模拟降雨下3种类型土壤坡面的泥沙流失特征及其养分富集效应

利用室内自动模拟降雨系统,以72mm/h的恒定雨强进行模拟降雨试验,并通过结合对模拟降雨后流失泥沙的养分进行定量分析,比较研究了降雨条件下3种发生类型土壤坡面上的泥沙流失特征及其养分富集效应,旨在揭示相同降雨条件下不同土壤类型坡面的泥沙流失规律以及其养分富集效应。结果表明:模拟降雨条件下,红壤坡面受降雨侵蚀最严重,产流排水率及径流泥沙浓度分别为棕壤与褐土坡面的1.21~1.61倍和1.02~8.90倍,泥沙流失量显著高于棕壤与褐土坡面;3种类型土壤坡面流失的泥沙均具氮、磷、钾富集效应,褐土坡面流失泥沙的氮、磷富集效应以及棕壤坡面流失泥沙的钾富集效应均大于其他土壤类型坡面,其中褐土坡面流失泥沙的氮、磷富集系数分别高出棕壤与红壤坡面14.27%~73.55%和6.56%~52.07%,棕壤坡面流失泥沙的钾富集系数高出褐土与红壤坡面55.83%~67.28%;棕壤坡面流失泥沙的氮富集系数与褐土坡面流失泥沙的磷、钾富集系数在整个模拟降雨过程中的变化幅度均显著高于其他2种类型土壤坡面;3种类型土壤坡面的泥沙流失量与其养分富集系数多呈显著(p0.05)到极显著(p0.01)负相关,通过对数方程可预测相同降雨条件下3种类型土壤坡面径流泥沙中的氮、磷、钾损失。     

红壤坡耕地土壤污染物的输出特征

以澄江县尖山河小流域为例,研究在自然降雨条件下红壤坡耕地土壤养分输出与泥沙流失特征,探讨红壤坡耕地土壤养分流失规律。研究结果表明：①降雨量与红壤坡耕地的泥沙迁移量之间存在显著的相关性,相关系数为0．974。②土壤养分流失量大小依次为全磷>全氮>碱解氮>速效磷>有机质。③土壤养分流失与降雨量、泥沙迁移量之间存在相关关系,其中全磷流失量和降雨量之间的相关系数最大,为0.983,全磷流失量和产沙量之间的相关系数最大,为0.993。④暴雨条件下红壤坡耕地的泥沙养分富集率大小依次为全磷>速效磷>有机质>全氮>碱解氮,其中全磷的富集率最大,为3.00,说明土壤中磷素多以泥沙形态流失。     

人工模拟降雨条件下紫色土坡面养分流失特征分析

采用人工模拟降雨装置研究降雨强度为104.24mm/h时三峡库区5°紫色土坡面的养分流失规律。研究表明:在降雨后坡面表层土各养分均呈现减小的趋势,土壤全量养分流失量表现为坡腰>坡脚>坡顶。随土层加深,土壤剖面养分富集现象越明显。侵蚀泥沙养分在产流过程中呈先增加后减小的变化特征,泥沙携带全量养分含量大小顺序为有机质>全钾>全磷>全氮,有效养分含量大小顺序为速效钾>碱解氮>有效磷。侵蚀泥沙养分与产流历时间的关系为线性函数、二次函数和幂函数,养分不同函数表达不同,而径流总氮、总磷与产流历时的关系均可用幂函数表达。     

模拟降雨对亚热带阔叶林土壤坡面产沙产流及养分流失的影响

采用人工降雨方法,研究了不同降雨强度和坡度对亚热带阔叶林土壤坡面产沙产流及养分流失的影响。结果表明:(1)在不同降雨强度下,初始产流时间随坡度的增加趋于提前,随降雨强度的增大产流时间提前,降雨强度对初始产流时间的影响大于坡度变化的影响。(2)在同一坡度条件下,产流强度和平均入渗强度随降雨强度的增加而增加;曲线拟合的结果表明产流强度随时间遵循幂函数变化规律,而坡面入渗强度随时间呈对数函数变化。(3)不同降雨强度下,径流量随降雨历时的变化趋势基本一致,径流量均随降雨历时呈"增加—稳定"趋势,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,相同坡度下,径流量随着降雨量的增加而增加;降雨初始时刻,坡度对径流量的影响较小,而在降雨后期,降雨强度和坡度对径流量的影响较大;产流率与径流量的变化趋势相反,随降雨历时呈"降低—稳定"趋势,在整个降雨过程中,土壤产流率随坡度的增加而降低,在相同坡度下,产流率随着降雨量的增加而增加。(4)侵蚀泥沙量的变化特征表现为坡度越大,坡面侵蚀泥沙的流失量越大;泥沙侵蚀量随降雨历时的增加而增加,在降雨10min左右达到峰值;在相同坡度和降雨历时下,泥沙侵蚀量随降雨强度的增加而增加;不同坡度下的侵蚀泥沙量在峰值前后与产流历时均呈乘幕函数变化,不同坡度下侵蚀泥沙养分含量与产流历时间的关系均可用幂函数表达。(5)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,其中坡度为15°,20°和25°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于坡度为5°和10°时,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各类养分含量的增加效应,而不同坡度下的全磷与侵蚀量没有显著的相关关系(P0.05)。     

