红壤坡地氮溶质分层输出特征试验研究

南方红壤丘陵地区降水集中且多暴雨,土层薄,易被冲刷侵蚀,坡地农林开发中以径流为载体传输的氮素面源污染对水环境造成威胁。本文利用大型土壤渗漏装置,在施肥前、施肥后、施肥后一年3个不同时期3场自然降雨事件下,对植草覆盖、干草敷盖和裸露3种处理下红壤坡面氮素随径流垂向分层输出特征进行分析。结果表明:地表径流总氮(TN)输出量各处理排序为裸露干草敷盖植草覆盖,壤中流和地下径流总氮的输出量干草敷盖裸露植草覆盖。在暴雨条件下红壤坡面径流中总氮分层输出以地下径流为主(占55.28%~95.30%),氮素流失不仅体现在地表(占0.12%~42.16%),更多地还体现在地下的壤中流和地下径流。植生覆盖和枯落物覆盖等水土保持措施有利于可溶性无机氮的下渗。     

基于不同雨型的地表径流与壤中流输特征研究

利用岫岩县大洋河上游大型土壤渗漏装置,对棕壤坡地裸露、干草敷盖、植草覆盖3种存在方式,在3年期间32场次天然降雨下的径流输出特征开展研究。结果表明:小雨雨型下裸露处理、干草敷盖和林草覆盖均未形成地表径流,而中雨雨型下壤中流与地表径流总量之比依次为12%、81%、58%,干草敷盖促进降雨入渗的性能最好;大雨及以上雨型下裸露形式以地表径流为主,其占比达到90%,而敷盖和覆盖处理以壤中流产流为主,在雨量较大的情况下能够增加地表入渗量;在开发低山丘陵区坡地时,为实现较好的保水保墒效果应采取植物栽种、辅以覆盖的措施。     

不同植被措施下红壤坡地径流产沙对天然降雨的响应

通过分析气象观测站收集的年内各降雨特征参数,研究了野外植被覆盖及敷盖措施相对于裸露小区的径流产沙特性对天然降雨的响应,分析了植被措施的减水减沙效益。结果表明:(1)裸露小区、植被敷盖小区、植被覆盖小区有效降雨次数随月份变化峰值出现在4~5月,占全年降雨总场次比例分别为31.1%、25.3%和20.1%;降雨量在4~5月及7~8月出现两次峰值,分别占全年降雨量的比例为63.2%、66.4%和70.5%。降雨强度的峰值均出现在7月,是其他月份的1.1~6.5倍。(2)植被敷盖和覆盖小区年内平均地表径流量较裸露小区分别减少91.4%和95.8%,年内平均侵蚀量均减少99.9%。覆盖小区较敷盖小区的减流减沙效果更显著。(3)裸露小区、植被敷盖和覆盖小区总径流系数分别为77.5%、87.4%和81.1%。径流量、侵蚀量均与降雨量呈显著相关性。     

红壤坡地覆盖与敷盖径流调控特征研究

坡面径流是造成水土流失的主导因子,控制水土流失的关键是科学调控坡面径流。通过土壤水分渗漏装置(Drainage Lysimeter),探讨红壤坡地覆盖与敷盖径流调控特征。结果显示:不同处理不仅年总径流量存在差异,而且径流分配差异更明显;百喜草敷盖处理年总径流量最大,对照次之,百喜草覆盖最小;百喜草覆盖和百喜草敷盖处理的地表径流远小于对照处理,而地下径流量却超出对照处理许多;年均地表径流与地下径流调配比值百喜草覆盖、百喜草敷盖和对照处理分别为1/51.7,1/35.5和1/1.4。     

紫色土坡耕地磷素流失特征及施肥方式的影响

通过雨季典型降雨-径流事件中不同施肥方式下土壤磷素流失的野外定位观测,研究紫色土坡地磷素随地表径流和壤中流流失的通量、过程特征及其施肥方式的影响。结果表明,紫色土坡耕地地表径流过程呈多峰的时间变化特点,壤中流呈单峰且其产流时间滞后于地表径流;雨季次降雨平均径流量为23.6～29.1mm,壤中流是雨季的主要径流输出方式。地表径流总磷(TP)平均浓度远高于壤中流,泥沙吸附态磷(PP)是地表磷素流失的主要形态;溶解态有机磷(DOP)是壤中流流失的主要磷素形态。施肥方式显著影响地表径流TP浓度,常规施肥(NPK)、有机肥-化肥配施(OMNPK)、有机肥(OM)、秸秆-化肥配施(RSDNPK)各施肥处理的地表径流TP平均浓度呈依次减小的顺序。次降雨平均磷素流失负荷呈RSDNPKOMNPKOMNPK的规律;壤中流是紫色土坡耕地磷素流失不可忽视的重要通道。施肥方式仅能控制地表径流磷素流失,而控制壤中流磷流失的效果不佳,有待更深入的研究。     

