用聚丙烯酰胺控制丰雨区农地土壤侵蚀

应用阴离子聚丙烯酰胺(PAM)防治水土流失,已成为国际普遍采用的化学处理措施。2003年美国水土保持报道了美国印地安那州D.C.Flangan等人应用模拟降雨装置,在多干扰农田中,进行了施用PAM防治水土流失的试验研究,取得了在雨量充沛地区施用PAM防治水土流失的试验成果。第1次暴雨事件后,20kg/hm2PAM能使农用粉沙壤土的土壤固体颗粒淋失量减少60%,还能减缓60L/min高强度流水的冲刷侵蚀。在易严重侵蚀的地区用PAM处理后的土壤能有效控制侵蚀。对初始干土模拟降雨研究发现,在69mm/h降雨中,用80kg/hm2PAM可使粉沙壤土堤减少86%的地表径流和99%的土壤流失。在表土,用PAM液雾喷施风干的土壤比直接用干PAM颗粒处理的土壤更能及时有效地控制侵蚀。相信,此项研究对我国应用PAM防治水土流失的试验研究,有一定的借鉴作用。     

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。     

PAM与不同土壤调理剂混合施用对降雨入渗和土壤侵蚀的影响

土壤中施用聚丙烯酰胺(PAM)可以提高降雨入渗率,减少土壤侵蚀量。PAM大多施用于土壤表面。为了研究PAM与不同土壤调理剂混合施用对入渗率和侵蚀量的影响,对PAM(22.5kg/hm2)与保水剂(45kg/hm2)、粉煤灰(1 500kg/hm2)、腐殖酸(900kg/hm2)混合的6种施用方法进行了试验。结果表明,施加了PAM的土壤调理剂均能显著提高降雨入渗率和减少土壤侵蚀量。与对照相比,施加了PAM处理的降雨入渗率较对照试验提高了1.8～2.7倍,土壤侵蚀量减少约50%～70%,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用提高降雨入渗率效果最为显著,PAM和保水剂混合施用减少土壤侵蚀量最多,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用相比单独施用PAM均没有显著性差异。综合比较结果发现,PAM与粉煤灰混合施用增加降雨入渗率和减少径流的效果最好,PAM与保水剂混合施用抗土壤侵蚀效果最好。     

不同覆盖措施对陡坡控制侵蚀与建立植被的影响

建筑工地及其周边地区的水土流失和泥沙污染是在施工过程中由于土地扰动而导致未受保护的土壤面积增加的结果。以5个建筑工地为例,比较单一秸秆或秸秆+聚丙稀酰胺(PAM)在陡坡地上施用,评估不同类型的有机覆盖物在防治土壤侵蚀和植草方面的效果,在降雨后收集并计算径流、浑浊度、侵蚀泥沙和养分浓度等数据,同时评估陡坡上草的生长情况和覆盖度。     

聚丙烯酰铵和石膏防治土壤侵蚀

采用模拟侵蚀降雨对胡伯根(Hoberg)和布鲁塞尔(Brussels)土壤不同深度施用PAM、石膏或二者混施的土壤侵蚀进行了探索,试验结果表明施用PAM、石膏或二者混施,不同质地、不同深度的土壤延缓初始产流时间、降低径流量和冲刷量明显不同,施用20 kg/hm2 PAM溶液、40 kg/hm2 PAM溶液、20 kg/hm2 PAM溶液+5 t/hm2干石膏延缓了有机质含量≤0.15%土壤的初始产流时间,施用5 t/hm2干石膏延缓有机质含量低(0.2%)的酸性(pH=4.1)土壤的初始产流时间。施用20 kg/hm2 PAM溶液+5 t/hm2干石膏平均减少径流量25%,平均减少冲刷量47%(除有机质含量3.7%的土壤外)。各处理减少径流量和冲刷量的顺序为20 kg/hm2 PAM溶液+5 t/hm2干石膏>40 kg/hm2 PAM溶液>20 kg/hm2 PAM溶液>5 t/hm2干石膏,施用20 kg/hm2 PAM溶液+5 t/hm2干石膏效果最好。     

