农田暴雨径流侵蚀泥沙对氮磷的富集机理

在农田暴雨径流条件下 ,地表径流携带的侵蚀泥沙比原土壤有较高的养分含量 ,表现出对氮磷等养分的富集作用 ,富集系数 (ＥｎｒｉｃｈｍｅｎｔＲａｔｉｏ,ＥＲ)随侵蚀泥沙流失的增加而减少[1 ] 。大多文献把侵蚀泥沙对养分的富集归因于径流对土壤表面富含养分的有机质和粘粒的选     

不同覆被土壤结构稳定性对侵蚀泥沙氮磷流失的影响

以沂蒙山区的棕壤为例,利用野外原位模拟降雨试验,在分析比较5种典型覆被土壤结构稳定性的基础上,探讨不同土地覆被土壤结构稳定性对侵蚀泥沙全氮（N）、全磷（P）流失的影响。结果表明,土壤结构稳定性以山楂园和侧柏林较好,金银花和荒草地次之,花生地最差。不同土地覆被类型泥沙全N、全P流失特征差异明显,泥沙流失率与其全N、全P流失参量间具有显著的相关关系。土壤结构稳定性通过调节侵蚀产沙进而影响泥沙中N、P的流失特征,山楂园等土壤结构稳定性较好,侵蚀过程中更多地选择性搬运粘粒及精细颗粒,致使泥沙全N、全P流失量较少且含量和富集率较高;而花生地土壤结构稳定性较差,侵蚀过程中更多搬运砂粒及大团聚体破碎分散的细粒,使得泥沙全N、全P流失量较高且含量和富集率较低。泥沙全N、全P富集率在降雨过程中呈逐渐降低的变化,随着不同土地覆被类型土壤结构稳定性的降低,径流过程中泥沙全N富集率较全P的变化剧烈且下降幅度大。     

稻田径流侵蚀泥沙对磷素流失的影响

采用田间小区定位试验研究了自然降雨条件下稻田径流泥沙流失规律及其对磷素流失的影响。结果表明:常规施肥(T0)条件下,稻季径流侵蚀泥沙量可达5 113.63kg/hm2,秸秆还田(T1)和还田减肥(T2)处理均显著降低侵蚀泥沙量,分别达6.02%和7.18%。T1、T2处理能降低侵蚀泥沙中全磷(TP)和速效磷(AP)的平均浓度,分别达6.23%,22.16%和3.99%,13.40%。同时,T0处理的稻季侵蚀过程中由泥沙流失的磷素总量达1 115.34g/hm2,T1、T2和T3(肥料运筹)处理均能显著降低侵蚀泥沙TP流失量,分别达18.14%,23.93%和15.21%,磷素流失率也显著地降低。     

稻田径流侵蚀泥沙对氮素流失的影响

采用田间小区定位试验研究了自然降雨条件下稻田径流侵蚀泥沙对氮素流失的影响。结果表明:常规施肥(T0)条件下,稻季径流侵蚀泥沙量可达5113.63 kg hm-2,秸秆还田(T1)和还田减肥(T2)处理均显著降低侵蚀泥沙量达6.02%和7.18%。T1、T2和肥料运筹(T3)处理均能降低侵蚀泥沙全氮(TN)和速效氮(AN)平均浓度,分别达0.46%、6.46%、0.47%和5.57%、18.67%、13.98%。同时,就稻季侵蚀泥沙流失氮素总量而言,T0处理TN流失达14.24 kg hm-2,T1和T2处理均能显著降低侵蚀泥沙TN流失量,分别达7.58%和14.10%。同时,T1处理能够显著降低TN流失率7.58%,而T2处理则显著增加TN流失率7.37%。     

控释肥对坡地农田地表径流氮磷流失的影响

2010年5-9月降雨季,在鲁中山区种植春花生的坡地农田中进行野外降雨径流观测试验,研究了不同坡度下,施用普通复合肥(CCF)和纯控释肥(CRF)对地表径流液和径流泥沙中铵态氮、硝态氮、可溶性磷、颗粒态氮和磷、总氮和总磷的影响。结果表明,花生生长前期,与CCF相比,施用CRF的坡地地表径流中可溶性养分流失含量较低,其中铵态氮含量低5.0%~74.2%,硝态氮含量低3.9%~37.0%,可溶性磷含量低7.1%~94.1%;CRF处理径流中颗粒态氮和磷含量在花生生长前期低于CCF处理,花生生长后期CRF处理径流液总氮、总磷含量高于CCF处理;在整个监测期内,CRF处理径流中总氮和总磷含量低于CCF处理。不同坡度下,随着坡度的增大,CCF和CRF的径流养分流失量变化为15°>10°>5°>0°,表明在坡地条件下,CRF能维持作物生长后期较高土壤养分含量,有利于提高氮磷的利用效率,减少雨季氮磷地表径流养分流失,降低农业面源污染。     

