放水冲刷对红壤坡面侵蚀过程及溶质迁移特征的影响研究

坡面薄层水流侵蚀不仅造成土壤养分流失,土壤质量恶化,同时对水体污染等环境问题造成一定影响。为了分析上方来水流量对红壤坡面径流侵蚀过程中泥沙的迁移规律及土壤溶质运移特征的影响,本试验利用室内放水冲刷试验,采用3个不同上方来水流量（10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1）对第四纪黏土发育红壤坡面径流侵蚀过程中坡面径流泥沙和径流中非吸附性离子（Br-）迁移过程进行了研究。结果表明：不同上方来水条件下,放水初期产流量迅速增大,后期趋于稳定,累积径流量与产流时间成显著的线性关系,10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1三种上方来水流量下累积径流量分别为263.2 L、295.1 L、291.04 L;上方来水流量越大,薄层径流冲刷作用越强烈,径流含沙量随时间变化波动越剧烈,累积泥沙量随产流时间呈幂函数变化,15 L min-1、20 L min-1流量下累积泥沙量分别为10 L min-1流量下累积泥沙量的1.42倍、4.25倍;径流Br-浓度随产流时间呈幂函数衰减,反映了土壤溶质随径流迁移量变化主要受水流与土壤接触时间和作用程度的影响。研究表明放水冲刷对土壤侵蚀及溶质运移有重要作用,试验结果对有效预测与控制红壤坡面侵蚀及养分流失具有重要实际意义。     

不同植被措施下红壤坡面径流变化特征

[目的]研究不同植被措施对坡面径流的影响,为南方红壤水土保持与生态恢复实践提供科学依据。[方法]以福建省长汀县2001—2010年香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被措施下的径流小区逐月径流量和降雨数据为基础进行分析研究。[结果]植被能很好地调控坡面地表径流,但由于植被的结构、根系以及地表枯落物的差异,各种植被的保水效益存在差异,观测期,各小区年均径流量的大小趋势表现为:空白对照区百喜草类芦香根草胡枝子,胡枝子的保水效益最佳。[结论]香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被均能有效地抑制坡面径流,减少水土流失,均可以作为水土保持措施的优良灌草在南方红壤区进行推广应用,尤其是要加大胡枝子的推广力度。     

降雨条件下黄土坡面溶质随地表径流迁移实验研究

根据西北黄土坡面溶质随地表径流迁移的特点，研制了黄土坡面溶质随地表径流迁移实验系统，并利用此系统进行了室内模拟实验，根据实验资料分析了土壤中各种离子随地表径流迁移特性，详细分析了土壤溶质随地表径流迁移机理。     

不同湿润速率对三种红壤坡面侵蚀过程的影响

以三种典型红壤为研究对象,采用室内人工模拟降雨方法,研究了湿润速率对坡面径流和侵蚀的影响以及泥沙特性。实验结果表明:在坡度为15°、降雨强度为60mmh-1条件下,湿润速率越大,产流时间越慢,稳定径流强度越大。供试三种红壤QP1、QP2和QP3快速湿润时稳定径流强度较慢速湿润分别增加60%、37%和21%。同样,坡面侵蚀量也随着湿润速率的增大而增加,供试三种典型红壤在快速湿润条件下侵蚀量较中速湿润分别增加23%、28%和61%,较慢速湿润分别增加112%、85%和159%。侵蚀泥沙的平均质量直径随着湿润速率的增大而减小。研究结果有助于深入理解团聚体破碎机制以及坡面侵蚀机理,为侵蚀模型提供必要的参数。     

保水剂施用方式对花岗岩红壤坡面水土保持的影响

为了获得保水剂对花岗岩红壤坡面水土保持效果最佳的施用方式,通过人工模拟降雨试验和室内分析相结合方法,开展保水剂混施、层施和沟施等施用方式对红壤坡面侵蚀的产流产沙过程影响研究。结果表明:(1)花岗岩红壤坡面施加保水剂后可降低坡面产流、产沙量,延缓产流时间。当雨强为1.0mm/min时,保水剂与土壤混合施用对降低坡面径流及产沙量的影响更为显著。与对照坡面相比,混合施用坡面累积径流降低34%,累积产沙量减少48%;雨强为1.5mm/min时层施保水剂对降低坡面径流及产沙量作用更显著。与对照相比,层施保水剂坡面累积径流降低46%,累积产沙量减少67%。(2)红壤坡面中混合施加保水剂能够增加坡面入渗率,减少坡面径流,增加土壤含水量,发挥了良好的蓄水保土效益。(3)相关性分析表明,保水剂不同施用方式下花岗岩红壤坡面累积产流、产沙量呈现显著相关(P0.05),坡面累积径流量和累积泥沙量间构成幂函数模型。研究结果为花岗岩红壤坡面应用保水剂控制水土流失和揭示相关机理提供参考。     