人工模拟降雨条件下坡面产沙规律及侵蚀泥沙颗粒特征研究

利用室内模拟降雨试验,研究了坡面产沙规律及其与径流的相关关系,并对比分析了侵蚀泥沙与原土壤的颗粒特征。结果表明:1产流时间受降雨强度与坡度共同影响,降雨强度和坡度越大,产流时间越短,随降雨强度增加坡度对产流时间的影响越加明显。2不同降雨强度作用下,产沙量(4 min产沙量)均随降雨历时的增加呈现先增加后减少的趋势,但峰值不同,降雨强度越大峰值越大。3累计产沙量与累计径流量呈显著的幂函数关系,可用方程y=AxB来表达,相关系数R2均大于0.986,达极显著水平,系数A随降雨强度和坡度的增加而减小,系数B受降雨强度和坡度的影响无明显规律性变化。4不同降雨强度作用下的侵蚀泥沙颗粒级配不同,与原坡面土壤颗粒级配的差异程度表现为1.2 mm/min0.8 mm/min0.5 mm/min,随着降雨强度的减小,侵蚀泥沙中0.01 mm颗粒的相对含量有所增加,0.01 mm颗粒的相对含量减少,并且降雨强度越小,这种变化程度越明显。     

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。     

土壤及泥沙颗粒组成与养分流失的研究

利用自然降雨影响下的农田为试验样地,分析了降雨前后土壤颗粒组成与养分含量的变化,探讨了流失泥沙颗粒组成与养分的变化特征。结果表明,在降雨后,西瓜地与油菜地表土颗粒组成呈现粘粒与粉粒含量减少,砂粒含量相对增加的趋势;土壤养分含量都有不同程度的下降,其中水解氮与速效磷下降的幅度很大,西瓜地与油菜地水解氮降雨后降幅分别为9.67%和7.99%,速效磷的降幅分别为9.20%和8.76%;全氮养分降幅很小,西瓜地与油菜地分别为2.17%和1.54%;流失泥沙细小颗粒含量与养分含量随时间基本都呈降低的变化趋势,并且细小颗粒含量与携带流失的养分含量有显著甚至极显著的正相关性;流失泥沙具有富集粘粒和富集养分的特性,油菜地与西瓜地粘粒富集率分别为1.23和1.20,两样地全氮与速效磷的富集率都在1.3以上,而全磷和水解氮富集率基本处在1.1-1.3之间。     

不同雨强条件下红壤坡地养分流失特征研究

采用人工模拟降雨装置 ,对红壤坡地养分流失特征进行了试验研究 ,结果表明 :在雨强较大情况下 ,土壤养分以泥沙形式随径流迁移 ;当雨强较小时 ,随径流迁移的可溶态养分流失量占流失泥沙养分量的比例较高 ,土壤养分流失氮、磷、钾分别达到 5 3.12 % ,2 3.1% ,2 1.5 % ;不同形态的养分在流失泥沙中均有养分富集现象 ,但富集率各不相同 ;土壤养分流失量与雨强及泥沙流失量呈正相关关系。     

不同种植模式下紫色土养分流失影响因子研究

通过建立5个不同种植模式的径流小区，对每个小区径流泥沙中养分的含量进行研究．探讨机械组成、微团聚体含量、粘粒团聚度等因子对养分流失影响的程度，结果发现：15～30cm土层中〈0．01mm的粘粒含量与径流泥沙中全钾含量和速效钾含量有显著的相关性。0～15cm层中的〈0．01mm和〈0．001mm微团聚体含量都与径流泥沙中有机质、速效钾和全氮的含量有显著的相关性。同层中〈0．01mm粘粒团聚度与径流泥沙中全氮含量和速效钾含量有显著的相关性，而同层〈0．001mm粘粒团聚度与径流泥沙中全磷含量、速效钾含量和速效磷含量有显著的正相关。     

