模拟降雨条件下工程边坡土壤磷素流失特征

[目的]探究西南高山—亚高山地区工程边坡土壤磷素流失机理,为同类型工程边坡生态环境恢复研究提供理论依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验及原状土搬迁等方法,研究在2种坡度(30°,50°)和4种雨强(25,45,65,85 mm/h)条件下工程边坡全磷(TP),泥沙全磷(STP),溶解态磷(DP)迁移变化特征及其与土壤侵蚀状况的关系。[结果]①工程边坡径流平均DP浓度整体较低且受雨强影响较小,STP浓度在降雨初期较高,随之降低或趋于稳定。②不同雨强下工程边坡DP流失率、STP流失率变化曲线具有明显差异性,当雨强为25 mm/h和45 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率较低且较为稳定;当雨强为65 mm/h和85 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率迅速上升后趋于稳定;当雨强由45 mm/h增至65 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率迅速增大。③土壤侵蚀率与DP流失率、DP平均浓度、STP流失率和浓度、TP流失率有极显著正相关关系;径流率与DP流失率、STP流失率、TP流失率、DP平均浓度有极显著正相关关系,与STP浓度无显著相关关系。工程边坡TP流失率随径流率、土壤侵蚀率皆以幂函数形式逐渐增加。[结论]雨强和坡度对工程边坡磷素流失动态变化特征具有显著的影响且整体呈现出先增后减的趋势。     

滇池流域原位模拟降雨条件下不同土壤质地磷素流失差异研究

在滇池流域的设施大棚和露地两种土地利用类型上,选择粉砂质壤土、粘壤土、砂质粘土、壤质粘土等4种典型土壤质地,应用原位模拟人工降雨设备,对地表径流和渗漏的流失过程以及水中的总磷(TP)、水溶性总磷(DTP)和溶解性正磷酸盐(DRP)的浓度、流失量变化特征进行了研究,模拟降雨量为80 mm,雨强采用40 mm/h以模拟渗漏流失过程和120 mm/h以模拟径流流失过程。结果表明:在不同土壤质地下,壤质粘土在两种流失方式下都极易发生养分流失,而砂质土的径流量和渗漏量较高,养分流失风险增加;壤质粘土的TP流失浓度和流失量高,而砂质土的DTP、DRP流失浓度和流失量高;在两种不同流失方式下,径流比渗漏初始产流时间早,产流历时短;而且径流是磷素流失的主要途径,砂质壤土、粘壤土、壤质粘土(露地)径流水中的TP、DTP、DRP流失浓度和流失量要高于渗漏,但砂质粘土和壤质粘土(大棚)的渗漏流失量较高。在不同土地利用方式下,露地比大棚更易发生径流流失,且土壤磷素流失多以泥砂结合态的PP为主要流失形态,而砂质粘土和壤质粘土(大棚)以水溶性总磷(DTP)为磷素流失的主要流失形态;在本研究区域内,土壤速效磷含量已经高达272.38 mg/kg,远远超过了作物适宜生长的土壤速效磷含量,也超过了土壤磷素淋溶的临界值,因此,滇池流域土壤磷素向下淋溶的趋势对地下水的富营养化造成了巨大威胁。     

模拟降雨条件下秦岭北麓土壤磷素流失特征

以秦岭北麓竹峪地区为研究区域,采用模拟人工降雨的试验方法,研究了不同坡度(5°,10°)和不同降雨强度(1.1,1.3,1.5mm/min)下该区域田地土壤磷素流失过程规律。结果表明:降雨强度能够影响径流中溶解态磷(DP)的含量,但二者之间并非呈线性关系;相比于幂函数而言,指数函数模型更适合模拟秦岭北麓竹峪地区土壤径流溶解态磷(DP)浓度变化过程(R~20.75);降雨初期,泥沙中(STP)含量相对较高,但随着降雨的延续其浓度会有所下降,并最终保持在一个较稳定的水平上;泥沙全磷(STP)的流失速率随着降雨时间以幂函数的形式逐渐递减,同时发现泥沙全磷(STP)的流失速率与土壤流失速率之间存在着明显的线性关系(R~2=0.92),说明养分流失量累积过程与产沙过程一致,可以利用土壤侵蚀状况来进一步预测养分流失状况。     

