用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗

采用人工模拟降雨试验研究了保护性耕作控制农田地表径流的效果,重点探讨了表土耕作、秸秆覆盖及土壤压实３种因素对地表径流和水分入渗的影响。试验表明,保护性耕作具有明显的处缓径流,增加水分入渗的效果。在土壤干燥,模拟降雨强度为７２ｍｍ／ｈ的条件下,传统翻耕比保护性耕作早１２－１６ｍｉｎ产生径流,入渗率降低６０．９％,总径流量高１１倍。３种试验因素中,秸秆覆盖对径流和入渗的影响最大,压实次之。在本试验中,     

耕作措施对径流和土壤侵蚀的影响

在耕地进行１０ａ牧草栽培的保护工程（ＣＲＰ）证明了耕地植草能改善土壤结构特性、提高入渗率、减少径流和土壤侵蚀的发生。但是草地还耕时,采取何种措施能保持其效益的延续？１９８４年在美国南达科他州一块试验地上植入紫花苜蓿和无芒雀麦,１９９０年春进行耕作,耕作措施有凿形犁耕地、有壁犁耕地、免耕,同时保留了一块草地进行对照。１９９３年后进行模拟降雨试验,测定径流量和土壤侵蚀量,有壁犁处理的小区内初期降雨和终期降雨条件下,径流量分别占模拟降雨量的２４％和６６％,土壤流失量分别为６７ｔ／ｈｍ２和１８２ｔ／ｈｍ２,而免耕处理的径流量和土壤流失量仅为３％和０２ｔ／ｈｍ２,结果表明耕作后地表径流量大、土壤侵蚀最严重,免耕很小,对照草地无径流及土壤侵蚀。因此草皮减少径流、土壤侵蚀的效益经耕作后会大幅度降低,而免耕能保持其效益的延续。     

保护性耕作对地表径流及土壤侵蚀的影响

采用人工模拟降雨方法对陇中黄土高原连续实施5a的4种耕作措施：传统耕作（T），传统耕作结合秸秆还田（TS），免耕（NT），免耕加秸秆覆盖（NTS）下豌豆地收获后的径流起始时间、径流量、土壤侵蚀量进行了研究。结果表明，在降雨强度为85mm／h的条件下，NTS可以延缓径流，减小径流强度。与NT，TS，T这3种处理比较，NTS的径流量分别降低了2．4％，12．1％，34．7％。入渗量分别增加了2．7％，13．6％，38．6％。径流出现时间分别延迟1．17，0．83，3．83min。土壤侵蚀量减少了0．3％，17．7％，62．4％。可见，免耕秸秆覆盖的水土保持效应最为明显，传统耕作的方式极易发生土壤侵蚀。     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。     

耕作措施对土壤入渗的影响

本文通过应用蓄水式和张力测渗仪，对土壤渗透率进行测定，以此来评估不同耕作措施下的近地表土壤孔隙特性。在农户经营的土地上和试验小区上分别选择了３种耕作方式进行比较。不同耕作措施之间的差异性不显著，是因为其内在的变化性，以及未形成地表结皮和明显的犁底层所致。     

保护性耕作对农田地表径流与土壤水蚀影响的试验研究

在黄土坡地建立天然降雨径流小区,采用翻斗式自动测试系统同步动态地监测降雨—径流的过程,试验研究了保护性耕作农田水土保持的效果和耕作、覆盖及压实3种因素对农田水土流失的影响。2年的试验表明,雨强和雨型与坡地水土流失密切相关,在暴雨情况下,由秸秆覆盖与少免耕相结合的保护性耕作具有明显的保持水土作用;采用少免耕而无秸秆覆盖配合的情况下,水土流失甚至高于传统翻耕。在试验的6种处理中,免耕覆盖不压实的保水保土效果最佳,相对传统翻耕年径流量减少52.5%,年土壤流失量减少80.2%。在覆盖、压实及耕作3因素中,秸秆覆盖对保持水土的作用最大,可减少年径流量47.3%,减少年土壤水蚀77.6%;压实次之,地表耕作的影响较小。     

草冠层覆盖率对地表径流的影响

草地水文状况受植被特性的影响。美国土壤学家M .L .Self .Davis为了研究草的种类及冠层覆盖率对小区径流和入渗影响效果 ,选择了 1种草皮草和 4种簇生草 ,利用人工降雨的方法进行了研究。研究结果表明 :对同一种草而言 ,有冠层的小区比无冠层的小区径流量少 ,但整个研究期内统计上差异不显著 ;对异种草而言 ,高羊茅与其它 4种草相比 ,在 4次模拟降雨中径流量有 3次明显降低 ,其它 4种草在任一降雨事件中没有明显的差异。高羊茅小区的入渗量比其它 4种草小区平均增加 19%。因此 ,草的冠层覆盖率不是估算径流量和入渗率的重要因子。在农田的边缘 ,可种植簇生草—高羊茅来控制侵蚀 ,增加入渗。     