江西丘陵红壤区坡面径流及其与降雨关系的影响因素

通过径流小区方法,对比观测了采取提高植被盖度,改顺坡耕作为横坡耕作,改直坡为梯田,地表覆盖死地被物4类治理措施9个不同小区地表径流量和同期降雨特征。在比较不同小区地表径流量的基础上,分别建立降雨量、降雨强度、降雨历时与地表径流量回归方程,分析了各种措施对于降雨径流相关性的影响。（1）采取4类措施后,地表径流量显著减少;（2）4种措施对于地表径流与降雨关系的影响存在相同趋势,即措施在降低地表径流量的同时,提高降雨量、降雨历时与地表径流量的相关性,降低降雨强度与地表径流的相关性。在耕作方式对比试验中．横坡耕作与顺坡耕作相比．在减少地表径流的同时,降雨强度与径流量相关性略有提高。地表覆盖和耕作措施在降低地表径流量的同时．也降低了降雨历时与地表径流相关性。     

基于人工神经网络的红壤坡面水土流失预测模型

基于坡面土壤侵蚀产流产沙的复杂非线性特点,引用三层前馈型BP网络建模方法,对红壤坡面土壤侵蚀产流产沙进行模拟,其中产流预测模型输入层变量数为5个,分别代表降雨量、最大30min雨强、前期降雨量、降雨动能、水保措施作用系数,输出层变量为次降雨径流损失量;产沙预测模型输入层变量数为7个,分别代表降雨量、最大30min雨强、前期降雨量、降雨动能、降雨侵蚀力、水保措施作用系数、径流量,输出层变量为次降雨土壤流失量,并利用5年田间试验所得到的坡面产流产沙实测数据,对神经网络进行模拟训练和预测,取得了较好的效果。该模型的建立与求解,为复杂的红壤坡面土壤侵蚀规律研究提供了一条新途径。     

红壤表土团聚体稳定性对坡面侵蚀的影响

通过野外人工模拟降雨试验,研究了第四纪红粘土、泥质页岩和花岗岩三种母质发育的红壤团聚体稳定性对土壤坡面侵蚀和侵蚀泥沙特性的影响.结果表明：坡面土壤侵蚀量和径流强度与土壤团聚体稳定性存在显著负相关关系,且不同团聚体稳定性指标与二者相关程度存在差异,其中湿筛团聚体平均重量直径（MWD）和》0.25 mm水稳性团聚体含量（WSA0.25）与侵蚀量和径流强度相关程度最高,快速湿润中1～0.5 mm团聚体和湿润振荡中2～1 mm团聚体标准化平均重量直径（NMWD）与二者的相关性也达到了显著;泥沙粒径与湿筛MWD和WSA0.25之间相关关系（偏相关分析）呈显著正相关（r=0.8283^＊,r=0.8209^＊）;快速湿润中1～0.5 mm团聚体和湿润振荡中2～1 mm团聚体的NMWD与泥沙粒径也存在较好正相关关系（r=0.7458,r=0.6859）.泥沙粒径和水流功率在本研究中未表现出较好相关性（r=-0.1852）.     

不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响

坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。     

自然降雨条件下红壤坡面径流垂向分层输出特征

地表径流、壤中流和地下径流都是坡地径流的组成部分,对流域径流产生、养分流失等都有重要的影响。为了深入了解红壤坡地各层产流特征,利用大型土壤渗漏装置,通过2010-2012年的连续3 a观测试验,对覆盖、敷盖和裸露3种处理下红壤坡面径流垂向分层输出特征进行分析。结果表明:在自然降雨条件下,总径流量敷盖处理最大,裸露处理次之,覆盖处理最小;覆盖和敷盖处理的地表径流远小于裸露处理,分别为裸露处理的7.9%和9.8%;壤中流量最小的为裸露处理,分别为覆盖处理和敷盖处理的56.4%和35.6%;覆盖和敷盖处理3 a的地下径流量占总径流量90%以上,裸露处理占68.4%;在小尺度上,不论是年度还是月份的径流量,3种措施下红壤坡地径流输出主要途径是地下径流,而壤中流和地表径流则与地面有无覆盖直接相关;采取覆盖和敷盖措施可以使地表产流量减小,增加入渗,将地表水转化为地下水。该研究可为减少水土流失,充分利用红壤坡地水土资源提供参考。     

