不同坡度和雨强条件下紫色土壤中流氮磷养分流失特征研究

通过人工降雨实验,分析不同坡度和不同雨强条件下紫色土壤中流氮磷养分流失特征,结论为结果表明:壤中流中氮素浓度对坡度和雨强的响应不显著,氮流失量随坡度和雨强的增大均呈现单峰曲线;磷浓度与坡度呈正相关,对雨强的响应不显著,磷流失量随坡度和雨强的增大均呈现单峰曲线,且雨强比坡度对壤中流磷流失的影响更显著。     

不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙和氮磷流失特征

采用野外径流小区定位观测法,研究次降雨条件下腐殖酸(HA)、聚丙烯酰胺(PAM)、绿肥(GM)3种土壤管理措施对紫色丘陵区坡耕地产流产沙及氮磷养分流失的影响。结果表明:A型(小雨量、短历时、低雨强)降雨发生频率最高,占降雨样本数的71%,B型(大雨量、长历时、中雨强)和C型(中雨量、中历时、高雨强)降雨是引发土壤侵蚀的主要降雨类型。不同土壤管理措施下侵蚀性降雨的临界降雨量差异不显著,降雨量10.0mm时坡面开始产流产沙。A型降雨下产流量:CK(123.49L)HA(60.67L)GM(53.67L)PAM(32.15L),差异显著(P0.05);产沙量:CK(30.91g)HA(10.49g)GM(5.50g)PAM(5.12g),CK组与GM组和PAM组差异显著(P0.05)。B型降雨下不同土壤管理措施间产流量与产沙量差异不显著(P0.05)。C型降雨下产流量:CK(375.45L)HA(26L)GM(239.00L)PAM(182.10L),CK组与PAM组间差异显著,措施间产沙量差异不显著(P0.05)。次降雨条件下各土壤管理措施径流中氮素流失量差异显著,对照组全氮流失量是绿肥和聚丙烯酰胺2.1~2.6倍,水解氮流失量约为绿肥和聚丙烯酰胺2.7倍。不同土壤管理措施径流中磷素流失量总体趋势为:对照腐殖酸聚丙烯酰胺绿肥,差异不显著(P0.05)。不同土壤管理措施径流中磷的流失形态主要以水溶态为主。研究结果表明,A型降雨下聚丙烯酰胺、腐殖酸、绿肥减流减沙和减少氮磷流失效益显著,其中聚丙烯酰胺效益最优。     

横坡垄作对坡耕地产流产沙及氮磷养分流失过程影响研究

横坡垄作是一种常见的水土保持耕作措施,它通过增大坡面拦蓄和入渗能力,进而影响坡面土壤侵蚀过程。为揭示黄土坡耕地养分流失特征,通过人工模拟降雨试验,利用投影面积为4.5 m×1.5 m的径流小区,设计降雨强度（90 mm·h-1）、5个地表坡度（3o、5o、10o、15o、20o）以及横坡垄作和平整坡面两种坡面处理,探究横坡垄作对不同坡度坡耕地产流产沙特性及其携带的氮磷养分流失情况。结果表明：（1）坡面坡度小于20o时,横坡垄作能明显降低降雨过程中坡面的产流产沙量,产流量和产沙量最大分别可降低95%和99%;而当坡度增大至20o时,横坡垄作坡面发生断垄,横坡垄作对径流和泥沙的控制效应随之减弱,产流和产沙量会接近或大于平整坡面。（2）横坡垄作对养分流失浓度的影响较小,但对养分流失量具有明显影响。坡面坡度小于20o时,横坡垄作具有较好的控制坡面养分流失量的效果;当坡度增大至20o时,横坡垄作控制养分流失的作用减弱。径流中全氮的流失量始终大于全磷的流失量;除横坡垄作10o坡面外,泥沙中全磷的流失量均大于全氮的流失量。（3）坡面养分流失量主要由坡面径流量和泥沙量决定。径流养分流失率和产流速率、泥沙养分流失率和产沙速率满足线性正相关关系。横坡垄作对径流和泥沙中养分减少效益分别可以达到45%~100%、59%~100%。整体上而言,横坡垄作是控制坡面土壤侵蚀及减少养分流失的一种有效方法。     

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度（60、90、120 mm/h）和4种碎石含量（0、10%、20%、30%）,开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明：1）碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强（P<0.05）;2）泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3）不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4）不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失...     

