玉米成熟期黄壤坡耕地径流及其氮素流失特征研究

以顺坡垄作、平作、横坡垄作坡面为研究对象,研究自然降雨条件下,黄壤坡耕地地表径流、壤中流及其氮素流失特征,以期为研究区氮素流失预测和有效防控提供科学依据。结果表明:自然降雨条件下,玉米成熟期平均地表径流量分别为0—20,20—40cm壤中流量的7.96,8.22倍。不同耕作措施间地表径流量和氮素流失量差异显著,地表径流量和氮素流失量均表现为顺坡垄作平作横坡垄作,顺坡垄作坡面地表径流量分别是平作和横坡垄作的1.20,2.07倍,顺坡垄作坡面氮素流失量分别是平作和横坡垄作的1.35,2.06倍。在0—20,20—40cm壤中流中横坡垄作径流量和氮素流失量则明显高于其他耕作措施坡面,在0—20cm壤中流中横坡垄作氮素流失量分别是顺坡垄作和平作的2.45,1.90倍;在20—40cm壤中流中横坡垄作氮素流失量分别是顺坡垄作和平作的2.34,1.79倍。地表径流为氮素流失的主要途径,可溶态氮为氮素流失的主要形式,占总氮流失量的63.84%～72.61%;硝态氮是坡耕地无机氮流失的主要成分,占总氮流失量的16.47%～59.17%。氮素流失量与径流量和降雨量均呈显著线性正相关关系。研究区自然降雨条件下,横坡垄作能有效减少氮素流失,合理的耕作措施有助于防治研究区水土资源和氮素流失。     

黄土区坡耕地细沟间侵蚀和细沟侵蚀的研究

利用人工模拟降雨试验,通过在径流小区上覆盖纱网消除雨滴动能和增加雨滴除落高度来增加雨滴功能,并采用翻耕裸露作对照的试验处理,对黄土区坡耕地细沟间侵蚀和细沟侵蚀过程及其机理进行了研究。结果表明,坡面侵蚀产沙过程可明显的分为四个阶段,即溅蚀,细沟间侵蚀、细沟侵蚀和雨后径流侵蚀阶段。     

玉米苗期横垄坡面侵蚀产沙与有机碳流失特征

为揭示紫色土横垄坡面侵蚀产沙与有机碳流失对坡度的响应特征,通过人工模拟降雨和野外径流小区相结合的方法,探讨了不同坡度下玉米苗期径流、侵蚀泥沙及其有机碳流失特征。结果表明:玉米苗期不同坡度下地表径流量总体表现为降雨初期变化较为稳定,随降雨时间持续呈逐渐增加的趋势,而壤中流表现为10°坡度下,径流量在降雨初期变化不大,随降雨时间持续呈逐渐增大的趋势,15°和20°坡度下壤中流则表现为逐渐增加的变化趋势;不同坡度下侵蚀强度均表现为20°15°10°,且20°坡度下侵蚀强度显著高于10°和15°坡度;不同坡度下,地表径流总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)质量浓度随降雨时间延长呈逐渐降低趋势,有机碳质量浓度均表现为20°15°10°,而壤中流表现为先升高后降低的趋势,质量浓度表现为10°15°20°,且地表径流、壤中流TOC和DOC质量浓度相差不大;不同坡度下TOC和DOC迁移通量总体表现为壤中流大于地表径流,地表径流有机碳迁移通量则表现为20°15°10°,而壤中流迁移通量表现为10°15°20°,且径流DOC迁移通量占TOC迁移通量百分比高达90%;不同坡度下侵蚀泥沙中有机碳含量随坡度增大均呈减小趋势,且同一坡度下,泥沙有机碳含量随降雨时间的延长呈降低的趋势;侵蚀泥沙中有机碳富集明显,随坡度的增大富集比减小。因此,紫色土区坡耕地径流中有机碳主要以DOC的形式流失,壤中流为DOC迁移的主要方式。     

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%。     

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。     

坡耕地细沟侵蚀影响因素的研究

本文利用人工降雨试验和野外调查资料分析研究了黄土高原坡耕地细沟侵蚀发生发展的影响因素.其结果表明:降雨径流能量(尤其是径流能量)、土壤抗侵蚀性能、坡度、坡长、坡形、土地管理是影响细沟侵蚀的主要因素.作者认为防治坡耕地土壤侵蚀的关键是削弱降雨能量和提高土壤的抗侵蚀性能.     

