近地表土壤水分条件对黄土坡面溶质径流迁移的影响

近地表土壤水分条件对农田化学物质输出过程和地表水质有很大影响。以黄土区缓坡耕地为研究对象,利用地下供水和前期降雨措施改变坡面近地表土壤水分条件,通过室内模拟降雨试验研究坡面水土流失和土壤溶质（NO₃^-、PO₄^3-、K⁺和Br^-）的迁移特征。结果表明地下供水对土壤溶质迁移影响最大,水土流失量和溶质地表流失量显著高于其它处理。前期降雨处理地表径流量和泥沙量大于对照处理,而径流和泥沙溶质平均浓度相对较低。NO₃^-和Br^-坡面迁移的主要载体是地表径流,PO₄^3-主要随侵蚀泥沙迁移, K⁺两者兼有。地下供水坡地出现明显的土壤侵蚀后,地表径流中PO₄^3-和K⁺的浓度急剧增加。土壤初始含水量较高的地下供水和前期降雨坡地是土壤侵蚀和吸附态溶质流失的敏感区,对应的等效径流迁移深度也较大。     

自然降雨下蔬菜地土壤侵蚀及氮素流失特征

为探究自然降雨下露天蔬菜地土壤侵蚀及氮素养分流失特征,基于径流小区原位观测试验,设置叶菜类和果菜类这2种处理,测定次降雨下不同类型蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其氮素(铵态氮和硝态氮)流失量,探讨露天蔬菜种植坡面土壤侵蚀及氮素流失特征及影响因素.结果表明：(1)果菜类(茄子-辣椒)蔬菜地的地表径流、侵蚀量及铵态氮、硝态氮流失量显著高于叶菜类(油麦菜-红薯叶),是后者的1.27～2.00倍.不同处理下第二季蔬菜坡面地表径流、侵蚀及其铵态氮和硝态氮流失占总流失量的50.86%～68.83%,是第一季蔬菜的1.03～2.04倍.蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其氮素流失集中在6月和7月,地表径流和侵蚀泥沙中氮素主要以地表径流中的硝态氮形式流失.(2)次降雨下,不同处理蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其养分流失在蔬菜生长期内呈波动变化,且流失量主要集中在几场典型降雨.整体上不同处理下第一季蔬菜地表径流和侵蚀泥沙中硝态氮和铵态氮流失量及含量低于第二季蔬菜,果菜类地表径流、侵蚀量及铵态氮、硝态氮流失量高于叶菜类.(3)蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其铵态氮和硝态氮流失量与降雨量和最大30 min降雨强度等降雨参数呈极...     

我国东南典型侵蚀区坡地磷素流失机制模拟研究

为了研究侵蚀区坡地坡面径流和壤中流磷素流失特征,以浙江省湖州市安吉县花岗岩风化母质上发育的红壤为研究对象进行人工模拟降雨试验.结果表明,坡面径流和壤中流中的总磷流失浓度、总磷流失量均随着降雨强度的增大而增大,随着降雨强度的增大产流初期坡面冲刷效应显现;坡面径流总磷流失量所占每场降雨总磷流失量百分比分布在51%~92%;坡面径流总磷流失浓度在整个过程中波动幅度很大;坡面径流中总磷流失浓度在坡度25°下最高,壤中流中的总磷流失浓度在坡度8°下最高;坡度8°下坡面TP流失量最大,坡面总磷流失量受坡面径流量和雨强影响极显著(p0.01);壤中流总磷流失量较小,受雨强影响极显著(p0.01);磷素流失以坡面径流流失为主,壤中流流失为辅,磷素主要以颗粒态通过坡面径流流失,以溶解态通过壤中流流失.     

近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.     

减磷配施有机肥对紫色土旱坡地磷素流失的消减效应

采用野外径流小区对紫色土旱坡地2014年雨季(5~8月)3次典型降雨产流进行定点监测,研究了优化施肥(P)、优化施肥+猪粪有机肥(MP)、优化施肥+秸秆还田(SP)、优化施肥量氮磷钾均减20%+猪粪有机肥(MDP)、优化施肥量氮磷钾均减20%+秸秆还田(SDP)、不施磷肥(P0)等不同方案对紫色土旱坡地地表径流和壤中流磷素流失的影响.结果表明,壤中流是雨季径流主要输出途径,而次降雨地表径流总磷(TP)平均含量和流失负荷都远高于壤中流;地表径流磷素流失是紫色土旱坡地雨季磷素流失主要方式.发现减磷配施有机肥对紫色土旱坡地坡面径流中磷素流失有显著消减效应,SDP、MDP分别比优化施肥P的总磷含量降低57%和48%,配施秸秆效果好于配施猪粪有机肥.次降雨磷素平均流失负荷为0.01~0.26kg·hm~(-2),磷素平均流失负荷表现为PMPSPMDPSDPP0.减磷配施猪粪和秸秆有机肥对土壤磷素地表径流损失具有显著消减效应,但增加壤中流磷素淋失风险.     