不同土壤管理措施对坡耕地土壤氮磷养分流失的控制效应

为有效防治紫色丘陵区坡耕地水土流失和面源污染,采用径流小区定位观测法研究不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙、养分流失及作物产量特征,进一步揭示生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施对紫色土坡耕地氮磷养分流失的控制效应。结果表明:(1)与背景值相比,土壤养分含量增幅表现为SM(玉米秸秆覆盖)PAM(聚丙酰胺)BC(生物炭),表明玉米秸秆覆盖措施改善土壤养分效果最优,其次为聚丙烯酰胺。(2)不同土壤管理措施控制地表产流产沙的效应均表现为SMPAMBC。BC、PAM、SM措施产流量分别减少0.00%~54.55%,0.00%~85.79%,0.00%~92.39%,产沙量分别减少2.67%~47.78%,5.87%~77.90%,11.47%~90.17%。在中、大雨条件下土壤管理措施减流减沙效应显著,而暴雨、大暴雨可削弱其减流减沙效益。(3)不同土壤管理措施控制氮素流失效应大小为SMPAMBC。与对照相比,在中、大雨条件下,全氮流失量降低16.24%~76.29%,水解氮流失量降低6.21%~81.93%;而在暴雨、大暴雨条件下,全氮流失量分别减少(-11.74%)~11.99%;水解氮流失量则分别降低(-9.87%)~17.39%。表明玉米秸秆覆盖措施控制氮素流失效果最佳。(4)不同土壤管理措施控制磷素流失的效应差异明显。在中、大雨条件下,BC、PAM和SM控制全磷流失效应显著(15%~81.44%),而在暴雨、大暴雨条件下其效应削弱((-6.68%)~10.98%);与对照相比,不同土壤管理措施对玉米籽粒增产效应为SM(29.43%)PAM(19.01%)BC(12.66%)。生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施均可有效控制坡耕地土壤养分流失,其中玉米秸秆覆盖措施控制效应最佳。     

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。     

三峡库区紫色土养分流失的试验研究

采用人工模拟降雨方法,对三峡区紫色土坡地的养分流失特点及影响因素进行了试验研究,初步认为,降雨导致坡地养分含量降低,这绝大部分是由泥沙流失引起的,泥沙中＜0.02mm的微团聚体和＜0.002mm的粘粒是养分流失的主要载体,紫色土坡地的分流失受土壤性质,降雨强度,坡度,植被覆盖等因素影响。     

丹江口水库农业径流小区土壤氮磷流失特征

通过对丹江口水库小流域雨季(2013年8月)观测的降雨—径流农业小区试验数据,分析不同种植作物下农田地表产流规律,研究土壤氮磷流失特征,为库区农业面源污染控制提供依据。结果表明,农业小区径流总磷(TP)含量在0.13~0.82mg/L之间,颗粒态磷(PP)占TP比例超过60%,径流中TSS与PP也呈现极显著相关(p0.01),表明磷素流失主要以颗粒态流失为主。径流总氮(TN)含量范围为0.7~4.7mg/L之间,TN流失量与硝态氮极显著相关(p0.01),径流中硝态氮占TN比例也超过了50%,表明硝态氮是地表径流无机氮流失的主要成分。25°玉米、15°荒地径流小区的氮流失率超过了1.5%、磷流失率超过了0.12%,高于其它类型的小区,可能与这2种小区高坡度、低植被覆盖度有关。土壤氮的流失风险要高于磷,是面源污染的主要控制目标。利用梯田种植作物,同时在坡地上形成相对较高的植被覆盖密度是减少这一地区土壤养分流失有效手段。     