NAM模型对参数变化敏感性的灰色关联分析

利用灰色系统关联分析方法分析了NAM模型参数变化对模拟径流深、洪峰流量和峰现时间的影响。结果表明:浅层蓄水容量对NAM模型模拟径流深的影响最小;地表径流系数、壤中流出流时间、地表径流和壤中流汇流时间常数对NAM模型模拟洪峰流量的影响较大,地表蓄水层蓄水容量和浅层蓄水容量对NAM模型模拟洪峰流量的影响较小;地表径流系数对NAM模型模拟峰现时间的影响最大,壤中流出流时间对NAM模型模拟峰现时间的影响最小。     

百喜草对红壤坡地氮磷养分流失特征影响分析

为了研究南方红壤地区的氮磷等养分的流失规律,采用裸露对照(处理Ⅰ)、百喜草敷盖(处理Ⅱ)和百喜草覆盖(处理Ⅲ)3种处理措施进行比较,分析了百喜草对红壤坡地氮磷流失特征的影响。研究结果表明,水土流失是导致氮磷养分流失的主要原因,氮磷的流失以泥沙携带为主。3个处理小区中氮磷的流失浓度基本呈现先增大后减小并最终趋于稳定的状态,氮磷流失浓度的大小受降雨量及降雨历时等影响不大,受降雨强度影响较大。处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区内的总氮及总磷流失量要远远低于处理Ⅰ小区,均可有效控制氮磷的流失,其中以处理Ⅲ效果更佳并且便于实施。     

灰关联分析方法在NAM模型参数敏感性分析中的应用

应用NAM模型对资水水系夫夷水流域新宁水文站的洪水过程进行模拟。利用灰色系统关联分析方法来研究NAM模型参数对模型模拟径流深、洪峰流量和峰现时间的影响。计算实例表明：浅层蓄水容量对NAM模型模拟径流深的影响较大,地表径流和壤中流汇流时间常数对NAM模型模拟径流深的影响较小;地表径流系数、地表径流和壤中流汇流时间常数对NAM模型模拟洪峰流量的影响较大,壤中流出流时间对NAM模型模拟洪峰流量的影响较小;地表径流和壤中流汇流时间常数对NAM模型模拟峰现时间的影响较大。     

红壤坡地不同生态措施地下径流养分流失研究

利用大型土壤渗漏装置(Drainage Lysimeter)对百喜草覆盖、百喜草敷盖、裸露三种生态措施的地下径流养分流失问题进行了研究.结果表明:在试验期间这三种处理措施氨氮流失总量分别为992.64 mg,2 679.67 mg,258.84 mg;总氮流失总量为1 096.494 mg,3 108.376 mg,295.064 8 mg;总磷流失量为603.35 mg,3 109.45 mg,182.42 mg;养分随地下径流流失量敷盖最大、裸露对照最小,这和一般情况下地表径流养分流失有所不同;从流失过程可以看出这三个处理的地下径流养分流失和径流过程比较相似,符合"肥随水走"的水肥运动规律,当降雨过后地下径流变大,养分流失也增大;在整个过程中,氨氮随径流过程变化剧烈,而且随地下径流流失量大,总磷则相对平稳,而且流失量也小.     

