不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失规律的研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究不同土地利用方式片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子地、草地坡面产沙量产流量远小于裸地产沙产流量;不同土地利用方式片麻岩坡面产流产沙变化过程不同,草地、谷子地达到稳定产流的时间滞后于裸地。3种土地利用方式坡面养分流失随时间的变化过程基本相同,降雨起始各种养分浓度较高,随着时间的持续,养分流失浓度趋于稳定。不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失量表现为钾流失总量 > 氮流失总量 > 磷流失总量,养分流失总量与产沙产流之间有着极显著的正相关性,裸地养分流失量最大,其次是谷子地,草地的养分流失量最小,但是径流中硝态氮含量和泥沙总磷量谷子地流失量最大,裸地次之,草地最小。3种土地利用方式片麻岩坡面磷钾流失主要是泥沙态养分,氮素流失主要以溶解态氮为主或者二者共同作用。     

丹江口库区土壤氮磷养分流失特征

[目的]研究丹江口库区土壤的水土流失和非点源污染物氮磷流失的特点,为农业非点源污染模型的建立提供理论依据。[方法]通过室内人工模拟降雨试验,研究了坡度和施肥等处理对产流产沙、氮磷养分(硝态氮、铵态氮、总氮、有效磷和总磷)流失特点的影响。[结果](1)随着坡度的增加,平均入渗率和初始产流时间呈减小趋势,而径流总量和泥沙总量呈增加趋势。(2)相同施肥处理下,随着坡度的增加,泥沙中硝态氮、总氮、有效磷和总磷的流失浓度呈减小趋势,铵态氮流失浓度在不施氮肥条件下呈减小趋势,而在施氮肥处理下呈增加趋势。(3)在相同坡度条件下,随降雨时间推移,总氮浓度呈先减小后趋于稳定的趋势;铵态氮浓度随施肥处理的变化均呈现出波浪形变化;在施氮肥时,径流中硝态氮的浓度随着时间的推移,呈逐渐减小并趋于平缓的趋势,而在不施氮肥时几乎无变化。[结论]在不同施肥措施和坡度条件下,硝态氮主要随径流而流失,为随泥沙流失的8~11倍;铵态氮主要是随径流泥沙而流失,为随径流流失的1~17倍;总氮则是随径流和径流泥沙共同流失;有效磷和总磷都是以泥沙结合态流失为主,分别为随径流流失的1 000~6 200和1~3倍。     

雨强对片麻岩坡面径流养分流失规律的影响

通过室内模拟降雨试验,研究降雨强度对太行山区片麻岩坡地产沙产流和养分流失的影响,结果表明:初始产流时间与雨强具有明显的负相关;不同雨强对坡面累积产流产沙影响较大,随雨强的增大,径流量和泥沙量也呈现增大的趋势。在整场降雨过程中,产流率呈现出先增加,到达峰值后产流率趋于稳定不再继续增大,不同雨强片麻岩坡面(60,80,100mm/h)的产流率达到的峰值分别为1 068,2 930,3 019ml/min;泥沙浓度在整场降雨中表现为先降低然后趋于稳定,比较不同雨强片麻岩坡面(60,80,100mm/h)的产沙量为351.49,2 882.33,3 613.23g,发现雨强对坡面径流的影响较大。坡面养分流失主要以泥沙结合态为主,泥沙态养分所占比例达到98%以上,并随雨强增大,泥沙态含量也随之增加,坡面氮素流失在雨强较小时养分流失方式为溶解态氮和泥沙态氮共同作用,随着雨强增加,泥沙态所占比例增大到92%,94%。径流流失的总养分量(总氮、总磷和总钾)与雨强之间具有正相关性,整场降雨过程中水样氮浓度随降雨历时增加呈下降趋势;泥沙中养分随时间变化波动较大,没有反映出与雨强的相关性。     

秸秆覆盖红壤径流养分流失效益及径流剪切力影响研究

采用模拟降雨试验的方法,研究秸秆覆盖条件下红壤侵蚀效益及动力影响因素。模拟降雨强度2.0mm/min,坡度20°,径流小区(长1.5m,宽0.5m,深0.3m)条件下,供试土壤为赤红壤。结果表明:(1)秸秆覆盖减流效益达到69.3%,减沙效益达到99.2%;明显提高土壤的入渗速率,渗透效益达到了32%,秸秆覆盖有较好的水土保持效益。(2)秸秆覆盖有效减少径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮、径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷的流失,减少径流中氮流失效益均达到74%以上,减少径流中磷流失效益均达到78%以上,径流中元素流失均以溶解态氮磷元素大于颗粒态氮磷元素,秸秆覆盖减少径流中磷养分流失的效益大于氮养分的流失效益。(3)建立单位面积单位时间径流剪切力和产沙率、径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮和径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷流失速率的模型,初步推断径流剪切力是土壤侵蚀的主要动力因素。(4)秸秆覆盖和未覆盖的临界启动径流剪切力分别为2.8N/m2和1.5N/m2。     

