水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及养分流失的影响

采用人工模拟降雨试验,研究水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及氮和磷养分流失的影响。试验处理包括2个施肥水平（低肥和高肥水平）,4个水文条件（自由下渗、土壤水分饱和、壤中流、壤中流＋降雨）和一个降雨强度（60 mm/h,历时60 min）。结果表明：壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀量分别是自由下渗条件下的3.1和1.7倍,同自由下渗相比,壤中流、壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N、HPO4-P的浓度和流失量有显著增加;低肥水平条件下,自由下渗、土壤水分饱和、壤中流和壤中流＋降雨地表径流中,NO3-N的浓度分别是0.88、58.90、698.41和87.80 mg/L,对应水文条件下地表径流中,HPO4-P的浓度分别是0.252、0.322、0.811和0.383 mg/L,高肥水平条件下,径流中的NO3-N和HPO4-P的浓度也有相同的趋势;土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的27～39和1.3倍,壤中流＋降雨条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的100～114和1.5～1.7倍,同时,壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下,泥沙中NO3-N和HPO4-P的流失量也比自由下渗条件下显著增加。     

模拟降雨条件下紫色土坡地壤中流氮浓度的动态特征

通过模拟降雨试验,研究了1、2 mm/min雨强下紫色土坡地地表径流中的养分浓度,不同坡位和土层深度处壤中流的养分浓度,以及土壤含水量随时间的动态变化规律。结果表明,2 mm/min雨强下,地表径流中铵态氮和硝态氮浓度随降雨时间推移逐渐减小并最终趋于稳定,总氮浓度呈现波动状态,总体呈减小趋势。降雨结束后,紫色土中不同空间位置壤中流的铵态氮浓度呈现波动状态,且雨强越大,波动幅度越大。硝态氮浓度动态变化存在时空分异性:同一土层不同坡位处壤中流的硝态氮浓度随时间变化趋势相同,不同土层深度处变化趋势不同;同一土层中,从坡底到坡顶,不同坡位处壤中流硝态氮浓度呈递减的规律,这种规律在浅层土壤中越发明显。土壤中不同空间位置壤中流总氮浓度均呈现逐渐增大并最终稳定的趋势。同一土层中,从坡底到坡顶,土壤含水量达到峰值的时间逐渐推迟。     

紫色土坡耕地壤中产流特征及分析

壤中流是紫色土坡面流的重要组成部分和表现形式,它受雨强、坡度、土层厚度、耕作方式等多种因素的综合影响。利用人工模拟降雨研究了紫色土坡耕地壤中流产流规律。结果表明,(1)耕作能有效改善土壤结构,增加降雨入渗量,并增大壤中流发生机率;(2)紫色坡耕地土层较浅是导致壤中流增大的主导因素,缓坡有利于壤中流的产生;(3)雨强对壤中流的流量过程线有显著影响,但对于壤中流的起始产流时间影响不明显;随雨强增大,壤中流峰值流量显著增加;(4)壤中流的产生滞后于地表流,产流过程表现出缓慢变化的单峰过程。     

紫色土坡耕地径流特征试验研究

通过具有壤中流观测功能的径流小区的定位观测,结合人工降雨模拟试验,对常规施肥条件下紫色土坡耕地径流特征、过程及影响因素进行长期监测。结果表明:(1)紫色土坡耕地地表径流过程呈多峰特征,受瞬时雨强的影响明显;而壤中流过程则表现出明显的单峰、产流时间滞后、持续时间长等特点;(2)玉米灌浆成熟-收割期径流量明显高于其它生育期,地表径流、壤中流径流量分别为(65.06±5.94)mm,(86.36±3.27)mm,分别占3年地表径流、壤中流年均径流量的67.92%,79.82%;(3)坡耕地地表径流和壤中流径流量与降雨量的相关性显著,但与降雨强度的相关性不显著。坡耕地地表径流系数随坡度的增加而增加,而壤中流径流系数随坡度的增加而明显降低。(4)坡耕地径流分配特征明显。3年地表径流年平均径流量为95.78 mm,壤中流平均流量为108.19mm,分别占总径流量的46.96%,53.05%。     

