南方红壤区水土流失综合治理模式研究——以江西省为例

[目的]总结分析几十年来南方红壤区水土流失综合治理模式研究和实践,为水土保持实践中合理应用相适宜的模式提供参考。[方法]通过文献查阅和已有试验成果总结,以江西省为例,根据区域存在的水土流失问题,综合水土流失治理技术、治理工程实践和水土保持政策等三个方面,提出相应的治理模式。[结果]对于南方红壤区难于治理和危害较大的侵蚀地类,系统总结了坡耕地"一控二保"治理模式、坡地果园"一高双低"治理模式、崩岗"三型"治理模式、林下水土流失"两类"治理模式、强烈侵蚀"两荒"地治理模式等5套可行的技术模式,小流域综合治理和生态清洁小流域治理等2类工程实践模式,以及农户帮扶模式、大户治理模式、以奖代补模式、精品园区模式等4项政策引导模式。[结论]结合江西省长期以来效果良好的水土流失治理经验和做法,提出了新时代水土流失综合治理模式与内涵。治理模式的提出可为山水林田湖草系统治理提供参考。     

赣南水土保持植物措施和工程措施防控效应研究

水土流失不仅会造成江河湖库泥沙淤积,而且是面源污染的重要来源。水土保持植物措施和工程措施对水土流失及面源污染具有防控效果。通过径流小区的定位观测试验,定量研究了水平竹节沟、水平台地、前埂后沟与乔灌草、植物篱、梯壁植草等水土保持工程、植物措施的综合防控效应。2010-2012年的试验结果表明:相对于荒地,乔+灌+草+水平竹节沟、油茶+水平竹节沟、油茶+植物篱、脐橙+水平台地+梯壁植草的减流率分别为68.86%、84.05%、35.59%、78.35%,减沙率分别为76.47%、81.96%、26.28%、79.66%,总氮拦截率为49.75%~61.91%,总磷拦截率在98%以上。     

层状红壤水分入渗特征试验与模拟

认识土壤结构对土壤水分运移影响是提高土壤水分利用效率和控制面源污染的重要基础.以容重为1.35和1.55 g/cm³的均质土及其组成的上松下紧层状土壤结构为对象,采用室内土柱恒定水头水分入渗试验和模型模拟相结合的方法,分析不同土层结构的水分入渗过程及水分再分布特征.结果表明,上松下紧的层状土壤积水入渗速率过程可明显分为上层入渗阶段和下层入渗阶段; 与均质土相比,层状土轻微降低了上层的入渗速率和提高了下层初始速率,但对下层的稳定入渗率影响不大.层状土壤可显著提高上层土壤含水量,且水分再分配过程在界面处发生了突变.采用HYDRUS-1D模型模拟层状土壤入渗水分再分布,直接组合均质的土壤水力参数模拟效果较差,需要对进气吸力进行参数优化.研究成果可为红壤地区土壤水分管理和污染防治提供理论支撑.     

红壤坡面集水区水生态保护与修复试验研究

红壤坡地经果林开发产生的水土流失往往成为面源污染的载体,带来水环境污染。通过在江西水土保持生态科技园设置油茶园坡面径流小区和集水区沟道取样点,试验研究红壤坡面径流在集水区中水质的变化情况。结果表明：油茶园采用前埂后沟+反坡台地措施后侵蚀强度为微度,径流水质在Ⅲ类水水平以上,水保措施在坡地经济果木林开发的过程中可起到防控水土流失和面源污染的作用;坡面水土流失防治措施与湿地过滤带措施相结合,经“源-流-汇”系统治理,能达到水生态保护与修复的目的。     

壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地氮素迁移输出过程模拟

以红壤坡地大型渗漏装置(裸地)为研究对象,分析了泥沙量-地表氮素输出量、壤中流量-壤中氮素输出量等观测数据之间的数学关系,构建了氮素随径流泥沙输出的经验模型,并将该模型与经典的土壤水分运移模型(HYDRUS-2D)、坡面土壤侵蚀模型(WEPP)进行耦合,最终形成了一套同时可定量描述地表径流、泥沙、壤中流、氮素输出过程的综合模型。以实测数据对模型参数进行校正并进行了模型检验,校正后的参数对径流量、泥沙量、壤中流量、氮素输出量均具有较好的模拟效果(决定系数在0.41以上),其中壤中流量和壤中氮素输出量模拟效果更好,决定系数分别达0.88和0.84。分析模拟结果表明,在降雨产流期壤中氮素输出量显著高于地表氮素输出量,且在未降雨期间氮素随着壤中流持续输出,进一步印证了壤中流是红壤坡地氮素的主要流失途径。此外,壤中流产流高峰较降雨峰值延后,且一次降雨的壤中流会持续数天,说明土壤起到了一定的缓冲作用。     