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。     

紫色土坡耕地不同施肥水平下氮随径流流失特征研究

采用径流小区定点监测,研究了紫色土坡耕地“冬小麦-夏玉米”种植模式下不同施肥水平处理氮随径流流失特征。试验结果表明:产流量与降雨量变化趋势基本一致。在同等施肥水平下（583.20 kg/hm²）,常规处理（农家肥+化肥）中,总氮、硝态氮及氨态氮的浓度变化不显著,各处理氮流失系数分别为:常规处理1.82%,优化处理2.66%,横坡垄作0.51%,横坡垄作中总氮、硝态氮及氨态氮流失量较优化处理相应减少了60.4%,73.2%,53.9%,较常规处理总氮、硝态氮相应减少28.8%,10.4%,氨态氮增加2.4%。在同等种植模式下（顺坡）,增量处理（施肥量增加50%）,氮流失系数为2.46%,总氮、硝态氮及氨态氮流失量较优化处理相应增加23.3%,11.1%,69.1%。在外界因素如“前期降水较少、施肥后短期内出现较大强度降雨等”强力干扰下,各形态氮素流失量显著增加,且有随施肥量增加而增大的趋势。     

室内模拟降雨条件下径流侵蚀产沙试验研究

降雨及其产生的径流是引起黄土高原土壤侵蚀的主要动力,开展黄土区降雨产流产沙过程研究可为土壤侵蚀过程模型研发奠定基础,为水土保持与生态建设提供重要科学依据。利用室内模拟降雨试验,研究了不同植被格局条件下的坡面侵蚀产沙、径流、入渗规律及相关关系。研究结果表明,裸坡坡面下,雨强是影响径流的主要因素,径流贡献率为87%;坡度是影响产沙的主要因素,产沙贡献率为76%;在大雨强或陡坡条件下,这种趋势更加明显。模拟降雨条件下,坡面含水量以坡面中下部最大,坡面中部居中,坡面上部最小。坡面植被覆盖对侵蚀产沙的影响大于坡度因素的影响;相同覆盖度条件下,植被空间位置对水沙调控作用大小顺序依次为:坡底>坡中>坡顶。随植被覆盖率的增加,径流总量呈幂函数减小趋势,产沙总量和径流含沙量呈指数函数减小趋势,植被对水沙调控作用逐渐增强。本文研究成果对于深入理解流域径流产流产沙过程具有重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持。     

不同降雨等级下耕作措施对坡地产流产沙的影响

探明川西丘陵区沙壤土在横坡和顺坡垄作下水土流失特征,可为该区不同降雨等级下的土壤侵蚀有效防控提供依据。本文基于蒲江县朝阳水库的4个坡耕地径流小区连续4年的观测数据,对10°和20°坡度下横坡垄作和顺坡垄作在不同降雨等级下的产流产沙进行统计分析,结果表明:大雨和暴雨是该区发生频次较高的侵蚀性降雨类型,且集中发生于7—8月;小雨和中雨基本不引起土壤侵蚀。各小区径流系数均随降雨等级增加呈增加趋势,顺垄小区的径流系数在暴雨时达到最大,是对应横垄小区的1.33~3.81倍。在同一耕作措施下,10°和20°坡度小区的径流系数相当。含沙量随降雨等级呈先增加后减少的变化趋势,在大暴雨时含沙量达最大,坡度的作用较明显。随着降雨等级的增加,各小区的径流深的离散程度逐渐变小,说明大暴雨和特大暴雨下土壤前期含水量作用不明显,但产沙量呈不规则变化,特大暴雨的产沙量反而小于大暴雨。通过建立产流产沙量和降雨量、降雨历时之间的回归方程可知,径流深的模拟效果较好,但产沙量的模拟效果欠佳。总体来看,坡耕地产流产沙量并没有随降雨等级的增加而增加,特大暴雨下横垄小区的含沙量高于顺垄小区,但产沙量却小于大暴雨时期,说明不同降雨等级下坡耕地产沙作用机制较为复杂。     