秸秆覆盖对东北黑土区土壤侵蚀及养分流失的影响

利用野外原位模拟降雨试验,研究了秸秆覆盖对东北黑土区坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。试验处理包括1个施肥水平(纯N为150kg/hm2;纯P为75kg/hm2),3个秸秆覆盖度(翻耕裸露,低覆盖2kg/m2,高覆盖4kg/m2),1个降雨强度(90mm/h,降雨历时60min)和1个坡度(5°),试验小区长10m,宽1m。研究结果表明,低秸秆覆盖与翻耕裸露处理相比,坡面的径流量和侵蚀产沙量分别减少了87%和99.86%;在高秸秆覆盖条件下,坡面不产生径流。低秸秆覆盖条件下,径流中的NO3-—N和PO34-—P的浓度分别是翻耕裸露处理的5.52倍和4.25倍,但NO3-—N和PO34-—P的流失量与翻耕裸露处理基本相同。同样,低秆覆盖条件下侵蚀泥沙中NO3-—N和PO43-—P的含量分别是翻耕裸露处理的4.38倍和2.93倍,但NO3-—N和PO43-—P的流失量与翻耕裸露处理相比分别减少了99.3%和99.6%。因此,在东北黑土区选取适宜的秸秆覆盖量对保护耕地质量具有重要意义。     

秸秆覆盖对黄土坡面矿质氮素径流流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了秸秆覆盖对坡面土壤矿质氮素径流流失和入渗的影响。结果表明：秸秆覆盖可使侵蚀量显著减少，减沙效应十分明显。由于秸秆覆盖使坡面径流流速减弱，增加了表层土壤与地表径流的作用强度，使溶解和解吸于径流中的矿质氮素含量增加，但由径流显著减少，矿质氮流失总量仍减少。与裸地相比，秸秆覆盖可显著地增加土壤水分和硝态氮的入渗深度和入渗量。     

自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响

本文通过野外径流小区观测试验,开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙和氮磷流失影响的研究。试验结果表明,秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间,秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少30.47%和22.88%,表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比,秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失总量分别降低27.42%和32.29%,但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形态,颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。     

自然降雨下玉米秸秆堆沤还田对滇中小流域坡耕地氮素流失的影响

为探究自然降雨下不同堆沤方式秸秆还田对小流域坡耕地径流泥沙及氮素流失的影响,以滇中二龙潭流域坡耕地为研究对象,设置9种不同玉米秸秆堆沤方式,分别为CK及8种处理,各处理包括2种秸秆还田量(0.75,1.5 kg/m^2)、2种秸秆粒度(1,5 cm)、2种秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤),研究烤烟坡耕地产流产沙及氮素流失特征。结果表明:(1)在4场具有典型产流的降雨中,施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒秸秆(5 cm),均可有效减少坡耕地产流产沙量(10.06%~38.60%和10.07%~38.60%);(2)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒秸秆(5 cm)及未添加尿素堆沤的秸秆径流TN、NO3--N浓度低于施用高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)、细颗粒秸秆(1 cm)及添加尿素堆沤的处理(1.96%~32.79%和3.97%~40.89%);(3)各处理下NO3--N/TN、NH4+-N/TN、PN/TN分别为63.64%~86.18%,5.31%~13.86%和5.33%~25.80%,表明坡耕地地表径流氮素主要流失形式为NO3--N,溶解态氮是径流中的主要氮素污染物;(4)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒(5 cm)秸秆、未加尿素堆沤的秸秆,泥沙TN流失浓度降低(16.87%~48.15%);(5)施用较高秸秆还田量、粗颗粒秸秆及未添加尿素堆沤可有效降低滇中坡耕地氮素的流失风险(0.32%~35.05%和54.52%~77.23%)。TN径流和泥沙流失中,以径流输出为主,占TN流失量的50.09%~71.67%。为了减少该流域氮素流失量,可选择施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒(5 cm)秸秆,并依据烤烟不同生长期的吸收情况和土壤养分情况等选择少量或不添加尿素堆沤进行秸秆还田。     

不同耕作方式与秸秆还田对稻田氮磷养分径流流失的影响

为明确自然降雨条件下稻田田面水氮磷养分径流流失特征,寻求秸秆还田和耕作方式结合下较为有效的减排农艺措施,通过田间试验研究自然降雨条件下不同耕作方式和秸秆还田对稻田田面水氮磷养分径流流失的影响。结果表明:秸秆还田处理较秸秆不还田处理更能够有效减少稻田氮磷养分径流流失总量;秸秆不还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮径流流失量分别为6.78,8.50,11.09kg/hm2,总磷流失量分别为0.50,0.63,0.78kg/hm2;秸秆还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮流失量分别为4.82,6.44,8.87kg/hm2,总磷流失量分别为0.39,0.51,0.70kg/hm2;整个稻季氮素径流流失率以免耕秸秆不还田为最高,达3.70%,翻耕秸秆还田为最低,仅为1.61%,磷素径流流失率也是免耕秸秆不还田最高,翻耕秸秆还田最低,分别为1.31%和0.65%。     