江汉平原棉田地表径流氮磷养分流失规律

2008年和2009年连续2年设置田间试验,采用径流池收集对照与农民习惯施肥2种处理的地表径流,研究江汉平原区棉花种植模式下地表径流产生规律,氮、磷流失规律,肥料氮、磷流失系数及其影响因素。结果表明,江汉平原地区地表径流主要发生在3-8月降雨比较集中的时期,径流产生量随产流时段降雨量的增加而增加,年降雨产流系数平均为26.0%。2008年和2009年农民习惯施肥处理的氮流失量分别是36.14,89.52kg/hm2,磷流失量分别是0.42,10.07kg/hm2,氮、磷流失量的年际间差异较大。氮流失的主要形态是硝态氮,其2008年和2009年的流失量分别占氮流失量的92.8%和64.2%,其次是颗粒态氮,以铵态氮形式流失的只是极小一部分;磷主要以颗粒态磷形式流失,其次是可溶性磷,尤其在产流时段降雨量大的年份,颗粒态磷的流失量占到总磷的90%以上。综合2008-2009年的结果,肥料氮、磷的流失率分别为5.4%和3.1%。氮、磷的流失量主要受施肥、产流时段降雨量和作物覆盖率影响,施肥导致氮、磷养分流失量增加,产流时段降雨量越大,作物覆盖率越低,则氮、磷养分流失量越大。     

三峡库区农桑配置对地表氮磷流失的影响

为优化三峡库区紫色土旱坡地农桑配置方式,提高库区水土保持效果和生态环境效益,本试验通过采用三带等高桑+等高耕作、三带等高桑+交叉耕作、两带等高桑+等高耕作、两带等高桑+交叉耕作、传统等高耕作等5种处理研究了不同农桑配置方式对旱坡地地表氮磷流失的阻抗效果。结果表明,农桑配置方式能够显著阻抗地表径流和氮磷流失,但不同配置方式间存在显著性差异;三带等高桑+交叉耕作方式较其他方式能更显著地降低地表径流中全氮(磷)、可溶性氮(磷)、颗粒态氮(磷)的流失和氮(磷)年流失负荷量,地表径流中氮、磷流失分别以可溶性氮(约50.1%~60.2%)和颗粒态磷(约54.9%~59.6%)为主,并且硝态氮的年流失负荷(约0.19~0.27kg hm-2 a-1)高于铵态氮(约0.12~0.17 kg hm-2 a-1)。综上可知,三带等高桑+交叉耕作对地表径流和氮、磷流失的阻抗效果更显著,最符合三峡库区旱坡地开发利用的生态保护理念。     

绿肥覆盖对紫色土坡耕地柑橘园氮磷流失的阻控效应研究

为探明紫色土坡耕地不同绿肥覆盖对柑橘园径流和养分流失的阻控效应,在田间径流小区设置黑麦草(Lolium perenne L.)、光叶苕子(Vicia villosa Roth var.)、二月兰(Orychophragmus violaceus)和清耕对照4个处理,定量监测了在自然降雨条件下不同处理的径流及氮磷养分流失...     

耕作措施与氮肥对黑土流失及氮损失的影响

为解决东北黑土区坡耕地水土流失严重的问题,探索不同耕作措施和施氮策略对水土流失、氮素养分流失特征的影响,于2015—2016年在黑龙江省哈尔滨市设置径流小区试验,共设9处理。处理1(T1)为裸地;处理2(T2)为荒地;处理3(T3)为优化施氮(180kg N/hm~2),顺垄;处理4(T4)为优化施氮(180kg N/hm~2),横垄;处理5(T5)为增氮施肥(210kg N/hm~2),顺垄;处理6(T6)为减氮施肥(90kg N/hm~2),顺垄;处理7(T7)为替氮施肥((180kg N/hm~2,其中30kg N为有机肥,顺垄);处理8(T8)为优化施氮(180kg N/hm~2),横垄,苜蓿—玉米间作;处理9(T9)为减氮施肥(90kg N/hm~2),顺垄,秸秆覆盖。结果表明,T1的年均产流量为151.0m~3/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别拦截80.9%,64.4%,83.0%,65.2%,68.0%,60.4%,93.8%,88.1%;T1的年均土壤侵蚀量为9.5t/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别拦截98.8%,57.3%,88.4%,60.7%,50.6%,56.6%,99.2%,94.4%;T1的年均无机氮地表径流损失为207.6g N/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别减少无机氮损失43.0%,24.7%,35.5%,20.0%,36.8%,20.2%,75.6%,55.9%。雪水融化径流导致坡耕地的氮素损失不容忽视。坡耕地种植玉米时,单项耕作措施防止水土流失的效果,以生物篱最好,秸秆覆盖少耕较好,横垄次之;多项综合耕作措施中,横垄耕作和生物篱结合,效果均较好。相同耕作模式不同施肥措施中,有机肥替代因地上部作物生长较差有较大的产流量;减氮处理由于较低的无机氮浓度可减少地表径流氮素损失,同时增加产沙量。地表产流量与日降雨量间存在正的线性相关性(R2为0.213 9~0.543 8),T2、T9除外;土壤侵蚀量、无机氮损失量与地表产流量有正的线性相关(R2为0.338 0~0.728 1,0.618 4~0.895 2),T1除外。年均地表产流中,硝态氮浓度与无机氮浓度之比越小,年均地表径流无机氮损失越小。     