土壤容重对溶质迁移过程的影响

土壤在径流作用下发生流失、土壤溶质迁移等现象,是一个受径流、土壤性质、下垫面特性、土地利用方式等多种因素综合影响的复杂过程.利用斜坡土槽,采用一定的坡度和实验流量,对不同容重的土样进行了室内放水实验,研究了在土壤饱和条件下,土壤容重对土壤溶质迁移过程的影响.实验结果表明:(1)随径流作用时间的增加,单位时间内土壤溶质迁移量逐渐减少,其关系可用幂函数来描述;(2)土壤溶质发生迁移是受地表径流和壤中流共同作用的结果;(3)土壤容重对土壤溶质迁移过程影响总体表现为土壤容重越大,随径流迁移的土壤溶质量越少;(4)土壤容重增加相同幅度,但同时刻随径流迁移的土壤溶质递减量逐渐减少.     

不同雨强条件下坡度对坡地产汇流及溶质运移的影响

为了分析坡度对坡面产汇流和溶质运移的影响,以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨实验,研究了坡度为5°,10°和15°,雨强为30,60和120 mm/h条件下植被坡地的入渗总量、坡面流流速、地面径流以及地面径流中Br-,NH4+和NO3-的浓度变化.结果表明,在其它影响因素相同的情况下,随着坡度的增大,坡面平均流速增大,地面径流总量增加,入渗总量减少、地面径流初始产流时间和径流终止时间均呈减小趋势,地面径流中Br-浓度变化不大,变化曲线几乎重合,NH4+浓度总体上呈递减趋势,且随着降雨强度的增大,这种递减趋势越显著,NO3-的规律性不明显.用幂函数关系可较好地拟合出坡面平均流速与坡度的关系.     

大孔隙分布对坡地产汇流及溶质运移的影响

以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了粉砂壤土中两种不同大孔隙分布情况下,土槽中土壤含水量、坡面流速、地面径流、地下径流及溶质运移的变化。结果表明,相对于面大孔隙度为19%,容积大孔隙度为0.095%的未加密型的土槽,面大孔隙度为57%,容积大孔隙度为0.285%的大孔隙加密型土槽中各层土壤含水量增加幅度、平均坡面流速及地面径流量相对偏小,地下流出现时间较早且径流量较大,地面径流中溴离子、铵根离子浓度、硝酸根离子浓度偏小。在地下水出流前期,大孔隙加密型土槽中的铵根离子浓度和浓度变化幅度都偏小,但溴离子、硝酸根离子浓度则偏大。     

苎麻对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响

采用干、湿筛法研究了种植苎麻和花生对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响,并比较分析了土壤团聚体及土壤理化性质与地表径流和土壤侵蚀量的关系。结果表明:(1)与花生地相比,苎麻地有机质、田间持水量、总孔隙度、沙粒分别升高了28.44%,10.06%,5.65%和53.13%,土壤容重、粉粒和黏粒则分别降低了7.20%,14.85%和34.95%,均达显著性差异水平(p0.05)。(2)团聚体平均重量直径(MWD)、稳定性指数(ASI)显著升高(p0.01),苎麻地土壤团聚体稳定性优于花生地;(3)两处理均以0.25~1mm粒径团聚体保存几率最大,抗水蚀能力最强。(4)地表径流量和土壤侵蚀量与土壤有机质、沙粒含量、1mm的干团聚体、0.5mm的水稳性团聚体、MWD以及ASI呈极显著负相关关系(p0.01),而与粉粒、黏粒、0.25mm干团聚体、0.053mm的水稳性团聚体、呈极显著正相关关系(p0.01)。     

红壤坡地柑桔园长期试验下水沙动态变化特征分析

以红壤清耕柑桔园坡地为对象,研究其长期定位试验下2001—2015年径流和泥沙流失量的动态变化过程以及坡面水沙与降雨关系的变异特征。结果表明:幼树期是红壤清耕柑桔园水土保持防治的关键期,该时期的土壤侵蚀程度达到极强烈,而盛果期侵蚀强度可降低到区域土壤容许流失量以下。柑桔树从幼树期、初果期到盛果期,坡面年径流量和土壤侵蚀模数均呈显著幂函数下降趋势,在盛果期趋于稳定。果树坡面水沙与降雨的关系均在第4年发生了突变,而裸露坡面水沙与降雨关系没有发生突变。柑桔园各年的减沙效益均大于减水效益,减流、减沙效益均随着时间表现出先快速增加后维持相对稳定的指数函数关系,这表明免耕果树的减流、减沙效益具有很大的时间变异性,不仅可通过减水来减沙,而且可通过改变水沙关系来减沙。研究结果将为果园水土保持措施效益评估提供依据,为水土保持措施的合理配置提供参考。     

