大气O_3升高对小麦根际土壤微生物量和氮素转化酶活性的影响

通过开放式臭氧浓度升高试验平台(FAOE)对扬麦16(臭氧耐受品种)和烟农19(臭氧敏感品种)根际土壤氮转化相关酶活性进行研究。结果表明:臭氧熏蒸5年后,小麦根际蛋白酶活性未发生显著变化;敏感品种根际脲酶活性增高4.01%;氨氧化酶活性在敏感和耐受品种根际土壤中分别提高19.38%和203.66%,土壤NH_4~+和NO_3~-显著升高,但微生物量氮显著下降;硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性分别呈现下降和升高的趋势,这种变化在臭氧敏感品种土壤中更显著。冗余分析表明,全氮、臭氧和pH是显著影响这5种酶活性的最主要因素。试验的结果表明,在大气臭氧浓度升高条件下,小麦根际氮循环会在酶的调节下发生变化,可能会增加土壤氮素以温室气体N_2O和硝酸盐形式损失的风险,且臭氧敏感品种根迹土壤变化更显著。     

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。     

水力梯度影响下WEPP模型估计细沟侵蚀参数的可行性分析

为分析近地表水文条件影响下WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型估计细沟可蚀性和临界剪切力的可行性,该研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,采用不同水力梯度值模拟饱和/渗流(水力梯度为0、0.71和1.43 m/m)和排水(水力梯度为?0.71和?1.43 m/m)2种近地表水文条件,并设置3个放水流量(0.55、1.58、2.51 L/min),利用"V"形试验土槽测定不同条件下细沟产流产沙,以WEPP模型估算的土壤可蚀性和临界剪切力为计算值。测定增大流量直到侵蚀开始并出现连续不断的土壤颗粒分离时所对应的流量,将基于此流量计算获得的临界剪切力作为实测值。比较临界剪切力计算值与实测值验证WEPP模型估算的可靠性。结果表明,在饱和/渗流条件下,土壤剥蚀率随着冲刷历时的增加逐渐减小;在排水条件下,放水流量为0.55 L/min的土壤剥蚀率随冲刷历时的增加快速减少并逐步稳定,而随着放水流量增大土壤剥蚀率波动的更为剧烈。5个水力梯度平均细沟可蚀性为2.51×10?2 s/m。饱和/渗流条件下细沟可蚀性为3.07×10?2 s/m,是排水条件的1.78倍。除水力梯度为?1.43 m/m时临界剪切力在WEPP模型中的计算值与实测值相符外,在?0.71~1.43 m/m范围内,临界剪切力的计算值均高估了实测值,平均高估了36.85%。临界剪切力实测值与计算值呈指数函数关系(R2=0.77,P0.01)。该研究可为黄壤的侵蚀防治及WEPP细沟侵蚀模型临界剪切力修正提供理论支持和科学指导。     

雨强和坡度对黄土陡坡地浅沟形态特征影响的定量研究

浅沟形态特征是建立陡坡地坡面浅沟侵蚀预报模型的基础。为了定量研究黄土陡坡地浅沟形态特征,在长8 m、宽2 m、深0.6 cm的试验土槽上制作了雏形浅沟,设计了2个降雨强度(50、100 mm/h)和3个浅沟发生的典型坡度(15°、20°、25°),利用模拟降雨和径流冲刷(10 L/min)相结合的试验方法定量分析了黄土陡坡地的浅沟形态特征。结果表明:降雨强度和坡度的增加均加快了坡面浅沟侵蚀过程并使浅沟沟槽宽度和深度不断增加,25°和100 mm/h降雨强度下的浅沟沟槽平均宽度和深度比15°和50 mm/h降雨强度下的分别增加1.40和0.61倍。根据测针板法得到的3 cm×10 cm精度的地表高程值数据,在Surfer软件中生成不同试验处理下的地面数字高程模型(DEM,digital elevation model)及水流流路图等,发现坡度的增加使两侧坡面细沟汇入浅沟沟槽的坡长增大,而降雨强度的增加则导致浅沟沟槽两侧坡面细沟汇入浅沟沟槽的坡长缩短,同时,沟道密度、地面割裂度和浅沟复杂度均随着降雨强度和坡度的增加而呈现增大的趋势,三者分别变化于0.74~1.48 m/m2、0.13~0.29和1.64~2.84之间,而不同降雨强度和坡度条件下浅沟沟槽宽深比变化于0.65~1.27之间。基于不同试验处理下的DEM,根据相邻格网关系在水平方向上计算方向导数后发现,方向导数格网等值线图可以有效地反映坡面浅沟和细沟的长度、表面积及侵蚀最严重的浅沟沟底位置。     