放水冲刷条件下工程边坡产流产沙及氮磷输出特征

为揭示工程堆积体平台汇流造成的水沙及氮磷养分流失特征,以矿区堆土场为研究对象,采用室内放水冲刷试验,研究不同上方来水流量(1.7,2.3,2.9 L/min)和坡度(25°,30°,35°)下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙产生过程,分别测定氮磷养分浓度并计算流失量及贡献占比。结果表明:蒙东地区覆土排土场边坡产流方式主要为地表径流,随坡度和冲刷流量的增大,地表径流量增大,壤中流量减小。产沙量随坡度的增大先增大后减小,侵蚀产沙的临界坡度在30°附近。地表径流中铵态氮及磷酸盐流失浓度均大于壤中流,硝态氮浓度在冲刷流量较大(2.9 L/min)时低于壤中流。径流中磷酸盐及侵蚀泥沙中氮磷损失均随坡度的增大先增大后减小。冲刷流量越大,地表径流及侵蚀泥沙中的氮、磷流失量越多。径流中养分流失量表现为硝态氮＞铵态氮＞磷酸盐。侵蚀泥沙是磷酸盐的主要输出途径,占流失总量的59.69%以上;氮素流失量仅在坡度30°时表现为侵蚀泥沙中最大,在25°,35°坡面,地表径流为氮素的主要流失途径,小流量(1.7,2.3 L/min)时壤中流输出的氮素次之。     

翻耕除草对不同坡长下紫色土氮磷流失的影响

为揭示自然降雨下翻耕除草和坡长对紫色土氮、磷流失的影响,通过野外设置径流小区(2个坡面:翻耕除草与自然恢复;3种坡长:20,40,60 m,共9个小区),定位监测研究不同处理下产流产沙及氮、磷流失特征。结果表明,同一坡面不同坡长间产流产沙差异不显著(P0.05);同一坡长不同坡面处理小区的径流量、产沙量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面20,40,60 m坡长小区径流量分别减少77.55%,62.62%,79.56%,产沙量分别减少85.21%,94.97%,96.25%。仅在40 m坡长下,不同坡面处理径流中DN、DP流失量差异不显著(P0.05),其他坡长DN、DP流失量差异显著(P0.05);各坡长不同坡面处理下泥沙中TN、TP流失量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面处理径流中DN、DP流失量分别减少75.13%,80.22%,泥沙中TN、TP流失量分别减少96.07%,96.38%。在翻耕除草坡面处理下,降雨强度与径流量、产沙量及泥沙中的TN和TP流失量呈极显著幂函数关系;在自然恢复坡面处理下,上述关系均不显著。研究结果可为紫色土氮、磷流失及面源污染防治等提供理论参考依据。     

垄作稻田生态系统对三峡库区坡面径流中氮、磷的消纳以及降雨强度的影响

通过田间试验测定坡面径流进入稻田生态系统后,面积约200m2的垄作稻田对径流中氮、磷的消纳效果。径流灌入水田后24h,径流中TN和颗粒态氮浓度分别下降了60.1%～88.0%和91.2%～98.7%,且各处理之间没有显著差异。大雨产生的径流中TN浓度显著高于中雨和小雨,径流进入水田后田面水中TN浓度高于小雨和中雨径流进入水田后田面水中TN浓度,但是这种差异仅仅体现在前3h。径流样品刚刚加入后,水田田面水中颗粒态氮占较高的比例,颗粒态氮占TN的43.5%～87.7%。随着时间的推移,颗粒态氮占TN的比例逐渐下降,其他形态氮素所占的比例逐渐上升,径流样品加入后24h,颗粒态氮占TN的比例下降至10.2%～22.7%,其他形态氮素所占比例升至77.3%～89.8%;可溶态的无机氮和有机氮成为TN的主要组成部分。水田生态系统对坡面径流中磷的控制同样表现出较高的效率,径流灌入水田后24h,6次降雨过程产生的径流中TP和颗粒态磷浓度分别下降了60.6%～86.0%和82.9%～93.0%,且各处理之间没有显著差异。径流样品刚刚加入水田后,水田田面水中颗粒态磷占较高的比例,颗粒态磷占TP的89.7%～97.7%。随着时间的推移,颗粒态磷占TP的比例逐渐下降,径流加入后24h,颗粒态磷占TP的比例下降至37.4%～45.7%。水田生态系统对坡面径流中氮、磷消纳体现出较高的效率,主要得益于其能够较快地消纳颗粒态的氮、磷。     