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。     

紫色土坡地不同种植模式下水土和养分流失动态特征

以径流小区定位监测为基础,研究了紫色土坡地不同种植模式对水、土及养分流失特征的影响。种植试验结果表明：紫花苜蓿＋青蒿模式和连翘＋紫苏种植模式能较好地保持水土。各小区养分流失表现为：玉米／红苕模式小区地表径流全氮和有效氮含量高于其他小区,玉米／红苕模式和连翘＋紫苏模式的小区流失泥沙全氮养分富集度高于其他小区,传统农作模式玉米／红苕通过地表径流和泥沙迁移的全氮流失总量最大,可能造成土壤耕作层肥力下降。观测期间,除由于较强的生物固氮作用,紫花苜蓿＋青蒿模式增加了土壤全氮含量外,各种植模式下土壤养分均呈下降趋势,表明各小区均出现较明显的养分流失。试验证明：由于传统农作方式水土流失量最大,导致养分流失量大,对环境有较大影响。因此应注意减少传统农作方式中的地面扰动,并提高雨季地表覆盖率,从而保证农业生产的可持续发展。     

不同近地表水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程研究

采用模拟降雨试验,研究了自由下渗(free drainage)、土壤水分饱和(saturation)、壤中流(seepage)3种近地面水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程.结果表明,近地表水文条件会对紫色土坡面侵蚀过程产生重要影响.在地面坡度5°～15°条件下,当地表水文条件由自由下渗演变为土壤水分饱和时,坡面侵蚀量由1.31～2.02 g/(min·m2)增加到1.83～5.50 g/(min·m2);当地表水文条件由土壤水分饱和变为壤中流时,坡面侵蚀量达到4.40～16.41 g/(min·m2).土壤水分饱和条件下坡面侵蚀量是自由下渗的1.40～2.73倍;壤中流条件下坡面侵蚀量是自由下渗时的3.36～8.12倍,是土壤水分饱和时的2.40～2.98倍.同时,坡面坡度对紫色土坡面侵蚀过程有重要的影响.     

降雨强度对紫色土坡耕地养分流失的影响

采用人工模拟降雨装置,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对紫色土净作玉米条件下坡耕地土壤氮、磷、钾养分流失的影响.结果表明,在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加.磷素和钾素流失总量也随着雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大.在3种雨强条件下,氮素均主要通过地下径流的途径而流失,平均占氮素总流失量的96.5%.在小雨强条件下,磷、钾素不通过地表径流和泥沙流失;在中、大雨强条件下,磷、钾素流失途径均以侵蚀泥沙流失为主,分别平均占流失总量的95.3%,93.0%.     

紫色土坡耕地可溶性有机碳径流迁移特征

为探明紫色土坡耕地可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的径流迁移特征,该文通过具有壤中流观测功能的径流小区观测地表径流和壤中流的可溶性有机碳(DOC)迁移。结果表明,径流方式对紫色土坡耕地径流DOC迁移质量浓度具有明显影响。地表径流过程中DOC质量浓度随降雨历时逐渐降低,而壤中流过程DOC质量浓度则表现出先升后降而后趋于稳定的趋势。暴雨和大雨地表径流和壤中流过程中DOC质量浓度均表现出不同的变化特征。暴雨地表径流过程DOC初始质量浓度高,衰减快,壤中流DOC质量浓度高、峰值出现较早。2010、2011年2a内地表径流和壤中流平均累积径流量分别为61.2、300.3mm,平均径流系数为7.7%和37.6%。2a内次降雨产流事件中地表径流和壤中流DOC平均质量浓度分别为3.9和3.4mg/L,壤中流DOC年平均迁移通量为105.2mg/m2,年平均负荷达1007.6mg/m2,约为地表径流的4.8倍,壤中流携带DOC损失是紫色土坡耕地DOC径流迁移的主要方式。土层温度是影响壤中流DOC质量浓度季节性变化的重要因素,二者具有显著的负相关性(P<0.05),而土层温度对地表径流DOC质量浓度季节性变化无显著影响。该研究可为调控紫色土坡耕地DOC流失提供一定的参考。     

