征值是一致的；不同立地条件下径流量、侵蚀模数随雨强的增加而增加，并与降雨强度呈指数函数或幂函数关系。     

降雨侵蚀力对河岸滩区耕地土壤养分流失的影响

河岸滩区的人类农业活动最为直接地影响着河流的水文生态.自1997年小浪底水利枢纽工程成功截流以来,下游孟津扣马黄河滩区1 955hm2的天然滨河湿地有72%常年出露.为当地农业开发提供了原生动力.在10 a期间滩区的土地利用状况也发生了明显的改变,其中28.8%转变成鱼塘-荷花塘等人工湿地,39.8%转变成小麦棉花等旱地农作物,剩下的328 hm2的河床湿地因受农业活动的影响,正发生着严重的退化和萎缩.通过野外定位观测,对孟津黄河滩区河岸耕地土壤养分随降雨径流流失的特征进行了研究.研究结果表明,次降雨侵蚀力(R)是影响径流量和土壤养分流失的重要因素.在弱侵蚀力下,产生的径流以蓄满产流为主;当降雨侵蚀力大于19.0,产生的径流以超渗产流为主.径流土壤养分流失量与次降雨侵蚀力之间存在明显的二次曲线关系.根据滩区土壤的渗透特征,在次降雨侵蚀力R=10.0～45.0之间的中等强度降雨将产生较为严重的土壤养分流失.并强调河岸带的水土保持工作应亟待加强.     

黄土区野外模拟降雨条件下坡面径流—产沙试验研究

降雨及径流所引起的水力侵蚀产沙问题,是当今世界上最大的环境问题之一。通过野外模拟降雨试验,研究不同雨强下不同下垫面降雨侵蚀产流、产沙、入渗等的相关规律。研究结果表明:雨强90mm/h时,原生地径流量最大,达到28.4L/min,林草地径流量最小,在4.1～7.6L/min之间波动,雨强120mm/h时规律保持一致,原生地达到36.05L/min,林草地为6.85～10.88L/min;产沙量规律为荒地最大,林草地最小,荒地在两种雨强下产沙量分别为45.77～252.94g和52.76～162.48g,林草地分别为2.82～6.99g和7.33～40.24g;入渗规律为林草地最大,原生地最小,其中小雨强时林草地入渗率为1.18mm/min左右,原生地为0.09mm/min左右,大雨强时林草地为1.42mm/min左右,原生地为0.12mm/min左右。这些规律之间均有很好的相关性,产沙量与径流量大时其入渗率就小。说明地表有植被覆盖时可以增大入渗率,减小径流,产沙量。雨强不同时其规律保持一致。该研究对于深入理解流域产流产沙过程具有十分重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持,也可为今后水土保持与生态建设提供重要科学依据。