天然降雨条件下水稻田氮磷径流流失特征研究

采用具有单排单灌的试验小区,对水稻田在多次天然降雨条件下形成的径流中氮磷的流失特征进行了研究。结果表明,几次降雨径流的累积量中总氮的最高浓度达到22.15mg/L,总磷的浓度达4.84mg/L,可溶态氮是天然降雨径流流失氮素的主要形态,约占总氮的70%～92%,尤其是硝态氮,约占总氮的40%～80%,而径流流失中氨态氮的浓度较小,仅占总氮浓度的3.4%～27%,颗粒态磷在径流流失磷素中占到较大的比重,可达76%～79%;几次降雨事件中总氮的累积流失负荷约在0.23～0.80kg/hm2,总磷的累积流失负荷约在0.07～0.15kg/hm2,两者都小于当季施肥量的1%;降雨和施肥是影响氮磷素径流输出的主要因子,对降雨、施肥量、氮磷素输出负荷运用二元一次方程进行拟合,结果表明相关性达到了显著性水平。     

漳河灌区不同阶段土壤侵蚀及氮磷流失量研究

土壤氮磷流失是污染生态环境和困扰农业生产发展的一个重要问题。针对湖北省漳河灌区的土壤特征和土地利用方式,应用RUSLE模型计算了灌区1952—2010年共4个阶段的土壤侵蚀量及氮磷流失量,结果表明:灌区开灌后土壤侵蚀量由第一阶段的1026375t/a增加到第四阶段的1978054t/a;氮、磷流失模数由9.53kg/(hm2.a)和11.91kg/(hm2.a)分别增加至13.03kg/(hm2.a)和16.29kg/(hm2.a),总体均呈现逐渐增加的趋势。这说明灌区土地利用变化等对土壤流失和氮磷流失具有一定的影响,加强灌区土地利用管理和施肥管理,对于减轻土壤侵蚀和减少农业非点源污染有着重要的意义。     

云南坡耕地红壤地表径流氮磷流失特征定位监测

选取南方典型坡耕地红壤为试验区,采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,于2008—2010年连续3 a对不同农业管理方式下地表径流及氮磷流失特征进行田间实地监测。结果表明,试验区域干湿季极其分明,3 a平均降雨量为838.6 mm,主要集中在5月到10月,坡耕地红壤地表径流、养分流失时间、流失量与降雨量之间具有显著的相关性,在常规施肥处理下径流量和氮磷流失量之间呈极其显著的指数相关性,相关系数分别为R=0.897 4＊＊和R=0.529 7＊＊。坡耕地红壤地表径流量、径流系数及氮磷流失量变化规律一致,不施肥条件下,总氮、总磷流失量最大,优化施肥、揭膜、横坡垄作及秸秆覆盖等农艺措施能降低氮、磷流失量,尤其是横坡垄作种植,相对于顺坡垄作氮、磷流失总量降低了2/3左右。不同处理之间径流中各种形态氮磷含量无显著差异,说明不同农业措施主要通过地表径流流失量而影响坡耕地地表径流氮磷流失量的多少。坡耕地红壤地表径流氮磷流失以颗粒态为主,TDN占TN比例年均为24.58%,TDP占TP的比例年均为7%,TN流失量是TP的3倍左右;优化施肥和揭膜条件下可溶性氮磷所占比例增加,横坡垄作和秸秆覆盖条件下降低。在可溶性氮素中,NO3-N、NH3-N占TN的比例年均分别为8.41%、12.65%,但是2009、2010年NH3-N均小于NO3-N。因此,关于坡耕地地表径流不同流失氮素形态的影响因素较多,目前研究结果不确定,且年际之间差异较大,尚需要进一步研究。