不同雨强下黄棕壤坡耕地径流养分输出机制研究

为揭示三峡库区坡耕地在不同雨强下氮、磷养分随地表径流和壤中流的输出规律,在香溪河流域选择具有代表性的黄棕壤坡耕地进行原位人工模拟降雨试验.结果表明,在降雨总量一定的情况下,随雨强的增大,地表径流量、径流总量、泥沙侵蚀量均呈明显的增加趋势,而壤中流流量减少.不同雨强下地表径流中TN、DN、DP均存在明显的初期径流冲刷效应,TP在整个降雨过程中波动较大,呈微弱降低的变化趋势;壤中流中TN、DN、DP随降雨持续输出浓度无明显变化,TP在径流初期出现浓度峰值,之后减少并趋于稳定.雨强对磷素的影响更直接,雨强越大,磷素径流浓度也越大,氮、磷养分的平均浓度均远超出水体富营养化阈值.随雨强的增大,TN径流流失量减小,TP流失量增大,TN随地表径流流失贡献率随雨强的增大由36.5%增加至57.6%,磷素以地表径流为主,贡献率达90.0%以上,因此,控氮关键是减少壤中流的产生,控磷则需防止土壤侵蚀.随雨强的减小,地表径流中以溶解态流失的氮素比例升高,壤中流中均以溶解态为主,磷素的流失在不同雨强和径流形式下均以颗粒态为主.     

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.     

雨强和坡度对裸地径流颗粒物及磷素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强（0~100mm/h）和坡度（0°~10°）条件下,北方砂壤土裸地降雨径流中颗粒物（SS）、总磷（TP）、颗粒态磷（PP）的流失量及径流污染物之间的相关关系,并分析了雨强和坡度对污染物流失量的影响.研究结果表明,雨强和坡度越大,SS和TP流失量越大;径流中SS与TP、TP与PP的单位面积流失量呈显著线性相关关系（R²>0.946）;在实验条件范围内,雨强对颗粒物及磷素流失量的影响比坡度更显著;径流中颗粒物及磷素单位面积流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系,相关系数大于0.911,由于0°裸地和有坡度裸地的下渗及产流情况差异较大,在模拟雨强和坡度对颗粒物及磷素流失量影响时需分别考虑.结果可为我国北方砂壤土裸地径流中颗粒物及磷素单位面积流失量的估算提供计算方法和科学依据.     

人工降雨条件下华南红壤氮素流失规律研究

采用人工模拟降雨装置,以华南地区典型雨强65、120 mm/h及坡度5°为实验条件,对华南红壤横向径流和纵向淋失的氮素流失规律进行了研究。结果表明:横向地表径流和其它形式均为2种雨强下雨水的主要分配途径,雨水在横向地表径流中的分配比例均超过39%,大于纵向淋失和横向壤中流的分配比例之和。2种雨强下横向地表径流总氮、硝态氮和氨氮流失比例均超过90%,远大于相应雨强下的壤中流与入渗流失比例,横向地表径流是各形态氮素流失的主要途径;雨强由65 mm/h增大至120 mm/h时,地表径流造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量增加到2.42~2.67倍,淋溶损失造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量则增加到1.42~2.33倍,雨强对地表径流各形态氮素流失的影响比淋失的要大。     

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.     

紫色土地区水文特征对硝态氮流失的影响研究

采用人工降雨模拟的方法,研究水文传输途径对紫色土中NO3--N流失的影响.研究结果表明,在所有雨强中均观察到壤中流的存在.在小雨强长历时的降雨中壤中流的径流量大于大雨强短历时降雨;随着雨强的增大,壤中流的径流系数下降.在紫色土地区,氮素的流失途径不仅包括地表径流而且包括壤中流,并且壤中流是NO3--N的主要水文传输途径.无论是否受到施肥措施的影响,壤中流中NO2--N浓度均高于地表径流.在对照小区,壤中流中NO3--N平均浓度是地表径流的7倍以上;施肥后壤中流NO3--N平均浓度为26.07mg·L-1,是地表径流的20倍以上.在对照小区,壤中流NO3--N的流失量占流失总量的30%以上;在施肥小区,壤中流NO3--N流失量占总流失量的90%以上.在紫色土地区,土壤特征和降雨特征决定了该地区壤中流形式的普遍存在,而NO3--N以壤中流流失的特点与当地施肥习惯的耦合效应增大了该地区的NO3--N流失风险.     