半干旱区保护性耕作的效应

西北太平洋内陆半干旱区常规种植制度是冬小麦—休闲2 a轮作制,在这一轮作制度中,不采取保护性耕作措施,地表因扰动而导致严重的土壤侵蚀。采取完全随机排列试验,观测了免耕(NT)和常规耕作(TP)两种种植方式、冬小麦—春豌豆—冬小麦—休闲4 a轮作制下的地表覆盖率、土壤入渗率、径流量和土壤侵蚀量,结果表明:免耕的覆盖率为81%、入渗率为41 mm/h,明显高于常规耕作(分别为59%、14 mm/h),免耕的径流量为0.4 mm、侵蚀量为10 kg/hm2,低于常规耕作(分别为0.4 mm、21 kg/hm2),免耕有利于研究区域土壤侵蚀控制。     

不同耕作措施对花生结荚期产流产沙过程的影响

为了研究不同耕作措施在花生结荚期时对紫色土区产流产沙过程的影响,通过对顺坡垄作、横坡垄作、穴播、平作这4种耕作措施种植花生以及对照组平坡裸地进行野外模拟降雨试验,得到其径流泥沙特征。利用滑动秩和检验法找出产流产沙过程变异时刻点,对变异时刻点后用Mann-Kendall趋势检验法分析产流产沙过程趋势。结果表明:产流产沙过程变异时刻点后均处于一个较为稳定状态,平坡裸地的稳定径流率、侵蚀率均最大,顺坡垄作次之,然后是平作,再是穴播,横坡垄作最小;而各耕作措施初始产流时间则与稳定径流率和侵蚀率相反。在减流减沙效益方面,相对于平坡裸地,不同耕作措施均表现出减流减沙效果,具体表现为横坡垄作>穴播>平作>顺坡垄作。     

保护性耕作对棉花产量及收益影响的研究

保护性耕作包括免耕、少耕及其它水保耕作。保护性耕作具有减少水土流失,增加土壤有机质,提高作物产量,降低生产成本的特点。在美国7个州12个试验区研究棉花生产中免耕、少耕、带状耕作及传统耕作的效果及效益。12个试验区全部布设了免耕及传统耕作,其中有8个试验区布设了少耕,2个试验区布设了带状耕作。各耕作措施对土壤理化性质没有显著影响,对棉花产量影响差异不显著,但免耕5 a总利润比其它三种耕作措施高15~820美元/hm2。由于各试验区的环境条件、土壤及管理措施不同,所以试验结果间差异不显著,但各试验区免耕利润高于其它耕作措施。在评价耕作措施时,不应只注重产量,还应考虑其综合效益。     

农田排水口高度对地表径流氮磷流失的影响

洱海流域农田径流氮磷污染严重,大量氮磷污染物随雨水进入洱海,导致洱海水质雨季下降。为从源头控制氮磷污染物的输出,该研究采用人工模拟降雨的方法,探究5、10、15、20、25 cm 5种不同高度的排水口对农田径流氮磷流失的控制作用。结果表明,农田排水口较低会造成产流初期硝态氮和颗粒态氮浓度升高,将排水口高度提高到15 cm以上可有效降低径流中各形态氮磷浓度,并稳定在较低水平;排水口高度从5 cm提高至15～25 cm产流中总氮、颗粒态氮、铵态氮、硝态氮流失量分别降低了85.60%～93.13%、88.39%～95.77%、84.59%～91.72%、63.05%～65.15%,总磷、颗粒态磷流失量分别降低了86.75%～92.66%,61.64%～94.61%,且排水口设置在15 cm高度处氮、磷流失量削减效果突出,在15 cm基础上继续提高排水口不会对氮磷流失量产生明显影响。综上所述,将排水口提高到15～25 cm对农田径流污染控制效果优越。结合洱海流域多年降雨资料及建设成本,推荐将农田排水口设置于距土壤表面15 cm高度处,对控制农田养分流失,减少面源污染起到显著效果。     