黄土坡面细沟间和细沟侵蚀对有机碳流失贡献的定量分析

细沟间和细沟侵蚀剥离和输移土壤的机制不同导致有机碳输移存在差异,然而因研究手段限制,这两种侵蚀方式对有机碳输移的贡献、影响等研究有待深入。本文利用模拟降雨与7Be示踪技术,在定量化分析细沟间和细沟侵蚀对黄土坡面侵蚀产沙贡献的基础上,进一步分析其对有机碳输移的贡献及影响。结果表明5°小区以细沟间侵蚀为主,其产沙贡献率为86%,大于5°的小区以细沟侵蚀为主,其产沙贡献率介于61%～71%之间,在降雨过程中甚至可达96%。降雨过程中坡面侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.16±0.15,细沟间侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.50±0.50,富集可导致有机碳流失率增加0.008～0.028 g·m^-2·min^-1。坡度大于5°的小区细沟侵蚀对有机碳流失贡献率介于55%～62%之间,低于对侵蚀产沙的贡献,但仍占主导地位。坡面侵蚀产沙量可解释有机碳流失量变化的97%,细沟间侵蚀产沙可解释细沟间有机碳流失量变化的89%。侵蚀过程中剧烈的细沟侵蚀可导致细沟间侵蚀泥沙有机碳的富集比增大。     

玉米季横垄坡面细沟侵蚀特征及其影响因素

通过野外人工模拟降雨试验,开展玉米不同生长期紫色土坡耕地细沟侵蚀特征研究,并分析玉米叶面积、雨强对细沟侵蚀过程的影响。结果表明:随玉米生长期推进,坡面产流时间、跌坎及细沟出现时间总体呈先增加后减少的趋势。苗期、拔节期跌坎与细沟出现的平均间隔时间分别为10′59″和15′30″,抽雄期、成熟期跌坎与细沟出现的平均间隔时间分别为20′16″和18′58″,玉米苗期坡耕地更易产生细沟侵蚀。苗期细沟形态发育完整,2.0 mm min-1雨强条件下,苗期最长细沟的长、宽、深分别为77.62、6.25和4.04 cm。随玉米生长期推进,细沟侵蚀阶段产流量表现为苗期拔节期成熟期抽雄期,苗期和抽雄期细沟侵蚀阶段产流量分别占玉米季径流总量的30.97%和19.01%,玉米各生长期细沟侵蚀阶段产流率均随降雨时间的推移呈波动上升。细沟侵蚀阶段产沙量表现为苗期拔节期成熟期抽雄期,苗期细沟侵蚀阶段产沙量显著高于其他生长期,玉米各生长期细沟侵蚀产沙率均随降雨时间呈波动变化。玉米季坡耕地细沟侵蚀产流量与雨强呈极显著正相关,产沙量与玉米叶面积指数呈显著负相关,产流率、产沙率与叶面积指数和雨强的回归方程均达极显著水平。     

7Be示踪坡耕地次降雨细沟与细沟间侵蚀

对于坡面细沟与细沟间侵蚀过程的了解是建立侵蚀预报模型的基础,但传统方法难以对其进行深入研究。利用7Be示踪技术并结合人工模拟降雨,考虑坡脚沉积作用,研究了25°坡耕地径流小区次降雨过程中细沟与细沟间侵蚀动态。结果表明：根据流出径流小区泥沙7Be含量变化计算坡面明显细沟出现时间,由于坡脚沉积作用使得A、B两试验小区这一时间比实际细沟出现分别延迟了45 min和11 min;根据坡面-侵蚀泥沙中7Be总量守恒和泥沙质量平衡原理,坡面细沟间侵蚀及细沟侵蚀在坡面总侵蚀、坡脚沉积区泥沙及流出径流小区泥沙中的比例被定量区分开;总体上,细沟间侵蚀量在径流泥沙中的比例逐渐减少,而细沟侵蚀量逐渐增加。两试验小区中7Be示踪计算坡面细沟侵蚀量和坡脚沉积量与实测值相比相对误差均较小,因此7Be示踪技术可以对土壤侵蚀进行较为准确地定量研究。     