不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失

通过对川中丘陵区几次暴雨过程氮、磷流失的观测与分析,研究了不同降雨侵蚀力条件下的紫色土坡耕地的养分流失特征。结果表明在产流初始阶段,氮、磷流失严重,径流中养分输出浓度比较高,总氮最大可达8.0 mg/L左右,总磷在1.9 mg/L左右;坡耕地养分流失与土壤侵蚀的关系密切,氮、磷迁移以泥沙吸附态迁移为主,径流中的颗粒态氮、磷含量随降雨侵蚀力增大而增大,而溶解态氮、磷含量与降雨侵蚀力无明显相关。     

砾石覆盖对紫色土坡面流水动力学参数的影响

地表砾石覆盖可以促进降雨入渗,减少土壤侵蚀。然而,砾石覆盖对紫色土坡面流的影响尚缺乏深入研究。通过室内模拟冲刷试验,在3个冲刷流量(2,4,6 L/min)下,研究不同砾石覆盖度(0,10%,20%,30%和40%)对紫色土坡面流水动力学特性的影响。结果表明:(1)随着砾石覆盖度的增大,流速和弗劳德数呈减小趋势;径流深、水流剪切力、阻力系数和曼宁糙率系数呈增大趋势,雷诺数变化不明显。(2)坡面总侵蚀量随着砾石覆盖度的增加呈负指数减少,且砾石覆盖在冲刷流量较小的情况下,对坡面侵蚀量的减少效果越明显。(3)冲刷流量的大小并不影响砾石覆盖度和坡面总侵蚀量之间的关系。研究结果为探究紫色土坡面流侵蚀过程及机理研究提供一定的理论基础。     

紫色土水分和壤中流对降雨强度的响应

为研究降雨强度对紫色土坡耕地不同深度土壤水分含量和壤中流的影响,初步揭示紫色土水分和壤中流之间的相互耦合关系,通过原位人工模拟降雨试验,在60,90,120 mm/h 3种降雨强度条件下,采用Minitrase TDR可埋式探头对紫色土坡耕地土壤剖面浅层(0—20cm)、中层(20—40cm)、深层(40—60cm)的土壤水分含量进行了实时连续测定,并在降雨过程中分层收集测量壤中流,开展了降雨—产流过程的观测试验。结果表明:(1)当雨强较小时,浅层土壤含水率变化曲线呈现上升期和稳定期,随着雨强和深度的增加则呈上升期、稳定期或始终处于稳定期;(2)随深度和降雨强度的增加,土壤含水率稳定时间增加,含水率变化越小,响应越不明显;(3)在不同降雨强度条件下,各土层均有壤中流产生,低雨强条件下壤中流都是单峰产流过程,中雨强和高雨强下为双峰产流过程;(4)壤中流产流时间随雨强增大而显著减小,随深度增加而显著增加;(5)降雨强度与土壤水分含量和壤中流参数三者间相互有显著相关性。     

紫色土细沟剥蚀率对近地表水流作用的响应

近地表水流的存在会加剧土壤侵蚀过程,剥蚀率是土壤侵蚀预报模型的重要物理参数,其对近地表水流的响应值得进一步研究.采用限定性细沟模拟冲刷试验,探讨不同工况条件(3个近地表水流饱和深度5,10,15 cm;3个坡度5°,10°,15°;3个流量2,4,8 L/min)下紫色土细沟剥蚀特征.结果表明:不同近地表水流饱和深度下...     

二次降雨条件下紫色土壤中流的氮磷流失特征研究

地表径流及壤中流中N、P的流失是造成非点源污染的主要原因。以重庆地区紫色土为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了地表径流和壤中流中N、P流失随地面坡度、降雨强度及土壤改良剂聚丙烯酰胺(PAM)施用量的不同而变化的特点,分析了不同土层深度壤中流的N、P流失特征,为防治非点源污染、增加土壤蓄水、提高土壤养分等提供了科学依据。     