丹江口水库农业径流小区土壤氮磷流失特征

通过对丹江口水库小流域雨季(2013年8月)观测的降雨—径流农业小区试验数据,分析不同种植作物下农田地表产流规律,研究土壤氮磷流失特征,为库区农业面源污染控制提供依据。结果表明,农业小区径流总磷(TP)含量在0.13~0.82mg/L之间,颗粒态磷(PP)占TP比例超过60%,径流中TSS与PP也呈现极显著相关(p0.01),表明磷素流失主要以颗粒态流失为主。径流总氮(TN)含量范围为0.7~4.7mg/L之间,TN流失量与硝态氮极显著相关(p0.01),径流中硝态氮占TN比例也超过了50%,表明硝态氮是地表径流无机氮流失的主要成分。25°玉米、15°荒地径流小区的氮流失率超过了1.5%、磷流失率超过了0.12%,高于其它类型的小区,可能与这2种小区高坡度、低植被覆盖度有关。土壤氮的流失风险要高于磷,是面源污染的主要控制目标。利用梯田种植作物,同时在坡地上形成相对较高的植被覆盖密度是减少这一地区土壤养分流失有效手段。     

控释肥对坡地农田地表径流氮磷流失的影响

2010年5-9月降雨季,在鲁中山区种植春花生的坡地农田中进行野外降雨径流观测试验,研究了不同坡度下,施用普通复合肥(CCF)和纯控释肥(CRF)对地表径流液和径流泥沙中铵态氮、硝态氮、可溶性磷、颗粒态氮和磷、总氮和总磷的影响。结果表明,花生生长前期,与CCF相比,施用CRF的坡地地表径流中可溶性养分流失含量较低,其中铵态氮含量低5.0%~74.2%,硝态氮含量低3.9%~37.0%,可溶性磷含量低7.1%~94.1%;CRF处理径流中颗粒态氮和磷含量在花生生长前期低于CCF处理,花生生长后期CRF处理径流液总氮、总磷含量高于CCF处理;在整个监测期内,CRF处理径流中总氮和总磷含量低于CCF处理。不同坡度下,随着坡度的增大,CCF和CRF的径流养分流失量变化为15°>10°>5°>0°,表明在坡地条件下,CRF能维持作物生长后期较高土壤养分含量,有利于提高氮磷的利用效率,减少雨季氮磷地表径流养分流失,降低农业面源污染。     

放水冲刷条件下工程边坡产流产沙及氮磷输出特征

为揭示工程堆积体平台汇流造成的水沙及氮磷养分流失特征,以矿区堆土场为研究对象,采用室内放水冲刷试验,研究不同上方来水流量(1.7,2.3,2.9 L/min)和坡度(25°,30°,35°)下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙产生过程,分别测定氮磷养分浓度并计算流失量及贡献占比。结果表明:蒙东地区覆土排土场边坡产流方式主要为地表径流,随坡度和冲刷流量的增大,地表径流量增大,壤中流量减小。产沙量随坡度的增大先增大后减小,侵蚀产沙的临界坡度在30°附近。地表径流中铵态氮及磷酸盐流失浓度均大于壤中流,硝态氮浓度在冲刷流量较大(2.9 L/min)时低于壤中流。径流中磷酸盐及侵蚀泥沙中氮磷损失均随坡度的增大先增大后减小。冲刷流量越大,地表径流及侵蚀泥沙中的氮、磷流失量越多。径流中养分流失量表现为硝态氮＞铵态氮＞磷酸盐。侵蚀泥沙是磷酸盐的主要输出途径,占流失总量的59.69%以上;氮素流失量仅在坡度30°时表现为侵蚀泥沙中最大,在25°,35°坡面,地表径流为氮素的主要流失途径,小流量(1.7,2.3 L/min)时壤中流输出的氮素次之。     

不同坡度坡耕地土壤氮磷的流失与迁移过程

采用人工模拟降雨试验研究不同坡度的土壤侵蚀程度,分析了土壤养分在不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)随坡面径流流失及水分入渗向下迁移的动态变化过程和机制。结果表明,在恒定降雨强度下,初始产流10min内,产流产沙量随时间迅速递增,随后缓慢增加并逐渐趋于稳定,总产流量大小为15°10°20°5°25°;10°总产沙量最大,15°和20°总产沙量相近,5°和25°总产沙量接近。不同坡度条件下总产流量和总产沙量随坡度的变化趋势均可用二次函数拟合,相关系数R2为0.65。10°~15°坡度之间存在一个对径流中养分浓度变化有显著影响的转折点。硝态氮在湿润层内的迁移过程用幂函数描述,铵态氮在湿润层内的浓度变化用三次多项式拟合,速效磷浓度在湿润层内随深度变化并不明显;硝态氮、铵态氮总流失量随坡度的变化趋势符合二次多项式变化,相关系数R2分别为0.91和0.77。20°时水溶性磷流失总量最大,为15°坡面的1.61倍。径流中初始养分浓度主要受养分在径流中溶解度的影响,在产流后期,土壤流失量对径流养分浓度的影响程度加大。     

秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地产流产沙及氮磷流失的阻控

为揭示秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地产流产沙及氮磷流失的阻控,通过田间试验,探讨秸秆覆盖模式下,玉米生育期对不同坡度试验小区径流、泥沙和氮磷流失的阻控效果。结果表明:随着耕地坡度的增加,地表径流量、土壤及氮磷流失量逐渐增加。玉米种植条件下,地表径流量与降雨量呈正相关,土壤流失量与降雨量不相关。秸秆覆盖模式对土壤流失的阻控效果均为随坡度的降低,阻控率增加,秸秆覆盖对地表径流和土壤流失阻控率均超过90%。土壤中氮素流失以溶解态氮为主,溶解态氮占总氮的60%以上;磷素流失以颗粒态磷为主,颗粒态磷占总磷的80%以上。秸秆覆盖对土壤中总氮、总磷阻控率均超过85%,对于控制水土流失和降低面源污染风险具有积极意义。     

横坡垄作对坡耕地产流产沙及氮磷养分流失过程影响研究

横坡垄作是一种常见的水土保持耕作措施,它通过增大坡面拦蓄和入渗能力,进而影响坡面土壤侵蚀过程。为揭示黄土坡耕地养分流失特征,通过人工模拟降雨试验,利用投影面积为4.5 m×1.5 m的径流小区,设计降雨强度（90 mm·h-1）、5个地表坡度（3o、5o、10o、15o、20o）以及横坡垄作和平整坡面两种坡面处理,探究横坡垄作对不同坡度坡耕地产流产沙特性及其携带的氮磷养分流失情况。结果表明：（1）坡面坡度小于20o时,横坡垄作能明显降低降雨过程中坡面的产流产沙量,产流量和产沙量最大分别可降低95%和99%;而当坡度增大至20o时,横坡垄作坡面发生断垄,横坡垄作对径流和泥沙的控制效应随之减弱,产流和产沙量会接近或大于平整坡面。（2）横坡垄作对养分流失浓度的影响较小,但对养分流失量具有明显影响。坡面坡度小于20o时,横坡垄作具有较好的控制坡面养分流失量的效果;当坡度增大至20o时,横坡垄作控制养分流失的作用减弱。径流中全氮的流失量始终大于全磷的流失量;除横坡垄作10o坡面外,泥沙中全磷的流失量均大于全氮的流失量。（3）坡面养分流失量主要由坡面径流量和泥沙量决定。径流养分流失率和产流速率、泥沙养分流失率和产沙速率满足线性正相关关系。横坡垄作对径流和泥沙中养分减少效益分别可以达到45%~100%、59%~100%。整体上而言,横坡垄作是控制坡面土壤侵蚀及减少养分流失的一种有效方法。     

不同坡长条件下■土堆积体坡面产流产沙过程

为揭示不同坡长条件下■土堆积体坡面产流产沙过程,通过不同坡度、不同坡长(4,8,12,16,20m)条件下的野外模拟径流冲刷试验,对■土堆积体坡面产流产沙过程进行了分析。结果表明:工程堆积体坡面产流率随放水时间持续呈现波动性增大,随着坡长增大,产沙率波动振幅也变大。径流含沙量随着放水时间的持续呈现先减小而后保持稳定变化,随着坡长增大,含沙量呈递增变化。工程堆积体坡面累积产流量随放水时间的变化可以用线性函数表达,累积产沙量与放水时间呈极显著幂函数关系,累积产沙量和累积产流量均随着坡长的增大呈现递增变化。试验坡度、坡长均对坡面累积产流产沙量具有重要的影响,坡长对坡面累积产流产沙的影响大于坡度,二者均对累积产流产沙量产生正效应。     