水土流失量和养分流失量的预测

采用SCS模型,USLE模型,铁钉法和养分流失公式,对巢湖龟山研究区进行了水土流失量和养分流失量的预测和估算.结果表明:研究区的平均年径流量为476.5 mm,不同土地利用类型的年径流量不同,灌丛和草地相对较小,建设用地和未利用地则较大;USLE模型和铁钉法估算的土壤侵蚀量平均值分别为4 107.57和3 847.6 t/(km2·a),且不同土地利用类型的土壤侵蚀量均存在差异;土壤养分流失量的计算结果显示,氮素为7.389 t/(km2·a),磷素为3.166 t/(km2·a);流失土壤携带是养分流失的主要形式,径流携带养分总量相对较小,其中,氮素和磷素通过土壤携带造成的损失分别占氮、磷养分流失总量的90.14%和87.37%.      

侵蚀程度差异诱发的坡面产流-产沙-总磷流失特征

为了研究不同侵蚀程度下土壤坡面产流产沙及携磷流失特征,以浙江省湖州市安吉县风化花岗岩母质上发育的坡地土壤为研究对象,选择侵蚀强度不同的出露土层(分别为砂土层(A组)和红土层(B组))两组土壤进行人工模拟降雨试验.结果表明:坡地磷素流失主要以侵蚀泥沙为主,径流携磷流失中以地表径流携带流失为主,壤中流磷素流失量较小;由于土壤机械组成、容重的差异,B组土壤壤中流流量及其携磷流失量远小于A组土壤壤中流流量及其携磷流失量;雨强对坡面径流中磷素流失浓度的影响明显,坡面径流和壤中流磷素流失浓度相差极大;两组土壤坡面径流量受雨强的影响基本一致,均为150 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 90 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1)30 mm·h~(-1),不同的是红土层土壤坡面径流产流量较大且变幅小;随雨强增加两组土壤壤中流变化特征差异明显,红土层土壤在不同雨强下的壤中流流量排序为90 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1) 30 mm·h~(-1)150 mm·h~(-1),砂土层土壤在不同雨强下的壤中流流量排序为150 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 90 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1)30 mm·h~(-1);侵蚀泥沙富集较小颗粒(粉粒、粘粒)和磷素,其磷含量均高于试验用土磷含量;雨强越大,土壤细颗粒含量越高,侵蚀泥沙产量越大.     

三峡库区兰陵溪小流域径流氮磷输出及其降雨径流过程特征

以三峡库区兰陵溪农林复合系统小流域为研究对象,对小流域氮磷流失量及其浓度进行连续监测,结合丰水期次降雨分析径流氮、磷输出变化特征及其响应过程.结果表明:(1)小流域雨季径流总量为50.92×10~4m~3,输出总氮载荷为52.43kg·hm~(-2),其中以硝态氮(30.26 kg·hm~(-2))和颗粒态氮(21.61 kg·hm~(-2))为主体,输出总磷为0.10 kg·hm~(-2);(2)降雨量分布具有阶段性特征,丰水期强降雨是土壤养分输出的主要驱动,其降雨径流贡献了雨季88%的总氮和90%的总磷流失;(3)小流域土壤养分氮、磷主要经由降雨形成地表径流过程输出,占养分总流失量的68%和74%;(4)降雨径流过程硝态氮浓度与径流量表现为负相关,养分输出主要在径流过程后期;径流的氨氮、总磷浓度与降雨量显著正相关,输出主要在径流过程前期;(5)雨季流域水体总氮浓度超标,降雨或非降雨期间均属劣Ⅴ类水质.     