陡坡的细沟间侵蚀与径流

本文测定了504mm×504mm土盒中扰动Hagerstown粉砂粘壤土的细沟间侵蚀和径流,试验持续降雨20min,雨强为92mm/h,坡度为5%~85%。稳定状态下的土壤流失量(径流中的土壤悬移质)随坡度的增加而增加,5%坡侵蚀率为3.34g/m~2·min,85%坡增到22.47g/m~2·min。随坡度的增加土壤溅蚀的变化为:坡面下部增加,坡面上部减小,侧面稍有增加。土壤溅蚀总量(坡顶+坡底)与净坡底溅蚀量(坡顶-坡底)也随坡度的增加而增加。85%坡净土壤溅蚀达3.5g/m~2·min,85%的坡面上99%的土壤溅蚀运动到坡底。15%~85%坡面的稳定径流率没有区别,其平均径流率为66.5mm/h。单位面积的冲蚀和溅蚀总量同坡度呈线性关系。比较了实测的冲蚀和溅蚀总量与WEPP模型的估算值,结果表明坡度大于30%时实测值要大于WEPP模型的预测值(85%时要大1倍)。     

耕作措施对玉米生长期黄壤坡耕地径流及可溶性有机碳流失的影响

为探明黄壤坡耕地不同耕作措施下径流及可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)迁移途径与流失特征。以顺坡垄作、平作和横坡垄作措施下玉米种植坡耕地为研究对象,采用野外径流小区监测与室内分析相结合的方式,探讨自然降雨条件下坡耕地地表径流、壤中流及其DOC流失特征。结果表明:(1)种植玉米坡耕地径流量及DOC通量均受雨量等级影响显著,随雨量等级增大而增大,且玉米成熟期流失量均最大。(2)地表径流、0-20 cm壤中流和20-40 cm壤中流分别占总径流量的78.98%,9.05%,11.97%,DOC流失通量分别占总通量的74.90%,11.97%,13.13%。(3)横坡垄作DOC流失量显著小于顺坡垄作,横坡垄作径流量分别是平作的0.93倍,是顺坡垄作的0.86倍;横坡垄作DOC通量是平作的0.85倍,是顺坡垄作的0.79倍。雨量等级增加将显著加剧玉米种植坡耕地径流及DOC流失,研究区玉米成熟期径流及DOC流失最为严重,地表径流是坡面径流及DOC流失的主要途径,横坡垄作措施可以有效减少坡面径流及DOC流失。     

褐土与棕壤坡耕地细沟侵蚀发生的阶段性水沙变化

为深入探究辽西低山丘陵区坡耕地土壤侵蚀机理,以该区的典型土壤类型褐土和棕壤为研究对象,采用室内人工降雨模拟试验,研究3种坡度(5°,10°,15°)和3种降雨强度(40,60,80 mm/h)下细沟侵蚀发生的阶段性水沙变化过程。结果表明:褐土与棕壤坡面侵蚀过程可划分为3个阶段,即细沟侵蚀之前阶段、跌坎发育阶段和细沟侵蚀快速发育阶段;细沟侵蚀之前的面蚀阶段,同一坡度条件下,褐土与棕壤随雨强的增加,坡面流速呈增大趋势,而在同一雨强条件下,坡度对流速的影响并无明显规律;细沟侵蚀阶段,当坡度一定条件下,褐土与棕壤细沟内、细沟间的流速随雨强的增加而增大,当雨强一定时,褐土与棕壤随坡度的增加细沟间流速增加;细沟侵蚀阶段流速表现为细沟内流速坡面流速细沟间流速;细沟侵蚀快速发育阶段2种土壤产生的径流量占总径流量的80%以上,土壤侵蚀量占总侵蚀量均在70%以上,且棕壤对总体侵蚀量的贡献更稳定,更易发生细沟侵蚀。整场降雨的侵蚀方式是面蚀向细沟侵蚀的转变,坡面一旦发生侵蚀,细沟侵蚀对坡面总侵蚀的贡献更大。     