秸秆覆盖量对农田土壤水分和温度动态的影响

2009年4-11月,在山西寿阳旱地农业试验区对覆盖量为1500、3000、4500、6000kg/hm24个不同秸秆覆盖量处理和不覆盖处理的春玉米试验小区进行田间定位观测,采用自动记录土壤剖面水分测定仪和自计温度测定仪实时观测了不同秸秆覆盖处理的玉米全生育期的土壤水分和温度动态,结合生育期土壤蒸发的动态观测,研究了农田秸秆覆盖量对土壤水热动态的影响。结果表明,秸秆覆盖在作物生长前期和旱季对土壤表层的土壤蒸发和温度调控效果明显,秸秆覆盖量越大效果越明显。按照对土壤水分和温度的综合作用,试验区域秸秆覆盖对土壤水分和温度调控效果最佳秸秆覆盖量为4500kg/hm2;秸秆覆盖量越高对土壤蒸发的抑制效果越好,但覆盖量对降雨入渗和土壤温度的影响受降雨强度、土壤湿度、土壤类型等具体条件的不同而产生不同的效果,其规律有待进一步研究。     

不同降雨强度条件下植被毯护坡技术的产流特性

为了研究不同气候条件下植被毯技术的适用性,分析不同降雨强度条件对径流、入渗系数、入渗深度的影响,设置3种降雨强度(0.56、1.01、2.02 mm/min),通过侵蚀槽填土并布设各类植被毯,模拟施工边坡,并设置无覆盖对照组,使用侧喷式人工降雨大厅对侵蚀槽进行人工模拟降雨试验.结果表明:1)植被毯能够增加径流入渗,在降雨强度为1.01 mm/min时,麦秸秆植被毯和椰丝纤维植被毯最多分别能够增加27.7％和28％的入渗量;2)不同材料植被毯径流过程有明显的差异,在降雨强度为0.50、1.01mm/min时,入渗系数为麦秸秆＞椰丝纤维,降雨强度为2.02 mm/min时,入渗系数为椰丝纤维植＞麦秸秆;3)同种材料不同质量的植被毯径流总量有较大差异,同种材料中,200 ～ 300 g/m2的植被毯在3种降雨强度条件下均能够取得较其他质量植被毯更好的保水效果.     

自然降雨条件下减肥和资源再利用对东北黑土玉米地氮磷流失的影响

通过土槽模拟径流试验,在自然降雨条件下不施肥、常规施肥(化肥)测土配方施肥(减肥)、秸秆还田施肥和有机肥与化肥混施(资源再利用)对东北地区黑土玉米地表径流氮磷流失影响进行研究。结果表明,泥沙所携带的养分是养分流失的主要途径;测土配方施肥、秸秆还田和有机肥能有效减少地表径流氮磷流失负荷。在整个玉米生长期间,常规施肥径流氮磷流失负荷为2.0kg/hm2和0.2kg/hm2;测土配方为1.7kg/hm2和0.18kg/hm2;秸秆还田为1.5kg/hm2和0.17kg/hm2;有机肥为1.7kg/hm2和0.23kg/hm2。常规施肥肥料氮、磷流失率为3.02%和0.58%。减肥和资源再利用对黑土玉米地养分流失具有减缓作用。     

陕北坡地产流产沙特性及径流模拟

利用野外模拟降雨试验,研究了陕北坡地产流产沙的特性,结果表明:在相同雨强下,裸地径流总量是草地的1.15倍,是PAM地的1.46倍,是秸秆覆盖的2.64倍。裸地产沙总量是草地的1.3倍,是PAM地的1.5倍,是秸秆覆盖的44.4倍,秸秆覆盖的蓄水保沙效果最为显著;同一下垫面的累积产沙量与累积径流量呈显著的线性关系,相关系数0.95以上;根据短历时Philip公式建立的修正降雨产流模型,利用该模型对其径流进行了模拟。结果显示:修正的Philip模型可反映裸地、草地、PAM地的降雨产流特征,计算值与实测值误差在10%以内,满足精度要求,但对于秸秆覆盖地其适用性不强,有待于进一步研究。将土壤吸湿率S参数推求方法推广应用于草地以及PAM地,得到的土壤有效传导度与饱和导水率之间的关系为:草地K=0.90 KS,PAM地K=0.98 KS。该研究成果对于拟定不同黄土坡地的保水保肥措施具有重要参考意义。     