自然降雨条件下紫色土坡地氮素随径流迁移特征

为研究自然降雨条件下紫色土坡地氮素随径流流失的特征,采用野外径流观测法,对一紫色土丘陵区2013年4次典型降雨产流事件进行了监测,测定了径流量及径流中氮素的形态、浓度与通量的变化情况。结果表明:自然降雨条件下,地表径流和壤中流径流量均与降雨量呈显著的正相关性;径流方式对紫色土坡耕地氮素形态在径流中的分配影响显著;地表径流中的氮素以颗粒态氮的形式流失,而壤中流中的氮素以可溶态氮的形式流失;氮素随壤中流淋失是紫色土坡地氮素流失的主要方式。研究结果可为调控长江上游紫色土丘陵区氮素流失提供参考。     

红砂岩侵蚀区典型水土流失治理模式减流减沙效应

阐明小区尺度下不同水土流失治理模式的减流减沙效应,可为大尺度上的水土流失治理提供科学依据。以红砂岩侵蚀劣地为研究对象,采用野外径流小区长期定位试验的方法,分析自然降雨下典型水土流失治理模式的减流减沙效应及其对降雨要素、降雨雨型的响应规律。结果表明:试验观测期间,裸露地表径流系数为0. 66,土壤侵蚀量为0. 07 t/hm2,生态或经济开发治理后减流减沙效应均能达90%以上。地表裸露坡面产流产沙受降雨量、雨强影响显著,生态恢复模式降低了降雨要素对坡面产流产沙过程的影响,经济开发模式受降雨量影响显著。大雨强、短历时的降雨雨型是坡面产流产沙的主要雨型,对裸露坡面产流产沙的贡献将近50%,生态或经济开发治理后该雨型对产流产沙的贡献明显提高,增幅以经济开发模式大于生态恢复模式。因此,生态恢复和经济开发均是治理红砂岩水土流失的有效途径,应将生态恢复和经济开发治理相结合,使水土流失治理模式不仅具有水土保持功能,同时提升生态服务价值,促进当地的经济发展。     

典型作物对水土流失影响的小区试验研究

为了探寻农作物对于坡耕地水土流失量的影响及相关关系,指导农业生产实践和水土流失防治,利用安徽省岳西县2013年至2017年自然条件下径流小区原位观测数据,进行茶树、桑树、玉米三种典型作物及裸露地对比的水土流失影响与分析研究。结果表明:该地区水土流失原因主要由降雨径流侵蚀造成,其降雨主要集中在6、7、8三个月份;降雨集中期多年平均情况下,茶树、桑树、玉米和裸露地的坡面径流系数分别为0.057、0.039、0.080和0.082,单位面积土壤侵蚀量分别为38.8 g/m~2、15.3 g/m~2、858 g/m~2和93.4 g/m~2;与裸露地对比,茶树、桑树地的水土流失量均减小,玉米地的径流量轻微减小但是土壤侵蚀量显著增大。坡耕地土壤扰动对水土流失影响很大,考虑优化种植结构、合理耕作措施等方式对其固水保土。     

不同措施下土壤侵蚀特征值及其影响因子典型相关分析

根据东北沟小流域观测裸地、等高耕种、水平阶等3种措施径流小区的径流量和泥沙量资料,研究不同措施下径流泥沙与降雨等因素的相互关系,采用典型相关分析法分析不同措施下影响土壤侵蚀的主要因子。结果表明,在裸地和等高耕作措施下,径流深在土壤侵蚀特征因子中起主要作用,而在水平阶措施下,土壤流失模数在土壤侵蚀特征因子中起主要作用。不同措施下土壤侵蚀影响因子不同,在裸地和水平阶措施下,可以通过降雨量、雨强和雨前土壤含水量等土壤侵蚀影响因子来预测径流深和土壤流失模数,而在等高耕作措施下,用降雨量、雨强、降雨侵蚀力等土壤侵蚀影响因子预测土壤侵蚀特征因子更为准确。     

不同降雨强度和下垫面条件对黑土区坡面产流产沙的影响

为了优选合适的东北黑土区堤防坡面侵蚀防控技术,基于人工模拟降雨的方法研究了不同降雨强度和下垫面条件下坡面的产流产沙特征,利用三维激光扫描仪对降雨后的坡面侵蚀形态进行监测,分析坡面土壤的侵蚀情况。结果表明,降雨强度增大,坡面的初始产流时间提前,产流率随降雨历时波动更加显著。在不同降雨强度下,植被措施使平均产流率降低7.4%～20.4%,在裸地上施加PAM(聚丙烯酰胺)使平均产流率增大6.8%～25.9%。随降雨强度增大,下垫面L1(裸地)和下垫面L2(均匀撒施5 g/m~2 PAM的裸地)的产沙率随降雨历时波动更加显著,其产沙率变化规律可以用幂函数进行描述。下垫面L1的总产沙量相比下垫面L2增幅明显,在裸坡上施加PAM能够减少总产沙量,起到固土效果。草地坡面在降雨过程中未出现产沙情况,裸地坡面的侵蚀形态主要表现为溅蚀和片蚀特征,施加PAM使得侵蚀严重区域的面积相较裸地减小了21.5%,能够起到一定侵蚀控制的效果。总体来看,草地坡面的保水固土效果要优于裸地坡面。在坡面上施加PAM使得土壤入渗能力减弱,但能减少侵蚀产沙,在实际工程中有应用价值。     

