谷子不同生长时期水土及养分流失规律研究

通过室内人工模拟降雨的方法,研究了谷子不同生长时期片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子不同生长时期产流产沙量不同,总体流失量呈现出0d20d40d60d,与对照(0d)相比,谷子60d坡面产流量减少了33%,产沙量减少了43%;谷子不同生长时期坡面养分流失量随谷子生长天数的增加而减少,与对照(0d)相比,60d坡面氮磷钾养分流失量分别减少了75%,45%,70%,降雨过程中硝态氮流失量始终高于铵态氮流失量;谷子不同生长时期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量之间方程拟合系数均达0.85以上,有着显著的正相关性;谷子不同生长时期片麻岩坡面磷钾的流失主要以泥沙结合态为主,氮素流失为溶解态氮与泥沙态氮共存。     

片麻岩坡面花生不同生长时期水土及养分流失规律

通过室内人工模拟降雨的方法,研究了花生不同生长时期片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:花生不同生长时期产流产沙量不同,总体流失量均呈现出0d20d40d60d,与对照(0d)相比,花生60d坡面产流量减少了38%,产沙量减少了47%;不同生长时期坡面养分流失量随生长天数的增加而减少,与对照(0d)相比,60d坡面氮磷钾养分流失量分别减少了75%,45%,70%,降雨过程中硝态氮流失量始终高于铵态氮流失量;不同生长时期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量之间方程拟合系数均达0.98以上,有着显著的正相关性;花生不同生长时期片麻岩坡面磷钾的流失主要以泥沙结合态为主,氮素流失为溶解态氮与泥沙态氮共存。     

不同下垫面太行山片麻岩坡面水土及养分流失规律研究

通过室内人工模拟降雨的方法,对太行山片麻岩不同下垫面(压实、耕作、施肥)泥沙侵蚀和水土流失特征进行了研究。结果表明:与压实坡面相比,耕作坡面产流时间延长了18%,施肥坡面产流时间缩短了15%;经过扰动的坡面水土流失严重,与压实坡面相比,耕作和施肥坡面径流量分别增加了49%和55%;压实坡面产沙量为127.85g,比耕作坡面产沙量增加了10%,而施肥坡面产沙量减少了30%。坡面土壤氮磷钾养分流失主要以泥沙结合态为主,其中磷钾最为明显,泥沙结合态流失量均占到总量的90%以上,氮素流失是以泥沙态氮和溶解态氮共存;养分流失量与产沙量的相关系数均达0.9以上。     

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。     

赣北第四纪红壤坡耕地水土及氮磷流失特征

坡耕地水土及养分流失严重,该研究于2011年利用赣北第四纪红壤区野外径流小区定位观测试验数据,分析坡耕地水土及氮、磷、有机质流失特征。结果表明：地表产流产沙为裸露地最高、顺坡耕作和顺坡+植物篱次之,横坡耕作最小,横坡耕作比顺坡耕作减少径流62.71%、减少土壤侵蚀82.9%;坡耕地径流携带的可溶性氮、铵氮、硝态氮、可溶性磷的流失量都表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地泥沙携带的全氮、全磷、碱解氮、速效磷的流失量表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地可溶性氮中以有机氮流失为主,无机氮中以铵氮流失为主,泥沙中磷的流失主要以泥沙结合态流失。该研究可为坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。     

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。     

黄土坡面不同土地利用方式对土壤有机碳流失的影响

坡面土地利用方式与产流、产沙及土壤有机碳的流失具有密切关系。对延安燕沟流域的坡耕地、草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木以及刺槐林地径流小区的径流、泥沙及有机碳流失量进行了分析。结果表明：在不同土地利用方式下,产流、产沙量与植被覆盖度呈负相关关系;随径流流失的可溶性有机碳量表现为：坡耕地〉刈割草地〉草地〉刈割灌木地〉灌木地〉刺槐林地小区,随泥沙流失的有机碳量表现为：坡耕地〉草地〉灌木〉刺槐林地。随泥沙流失的土壤有机碳占总流失量的主要部分,而随径流流失的有机碳只占很少的比例。因此,增加黄土坡面植被覆盖度是控制产流、产沙量和有机碳流失的重要途径。     