薄层紫色土坡耕地胶体颗粒随地表径流及裂隙潜流迁移规律

为查明薄层紫色土坡耕地土-岩二元结构中胶体颗粒随地表径流和泥岩裂隙潜流迁移的规律,在2015年3场自然降雨事件中对1 500 m~2大型坡耕地径流场进行监测研究。结果表明:1)地表径流的产流方式主要受土壤前期水饱和度、降雨强度和历时影响;裂隙潜流则主要受降雨量控制,其峰值流量对降雨的响应滞后于地表径流30 min左右;坡中部和坡下部对地表径流、裂隙潜流的贡献明显高于坡上部。2)地表径流中胶体颗粒质量浓度数十倍于裂隙潜流,最高可达4 827 mg/L,单场降雨事件中地表径流胶体迁移总量可超过7 kg。3)地表径流和裂隙潜流中胶体迁移速度快于径流,胶体质量浓度峰值的出现早于径流量峰值;地表径流中的胶体颗粒质量浓度主要受土壤水饱和度和径流过程控制。该研究结果对于估算农田中胶体结合态污染物的迁移通量具有参考价值。     

纳米碳对不同植被覆盖下黄土坡地降雨侵蚀的抑制效果

纳米碳对黄土高原地区土壤水分运动具有显著影响。该文基于野外人工模拟降雨试验,研究了不同植被覆盖(空地、柠条、苜蓿、黄豆和玉米)条件下,在黄土坡面上中下位置条施不同质量分数纳米碳(0、0.1%、0.5%、0.7%和1.0%)对坡地产流产沙过程的影响。该文试验设计1.0 m×1.0 m降雨小区,前期在小区坡面种植植被以及埋入不同质量分数纳米碳,其中未做植被覆盖处理和未施加纳米碳的小区作为对照,共25个试验小区。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,雨强为60 mm/h,降雨历时40 min。降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究在不同植被覆盖条件下纳米碳对黄土区坡地径流与泥沙的调控机理影响。研究结果显示,在土壤中施入纳米碳,对坡面初始产流时间的影响显著。随着施入纳米碳质量分数的增加,不同植被覆盖的初始产流时间总体随之增加,在4种植被覆盖中,苜蓿延缓产流时间效果最明显,较之空白对照最大增加了287.1%。纳米碳的施入,使各植被覆盖中坡面径流量明显降低,施入不同质量分数纳米碳,各植被覆盖中减流效果最显著的仍为苜蓿,径流量较之对照减少了66.47%,而空地、柠条、黄豆、玉米这4种处理减流幅度均在31.5%~33.6%之间。同时,纳米碳对于坡面径流减沙效果亦非常显著。施入纳米碳后,各植被减沙效果排序依次是:苜蓿柠条玉米黄豆。通过纳米碳对产流产沙量的影响进行相关性分析,得出纳米碳对试验结果具有显著的影响;在水土流失调控效果评价值影响分析中,纳米碳对水土流失调控效果较合适的质量分数为0.5%。综上,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区水土流失的治理具有积极作用。     