模拟降雨条件下不同PAM用量及其与强化剂联用对紫色土磷素流失的影响

采用人工模拟降雨试验研究不同PAM用量及其与不同强化剂联用对紫色土坡面磷素流失的影响。结果表明:分别施加4,8,16g/m2分子量600万、水解度20%的阴离子型PAM均能显著降低坡面径流量、总磷(TP)及颗粒态磷(PP)浓度,并显著增加壤中流体积。2次降雨中,PAM应用效果均与PAM用量有关。第1次降雨以8g/m2 PAM效果最佳,相比对照,径流量减少62.28%,TP减少80.71%,PP减少95.78%;第2次降雨以16g/m2效果最佳,相比对照,径流量减少53.28%,TP减少77.52%,PP减少98.40%。相比PAM单施,分别联用石膏和石灰石后,坡面径流量增加,TP和DP浓度均显著降低。第1次降雨以石膏联用效果更佳,其中TP减少83.91%,DP减少85.34%;第2次降雨2种强化剂效果相近,TP分别减少76.10%和75.28%,DP也分别减少78.17%和79.46%。可见,施用PAM和强化剂能够显著降低磷素流失量,对农业面源污染的控制有一定作用。     

模拟降雨条件下坡地氮素流失特征试验分析

通过模拟降雨试验,分别研究1.0mm/min和2.0mm/min雨强条件下,不同坡面上径流过程和土壤氮素流失特征。结果表明,在1.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量依次为18°>28°>21°,峰值出现时间依次为21°>18°>28°,径流峰值量依次为28°>18°>21°;硝态氮淋溶与土壤侵蚀同步进行;铵态氮流失量峰值的出现是坡面顶部和下部流失量的叠加结果,随后铵态氮流失量趋于降低;在2.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量不同,峰值出现时间依次为18°>21°>28°,径流峰值量依次为28°>21°>18°。硝态氮流失以泥沙携带为主,大坡度地表硝态氮流失量陡然增加;短时间内坡面表层土壤流失量显著增加,造成铵态氮流失量波动变化。在两种雨强条件下,累积径流流失量依次为28°>21°>18°;硝态氮是径流中全氮流失的主要形式;在整个降雨过程,全氮流失量表现为产流初期较低,中期增大,后期降低。各形态氮素累计流失量与径流累计流失量之间存在显著的线性关系。     

滇池流域人工模拟降雨条件下农田施用有机肥对磷素流失的影响

应用田间原位人工模拟降雨的方法,在滇池流域不同作物类型农田上研究了有机肥（猪粪）不同用量水平对农田磷素流失的影响。结果显示,随着有机肥（猪粪）施用量的增加,农田流失液中各形态磷素的平均浓度提高,两者间呈显著正相关,相关系数均达到0..9以上。径流方式下,颗粒态磷是主要流失形态;渗漏方式下,有机肥用量水平低时颗粒态磷是主要流失形态,有机肥用量达到中等至较高水平时水溶性是流失的主要形态。同一有机肥用量水平下,不同作物类型农田流失液中各形态磷素的平均浓度均表现为:蔬菜田花卉田粮田。     

降雨强度和坡度对土壤氮素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(30,50,65,100mm/h)和坡度(0°,5°,10°)下粘质土坡面土壤氮素流失过程,以及雨强、坡度对单位面积土壤氮素流失量的影响。结果表明:(1)降雨过程中,随着雨强和坡度的增大,氮素流失的浓度和总量都会相应增加,且雨强和坡度越大,氮素流失浓度变化越快,径流浓度稳定时间越早;(2)不同雨强下坡度与单位面积土壤氮素流失量呈线性相关,且随着雨强的增大,坡度对单位面积土壤氮素流失量的影响变小;不同坡度下雨强与单位面积氮素流失量的线性关系显著,当雨强一定时,坡度的改变对氮素流失量的变化速率影响不大;(3)雨强和坡度与单位面积氮素流失量之间有显著的线性关系,相关系数达到0.978 9~0.982 0;(4)相同条件下,雨强对氮素流失量的影响比坡度大;(5)在降雨过程中,累积径流量与3种形态氮的累积流失量之间有显著的线性关系,相关系数达到0.914 5~0.961 1。     