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.      

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.     

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...     

自然降雨条件下红壤坡地磷素随径流垂向分层输出特征

为研究自然降雨条件下红壤坡地磷素径流输出特征,采用野外大型土壤水分渗漏装置对活地被物覆盖、死地被物敷盖和裸露对照这3种处理的地表径流、壤中流和地下径流的磷素输出开展了为期一年的试验观测.结果表明:(1)3种处理下径流总磷和可溶性磷浓度变化趋势总体表现为地表径流略高于壤中流,并随着土层深度的增加有降低趋势;总磷累积输出量大小排序为裸露(1.61 kg·hm~(-2))敷盖(1.33 kg·hm~(-2))覆盖(0.82 kg·hm~(-2));(2)裸露对照坡地磷素输出以地表径流为主要途径,占总磷径流输出总量的57%,壤中流和地下径流输出量分别占6%和37%;有覆盖和敷盖措施的坡地磷素输出以地下径流为主,占总磷径流输出总量的71%以上,而地表径流输出量则不足14%;(3)各处理中地表径流、壤中流和地下径流磷素输出均以颗粒态为主,占磷输出总量的64%~97%.地下径流是红壤坡地磷素流失不可忽视的重要通道,覆盖和敷盖措施可控制磷素径流流失总量,但未能显著降低磷素径流流失浓度.     

喀斯特坡耕地浅层地下孔(裂)隙发育过程中径流产污特征

降雨径流产生的非点源污染是地下水污染的重要来源,喀斯特坡耕地浅层地下孔(裂)隙养分流失是造成该地区地下水污染的关键因素.通过模拟喀斯特坡耕地地下孔(裂)隙特征,采用人工模拟降雨和室内分析相结合的方法,研究浅层地下孔(裂)隙发育过程中降雨径流产污特征.结果表明:喀斯特坡耕地地下径流产污是一个极其复杂的过程,微度(1%)孔(裂)隙发育的坡耕地径流全氮、全磷和全钾流失量随雨强变化不明显,全氮和全磷流失量均在70 mm·h-1雨强达到最大值;轻度(3%)孔(裂)隙发育的坡耕地全氮、全磷流失量在雨强50 mm·h-1时达到最大值;中度(5%)孔(裂)隙发育的坡耕地全氮、全磷、全钾流失量则在雨强为90 mm·h-1时达到最大值;各孔(裂)隙发育条件下的全氮、全磷、全钾养分流失量对坡度的响应不明显,轻度发育下的全氮和全磷流失量最大,在中度发育条件下,坡耕地土壤中全钾流失总量最大;不同雨强、坡度条件下的地下径流全氮、全磷和全钾次产污模数随地下孔(裂)隙度变化亦不明显,其中全氮次产污模数在4.38~58.72 mg·h-1·m-2,全磷在0.16~3.15 mg·h-1·m-2,全钾在0.16~3.03 mg·h-1·m-2范围变化.     

模拟降雨下雨强对城市回填土草地径流系统中水量和污染物分配的影响

采用人工降雨装置,对不同降雨强度下城市回填土草地径流系统中水量和污染物的分配特征进行了实验研究.结果表明,降雨强度对径流水体及污染物变化有较大的影响.当降雨强度为16和30 mm·h~(-1)时,小区只有地表径流产生.当降雨强度为71和87 mm·h~(-1)时,小区会有壤中流产生,并且壤中流占比会随降雨强度的增加呈现先上升后下降的变化趋势,而地表径流一直占主导地位.另一方面,小区地表径流中的TSS、TN和TP浓度都随着降雨强度的增大而增加.本研究对污染物质迁移与分配的影响机制和城市面源污染的治理及相应处理措施的选择具有重要意义,并且对于地下水保护具有现实意义.     