不同施肥条件下紫色土旱坡地可溶性有机碳流失特征

明确紫色土旱坡地可溶性有机碳在不同施肥条件下的流失特征,得出最佳的养分管理方式,对提升三峡库区的耕地质量、维持土壤碳平衡和减轻土壤碳流失造成的环境污染具有重要意义.在中国科学院三峡库区水土保持与环境研究试验站内设置标准化径流小区,研究紫色土旱坡地在不同施肥处理［不施肥（CK）、常规施肥（常规）、优化施肥（优化）、85%优化施肥配施生物炭（生物炭）和85%优化施肥配施秸秆（秸秆）］条件下的产流产沙情况和土壤有机碳的流失特征.结果表明：①壤中流径流量占径流总量（径流包括地表径流和壤中流）的52.84%~92.23%,壤中流可溶性有机碳（DOC）流失通量占DOC总流失通量的43.64%~87.35%,壤中流是雨季径流的主要方式和土壤DOC流失的主要途径.②秸秆处理的地表径流量、产沙量、地表径流DOC流失通量和泥沙有机碳流失通量较优化处理分别降低了30.39%、39.41%、28.71%和23.97%,壤中流径流量和壤中流DOC流失通量较优化处理略有升高.生物炭处理的产流产沙量、地表径流DOC流失通量、壤中流DOC流失通量和泥沙有机碳流失通量均显著高于优化处理.③ DOC流失通量占土壤有机碳总流失通量的99.31%~99.94%,DOC是紫色土旱坡地土壤有机碳流失的主要形式,各处理的DOC流失通量呈现：生物炭 > 优化 > 秸秆 > 常规 > CK.④生物炭和秸秆处理的SOC含量较优化处理分别提高了95.79%和32.16%.85%优化施肥配施秸秆能显著减少紫色土旱坡地的地表径流量、泥沙流失量和土壤有机碳流失通量,同时提高土壤有机碳含量,是紫色土旱坡地的最佳养分管理方式.     

前期土壤含水量对黄土坡面氮磷流失的影响及最优含水量的确定

采用室内人工降雨模拟试验的方法,研究了不同土壤前期含水量对填土和砂黄土的坡面土壤硝态氮和磷素流失过程的影响.研究结果表明,淋失是土壤硝态氮流失的主要途径,仅在前期含水量高于20%时,才产生硝态氮大量径流流失;随着土壤前期含水量的提高, 土溶解态磷(DP)流失量与泥沙浸提态磷(SEP)流失量的比值呈减少趋势,砂黄土中该比值却呈指数函数增大趋势;2种土壤坡面径流SEP流失量与产沙量呈线性关系;通过坡面物质流失量(NO3--N、SEP、DP和产沙量)与前期土壤含水量的二次多项式关系,获得了使黄土坡面物质流失量最小的最优前期含水量值,其中土为10.21%～11.37%,砂黄土为8.97%～13.39%.     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县生态服务价值

利用三峡库区秭归县统计和调查资料,并基于AnnAGNPS模型获取秭归县1985、1990、2000、2007年径流、土壤侵蚀和养分流失等数据,客观计量秭归县年际生态服务物质量,进而估算各年际生态服务价值量.结果表明,1985~2007年,秭归县生态服务物质量均发生了变化.2000年径流、泥沙、总氮、总磷和有机碳的年输出量最高,分别为473mm、68.6t/km2、133kg/km2、33kg/km2和684kg/km2,而2007年上述指标最低,分别为419mm、40.6t/km2、112kg/km2、20kg/km2和445 kg/km2,分别下降了12.8%、68.9%、18.7%、65.4%和53.5%;1985~2007年秭归县生态服务价值也发生了变化,2000年最低,为45.1亿元,2007年最高,为54.2亿元,增加了20.1%.利用调查统计和模型输出的方法进行生态服务价值量的计量较为客观准确,避免了一些计算上的不确定性,但该方法所需数据量庞大,可能会限定其他地区的应用.     

A distributed non-point source pollution model: calibration and validation in the Yellow River Basin

The applicability of a non-point source pollution model-SWAT(soil and water assessment tools) in a large river basin with high sediment runoff modulus(770 t/km^2 in the Yellow River) was examined. The basic database,which includes DEM, soil and landuse map, weather data, and land management data, was established for the study area using GIS. A two-stage “Brute Force” optimization method was used to calibrate the parameters with the observed monthly flow and sediment data from 1992 to 1997. In the process of calibration automated digital filter technique was used to separate direct runoff and base flow. The direct runoff was firstly calibrated, and the base flow, then the total runoff was matched. The sediment yield was calibrated to match well. Keeping input parameters set during the calibration process unchanged, the model was validated with 1998-1999‘s observed monthly flow and sediment. The evaluation coefficients for simulated and observed flow and sediment showed that SWAT was successfully applied in the study area: relative error was within 20%, coefficient of determination and Nash-Suttcliffe simulation efficiency were all equal to or above 0.70 during calibration and validation period.     