长期不同施肥下潮土磷素的演变特征

【目的】研究在施磷量相等的条件下长期施用有机肥和化肥对潮土全磷、有效磷的演变的影响,为潮土地区农业生产和地力培育提供理论依据。【方法】以河南封丘的肥料长期定位试验(开始于1989年)为平台试验设置7个处理,即有机肥(OM)、1/2有机肥+1/2化肥(1/20M)、氮磷钾(NPK)、氮磷(NP)、磷钾(PK)、氮钾(NK)和不施肥处理(CK)分析比较了不同处理土壤的全磷、有效磷含量及两者比值的演变规律。【结果】所有施磷处理土壤全磷均与试验年份呈显著线性相关,1/2有机肥+1/2化肥、有机肥和氮磷钾处理土壤全磷年均增加量为0.0083、0.0081和0.011 g/kg;各处理2008~2010年3年平均土壤有效磷含量大小顺序为PKOM1/20MNPKNPCKNK施磷处理下试验进行的前11年土壤有效磷快速增加,以后达到稳定状态;有机肥处理和1/2有机肥+1/2化肥处理土壤有效磷与全磷的比值显著高于氮磷钾处理,试验20年后有机肥处理和1/2有机肥+1/2化肥处理有效磷/全磷是氮磷钾处理的1.9和1.4倍。磷素平衡与全磷及有效磷含量均达到了极显著相关相关系数分别为0.981和0.886。磷素盈亏每增加100 kg/hm2土壤全磷含量增加0.04 g/kg土壤有效磷含量增加约为2 mg/kg。试验20年后其他理化性质与土壤全磷、有效磷含量之间的相关关系均未达到显著水平。但土壤有机质和土壤全氮与有效磷/全磷的相关系数达到了显著水平,说明土壤有机质和全氮含量提高有利于土壤磷素的活化。【结论】土壤全磷和有效磷的演变都显著受磷素盈亏的影响。在每年P_2O_5投入量相当于135 kg/hm~2时施用化肥更加有利于潮土全磷含量的提高;经过21年的不同施肥处理,平衡施用化肥处理有效磷含量只能维持在7 mg/kg左右这一水平处于中低水平,依旧需要磷的投入才能维持作物的高产。施用有机肥可以在不增加施磷量的条件下增加作物可吸收利用的磷。因此减少施磷量增施有机肥可能成为潮土地区减肥增效的重要手段。     

自然降雨条件下农田地表径流氮素流失特征研究

为探讨自然降雨条件下,农田地表径流及氮素的流失特征,以澄江尖山河流域典型坡地为研究对象,采用标准径流小区和微型试验小区的研究方法,对农田地表径流及径流中氮素流失进行了分析研究.结果表明:降雨量和降雨强度是产生地表径流的主要原因,雨季应做好坡地的保护工作;地表径流中氮素流失的最高浓度可达到30.72mg/L;农田地表径流中可溶态氮素的流失形态主要为硝态氮和铵态氮,硝态氮流失浓度约占全氮的4%～28%,而氨态氮流失浓度约占全氮的1%～8%;地表径流中氮素累积流失负荷在0.45～1.18 kg/hm2,而流失系数仅为0.10%～0.12%.     

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。     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

夏玉米种植条件下黄壤坡耕地径流及磷素流失特征

为揭示自然降雨条件下夏玉米生育期内黄壤坡耕地径流及磷素流失规律,采用野外径流小区观测试验与室内分析相结合的方法,探讨了自然降雨条件下地表径流、壤中流及其总磷的流失特征。结果表明：(1)顺坡垄作径流量显著高于其余两种耕作措施,其径流量分别为平作和横坡垄作的1.13倍和1.17倍。横坡垄作径流磷素流失总量显著低于其余两种耕作措施,其总磷流失量分别为平作和顺坡垄作的0.79倍和0.75倍。(2)随着玉米生育期的推进,径流量呈增加的变化趋势,表现为成熟期>抽雄期>拔节期、苗期。相较于苗期,成熟期径流量增加了9.35倍,径流磷素流失量增加了12.58倍。(3)地表径流、0—20 cm土层壤中流和20—40 cm土层壤中流量分别占径流总量的78.36%,10.20%,11.44%,其磷素流失量分别占径流磷素流失量的75.10%,9.90%,15.00%。综上,研究区以地表径流为磷素流失的主要途径,且在玉米成熟期达到最大值,横坡垄作措施对于坡面产流及磷素流失具有较好的控制效果。     