红壤坡耕地地表径流与壤中流氮磷流失比较

采用人工模拟降雨试验研究了红壤坡耕地典型旱作模式(花生常规种植)的土壤在地表径流和壤中流中所产生的氮、磷流失特征差异。结果表明:(1)壤中流和地表径流产流特征差异显著,壤中流产流时间滞后于地表径流,但产流时间长、产流量大,壤中流产流量占总径流量52.26%~67.19%,是红壤坡耕地重要的径流形式。(2)壤中流与地表径流氮、磷流失特征具有较大差异,地表径流养分输出浓度表现为降雨初期较高而后逐渐趋于稳定的特征,壤中流养分浓度在整个径流过程中保持相对稳定。(3)壤中流总氮、硝态氮含量是地表径流相应养分含量的5.97~22.19,7.82~42.57倍。壤中流的氮素输出以硝态氮为主,铵态氮较少,其硝态氮浓度是铵态氮的5.73倍以上。壤中流在红壤坡耕地降雨径流中占有相当份额,壤中流中流失的养分不容忽视。     

喀斯特裸坡地地下孔(裂)隙流养分流失特征研究

通过人工模拟试验,研究喀斯特坡耕地地下孔(裂)隙流养分流失特征,结果表明:(1)地下产流、产沙量与雨强、地下孔(裂)隙度呈正相关关系,与坡度呈负相关关系。(2)雨强对地下径流流失浓度影响不显著,不同坡度全钾流失浓度随坡度呈波浪型变化,全磷流失浓度在缓坡(5~10°)地上径流流失浓度最大,是陡坡(15°以上)地上磷素淋失浓度的2~3倍,氮素流失浓度呈现出随着坡度增大而逐渐减小的变化趋势,地下径流全钾流失浓度与地下孔(裂)隙之间没有明显的变化趋势。(3)全钾、全磷和全氮流失量与雨强变化均呈指数函数关系,R~2分别为0.718 7,0.817 1,0.849 2;不同坡度条件下,全钾、全磷和全氮流失量随坡度的变化趋势一致,拟合曲线均为线性关系;全钾和全磷与地下孔(裂)隙度均可用指数函数拟合,全氮流失量与地下孔(裂)隙度可用幂函数拟合,地下径流中养分流失以氮素为主。     

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%。     

植物篱对紫色土物理性质及养分的影响

在四川盆地紫色土区通过标准径流小区试验研究香根草植物篱对不同坡度的坡耕地表层(0-20cm)土壤容重、颗粒分布及养分流失的影响.结果表明,香根草植物篱有利于土壤容重减小,但总体上效果不显着.在植物篱的影响下,土壤细颗粒(粉粒、粘粒)在坡脚、坡腰明显富集,且总体上细颗粒流失减少,所以砂粒含量相对降低.香根草植物篱能有效控制表土各养分的流失,保持土壤肥力;能减少各养分在坡顶的流失,但全氮的流失依然严重;能加剧各养分在坡脚的富集,其中对有机质的影响最明显;能明显提高篱带前土壤肥力,尤其是总磷和速效钾含量.有机质、全氮、总磷、有效磷、速效钾的变化量分别与牯粒变化量呈显著线性正相关(r=0.859,0.896,0.821,0.807,0.927),与粉粒变化量相关性不强,所以它们在坡面上的变化趋势与粘粒基本一致.在植物篱小区,坡度对有机质、全氮、碱解氮、全钾的富集影响不明显,但坡度较小时,有效钾、坡顶碱解氮和坡顶有效磷的流失显著减少,所有小区坡面上的全钾含量均增加.因此,该区紫色土坡耕地要注意补充氮肥,减少钾肥,加强坡顶和远篱带处土壤的培肥.     

模拟降雨条件下秦岭北麓土壤磷素流失特征

以秦岭北麓竹峪地区为研究区域,采用模拟人工降雨的试验方法,研究了不同坡度(5°,10°)和不同降雨强度(1.1,1.3,1.5mm/min)下该区域田地土壤磷素流失过程规律。结果表明:降雨强度能够影响径流中溶解态磷(DP)的含量,但二者之间并非呈线性关系;相比于幂函数而言,指数函数模型更适合模拟秦岭北麓竹峪地区土壤径流溶解态磷(DP)浓度变化过程(R~20.75);降雨初期,泥沙中(STP)含量相对较高,但随着降雨的延续其浓度会有所下降,并最终保持在一个较稳定的水平上;泥沙全磷(STP)的流失速率随着降雨时间以幂函数的形式逐渐递减,同时发现泥沙全磷(STP)的流失速率与土壤流失速率之间存在着明显的线性关系(R~2=0.92),说明养分流失量累积过程与产沙过程一致,可以利用土壤侵蚀状况来进一步预测养分流失状况。