人工降雨条件下秸秆覆盖及留茬的水土保持效应

通过人工模拟降雨试验,研究了秸秆覆盖及留茬的水土保持效应。结果表明,秸秆覆盖和留茬均可延缓径流产生,其中5 000和3 000 kg/hm2秸秆覆盖分别能使初始产流时间延后427%和19%,而30 cm高留茬及15 cm低留茬覆盖则可分别延后初始产流时间107%和76%。5 000 kg/hm2覆盖量下累积径流量较对照减少了61.72%,土壤侵蚀量减少了86.7%;3 000 kg/hm2覆盖量下累积径流量减少了6.26%,土壤侵蚀量减少了60.1%,实施覆盖能够有效抑制水土流失,且以高覆盖量的作用效果更为显著。30 cm高留茬的土壤侵蚀量较对照减少了62.9%,15 cm低留茬覆盖减少25.6%,留茬能够有效防止土壤侵蚀,但对径流量无明显影响。     

控制坡地水力侵蚀危害的管理措施

根据坡面水力侵蚀由降雨击溅力和径流侵蚀力作用于坡面土壤,从而引起土壤颗粒的剪切破坏分离,被径流携带引起流失的作用机理,从植被覆盖、人工覆盖、消减径流量、减小径流流速、增强土壤抗分散、抗剪切能力等方面入手,采用适宜的生物、工程、耕作及化工产品综合措施,达到防止或减轻坡面侵蚀,保护土地生产力之目的。     

永定河流域农业土壤氮磷损失的计算及分析

为了解决当前农业生产过程中氮磷损失量计算过程中存在的不确定性问题,该文结合硝酸盐、铵盐与土壤颗粒结合类型的差异,从氮循环的角度定量评价降雨径流作用下的土壤氮损失量;结合磷元素的运移与土壤类型密切相关的特性,通过对土壤中的溶解态、颗粒态磷质量分数进行计算,确定农田径流量对应下的土壤磷损失量。永定河流域化学肥料施用量过大,致使土壤总氮损失量为96kg/hm2,总磷损失量为9kg/hm2,研究区内部的氮磷损失量数值差异较大。由于流域氮磷损失量计算方法充分考虑了流域土壤及施肥特性,因此,计算结果具有一定的合理性和适用性。本研究为土壤氮磷损失计算以及流域农业生产面源污染的源头控制提供依据。     

干粉PAM溶解时间对土壤饱和导水率的动态影响

本试验选取两种质地土壤(黏壤土和砂壤土),采用3种干粉PAM施用水平(0、22.5 kg/hm~2和45 kg/hm~2),测定土样在10.25 mm/h入渗速度下的土壤饱和导水率(KS),然后根据土样团聚体含量和稳定性及团聚结构的微观图片,分析干粉PAM影响下土壤结构的变化特征,进而说明干粉PAM溶解时间对KS的影响机理。结果表明:施用PAM后,KS随干粉PAM在水中溶解时间的延长而逐渐减小,最终趋于稳定;干粉PAM溶解时间较短时,PAM处理的KS高于对照,其中PAM施用水平45 kg/hm~2时砂壤土KS提高幅度最大,较对照提高26.87%,但不同PAM施用量处理间的KS差异不显著。干粉PAM溶解时间足够长时,PAM处理的KS均显著低于对照,其中PAM施用水平45 kg/hm~2时黏壤土KS降低幅度最大,较对照降低10.86%,但是不同施用量处理间KS差异不显著。从影响机理上分析,PAM主要是通过增加土壤团聚体含量及稳定性来提高KS;而干粉PAM溶解时间足够长时,由于PAM易吸附土壤颗粒,水解后的PAM分子链不断伸张延长,堵塞了土壤孔隙,加上PAM本身的黏滞特性,从而降低了KS。研究干粉PAM溶解时间对KS的动态影响,可以为PAM在改善土壤导水能力方面的应用提供理论依据。     

耕作方式与地表覆盖量对苜蓿及小麦地水蚀过程的影响

通过模拟降雨对定西苜蓿-春小麦轮作土壤的水蚀过程进行了研究，试验结果表明：苜蓿翻耕（T1）处理的地面积水产生时间最长，苜蓿不翻耕处理（T2）径流产生时间最长，显著高于其它3个处理。在整个模拟降雨过程中，不翻耕处理的径流产生速率总是低于翻耕处理的径流产生速率，其中以苜蓿不翻耕处理（T2）的径流速率最小，而两个翻耕处理的径流速率之间无显著性差异。T2处理的入渗速率始终高于其他3个处理；秸秆覆盖可有效地降低累积径流量和总侵蚀量，增加累积入渗量；在不同处理中，以苜蓿不翻耕处理加100％秸秆覆盖抗水蚀的效果比较明显。