巢湖流域麦稻轮作农田径流氮磷流失研究

采用田间径流池法,在巢湖流域麦稻轮作种植条件下,研究农田地表径流氮磷流失的特征。研究结果表明:麦稻轮作农田径流总氮流失量为45.27～101.38kg/hm2,总磷流失量为0.302～0.612kg/hm2。总氮的66%以上是在麦季流失的,总磷的89%以上是在稻季流失的。常规施肥条件下麦稻轮作农田氮肥流失率在6%左右,磷肥流失率在0.45%左右。水稻和小麦氮肥减施30%和磷肥减施50%能够减少氮磷的径流流失量,分别减少总氮径流流失量2.83kg/hm2,减少4.1%左右,减少总磷径流流失量0.055kg/hm2,减少10.7%以上。氮肥减施30%对第一年的作物产量没有造成较大减产,可以实现减量不减产的目标。     

模拟降雨条件下农田径流中氮的流失过程

在室内降雨模拟试验条件下，研究暴雨径流中农田氮素养分流失及施肥处理的影响。结果表明，农田暴雨径流氮养分的流失量与累积径流量成正相关；施用NH4HCO3显著地增大了农田径流中溶解态氮浓度及流失量（P＝0．01），而对颗粒态氮浓度及流失量没有显著影响（P＝0．1）在大暴雨和裸露地试验条件下，颗粒态氮是农田暴雨径流氮养分流失的主要形态；在44min降雨径流中，以颗粒态流失的氮达476．3－488．7mg/m^2；侵蚀泥沙有富集氮养分的特点，其富集系数与侵蚀泥沙累积量存在对数线性关系；LOG（ER）＝0．770－0．300LOG（SED）；减少地表径流和土壤侵蚀，降低表土中速效氮养分含量是减少农田地表径流氮流失的关键。     

侵蚀泥沙颗粒特征研究进展

侵蚀泥沙颗粒对深入理解和模拟泥沙及与之有关的化学污染物质输移至关重要。通过对国内外相关研究归纳整理、总结经验,重点围绕土壤水蚀的2个主要过程(细沟间和细沟侵蚀),对侵蚀泥沙颗粒输移形式、各级未分散颗粒的机械组成、不同粒径颗粒的富集规律和分选特征以及影响因素等进行综述与评价。纵观国内外的研究进展,侵蚀泥沙颗粒流失规律的研究已经较为全面和深入,取得了一些共识性成果:(1)未分散状态下的泥沙颗粒粒径分布更适合用来描述、模拟泥沙的输移行为和与之相关的营养污染物质迁移;(2)侵蚀泥沙粒径分布主要受降雨和径流能量的限制,能量小时,径流优先输移细颗粒,泥沙以细颗粒的富集为主;随着能量的逐渐增大,泥沙逐渐变粗;当能量足够大而产生细沟的时候,泥沙粒径分布趋向于接近原土;(3)团聚性好的土壤,其侵蚀泥沙粒径较团聚性差的土壤粗。     

基于GIS的福建农田氮磷地表径流流失与污染风险评估

为了掌握福建省农田氮磷地表径流流失特征,以福建省的9个地级市为研究边界,通过对其辖区1985—2016年间农田氮、磷化肥施用量的调查,计算农田化肥氮磷的地表径流流失量,并在耦合农田化肥地表径流流失量、降雨和河网密度3个因素的基础上,分析福建省各地级行政区域农田化肥氮磷的污染风险等级,应用地理信息系统(GIS)分析其氮、磷污染的空间分布。结果表明:32年间福建省化肥施用量由4.911×105 t增加到1.239×106t,年均增长3.03%;漳州市氮肥和磷肥的施用强度最大,分别达880.40 kg×hm~(-2)和429.21 kg×hm~(-2);氮磷地表流失量较高的区域主要集中在漳州市,其氮、磷地表流失强度分别达8.71kg×hm~(-2)和1.99kg×hm~(-2)。从氮、磷污染风险等级看,南平市氮、磷肥的流失风险值均最高,分别达63.19%和63.37%,属于高氮磷污染风险区域;厦门市氮、磷肥的流失风险值均最低,分别为0.53%和0.53%,属于低污染风险区域;其他市处于两者之间。可见,漳州市农业发展中应注重氮、磷肥的减量化;南平市则注重对农田氮、磷地表径流流失的风险防范;全省应加大力度发展生态农业,以助力福建省生态文明先行示范区、生态文明试验区的建设。     