桃林口水库不同径流小区水土流失规律研究

通过对桃林口水库大暖泉径流小区产流次数、冲刷量、径流深、植被覆盖度等指标的监测及分析,得出结论：①随着植被盖度的增加,产流次数与径流深趋于减少;农业种植与裸地的产流次数与径流深在各径流小区中最大;坡耕地玉米种植小区的冲刷量最高,裸地坡面冲刷量次之,梯田种植桃树与水平阶种植桃树的小区冲刷量最小;②冲刷量（Y）与植被覆盖度（X）间符合指数函数关系。结合径流小区冲刷量及坡度的关系,建议该区16°以上的坡耕地应退耕还林,并在退还时考虑辅之以梯田、水平阶等工程措施。     

南方红壤区马尾松林下水土流失与降雨量关系研究

为了更好地研究马尾松林水土流失规律,从水土流失主要控制因子——降雨因子出发,通过对红壤侵蚀区不同林下配置模式马尾松林径流试验小区2009—2011年的产流、产沙与降雨量的关系研究。得到如下结论：①各小区的产流量和产沙量均与降雨量呈显著性相关,回归模型主要以一元二次回归最优,个别小区以幂函数和对数函数最优,其中以马尾松地表裸露小区模拟方程可决系数最大;②各雨型在同一郁闭度条件下,除去郁闭度为0％的小区外,各小区基本满足乔＋地表裸露〉乔＋百喜草〉乔＋胡枝子,伴随着降雨量的增加,各小区的径流系数总体上呈增加的趋势,尤其在暴雨和大暴雨以上的雨型更加明显;③产沙方面,各雨型条件下,除去郁闭度为O％的小区和个别郁闭度为24％的小区外,基本上满足乔＋地表裸露〉乔＋胡枝子〉乔＋百喜草。     

森林植被对红壤坡地土壤水的影响

选取中国科学院桃源农业生态试验站内典型红壤坡地,利用TDR连续测定了林地与裸地的土壤含水率,分析森林植被对红壤坡地土壤水的影响.结果表明,相同条件下,森林植被影响下的坡地土壤含水率比裸地高,土壤干湿变化频率较裸地慢.由于森林植被冠层以及枯落物的遮蔽作用,林地内土壤蒸发强度较小,土壤含水率变化幅度较小.受冠层覆盖及植被根...     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

本文采用一维运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行了数值求解,通过实测资料进行验证,计算值与实测值的相对误差最大不超过17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。通过分析表明：百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞后作用。     

坡面产流过程及产沙临界对立地条件的响应关系

利用人工模拟降雨试验，以黄土高原黄土丘陵沟壑区第三副区黄土为模拟对象，依据45、90mm/h和130mm/h降雨强度下共计18个试验组次观测资料，定量研究了裸地、草地和灌木地三种立地条件20°陡坡产流过程及其产沙临界的响应关系。研究表明，高强度降雨条件下，草地和灌木地的减流作用会降低；裸地径流过程具有明显的起涨阶段，而草地和灌木地的起涨阶段不明显，对洪水过程具有消波调控作用，同时草地产流量受下渗率的影响比灌木地的大；裸地下渗率比草地和灌木地的明显为小，且其过程波动性强；三种立地条件的初渗率与稳渗率之差以裸地的最大，草地的最小，而且，产流与入渗的关系对降雨的响应是非线性的；断面比能参数可表征为产沙的主导因子，裸地、草地和灌木地的临界断面比能分别为0.074、0.11cm 和0.13cm。该研究对于揭示植被调控坡面产流产沙机理，为生态修复工程建设提供科学依据具有重要科学意义。