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。     

不同施肥方式对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解不同施肥方式对黑土区坡面养分流失的影响,探寻不同施肥方式对黑土坡面养分流失的规律,试验采用室内人工模拟降雨的方法,系统研究了表面喷施和混施2种施肥方法对5种不同容重下的黑土坡面养分流失的影响。试验结果表明:表层喷施和混施对黑土坡面产流过程没有明显影响,2种施肥方法下,坡面径流强度变化情况基本一致,累计径流量也均随着降雨历时的延长呈线性增长关系。施肥方法对径流中氮磷钾浓度变化却有着极显著的影响。不论土壤容重增大或变小,在产流初期,表层喷施处理下的溶质浓度远高于对应的混施处理,表层喷施坡面径流中硝态氮、可溶性磷和钾离子初始产流浓度分别为对应混施处理的2.6~3.2倍,2.1~2.6倍和1.7~2.1倍。从养分流失总量来看,在相同容重条件下硝态氮、可溶性磷、速效钾流失量在表层喷施条件下分别是混施的9~11倍,7~10倍和3~6倍,并随着土壤容重增加,表层喷施与混施两种施肥方法下的硝态氮和钾离子的流失量差距缩小,而磷离子流失量差距则有所增大。当土壤容重小于1.2g/cm3时,表层喷施幂函数拟合系数要高于混施,当坡面土壤容重大于等于1.2g/cm3时,混施拟合系数高于表层喷施。     

不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响

研究川中丘陵区次降雨过程中不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式下,地表径流量的变化均随着降雨时间的增加呈对数变化趋势,在同一降雨时间内,地表径流量均表现为农田果园草地灌丛林地。(2)农田泥沙流失量随降雨时间的增加幅度较大,且在降雨后期出现陡增陡降的变化特征,其他土地利用方式下泥沙流失量的增加幅度较小;不同土地利用下泥沙流失量大小顺序为:农田果园草地灌丛林地。(3)农田和果园地表径流量和壤中流总量显著高于灌丛和林地(p0.05),地表径流量和壤中流均表现为:农田果园草地灌丛林地。(4)不同土地利用方式下泥沙积累量均随降雨时间的延续而呈指数变化趋势。(5)不同土地利用方式下水相氮磷流失量、泥沙氮磷流失量和氮磷流失总量均表现为:农田果园草地灌丛林地;不同土地利用方式下降雨径流过程中,氮素的流失是以径流水相为主,而磷的流失是以侵蚀泥沙相为主。(6)不同土地利用方式降雨前期土壤全氮和全磷含量大小均表现为农田果园草地灌丛林地,泥沙氮磷含量比雨前土壤表层氮磷含量有所增加,说明侵蚀泥沙对氮、磷具有富集作用,并且不同土地利用方式下侵蚀泥沙富集磷素能力高于富集氮素能力,综合比较可知,农田和果园侵蚀泥沙富集养分的能力最高,而灌丛和林地是减少水土流失的土地利用方式。     

表土结皮影响坡地产流产沙及养分流失的试验研究

采用人工降雨方法,模拟在无结皮、轻微结皮和严重结皮3种不同发育程度下,表土结皮对坡地产流产沙及磷钾流失过程的影响。结果表明,严重结皮具有降低产流、减少产沙的作用;坡地土壤磷钾流失过程均呈幂函数衰减趋势,无结皮坡地衰减速率最快;随着结皮不断发育,钾素流失形式以浸提态为主,逐步被溶解态所取代,磷素始终以泥沙浸提态流失占优势;与无结皮相比较,轻微结皮坡地磷和钾流失总量分别降低了20%和9%,严重结皮分别降低了52%和77%。因此,表土结皮具有减少土壤养分流失和延缓坡地土壤质量退化的作用。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