耕作制和残茬量对径流泥沙与磷流失的影响

使用模拟降雨器研究常规耕作和免耕对农地径流、泥沙和磷流失的影响,进行了两种耕作制下3种黑麦残茬量(0,750,1500kg/ha)的研究.每ha施磷肥46kg.在面积为120.01ha的小区上进行了总量为100mm、强度为50mm/h的模拟降雨.土壤为粉砂壤土.从H型流水槽收集的样水进行泥沙和磷量分析.通过实验发现,兔耕可减少径流和泥沙流失.不管采用什么耕作制,其径流和泥沙流则随残茬量增加而减少.作物残茬量从0增加到750kg/ha,使两种耕作制土地的平均正磷酸盐(PO_4,下同)浓度降低.然而,当残茬量从每ha750kg增加到1500kg时,PO_4浓度增加.在残茬量为0时的PO_4和全磷(P_T,下同)流失量多,1500kg的居中,750kg的最少.每ha1500kg残茬处理的磷(P,下同)流失较每ha750kg残茬处理的P流失多,这在于每ha1500kg残茬处理的P淋溶较多,且没有足够的悬浮泥沙吸附其溶液中的P.免耕对降低PO_4、泥沙结合磷(P_(sb)、下同)和P_T流失非常有效.平均各种残茬量的效益,免耕比常规耕作减少PO_4、P_(sb)和P_T流失分别为91%、93%和97%.     

长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤肥力质量的影响

长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区传统耕作措施和5种保护性耕作措施对豌豆-小麦(P→W)和小麦-豌豆(W→P)轮作序列的耕层土壤肥力质量的影响。结果表明,与传统耕作(T)处理相比,传统耕作秸秆还田(TS)和免耕秸秆覆盖(NTS)处理有机质含量分别提高11.61%～12.21%和12.13%～16.99%,全氮提高7.29%～8.42%和11.58%～12.95%,全磷提高10.35%～14.63%和13.79%～18.29%,全钾提高7.32%～7.51%和8.78%～9.15%,速效磷提高11.10%～12.41%和16.29%～20.99%,速效钾提高25.11%～43.26%和31.62%～44.22%,pH降低0.11～0.17个单位和0.09～0.16个单位。进一步利用加乘法则和加权综合法两种模型评价不同耕作方式下的土壤肥力质量,结果表明,土壤肥力质量指数排序为NTS处理TS处理NTP处理NT处理T处理TP处理(P→W轮作序列)和NTS处理TS处理NT处理NTP处理TP处理T处理(W→P轮作序列)。在黄土高原雨养农作系统中,实施免耕结合秸秆覆盖,对促进和维持土壤养分平衡,提高土壤肥力质量具有重要意义。     

林地坡面的水动力学特性及其阻延地表径流的研究

该文探讨了坡面水流的流态问题，通过野外试验分析，对经典的雷诺数流态区分理论提出出了质疑，阐明了坡面流是介于层流和率流之间的一种特殊水流运动。     

农业措施对地表径流和土壤侵蚀的影响

在近几十年中,奥地利的农业利用形式发生了根本性的改变,饲料和粮食玉米地的面积不断增加,相反,草地和牧场的面积却不断减少,在一个流域内这种农业利用形式的转变以及与其相联系的地块合并、地形的改变都使地表径流和土壤侵蚀发生了变化。地表径流和土壤侵蚀可以在试验地上利用天然和人工降雨进行测定,而且模拟降雨有很大的优越性,用它可以不受天然降雨偶然性的限制来研究变化了的地表径流和土壤侵蚀状况,还可以迅速地在不同土壤类型、不同坡长、不同坡度以及不同种植情况下,用不同的降雨量分析地表径流利土壤侵蚀状况,还可用统一的计算机模型进行参数计算。     

耕作及残余物管理对土壤冰冻形成的影响

在哥伦比亚盆地和俄勒冈及华盛顿高原区,冰冻土壤是促使强土壤侵蚀的主要因素。在地面无雪时经常出现冬天最冷温度。在缺少雪覆盖情况下,地面作物残余物能隔离土壤热,减轻土壤冰冻的发生率和严重性。我们在东北部俄勒冈州,进行了四个冬天土壤冰冻的测量。残余物及耕作处理包括:持续留茬地、秋耕、秋凿、稻草覆盖和冬小麦。持续留茬地比裸露地始终平均减少冰冻侵入土壤深度35％。秋耕或凿地留茬地二者间冰冻侵入土壤深度几乎没有差别。在晴天和温暖气温出现且变成解冻天气时,裸露表面处理的热量流动比持续留茬地处理大40％。即使裸露处理土壤冰冻侵入较深,但是裸露地和留茬地处理同时解冻。相反,在低气温和多云下的解冻天气时,持续留茬地处理土壤解冻比裸露地面处理土壤解冻早四天。在解冻土壤上,这些情况与充满水分的气旋风暴的推进有联系。而这种气旋风暴能引起降雨及随之而来的侵蚀。     