降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀特征的影响

选取3种东北黑土区有代表性的侵蚀性降雨(60,90,120mm/h)和3个典型坡度(3°,5°和7°),采用模拟降雨试验方法,研究不同降雨强度和坡度下黑土区土质道路路面径流量、侵蚀量以及产流产沙过程的变化特征。结果表明:不同降雨强度和坡度试验处理的径流量主要变化于56.3~61.8mm;而路面侵蚀速率随降雨强度和坡度的增加分别增大1.8~11.0倍和1.2~10.0倍,且二者相互促进,共同影响土质道路路面土壤侵蚀。此外,降雨强度对黑土区土质道路路面产流率变化过程的影响明显,而坡度的影响较小。随着降雨强度和坡度的增加,含沙量均明显增大,且波动幅度逐渐增强。可见,降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀影响显著,可以通过消减雨滴动能以及改变路面性质防治道路水土流失。     

喀斯特岩溶裂隙对地下径流和氮素垂直渗漏的影响

为了探究水土漏失过程对岩溶裂隙发育形态的响应,采用野外模拟降雨试验,研究了裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)两种结构形态岩溶裂隙对地下径流及氮素垂直渗漏的影响,并以全土微区(QT)为对照。结果表明:裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)和全土(QT)3个处理中地下径流对降雨的响应时间表现为XLXMQT,其初始地下径流产流时间分别是29,77,139min,XL和XM初始地下径流产流时间分别比QT减少了79.14%,44.60%;降雨产流阈值分别为20.64,55.06,94.90mm,以QT的降雨产流阈值为基准,XL和XM的降雨产流阈值分别减少了78.25%,41.98%;地下径流达到稳定的时间分别为59,107,169min,稳定径流速率分别为42.09,42.36,38.24mm/h。不同结构形态岩溶裂隙下XL全氮、硝态氮渗漏浓度最高,浓度均值分别为11.64,10.45mg/L,除XM外,XL、QT在降雨结束前地下径流中的全氮、硝态氮浓度基本达到稳定;不同结构形态岩溶裂隙下全氮渗漏量表现为XLXMQT,硝态氮渗漏量表现为XMXLQT,地下径流中氮素输出的主要形式为硝态氮,其比例约占全氮渗漏量的82.32%~90.12%,而铵态氮渗漏量占全氮渗漏量的比例不足2%。裂隙的存在,尤其是出露地表裂隙的存在,增加了微区底部单位面积土壤地下径流速率,同时还增加了微区底部单位面积土壤氮素渗漏量,喀斯特地区普遍存在的裂隙结构促进了水分入渗,加剧了地下径流中氮素的渗漏。本研究相关结果可为喀斯特地区水土漏失机制的探索以及物质迁移模型的构建提供科学依据。     

武汉市2015年不透水面的提取及其空间自相关分析

利用分类回归树(CART)从高分一号遥感影像提取武汉市2015年不透水面,总体精度为94.17%,Kappa系数为0.8986,满足精度要求.然后通过Moran指数I和Moran散点图对武汉市13个城区的不透水面盖度进行了空间自相关分析.结果表明,Moran指数为0.2412,高度显著,说明武汉市13个城区的不透水面盖度存在较强的正向空间自相关.同时,位于武汉市中部的武昌区、青山区、江岸区、江汉区、汉阳区和硚口区都位于Moran散点图的第一象限,说明武汉市不透水面在中部地区高度集聚;其他7个城区位于第二象限,说明这7个城区的不透水面盖度较低且呈离散分布.总体而言,武汉市2015年13个城区不透水面盖度存在较强的空间自相关,且中部高,四周低,与实际情况基本一致.     

伊犁河流域坡面径流侵蚀试验研究

通过野外径流小区实地放水冲刷试验,研究伊犁河流域大豆坡地与裸地在不同放水条件下土壤水分变化及大豆减流减沙效应,并运用水力学理论分析坡面径流水力学参数特征。结果表明:大豆与裸地土壤入渗率随放水流量的增加呈现递增的趋势,与裸地相比,大豆坡面入渗率增加20%,产沙时间晚于裸地8 min左右;大豆坡面较裸地具有显著的减流减沙效应,输沙率减少93.6%,径流系数减少63.5%左右,其削减径流作用明显弱于减沙效应;随着放水流量的增加,大豆与裸地输沙率均呈递增趋势;坡面径流平均流速、径流深、雷诺数、Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,弗劳德数逐渐减小,流速与流量呈幂函数关系,水流为层流、急流状态。