河南省淮河流域不同土地利用类型氮磷流失的特征分析

为了解河南省淮河流域农业面源污染特征,根据河南省淮河流域的地形地貌、降雨量、土地利用类型等因素,选择区域内有代表性的土地类型和试验点位,建立径流小区,通过测试连续2年的氮磷流失,分析不同土地利用类型径流水中氮磷浓度差异、氮磷流失量差异,并分析氮磷流失量与径流量和径流泥沙量的相关性。结果表明:土地利用类型不同氮磷流失存在明显差异,5种土地类型中种植蔬菜的土地氮的流失量最大,达10.21kg/hm2,种植花卉的土地磷的流失量最大,达3.98kg/hm2;地表径流中氮流失以溶解态氮为主要形式,磷的流失以吸附态磷为主要形式;氮磷流失量与径流量和径流泥沙量存在明显相关性。     

汇/分流截-排水方式对降低三峡库区坡地磷流失量的影响

优化坡面截-排水方式能有效调控坡面养分流失，对防控农业面源污染和保障下游水环境安全具有重要意义。该研究旨在探明坡面截-排水方式的阻磷效应，通过采集3种土地利用类型（坡耕地、荒草地、有林地）典型坡面土样，在106 mm/h雨强下展开室内暴雨模拟试验，分析3种截-排水方式（汇流排水T1、分流排水T2、无措施CK）对坡面磷流失的影响。结果表明，不同土地利用类型下，与CK相比， T1和T2平均径流率分别减小40.33%～44.33%、42.57%～54.52%，平均产沙率分别减少68.14%～71.15%、60.55%～72.57%。各截-排水方式下，有林地的平均产沙率显著低于荒草地和坡耕地。各土地利用类型下，全磷（total phosphorus，TP）、可溶性磷（dissolved phosphorus，DP）及颗粒态磷（particulate phosphorus，PP）的变化范围和平均浓度均表现为T1<T2<CK。与CK相比，T1、T2能显著减小TP、DP、PP的流失量（P<0.05）。坡耕地下，TP、DP、PP流失量平均降低幅度为T2(70.34%)>T1(66.47%)，而荒草地和有林地条件下，TP、DP、PP流失量平均降低幅度为T1（65.19%）>T2（59.16%）。研究表明，汇流和分流2种截-排水方式均能有效降低坡面磷素流失量，其中汇流方式可能更适用于荒草地和林地水系，而分流方式更适用于坡耕地水系。     

水土保持措施对径流泥沙及养分流失的影响

以北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园为研究对象,对2005—2009年汛期(5—11月)径流小区的径流量、侵蚀产沙量及养分流失量进行了分析。结果是:同为10 m坡长的径流小区,其径流量和养分流失量从大到小依次为裸地、坡耕地和石坎梯田,产沙量最大的是裸地,其次是石坎梯田,最小的是坡耕地;与裸地小区相比,10 m坡长的水土保持措施小区可减少全氮流失量50.5%~91.4%、减少全磷流失量31.8%~75.8%;20 m坡长裸地径流小区的径流量、泥沙量和养分流失量均明显大于鱼鳞坑,鱼鳞坑小区可减少径流量68.4%~83.0%、减少产沙量71.1%~82.7%、减少全氮流失量64.4%~74.9%、减少全磷流失量40.6%~87.3%。说明水土保持措施具有良好的保持水土和减少养分流失的作用。     