缓控释肥深施对黏性土壤麦田氮素去向的影响

黏性土壤严重影响土壤水肥运移.采取适宜的农艺措施优化土壤无机氮分布,减少该类型土壤的氮素损失是农业绿色可持续发展的关键.为明确缓控释肥种肥深施对黏性土壤麦田氮素损失的影响,选择常规化肥(CN)和缓控释肥(RCU)这2种类型肥料,采用撒播撒施(B)和机械化条播深施(D),研究了缓控释肥种肥深施对黏性土壤小麦产量、季节麦田氮素径流流失、氨挥发和N₂O排放的影响;并分析了其耕层土壤的无机氮时空分布特征.结果表明,相同肥料类型下,D处理的小麦产量显著高于B处理;而相同施肥方式下,RCU处理的产量显著高于CN处理.D-RCU处理的小麦产量最高,达6.97 t·hm^-2.季节径流和氨挥发氮损失量高于N₂O形态的氮损失,且不同损失途径对肥料类型和施肥方式的响应不同.肥料类型和径流发生时间是麦田径流氮素流失的主要影响因素.受监测年份降雨年型分配影响,RCU处理的季节径流氮素流失量(20.35 kg·hm^-2)较CN处理(10.49 kg·hm^-2)显著增加.生育后期是麦田氨挥发损失的主要时期,...     

西南喀斯特流域泥沙来源、输移、平衡的思考——基于坡地土壤与洼地、塘库沉积物~(137)Cs含量的对比

汇总了西南喀斯特地区坡地土壤和洼地、塘库沉积泥沙的~(137)Cs比活度资料,并进行了对比,分析流域泥沙来源。坡地地面流失轻微的,汇水面积小于0.5 km~2的微小流域,流域产沙主要源于地下流失(裂隙土)和沟岸侵蚀(沟壁土);坡地地面流失强烈的,主要源于坡地地面流失(坡地表层土壤)。地下流失和沟岸侵蚀是小流域和较大流域的主要产沙方式,且有随着流域面积增大,产沙贡献率越高的趋势。由于裂隙土和沟壁土都基本不含~(137)Cs,~(137)Cs单一示踪法不能区分这两种源地土体的产沙贡献率。建议采用多元示踪法,研究流域的泥沙来源。区分裂隙土和沟壁土的产沙贡献率,可考虑尝试磁性法和孢粉法。通过沉积物~(137)Cs断代等方法确定洼地、河流滩地和塘库泥沙淤积量,结合径流小区和水文站输沙量资料,分析不同类型洼地、河流滩地和塘库的泥沙截留率,分析河流泥沙输移比。在查明泥沙来源,泥沙输移比和输沙量(或产沙量)的基础上,确定流域泥沙平衡,结合径流研究成果,建立喀斯特流域产沙模型。     

不同雨强下黄土裸坡水-沙-氮磷流失耦合模拟

采用室内人工模拟降雨试验研究6种雨强3种坡度下黄土裸露坡面水沙及氮磷养分流失规律.结果表明：1）降雨强度与土壤入渗速率,坡面产流产沙量的线性拟合决定系数均大于0.8,有较好的正相关关系;2）25°黄土坡面下：NO₃^--N初始浓度较高,随降雨历时呈波动性减少,具有明显的初期冲刷效应;NH₄⁺-N初始流失浓度由90mm/h雨强下0.6057mg/L增至120mm/h的1.3076mg/L,但其浓度随降雨历时均不断减小;TN流失浓度在雨强为90,105和120mm/h时分别为0.6056,0.8011和1.3076mg/L,随雨强增大而增大;TP初始流失浓度在105mm/h时最大,90mm/h时最小,且不同雨强下TP流失浓度相互交错,不稳定;3）养分流失与坡面产流量具有较强的线性相关性,与产沙量呈显著的幂函数关系.15°坡面时,氮素流失在6种雨强下均以颗粒态为主,平均约占72%,但在雨强增大过程中,颗粒态所占比例先减少后增加;而磷素流失颗粒态所占比例均大于90%,与降雨强度和坡度均没有直接关系.     