不同水土保持耕作措施对径流泥沙与土壤碳库的影响

为了研究南方红壤坡地不同水土保持耕作措施的蓄水保土和固碳减排效应,通过江西省水土保持生态科技园5a的定位观测资料,对3种耕作措施（横坡间作,纵坡间作和果园清耕）条件下坡面产流产沙及土壤碳库的变化进行了分析。结果表明：（1）与裸露对照相比,3种耕作措施均具有一定的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在21.16%～75.32%,减沙率在38.08%～80.57%,红壤坡地不同耕作措施的蓄水保土效应从优至劣排序为：横坡间作〉纵坡间作〉果园清耕;（2）与裸露对照相比,3种耕作措施均具有提高土壤有机碳质量分数和增加土壤碳库的作用,其表层土壤总有机碳质量分数增加幅度为37.24%～66.34%,土壤碳储量增加幅度为35.23%～55.34%,红壤坡地各项耕作措施实施5a后的表层土壤碳库指数和土壤碳储量大小排序均为：纵坡间作〉横坡间作〉果园清耕;（3）间作措施的蓄水保土和固碳减排效益优于清耕措施,适宜在红壤坡地推广。     

美国有关坡长对径流量和产沙量影响的研究

在实验室对径流、泥沙输移过程的研究均是在标准条件下进行的 ,但将其推广到田间或流域中情况通常比较复杂。美国农业部农业学家Truman等人为了比较实验室和田间的差异 ,利用模拟降雨 ,选择 3种不同坡长 (L)对不同时段径流量 (R)和泥沙流失量 (W)进行了研究。方法Ⅰ :L =0 6m ,面积为 0 32m2 的实验室侵蚀槽 ;方法Ⅱ :L =3m ,面积为 5 5m2 的田间微型小区 ;方法Ⅲ :L =4 3m ,面积为 6 0 0m2 的田间中型小区。并分别采用不同的模拟降雨方法 ,对各小区的R、W进行测试。经分析表明 :所有方法中R、W均随时间呈上升趋势 ,从R、W的总量来说 ,方法Ⅱ比方法Ⅰ大 1个数量级 ,方法Ⅲ比方法Ⅱ大 1个数量级。由于泥沙输移在空间上的变化 ,一旦坡长超过临界坡长 ,将产生细沟侵蚀。方法Ⅲ中明显产生细沟侵蚀 ,因此泥沙流失量W相对于方法Ⅰ、Ⅱ大得多     

流域尺度、水文及耕作措施对产沙量的影响

自然流域的侵蚀过程及沉积过程达到平衡状态时,其产沙模数趋于稳定,这种平衡可以通过人类活动被打破。冲积平原的沉积物堆积过程会导致其产沙模数下降。为预防发生重大侵蚀灾害,2006—2008年美国地质调查局对爱荷华州的洛瓦流域、密西西比州的亚祖河等传统耕作方式流域的悬移质进行研究,发现两个流域的泥沙主要来自面积不等的4个农业流域。因亚祖河流域的土壤侵蚀量及地表水流量较洛瓦流域高,并存在特殊的河流地貌,使其产沙模数较高。亚祖河流域的产沙量随其流域面积的增加先增加,而后迅速下降。洛瓦流域内,面积在30~500 km^2的区域,其产沙量随面积增加而增大。     

除草、耕作和施N肥对土壤入渗速率的影响

为实现水土保持研究项目中研究地点的管理措施转换 ,对除草 (耕作前除草或不除草 )、耕作 (免耕、少耕或传统耕作 )和施N肥 (0或 6 7kg/hm2 )对表土入渗速率vh 的影响进行了评价。土壤包括Amor壤土和Cabba沙壤土。1995～ 1997年 ,在永久性植被的对照小区 ,vh(5 0mm张力下为 2 7 2± 3 2对 36 4± 2 9mm/h ;10 0mm张力下为 10 9± 1 2对 2 6± 1 4mm/h ;15 0mm张力下为 4 1± 0 6对 10 9± 1 1mm/h)有所增加。除草小区不施肥时的vh 比除草且施肥或不除草小区都高 (5 0mm张力下为 31 9± 2 9对 2 3 3± 1 3mm/h ;10 0mm张力下为 18 1± 1 3对 13 5± 0 6mm/h)。随着耕作强度增加 ,在 5 0mm张力下vh 增加 ,(免耕为 2 0 1± 2 6mm/h ;少耕为 2 5 5± 1 6mm/h ;传统耕作为 30 1± 2 0mm/h)。在种植小区 ,从 1995～ 1997年vh 无变化