植被类型对黄土坡地产流产沙及氮磷流失的影响

植被类型影响黄土坡地径流、土壤侵蚀和和养分迁移过程。该研究通过野外水流冲刷试验,对比分析了6种植被条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。研究结果表明,大黄花拦蓄径流作用最为明显,而大豆最弱;产沙量随时间的变化会出现峰值特征,其中苜蓿控制土壤侵蚀作用要优于其他植被;径流中硝态氮和水溶性磷的浓度在放水初期随时间迅速衰减,而后趋于稳定,幂函数比指数函数能更好的描述径流中硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中的硝态氮含量随时间迅速衰减,而有效磷的含量则随着时间逐渐波动减小,二者的最高含量均发生在苜蓿地。养分的富集率与土壤侵蚀量成反比;径流硝态氮流失总量的大小关系为谷子苜蓿柠条玉米大豆大黄花,水溶性磷流失总量的大小关系为谷子玉米柠条大豆大黄花苜蓿,谷子、玉米、柠条、大豆、大黄花各自硝态氮和水溶性磷的流失总量基本相同(P0.05);土壤剖面硝态氮含量随着深度增大呈现出峰值特征,且峰值存在的深度不同,土壤有效磷主要积聚在表层5 cm以上,5 cm以下含量极低。综上可知,野外草本植被在拦截径流、减少土壤侵蚀和控制养分流失方面要优于农田作物,在植被恢复中应广泛采用农地撂荒的方式进行恢复。     

红黏土侵蚀劣地集水区30年植被恢复中的水沙特征

为探究红黏土侵蚀劣地植被恢s复的水土保持效益,在自然降雨条件下,对红黏土区裸地对照及植被恢复的2个自然集水区进行长期降雨径流泥沙监测,得到30年的产流产沙数据.结果表明:1)植被恢复第6年裸地对照和恢复林地的产流差距显著,8年后恢复林地基本不再产沙.年内产流产沙集中在雨季4-6月,植被的减流和减沙效益分别超过40％和90％.在次降雨尺度上,植被能够显著降低径流泥沙曲线斜率,在降雨量相同的条件下减小地表产流产沙量.2)降雨过程产流产沙与降雨强度I60变化趋势一致,呈多峰型,总体上恢复区延缓产流1h以上,产流峰值减小67％ ～ 83％,中雨条件下植被延缓径流和降低产流峰值的效益最好.3)恢复林地径流中全N、全P、全K流失量分别减少54.62％、57.53％、56.46％,次降雨过程中全N和全K流失质量浓度高于全P浓度,且随径流过程波动较大.植被恢复后的红黏土集水区产流产沙及养分流失显著减少,水土流失得到有效控制.     

雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀及氮磷流失的影响

采用人工模拟降雨的手段,在2种雨强(50,75mm/h)、4种坡度(5°,10°,15°,20°)条件下,研究了雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。结果表明:(1)降雨强度从50mm/h增大到75mm/h,相同坡度的坡面开始产流时间提前了2.75~4.79min。(2)随着雨强的增大,同一坡度的坡面径流量增加了12.53~15.80mm/m2,增加幅度为1.24~1.31倍;同一坡度的坡面产沙量增加了0.47~3.61kg/m2,增加幅度为0.77~2.90倍。坡面侵蚀过程中,存在临界坡度,为15°左右。(3)氮素流失以径流流失为主,泥沙中总氮的流失量较低,仅占径流总氮流失量的1.4%~9.7%。坡度较小时,磷素流失途径以径流流失为主,随着坡度的增加,磷素的流失途径以泥沙流失为主。(4)径流总氮流失浓度与径流强度呈线性正相关,泥沙总氮和总磷流失浓度与产沙率也分别呈显著的线性正相关。     

汶川地震区新生水土流失对土壤养分的影响

采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究汶川地震区新生水土流失对不同恢复类型样地土壤养分的影响。结果表明:(1)地表裸露、自然恢复和人工种植类型样地pH高于对照样地,各种恢复类型间土壤有机质含量差异显著。(2)土壤全氮含量在人工种植、对照样地处于丰富状态,在地表裸露、自然恢复样地处于贫瘠状态,铵态氮含量在对照样地最高,硝态氮在新生水土流失作用下流失严重。(3)土壤全磷含量在地表裸露和自然恢复样地低于人工种植和对照样地,通过降雨-地表径流、渗漏淋失等途径流失,速效钾含量均处于缺乏状态。(4)土壤全钾含量在对照样地最大,自然恢复样地最小,各种恢复类型样地速效钾含量基本处于缺乏水平,人工种植样地由于培肥的作用速效钾含量得到提升。