人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征

黄土坡沟水沙及养分流失严重,不仅造成土地生产力下降,对水环境也存在潜在威胁.为探索黄绵土坡面水沙氮磷流失相关关系,采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（45、60、75、90、105、120 mm/h）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）下黄土裸地水沙氮磷的流失规律.结果表明:①产流量可用坡度的二次多项式表达,确定系数（R2）达0.83以上,产沙量随雨强变化规律不明显,但随坡度增加呈显著增加趋势.②各雨强下,25°与5°坡面的ρ（TN）比值范围为1.63~5.42,波动较大,而ρ（TP）随坡度的增加基本呈增加趋势,但整体数值低于ρ（TN）.③各雨强下ρ（吸附态氮）随降雨历时的延长呈剧烈起伏变化;大雨强（105和120 mm/h）下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长逐渐减少至稳定值,其他雨强下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长呈现波动增加.各雨强与坡度下,ρ（吸附态氮）与ρ（吸附态磷）分别占ρ（TN）、ρ（TP）的60.66%、96.62%,是黄土裸坡氮磷的主要流失形式.④随水沙流失的氮磷中,TN占主要部分,其流失量是TP流失量的1.43~22.46倍,径流量增加时TN流失量显著增加,而产沙量增加时TP流失量显著增加.研究显示,雨强和坡度变化对水沙氮磷流失影响各异,吸附态氮磷是黄土养分流失的主要途径,可为黄土坡耕地水土流失治理提供科学依据.      

秸秆还田对双季稻产量及氮磷径流损失的影响

为探索减少稻田氮磷流失的有效耕作措施,以南方典型黄壤双季稻田为研究对象,采用田间长期定位观测试验,研究了连续7 a(2008—2014年)秸秆还田(RFS)替代38.7%的N、40.8%的P₂O₅和42.7%的K₂O晚稻化肥投入与常规化肥(RF)处理对双季稻产量、地表径流中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(DP)(DP为溶解态总磷)的影响.结果表明:与常规化肥处理相比,秸秆还田处理不仅可从源头上减少晚稻化肥投入,还可降低稻田径流液中氮、磷养分含量,分别使TN和TP流失量减少12.6%、9.7%;氮流失主要以DIN(可溶性无机氮)为主,DIN/TN(DIN输出量在TN输出量中所占比例)为66.2%～70.8%;磷流失主要以DP(可溶性磷酸盐)为主,DP/TP(DP输出量在TP输出量中所占比例)为60.1%～65.9%;秸秆还田处理下早稻较常规化肥处理有增产趋势,增幅为4.5%～10.1%,晚稻有减产风险,但减产差异不显著,平均减幅为6.3%.因此,秸秆长期还田是一种秸秆资源有效利用和节肥增效减失的耕作方式.      

Phosphorus export by runoff from agricultural field plots with different crop cover in Lake Taihu watershed

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷａｔｅｒｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ ,ａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｎｏｎｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｇｉｖｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔｔｅｎｔｉｏｎ (Ｓｈａｒｐｌｅｙ ,1994 ;Ｈａｒｒｉｓ ,1995;Ｔｉｅｓｓｅｎ ,1995;Ｔｏｎｄｅｒｓｋｉ,1996;Ｄａｎｉｅｌ,1998) .Ｌａｋｅｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｓａｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｕｒ…     

DEM分辨率及子流域划分对AnnAGNPS模型模拟的影响

 针对大中尺度流域非点源污染模拟精度与运算效率的突出矛盾,选取数据精度与空间离散化2个关键影响因素,讨论数字高程模型(DEM)分辨率和临界源面积(CSA)取值对AnnAGNPS模型模拟结果的影响.分别比较了7组CSA取值及8组不同DEM分辨率对华北潮河流域大阁子流域AnnAGNPS模型参数提取及模拟结果的影响.研究发现,CSA取值对汇水单元的数量、地表径流量、泥沙以及总氮的模拟有很大的影响.随着CSA取值的增大,地表径流量变化不大;泥沙先逐渐增大,后呈减少趋势;总磷负荷的变化趋势不明显;总氮负荷呈逐渐减少的趋势.选择合适的CSA是流域AGNPS模型模拟的基础.DEM是分布式水文模型的基础数据,研究表明:DEM分辨率对坡度有较大的影响.随着DEM分辨率的降低,径流量变化不大;土壤侵蚀和总氮负荷变化却十分明显,当DEM分辨率从30m逐渐降低至60m时,泥沙输出及总氮负荷迅速减小,总磷呈现先减小后逐渐稳定的趋势,但变化幅度小于总氮和泥沙.当DEM分辨率小于60m,泥沙和总氮的输出随分辨率降低下降缓慢.以30m和50m DEM为例,通过不同精度的DEM坡度回归分析,建立了低精度DEM坡度修正的方法.用修正后的坡度进行AnnAGNPS模型模拟计算,结果表明坡度修正对泥沙、总氮、总磷的模拟有不同程度的改善.