土壤容重对草甸土坡面养分流失特征的影响

通过室内模拟降雨试验对不同土壤容重的草甸土坡面养分流失特征进行研究。结果表明:土壤容重是坡面草甸土养分流失的重要影响因子,土壤容重不同,降雨引起的坡面表土养分流失的程度不同。硝态氮主要随径流流失,占总流失量的55%～79%,70%～84%的有效磷和速效钾随泥沙流失。不同形态的养分在流失泥沙中有富集现象,但富集比各不相同。土壤容重在0.8～1.2g/cm3之间变化时,随土壤容重增加,土壤孔隙度减小,入渗能力减弱,土壤养分在降雨侵蚀力作用下流失量不断增加。但随容重的继续增大,土壤抗蚀性增大,产沙量减小,养分流失量也有减小的趋势。在降雨、坡度等一定的条件下,土壤最容易被侵蚀而发生养分流失的容重范围为1.2～13g/cm3。     

人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程

为了研究人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程,利用人工模拟降雨系统和变坡土槽,分别采用140,160,190mm/h的雨强和10°,15°,20°,25°的坡度,对经过简单人工处理的红壤坡面在超大雨强降雨条件下的产流产沙响应过程进行了试验。结果表明:经过简单人工处理的红壤坡面在140~190mm/h超大雨强下的土壤侵蚀模数明显低于50~120mm/h雨强下未进行相应处理的坡面,细沟发育较为缓慢,对坡面土壤的处理方式能够有效提高坡面的抗侵蚀能力。在同雨强下,随着坡度的增加,产流时间先延长后缩短,在20°~25°存在产流的临界坡度。侵蚀模数在同雨强下随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势,且不同雨强的临界坡度不一致,雨强为140mm/h时侵蚀临界坡度为15°~20°,雨强为160mm/h和190mm/h时侵蚀临界坡度为20°~25°。总体来看,侵蚀过程受雨强的影响大于坡度的影响,雨强为140mm/h时,不同坡度的侵蚀过程均较为平稳,细沟发育微弱;雨强为160mm/h时,侵蚀有所加强,但侵蚀过程无明显规律;雨强为190mm/h时,侵蚀主要发生在降雨的前30min,且细沟发育相对较为剧烈,30min之后趋于稳定。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现"下降—稳定"趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

坡长对贵州喀斯特区黄壤坡耕地土壤侵蚀的影响

为揭示坡长对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响作用,根据贵州省毕节石桥小流域水土保持监测点监测资料,研究了坡长为5,10,15,20,25 m的径流小区在次降雨条件下土壤侵蚀随坡长的变化规律。结果表明:喀斯特坡耕地坡面年内径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小;次降雨量小于30 mm时,径流深随着坡长的增加先增大后减小;次降雨量大于30 mm时,径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小。年内平均土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现一次函数关系的增长,拟合度R²=0.9217;次降雨量小于30 mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现先急剧增加后减小的趋势,峰值出现在10 m;次降雨量大于30 mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化亦呈现一次函数的增长关系,拟合度R²=0.9146。在最大30 min雨强为25 mm/h和41.4 mm/h条件下,随着坡长的增加,径流深均表现为先减小后增大再减小,土壤侵蚀模数均表现为先增大后减小。     

土石山区径流小区坡长对径流量和侵蚀量影响的研究

以土石山区径流小区所产生的径流量和侵蚀量为研究对象,对在山东省临朐县辛庄试验站径流小区坡长为10m,20m和40m多年的观测资料,分析了坡长与径流和侵蚀的关系.研究表明:不同坡长条件下降雨量与径流量和侵蚀量呈线性关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随降雨量的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,径流量逐渐增加,在P<10mm时20m坡长的侵蚀量大于40m坡长的侵蚀量,在P>10mm时呈相反变化.不同坡长条件下I₃₀与径流量和侵蚀量呈幂函数关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随I₃₀的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,侵蚀量逐渐增加,在I₃₀<20mm时20m坡长的径流量大于40m坡长的径流量,在I₃₀>20mm时呈相反变化.     