红壤坡地磷素流失规律及其影响因素

以江苏省德清县排溪冲小流域为例,研究红壤坡地磷素流失的时间分布特征及其影响因素,结果表明：（1）泥沙结合态磷是坡地磷流失的主要形态,在径注台占总磷的66．25％－79．27％,（2）坡地壤磷的流失主要发生在6－8月,这段时间磷的流失量分别占全年总流失量的60％以上,（3）影响红壤坡地磷流失时间分布特征的因素主要为降雨和农事活动,研究坡地土壤磷流失的时间分布特征及其影响因素,可为调整农业活动的时间和采取合理的农业措施以减少土壤磷的流失提供依据。     

降雨因素和坡度对片蚀影响的研究

该文基于野外观测资料，分析探讨了天然降雨因素及地面坡度对片状侵蚀的影响，研究结果表明：反映降雨特性的指标ＥＩ３０和综合反映降雨和形因子的指标径流势能ＥＰ是影响片蚀显著的主要特征因子，通过分析，提出了具有物理概念的片蚀模型，这为进一步研究并建立坡面土壤侵蚀整体报模提出了片蚀建模的分析依据。     

模拟降雨条件下丹江鹦鹉沟小流域坡面径流氮素流失特征

通过野外人工模拟降雨,研究丹江鹦鹉沟小流域不同土地利用类型的坡面地表径流和壤中流中氮素的流失特征,结果表明:径流小区降雨—地表径流过程总氮浓度平均值超过10mg/L,随着降雨历时的增加,全氮流失浓度大体呈现较平稳的状态,总体变化幅度不大。硝态氮浓度输出变化过程和总氮变化表现出良好的相关性,是氮素流失的主要形态;在大雨强条件下,农田小区壤中流氮素流失浓度均小于裸坡,其中农田全氮的流失量是裸地的1/2。在其他2种雨强条件下,农田小区壤中流除全氮外流失浓度均小于裸坡;壤中流中的氮素养分流失量占径流中比例较大,其中NO3--N表现最为明显,壤中流中NO3--N含量为9.09～11.42mg/L,最大比例为61.4%。     

人工降雨条件下不同坡度和降雨强度对聚丙烯酰胺控制紫色土磷素流失的影响

通过模拟降雨试验研究不同坡度和降雨强度条件下,施用聚丙烯酰胺(PAM)对紫色土磷素流失的影响。结果表明:在控制径流上,施用PAM对较大坡度效果比缓坡明显(p<0.05),随坡度增加壤中流产流时间提前、流量增大。同时,坡耕地表面径流量和流速变化可能存在临界坡度范围(15°～20°),当坡度超过临界范围时,流速和流量反而减小。在磷素流失控制上,施用PAM对大坡度控制效果比小坡度显著(p<0.01)。施用PAM后,紫色土坡地表面径流量和径流速率均随降雨强度增大而增大,而径流中TP浓度逐渐减少,在中等雨强(34mm/h)时,PAM对紫色土磷素流失控制效果最好,其总磷(TP)流失量分别为低雨强(17mm/h)和大雨强(84mm/h)的77.37%和40.22%。由降雨径流量和磷输出的关系发现,雨强对TP浓度随径流量的变化趋势有一定影响,但影响较小;坡度对TP浓度的变化趋势基本没有影响。     