黄土坡面土壤侵蚀中溶质随径流迁移的水动力特性研究

通过对比分析坡面水流的水动力参数与径流溶质迁移量间的关系,研究了不同地表状况下黄土坡面土壤溶质随径流迁移的水动力学特性,以求深入了解和认识坡面土壤侵蚀中溶质随径流迁移的本质机理。研究结果表明:不同坡面地表状况下,糙率系数和平均水深之比(n/h)与侵蚀过程中随径流迁移的溶质存在一定的关系,径流溶质Br-平均浓度、径流溶质Br-的平均流失率以及径流溶质Br-的相对流失量均随n/h的增加而减小。径流溶质Br-的平均流失率以及径流溶质Br-的相对流失量与水流水动力学参数n/h具有指数关系。     

自然降雨对广西赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

[目的]探讨自然降雨对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响,为赤红壤地区水土保持综合治理提供理论依据。[方法]基于野外径流小区原位观测试验,测定2020年5—10月次降雨下广西壮族自治区赤红壤坡耕地(蔗地)、撂荒地和裸地的产流产沙量,结合降雨特征分析,探讨降雨特征及分布对赤红壤坡地土壤侵蚀特征的影响。[结果](1)2020年5—10月,坡面径流和侵蚀量整体上表现为：裸地>蔗地>撂荒地,不同处理下坡面径流和侵蚀均主要集中在8月,其中撂荒地径流和侵蚀各月差异相对较小。(2)不同处理次降雨降雨量与坡面径流量和侵蚀量呈极显著的正相关关系,降雨历时显著影响蔗地和撂荒地坡面径流量。中雨和暴雨降雨等级占观测期内侵蚀性降雨总量的70.9%,其产生的径流量占蔗地、裸地和撂荒地处理坡面径流量的68.2%,78.6%和67.8%;暴雨降雨等级是坡面侵蚀量的主要来源,占不同处理下总侵蚀量的63.8%～83.4%。[结论]在广西壮族自治区的赤红壤坡地区域,与裸地相比,蔗地和撂荒地能够有效减小坡面产流产沙量,且撂荒地的降低效果更为明显;降雨量是影响坡面产流产沙最关键的因子,中雨和暴雨降雨等级是坡面径流和侵蚀的...     

水蚀条件下土壤初始含水量对黄土坡地溶质迁移的影响

水蚀条件下坡地水分溶质迁移规律对农业生产和水土资源保护具有重要作用.通过室内模拟降雨试验,研究了1.3%,5.7%,9.7%,14.2%和18.9%共5个含水量坡地土壤PO3-4、K 和Br-的迁移特征.结果表明溶质流失量和流失率均随土壤初始含水量的增加而增加,径流中溶质平均浓度与前期含水量呈抛物线关系,1.3%含水量坡地平均浓度均高于5.7%和9.7%坡地,18.9%含水量坡地最高.溶质在土壤剖面的垂向迁移量由大至小依次为:Br-＞K ＞PO3-4.前期含水量越低,非吸附性的Br-向较深土层的入渗量越大.K 和PO3-4的质量传递系数Km均随土壤初始含水量增加而增加,Br-和K 的Km较大,PO3-4的Km最小.基于对流一弥散理论的质量传递系数Km可以反映非吸附性Br-随地表径流迁移的特征,但不能够反映土壤侵蚀对吸附性K 和PO3-4地表流失的影响.避免在雨季里喷施大量速效肥料,可以有效地减少养分,尤其是吸附性养分的地表流失.     

Column Holdup Formula of Soil Solute Transport

The shortcomings of the present two formulae for describing column holdup are analyzed and deductions are made to find a new formula. The column holdup, Hw, described by the new formula is dimensional,and related to soil solute transport kinesis and column physical properties. Compared with the other two column holdups, Hw is feasible to describe dimensional column holdup during solute transport process. The relationships between Hw and retardation factor, R, in different solute transport boundary conditions are established.