不同降雨强度下铅在屋面径流中迁移规律的模拟研究

针对面源污染日趋严重的实际问题,研究采用模拟降雨的方式与铅同位素示踪技术,对不同降雨强度下不同来源铅(屋面累积颗粒物源与湿沉降源)在屋面径流系统中的迁移与分配特征进行了探讨.结果表明屋面径流系统中不同来源铅的行为特征受降雨强度影响较大,降雨持续时间为30 min,雨强分别为9.8、21.8、42.5、82.2 mm·h~(-1)时,屋面累积颗粒物源铅被冲刷进入径流的速率分别为0.275、0.434、0.595、1.019mg·m~(-2)·h~(-1),湿沉降源铅进入径流的速率分别为0.102、0.269、0.642、1.288 mg·m~(-2)·h~(-1).降雨强度对不同来源铅在屋面径流系统中的分配特征有显著影响.不同降雨强度下累积颗粒物源铅在屋面径流,屋面剩余颗粒物,屋面材料中的分配比例依次为(9.8 mm·h~(-1))29.0%、33.5%、37.5%;(21.8 mm·h~(-1))45.0%、19.0%、36.0%;(42.5 mm·h~(-1))61.2%、7.8%、31.0%;(82.2 mm·h~(-1))92.9%、2.2%、4.9%;湿沉降源铅相应归趋中的比例依次为(9.8 mm·h~(-1))62.6%、36.3%、1.1%;(21.8 mm·h~(-1))74.1%、14.3%、11.6%;(42.5 mm·h~(-1))90.7%、2.6%、6.7%;(82.2 mm·h~(-1))94.0%、0.5%、5.5%.     

城市交通干道降雨径流中PAHs的污染特征

以上海、温州市典型交通干道地表径流为研究对象,分析了样品中16种溶解态和颗粒态PAHs浓度,了解了城市交通干道降雨径流中PAHs污染特征及其动态变化过程.结果表明,径流中∑PAHs(包括溶解相、颗粒相)浓度范围为919.8～16711.6ng·L-1,溶解相中PAHs浓度要远低于颗粒相(分别为4.9～1558.0ng·L-1,635.4～16624.0ng·L-1).通过对3场降雨事件中PAHs浓度随降雨过程变化的研究,可以发现并不是所有道路径流都有初期冲刷效应,初期冲刷的产生受雨前干期、降雨强度以及径流量等因素共同作用,因此简单拦截初期径流并不能十分有效地降低PAHs污染负荷.径流中PAHs在颗粒相-水相间的分配系数Kp值为2.3×104～2.5×106L·kg-1,随着悬浮颗粒物含量增加而减少,这可能跟径流过程中颗粒物粒径组成有关.     

西湖龙泓涧流域暴雨径流氮磷流失特征

为掌握西湖入湖溪流龙泓涧流域非点源污染现状,研究了一年内3场暴雨径流过程中营养盐的流失特征.结果表明长历时暴雨事件一般会形成多个径流峰值,而其滞后于雨强峰值的时间取决于当次强降雨的分布.降雨的初期冲刷效应与前期降雨量有关,前期降雨量越少,总磷和氨氮的初期冲刷效应越明显,在退水阶段滞缓的壤中流会使总氮和硝态氮再产生一个浓度峰值.径流中各形态氮素的平均浓度(EMC)与降雨量、降雨历时、最大雨强和平均雨强均表现为负相关,与前5 d的降雨量表现为正相关,而总磷的EMC值与氮素有相反的变化规律.径流营养盐迁移通量随降雨量的增大而上升,Pearson分析表明总氮、硝态氮与径流水深(流量)具有较好的相关性.总磷、总氮、硝态氮和氨氮的平均迁移通量分别为34.10、1 195.55、1 006.62和52.38 g·hm~(-2),硝态氮为主要的氮素迁移类型(占总氮的84%).     