不同坡度下玉米生长期紫色土坡面径流及其可溶性有机碳流失特征

为探明紫色土横垄坡面径流与可溶性有机碳流失对不同坡度的响应特征,通过径流小区和野外人工模拟降雨相结合的方法,探讨了不同坡度条件下玉米各生育期地表径流、壤中流及其可溶性有机碳(DOC)流失特征。结果表明:玉米各生育期同一降雨时间段地表径流量均表现为20°>15°>10°,壤中流径流量却表现为10°>15°>20°。不同坡度下,玉米生育期地表径流量大小总体表现为苗期>成熟期>拔节期>抽雄期,壤中流量整体表现为抽雄期>拔节期>苗期>成熟期。玉米各生育期地表径流DOC质量浓度均表现为20°>15°>10°,不同坡度下玉米生育期地表径流DOC质量浓度表现为苗期>拔节期>成熟期>抽雄期。苗期、拔节期和成熟期壤中流DOC质量浓度大小表现为10°>15°>20°,不同坡度下玉米生育期壤中流DOC质量浓度的总体表现为苗期最大,抽雄期最小。玉米各生育期地表径流DOC迁移通量大小均表现为20°>15°>10°,不同坡度地表径流DOC迁移通量均表现为苗期>成熟期>拔节期>抽雄期;玉米各生育期壤中流DOC迁移通量大小均表现为10°>15°>20°,不同坡度下壤中流DOC迁移通量与地表径流一致。研究结果可为不同坡度条件下玉米生长期坡面径流损失和有机碳流失调控提供理论依据。     

不同坡度下玉米生长期紫色土坡面径流及其

为探明紫色土横垄坡面径流与可溶性有机碳流失对不同坡度的响应特征,通过径流小区和野外人工模拟降雨相结合的方法,探讨了不同坡度条件下玉米各生育期地表径流、壤中流及其可溶性有机碳（DOC）流失特征。结果表明：玉米各生育期同一降雨时间段地表径流量均表现为20° > 15° > 10°,壤中流径流量却表现为10° > 15° > 20°。不同坡度下,玉米生育期地表径流量大小总体表现为苗期 > 成熟期 > 拔节期 > 抽雄期,壤中流量整体表现为抽雄期 > 拔节期 > 苗期 > 成熟期。玉米各生育期地表径流DOC质量浓度均表现为20° > 15° > 10°,不同坡度下玉米生育期地表径流DOC质量浓度表现为苗期 > 拔节期 > 成熟期 > 抽雄期。苗期、拔节期和成熟期壤中流DOC质量浓度大小表现为10° > 15° > 20°,不同坡度下玉米生育期壤中流DOC质量浓度的总体表现为苗期最大,抽雄期最小。玉米各生育期地表径流DOC迁移通量大小均表现为20° > 15° > 10°,不同坡度地表径流DOC迁移通量均表现为苗期 > 成熟期 > 拔节期 > 抽雄期;玉米各生育期壤中流DOC迁移通量大小均表现为10° > 15° > 20°,不同坡度下壤中流DOC迁移通量与地表径流一致。研究结果可为不同坡度条件下玉米生长期坡面径流损失和有机碳流失调控提供理论依据。     

细沟侵蚀动力过程极限沟长试验研究

由细沟产生的野外动力条件,设计了室内细沟侵蚀模拟冲刷实验。从能量角度,分析了不同动力条件下侵蚀产沙量随沟长的变化规律。采用黄土高原黄绵土,在实验室内用水槽进行了5种坡度、3种流量下不同沟长时的细沟土壤侵蚀产沙的模拟侵蚀试验,测量沟长为0.5～8m。提出了由细沟侵蚀产沙随沟长变化函数关系的回归结果,在给定误差限下,估计水流含沙量达到极限值——水流输沙能力的细沟长度的计算方法。并据此方法,求得了不同坡度、流量条件下细沟侵蚀产沙达到极限值的细沟长度,且在不同水动力条件下的R²均大于0.81。     

青贮玉米氮投入对坡耕地土壤侵蚀及水稳性团聚体的影响

为探讨不同氮投入对红壤坡耕地水土流失及土壤水稳性团聚体的影响,在种植青贮玉米的坡耕地上设置4个不同氮投入处理(N1:300.00 kg/hm2;N2:225.00 kg/hm2;N3:150.00 kg/hm2和N4:75.00 kg/hm2),用湿筛法获得>2,1～2,0.5～1,0.25～0.5,<0.25 mm粒...     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。