紫色土坡面细沟流的水动力学特征试验研究

通过不同坡度、流量的组合放水冲刷试验,对紫色土坡面细沟侵蚀发生过程中的坡面细沟流水动力学特征进行了研究。结果表明,在试验的坡度和流量范围内,紫色土细沟流流速随放水量的增加而增大,而在相同放水量下紫色土坡面细沟流流速随坡度增加变化趋势不明显。紫色土细沟流的雷诺数变化于500~4 600之间,流态基本属于紊流,在同一坡度下,雷诺数随放水量的增大而迅速增大。紫色土细沟流弗汝德数在整个试验过程中均大于1,属于急流范畴。坡面流阻力系数的大小与水流雷诺数有关,但其变化趋势受坡度和流量的影响。在坡度较缓时阻力系数随雷诺数的增大而减小,在坡度较大时阻力系数随雷诺数的增大而增大,但起伏较大。     

紫色土坡面细沟流的水动力学特征试验研究

通过不同坡度、流量的组合放水冲刷试验,对紫色土坡面细沟侵蚀发生过程中的坡面细沟流水动力学特征进行了研究。结果表明,在试验的坡度和流量范围内,紫色土细沟流流速随放水量的增加而增大,而在相同放水量下紫色土坡面细沟流流速随坡度增加变化趋势不明显。紫色土细沟流的雷诺数变化于500～4600之间,流态基本属于紊流,在同一坡度下,雷诺数随放水量的增大而迅速增大。紫色土细沟流弗汝德数在整个试验过程中均大于1,属于急流范畴。坡面流阻力系数的大小与水流雷诺数有关,但其变化趋势受坡度和流量的影响。在坡度较缓时阻力系数随雷诺数的增大而减小,在坡度较大时阻力系数随雷诺数的增大而增大,但起伏较大。     

秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响

通过对川中丘陵区不同施肥坡地径流、泥沙和养分流失的观测与测定分析,研究了紫色土坡耕地暴雨下的产流产沙特征和氮、磷养分流失特征。结果表明,秸秆还田显著影响雨季紫色土坡耕地土壤侵蚀和产流情况;相比单施化肥处理,秸秆还田的泥沙量减少了70%~82%,地表径流量减少了26%~31%,渗漏径流量增加了30%~52%。秸秆还田显著减少了N、P的流失,减幅为60%~76%;各处理P流失的强度顺序依次为:NPK>RSD>RSDNPK>RSDNP>RSDN,N流失的强度顺序为:NPK>RSDN>RSDNPK>RSDNP>RSD;地表径流损失是P的主要流失途径,颗粒态是地表径流中P的主要迁移形态,磷酸盐是地表径流中溶解态总磷的主要组成部分,渗漏径流中的PO43--P/DTP显著下降。渗漏淋失是N的主要流失途径,硝态氮是渗漏液中N的主要迁移形态,地表径流中NO3--N/DTN较渗漏液略低,溶解态总氮在地表径流N流失中所占比例超过50%。     

紫色土细沟水流输沙能力对近地表水流作用的响应

地表径流与近地表水流耦合作用会引发强烈的土壤侵蚀.输沙能力作为土壤侵蚀的关键参数之一,对完善近地表水流作用下的土壤侵蚀过程具有重要的理论意义.通过限定性细沟模拟试验,采用从底部供水的方式构建近地表水流,在此基础上测定了距弱透水层不同饱和深度(5、10、15 cm)与水力条件(3个流量2、4、8 L·min–1,3个坡度...     

不同初始含水量对草甸土坡面养分迁移的影响

采用室内人工降雨的方法,对不同土壤初始含水量的草甸土坡面进行养分(N、P、K)流失的研究。结果表明:土壤初始含水量越高,水分入渗速率越低,产流量越大,土壤侵蚀程度也越大。当土壤初始含水量低于15%时,土壤中的硝态氮会被淋溶到土层6cm以下,土层6cm以上的硝态氮含量极低,且淋溶的硝态氮均累积入渗到7～10cm土层中;当初始含水量在20%时,土壤中硝态氮有少量淋溶;当初始含水量在25%时,淋溶极少,仅表层1cm的土壤硝态氮有少量淋溶外,其余全部随径流流失。土壤速效钾、速效磷淋失很少。径流水样中,速效磷和速效钾浓度随降雨时间增加而逐渐减少,流失量与土壤初始含水量呈近似抛物线的关系,在初始含水量为10%～15%之间存在拐点。通过土壤初始含水量与坡面物质流失量的二次多项式关系确定出草甸土的最佳含水量范围是11.28%～14.76%,当含水量在此范围内时坡面物质流失量最少。