三峡库区典型紫色土小流域径流及氮磷流失特征

为了解三峡库区典型紫色土小流域径流污染特征,对新政小流域典型土地利用类型下降雨-径流时间过程和小流域集水区出口径流中氮磷浓度进行动态监测,监测分析库区小流域氮磷在降雨径流中的流失规律.结果表明,小流域径流氮磷损失量分别为13. 69 kg·(hm~2·a)-1和1. 50 kg·(hm~2·a)-1.农肥所含氮磷及降雨冲刷是小流域径流污染的主要原因.小流域的总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度达10. 05 mg·L~(-1)和1. 10 mg·L~(-1),远超过富营养化发生标准,须引起关注.本研究观测的两场降雨中,8月15日降雨中硝态氮(NN)和颗粒态磷(PP)分别为69. 47 kg和6. 83 kg,分别占TN和TP的53. 91%和53. 78%; 8月26日降雨中NN、氨氮(AN)和PP分别为6. 68、5. 61和1. 36 kg,分别占TN和TP的37. 74%、31. 69%和57. 63%,表明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷素迁移则以颗粒态为主.小流域强降雨对于氮磷流失的影响显著.这与紫色土土层薄、耕作频繁、土壤相对疏松等性质有关.     

石盘丘小流域不同土地利用方式下土壤氮磷流失形态及通量

为了解三峡库区小流域不同土地利用方式下土壤氮、磷流失特征,为农业非点源污染防控提供科学依据;采用田间试验的方法,研究了三峡库区石盘丘小流域水田、旱坡地、林地、柑橘园和菜地这5种土地利用方式下地表径流不同形态氮、磷流失浓度与通量的特征.结果表明：全氮流失通量的顺序为水田[17.73 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[4.86 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[4.33 kg·（hm²·a）^-1] > 菜地[4.00 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[2.41 kg·（hm²·a）^-1];全磷流失通量的顺序为菜地[4.97 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[1.87 kg·（hm²·a）^-1] > 水田[0.93 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[0.27 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[0.19 kg·（hm²·a）^-1];5种土地利用方式下氮、磷流失主要集中在降雨频繁的4~5月,占全年氮、磷流失总负荷的53.80%~96.52%和56.03%~87.78%;氮流失主要以硝态氮（16.16%~52.70%）的形态流失,全氮流失通量与径流量呈现出显著正相关关系（R²=0.9826）;在菜地中颗粒磷是磷流失的主要形态（83.30%）,但在其他土地利用方式中表现不显著.不同土地利用方式下不同形态氮、磷流失存在显著差异,其中菜地应针对强降雨情况下颗粒磷流失的问题采取措施,水田应避免在降雨集中时期施肥;科学施肥和合理地土地利用方式配置是治理小流域农业非点源污染的重要途径.     

施肥和秸秆覆盖对成都平原区农田氮和磷流失的影响

近年来由于氮、磷肥料过量施用造成了严重的污染问题和富营养化现象,而且这种污染问题在稻田区域更加明显.因此,采用田间小区试验方法,通过对2018年和2019年田间实地监测,在自然降雨条件下,对成都平原区不同施肥量以及秸秆覆盖对湿沉降和地表径流氮和磷的影响进行研究.结果表明,湿沉降氮养分主要以铵态氮存在,磷养分主要以可溶性总磷存在,氮和磷沉降主要发生在6～8月这3个月.地表径流量与降雨量呈正比,而地表径流氮养分浓度与降雨量呈反比.在2018年和2019年,增氮处理TR3总氮流失量分别为4.75 kg·hm^-2和2.68 kg·hm^-2,比常规处理TR1流失量增加26.73%和43.32%,是流失量最高的处理;减氮处理TR4总氮流失量分别为2.91 kg·hm^-2和1.37 kg·hm^-2,比常规处理TR1流失量降低了36.33%和26.74%,是流失量最小的处理.优化施肥处理TR2和减氮处理TR4能够有效降低地表径流磷素的流失,集中高强度降雨会降低地表径流总磷中颗粒态磷的含量.氮养分的流失主要集中于7～...