降雨入渗对黄土斜坡土体含水率时空分布特性的影响

为了对降雨入渗引起黄土斜坡土体含水率的变化有较深入的了解,在陕西省延安市宝塔山选取了一个典型的黄土自然斜坡进行土体含水率和降雨联合监测。监测结果表明,斜坡土体中的含水率对降雨入渗的响应具有时间上的滞后性与空间上的差异性。当日降雨量达到10mm或10d累计降雨量达到70mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于1.0m;当日降雨量达到50mm或10d累计降雨量达到140mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于2.0m。同时,当小时降雨量达到10.4mm时,降雨入渗至0.2m的入渗速率为0.04m/h,由0.2m入渗至1.0m的入渗速率为0.033m/h,降雨入渗速率随着土层深度的增加而减小。     

路堤边坡土壤类型对水土流失影响的试验研究

以秦皇岛-沈阳客运专线和胶州-新沂铁路路堤边坡为研究对象,通过对天然降雨条件下路堤边坡土壤侵蚀的现场调查,并分析二试验区侵蚀程度出现较大差异的原因,研究二者相应边坡土壤类型对水土流失的影响。结果表明,秦沈线和胶新线路堤边坡侵蚀程度的差异是由二者路堤边坡土壤的可蚀性不同造成的;在次半宽降雨量大于临界次半宽降雨量时,秦沈线路堤边坡的侵蚀程度远大于胶新线路堤边坡的侵蚀程度,主要是由于胶新线路堤边坡土中含有直径大于20mm的碎石;路堤边坡土壤的可蚀性与降雨特性有关,提出了减少路堤边坡土壤流失量的建议。     

雨强对红壤坡耕地泥沙流失及有机碳富集的影响规律研究

在典型红壤丘陵区平均坡度为10?的坡耕地径流小区 (2 m?5 m) 上进行降雨强度为1.69 mm min-1（大雨强）、1.31 mm min-1（中雨强）和0.64 mm min-1（小雨强）的模拟降雨试验,并对模拟降雨过程中泥沙的迁移规律和泥沙有机碳的流失富集规律进行了研究。研究结果表明：侵蚀作用下泥沙流失量随着降雨强度的增大而增加,并与径流量呈显著的立方关系,径流量是坡耕地土壤流失的重要影响因素;土壤有机碳流失以泥沙结合态为主,泥沙态有机碳流失量占总有机碳流失量的84%以上,最高达到97.6%;泥沙中有机碳富集比随着降雨强度的增大而逐渐减小,有机碳的选择性迁移在低强度降雨条件下表现更为明显;中雨强和小雨强下有机碳的富集比与黏粒的富集比分别呈极显著和显著正相关,而大雨强泥沙有机碳富集比与黏粒富集比没有显著的线性关系。雨强是影响泥沙流失和泥沙有机碳迁移的重要因素。     

红壤丘陵区坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响

坡长对坡耕地土壤侵蚀的影响随雨强的不同而变化,为解决南方红壤丘陵区坡耕地水土流失问题,该文采用野外人工模拟降雨的方法,研究了南方红壤丘陵区作物覆盖坡耕地上不同雨强下坡长对其土壤侵蚀的影响,并探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明:产沙量随坡长延长整体呈增大趋势,但存在一定的波动,二者的关系可用幂函数(决定系数0.84)表示。坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,但每隔4 m产沙量增量有减少的趋势,且径流侵蚀产生的泥沙中主要为粒径0.002~0.02 mm的粉粒及粒径0.002 mm的黏粒,加剧了耕地土壤粗化,因此,可每隔4 m设置水土保持措施,有效减少坡耕地水土流失。坡面径流侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(决定系数0.76),60 mm/h是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,且雨强对坡耕地产沙量的影响较坡长大。对不同雨强下坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响研究,可以为南方红壤丘陵区坡耕地水土流失的治理提供一定的理论依据。     

鲁中山区小流域坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀方式变化过程的研究

采用模拟降雨的方法对鲁中山区坡面土壤降雨条件下产流、产沙和侵蚀方式的演变过程进行了研究,结果表明:产流量都是随时间递增最终达到稳定产流,但是各次降雨达到稳定产流的时间均随降雨强度和坡度的增大而递减。相同坡度条件下120mmh-1雨强产流较60mmh-1雨强先到稳态,而相同雨强条件下10°坡面则较5°坡面先达到稳态。产沙量呈递增趋势且逐渐达到稳定产沙,达到稳定产沙的时间随雨强和坡度的增大而递减。相同坡度条件下120mmh-1雨强处理较60mmh-1雨强处理先达到稳态,相同雨强条件下10°坡面比5°坡面产沙过程先达到稳定产沙状态;在降雨过程中坡面首先产生面蚀,后出现细沟侵蚀;面蚀率随降雨历时延长有减小趋势,但变幅较小,细沟侵蚀率随降雨时间先急剧增加后保持稳定。     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。