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%。     

模拟降雨条件下垄沟坡度对溶解态氮磷流失的影响

为揭示不同垄沟坡度对径流中溶解态氮、磷流失的影响,采用人工模拟降雨试验,设置4个垄沟坡度处理(0°,9°,18°和27°),研究了不同垄沟坡度对径流中速效磷(PO_4~(3-)—P)、硝态氮(NO_3~-—N)和铵态氮(NH_4~+—N)浓度和流失量的影响;并利用Inorganic—N/PO_4~(3-)—P、NO_3~-—N/PO_4~(3-)—P和NH_4~+—N/PO_4~(3-)—P 3种氮磷比,评价不同处理的富营养化风险。结果表明:(1)在降雨过程中,4个垄沟坡度处理径流中PO_4~(3-)—P、NO_3~-—N和NH_4~+—N浓度随时间均呈锯齿状变化;其流失量随时间变化均呈先增加后以锯齿状变化的趋势,且波动幅度大,最大值(16.60,1 020.73,48.35 mg)分别出现在垄沟坡度为0°,0°和9°处理。(2)4个垄沟坡度处理间相比较,径流中PO_4~(3-)—P和NH_4~+—N流失量均表现为0°9°27°18°,其浓度最大值(0.50,1.08 mg/L)和最小值(0.37,0.76 mg/L)均分别出现在垄沟坡度为9°和18°处理;而径流中NO_3~-—N浓度和流失量均在垄沟坡度0°处理时为最大值(30.68 mg/L和64.16 mg/m~2),18°处理时为最小值(21.78 mg/L和42.22 mg/m~2)。(3)Inorganic—N/PO_4~(3-)—P率和NH_4~+—N/PO_4~(3-)—P率表明4个垄沟坡度处理径流中均存在一定的富营养化风险。其中,垄沟坡度为0°处理的径流富营养化风险水平最高,27°处理的径流富营养化风险水平最低。研究结果可为横坡垄作的水土流失及养分流失评价、预测以及防治提供科学依据。     

模拟水田的土壤磷素溶解特征及其流失机制

磷素在农业生产中是不可缺少的。包括土壤成土矿物、氧化物等在内的土壤固磷介质对磷有明显的固定作用。但越来越多的研究发现：土壤磷素以地表径流、明渠或暗渠等排水途径流失进入环境，引发水体富营养化［1，2］。从地表径流［3～5］和地下暗管［2，6］排水发现土壤磷素的流失主要归因于低能量吸附点位占优势的富磷土壤。土壤磷素流失又受到多种因子的影响，当旱作土壤改为淹灌土壤时，土壤磷素的有效性显著提高［7］；干-湿交替的土壤磷素有效性及溶解特性又受到土壤水分状况和干湿交替时间的限制［8，9］；在厌氧条件下的湿地环境能降低土壤对磷的固定能力，提高磷素的溶解活性［10］。因此，对于这种受水分影响的情形不能简单地判断土壤磷素的流失潜能。由于土壤磷素的溶解特性与土壤当时的氧化还原状况直接相关［8］，水稻田的磷素溶解及淋溶特征规律可能与上述旱地的情况有所不同，也可能与水旱轮作或干-湿交替下的土壤不同。鉴于此，我们采取了三种典型浙北水稻土进行室内模拟水田环境，探讨磷素的溶解及其流失规律。     

自然降雨条件下农田地表产流及氮磷流失规律研究

基于淮北平原自然降雨条件下2个连续汛期观测的降雨-径流试验数据,分析不同试验处理下农田地表产流规律和氮磷浓度及其构成,探讨地表径流氮磷浓度和流失量的时间变化过程及其分布差异。结果表明,当地农田地表径流氮磷浓度构成分别以颗粒态氮和可溶性磷为主,而可溶性氮中又以溶解性有机氮为主,且硝态氮是农田地表径流无机氮流失的主要成分。汛初7月不同土地利用方式下农田地表径流量及铵态氮、硝态氮、可溶性氮磷和颗粒态氮磷的浓度及流失量间的差异相对较小,但8月期间的差异却明显增加,低秆高密度作物种植模式下的相应流失量最低。在淮北平原夏季种植黄豆、棉花等矮秆高密度作物,可起到有效减少地表径流氮磷流失量的作用,减缓因农业非点源污染对地表水体富营养化产生的潜在威胁。