西苕溪流域非点源氮污染特征

通过对西苕溪流域不同用地类型的子流域出口设置监测点并进行定期水质监测,探讨该流域非点源氮污染特征及其区域性差异。不同月份的监测结果表明,总氮（TN）、溶解性总氮（DTN）、硝态氮（NO3--N）浓度在12月最高,7月次之,4月最低;铵态氮（NH4＋-N）浓度在7月最高,12月次之,4月最低。典型子流域日监测数据表明：林地子流域水质监测点测得的氮明显低于耕地,降雨期林地子流域出口的氮浓度增加,耕地子流域降低,干旱期则相反。研究表明流域非点源氮污染主要受农业耕地用地类型的控制,降雨径流是西苕溪流域非点源氮输出的主要驱动因素,用地类型、不同形态氮的理化性质差异导致流域非点源氮呈现明显的季节、空间分布特征。     

枯落物敷盖对红壤坡地土壤水分特性的影响

为探明红壤坡地枯落物敷盖的保水作用及其机理,在江西省北部德安县第四纪红黏土母质发育的红壤坡地开展定位试验,以裸露坡地为对照,研究枯落物敷盖措施实施15年后对0—60cm土层土壤的持水性、供水性和水分有效性的影响。结果表明:赣北红壤坡地的土壤水分持水能力低,供水能力弱,有效水含量少,仅为9.0%~11.1%;枯落物敷盖处理的红壤坡地上层(0—30cm)土壤持水能力高于裸露坡地;低吸力范围(100kPa)枯落物敷盖处理的下层(30—60cm)土壤供水能力高于裸露坡地。枯落物敷盖能够有效提高红壤坡地土壤(尤其是上层土壤)持水能力,增强上层土壤在相对湿润状况下的供水性能,而对土壤水分有效性影响相对较弱。该研究可为优化地表敷盖措施、增加和保持土壤水资源以及合理开发利用南方红壤坡地提供参考。     

基于RECARGA模型生物滞留池设计参数的水文效应

为探讨运用数学模型进行生物滞留池构型和参数优化设计的方法,以RECARGA模型为工具,评估生物滞留池的设计参数和结构改变的径流水文调节效果,定量分析设计参数与水文性能的关系,从而确定适宜的生物滞留池配置方法。结果表明:设施底层土壤导水率是整个滞留系统水文性能的限制因素,年雨水滞留量随土壤导水率的增加呈显著的对数函数增加。雨水滞留率与设施表面积比率有着显著的对数函数关系。雨水滞留量与蓄水层厚度呈显著的幂函数关系,而与根系层和贮水层厚度呈良好的线性关系;考虑排水因素,蓄水层深度建议不宜大于15 cm。研究结果可为生物滞留池的科学设计提供理论依据。     

基于DNDC模型的红壤旱坡花生地N2O排放模拟研究

为探究DNDC模型在红壤旱坡地N2O排放模拟的适用性,以赣北红壤旱坡花生地为研究对象,设置常规耕作和轻简化免耕2种处理,连续3年（2019—2021年）采用静态箱-气相色谱法开展N2O排放的田间原位观测试验,研究不同耕作处理下N2O排放特征及DNDC模型模拟效果。结果表明：DNDC模型对不同耕作处理下0~10cm土壤温度（相关系数r为0.86~0.87）和作物产量（r为0.90）的模拟效果较好。该模型能较好地模拟花生季因施肥和降雨引起的N2O排放波动变化,也能较好地模拟常规耕作下土壤N2O排放峰,但会在一定程度上低估轻简化免耕的N2O排放峰和排放总量,且模型对16mm以下的降雨响应较小。土壤pH值、施肥量对红壤旱坡花生地N2O排放的影响最大,降雨量、土壤有机碳含量和粘粒含量也是影响N2O排放的重要因子。模型模拟2019年不同施肥量下N2O排放总量与花生产量发现,氮肥施用量不能低于76.54kg/hm2,也不宜超过106.78kg/hm2。研究结果可为红壤坡耕地作物种植优化、农业温室气体减排等提供理论依据。     

太湖上游大溪水库流域营养盐输移时空特征分析

大溪水库位于太湖上游地区,是溧阳市的重要饮用水源地之一,近年来流域内湖（库）体水质有下降趋势。基于2008—2009年对入湖主要支流水质营养盐浓度监测数据,实地考察流域内的主要污染源以及耕作制度等因素,并以2009年航空遥感影像解译获得的土地利用数据为基础,结合季节气候变化以及农业活动等环境影响因子,分析流域内营养盐时空分异特征及原因,为改善和治理饮用水源地水质工作提供科学依据和保障。结果表明,大溪水库流域不同支流水质营养盐浓度空间差异显著,表现为临湖东岸的氮磷营养盐浓度普遍高于西岸及上游的洙漕河流域,是大溪水库流域氮磷营养盐主要的源;各流域的TN、DTN、NO3--N浓度逐月变化趋势基本一致,TP、DTP季节间浓度变化趋势不明显。进入大溪水库流域的氮素主要以可溶性氮素为主,TN平均浓度为1.82mg·L^-1;磷素主要以非溶解态磷素的形式输移,TP平均浓度为0.116mg·L^-1;总体水质属于Ⅳ水质。营养盐输移时空差异的原因与各小流域土地利用状况、农业活动及降雨季节变化关系密切。