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。     

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。     

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。     

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。     

模拟降雨下纳米碳对风沙土硝态氮迁移特征的影响

通过在神木六道沟流域开展模拟降雨试验,分别在试验小区上、中、下位置条施不同施加量的纳米碳(0.0%,0.1%,0.5%,0.7%和1.0%)研究其对硝态氮随径流、泥沙迁移及在土壤中再分布过程的影响。设计1.0m×1.0m降雨小区,前期在土壤表层以下5—10cm埋入不同施加量纳米碳,另设不施加纳米碳的小区为参照。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,降雨强度为90mm/h,降雨历时为40min。降雨前后分别采集土壤剖面土样,降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究纳米碳对于硝态氮迁移过程的影响。结果表明,在土壤中施加纳米碳,可有效减少坡面产流产沙量,且累计径流量、累计产沙量与土壤中纳米碳施加量呈现负相关关系;纳米碳的施加同样可降低径流、泥沙中硝态氮含量,随着纳米碳施加量的增加,径流和泥沙中硝态氮流失量减少,纳米碳施加量为1.0%时,可减少径流中硝态氮流失65.3%,泥沙中硝态氮流失85.7%;土壤剖面硝态氮变化对比表明,施加纳米碳处理中表层硝态氮含量明显低于对照处理,且在10—15cm出现硝态氮含量峰值,均大于对照处理。通过等效径流迁移深度分析硝态氮流失情况,无纳米碳施加处理的EDR最大,随着纳米碳施加量的增加,各处理的EDR依次减小。综上,在黄绵土中施加纳米碳,可有效减少土壤硝态氮的流失量,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区硝态氮流失的治理具有积极作用。     

影响富营养化湖泊底泥氮、磷释放的因素

[目的]分析水体酸碱度、温度以及上覆水营养盐浓度,为合理评估环境因素对湖泊底泥氮、磷释放的影响提供科学依据。[方法]选择富营氧化比较严重的云南省昆明市城市景观湖泊翠湖为研究区域,通过控制不同pH值、温度和上覆水营养盐浓度来模拟影响底泥氮磷释放的因素。[结果](1)放置时间相同条件下底泥氮、磷释放量受到水体酸碱性的影响,中性环境下(pH=7.5)释放量高于酸性和碱性水体条件。底泥释放5,10h条件下,pH值为7.5时底泥磷释放量分别达到5.88,8.28mg/kg;pH值为7.5时底泥氮释放量分别达到22.8,38.4mg/kg;(2)底泥氮、磷释放量随着温度升高而增加。温度为20℃时底泥氮、磷的释放量分别达到28.62,3.75mg/kg;(3)底泥氮、磷的释放量均随着上覆水浓度增加而减少,随着放置时间延长而增加。放置时间5h上覆水氨氮浓度0.31mg/L底泥氮的释放量最大,达到21.63mg/kg。放置10h在氨氮为2.37mg/L时底泥氮的释放量达到最大值(39.22mg/kg);底泥磷释放量在上覆水磷浓度0.14mg/L时底泥总磷的释放量最大;放置时间为5,10h时分别达到4.25,4.91mg/kg。[结论]底泥中营养盐释放是一相当复杂的动态过程,水体酸碱度、温度或上覆水营养盐浓度是影响释放量的主要因素。     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。     

模拟降雨条件下地表起伏对产流产沙的影响

揭示地表起伏形态对产流和产沙的影响及作用机理,为蓄水保土、调节径流和控制径流提供参考依据。通过野外人工模拟降雨试验,在3种降雨强度(60,90,120 mm/h)下,分析了5种起伏的地表(单凸起、单凹陷、凹凸相间、凹凸相连、光滑)坡面的产流产沙情况。结果表明:(1)在3种雨强下,5种地形的初始产流时间表现为:光滑地表单凸起地表单凹陷地表凹凸相间地表凹凸相连地表,且产流越早的地表其产流量和径流系数也越高;(2)在3种雨强下,5种地表的次降雨产沙量和产沙强度由小到大依次为:凹凸相连地表凹凸相间地表单凹陷地表光滑地表单凸起地表,产沙强度越大的地表其产沙过程越不稳定;(3)与光滑地表相比,地表凸起会加剧土壤流失,地表凹陷会减轻土壤流失,且凸起和凹陷组合的地表其减轻土壤流失的效应更显著;(4)降雨强度的增大会削弱不同地表起伏对产流产沙的影响。研究结论为地表起伏类型对坡面产流产沙有重要影响,光滑地表最易产生径流,凸起地表土壤流失最严重,凹凸相连地表蓄水保土效益最好。     

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系,以安塞黄绵土为研究对象,通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复,坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明：(1)随着前期土壤含水量的升高,坡面初始产流时间幂函数减小,产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加,高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时,坡面侵蚀加剧,土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系,当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍,呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此,对黄绵土坡面而言,应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题,可采取耕作、植被覆盖等措施维...     

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。