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.     

沂蒙山区典型小流域降雨径流的磷素输出特征

以沂蒙山区孟良崮小流域为研究对象,通过监测2010年自然降雨条件下流域出口污染物的流失状况,选取降雨量>2mm的10场降雨,分析降雨径流特征对磷素流失的影响.结果表明,次降雨径流中总磷(TP)、颗粒态全磷(PP)、水溶性全磷(DP)、水溶性无机磷(DIP)浓度变化与流量变化过程不一致,浓度峰值均出现于流量峰值之前,而磷素通量与流量变化过程较为一致,且两者呈较好的线性关系;次降雨径流TP、PP、DP、DIP的浓度最大值及平均浓度(EMCs)差异均较大,其主要受降雨量、最大雨强和平均雨强影响,与降雨历时无显著相关关系,而浓度最小值差异较小;TP以PP流失为主,DP以DIP流失为主,DIP/DP的动态变化与降雨历时、降雨量、最大雨强和平均雨强均无显著相关关系,而PP/TP的动态变化与最大雨强显著相关.DIP、DP、TP的输出受地表径流(DR)和基流(BF)的影响较大,DIP/DP的动态变化及DIP、DP、TP的EMCs与DR/TR(地表径流/总径流量)存在多项式关系,而PP/TP的动态变化和PP的EMCs受DR/TR影响较小.     

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。     

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.      

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.     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

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.     

人工模拟降雨条件下紫色土坡地生物可利用磷的输出

采用人工模拟降雨研究了不同坡度和降雨强度条件下紫色土坡地的磷素迁移方式和规律.结果表明,降雨强度和坡度越大, 颗粒态生物可利用磷(BPP)输出值越大.壤中流BPP 浓度为地表径流BPP 输出浓度的30%~45%;壤中流可在一定程度上减缓地表径流和生物可利用磷(BAP)的输出;地表径流和壤中流水溶性磷(DP)输出无显著差异, BPP 与BAP 浓度比在80%以上; BPP 主要通过泥沙以径流方式迁移,壤中流的少量泥沙是壤中流BPP 迁移的主要途径; BAP 输出浓度和径流量的关系显著相关.暴雨易引起BAP 和泥沙的大量迁移,表明强度大的降雨可能给水体环境带来更大的压力.     

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.     

不同水肥管理对太湖流域稻田磷素径流和渗漏损失的影响

于2010和2011年在太湖流域开展了为期2年的田间定位试验,对2种灌溉模式(常规连续淹灌与干湿交替节灌)和4种施肥管理(不施氮、常规尿素、控释BB肥与树脂包膜尿素)条件下稻田田面水和渗漏水总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(PP)浓度的动态变化及磷素径流和渗漏损失进行了研究.结果表明:田面水TP和DP浓度变化趋势相同,均在施肥后1 d达到最高值,之后急剧下降;渗漏水TP和DP浓度变化趋势也相同,均在施肥后7 d达到最高值,然后逐渐下降.PP是田面水磷素的主要形态,DP是渗漏水磷素的主要形态.节灌降低了田面水和渗漏水磷浓度但对DP/TP影响不大,同时降低了TP径流流失量(24.7%~57.4%)和渗漏淋失量(21.0%~25.3%).施氮增加了田面水和渗漏水的磷浓度,也导致了更高的TP径流和渗漏损失.与常规尿素相比,控释BB肥提高了田面水和渗漏水的磷浓度及TP损失量,而树脂包膜尿素降低了田面水和渗漏水的磷浓度和TP损失量.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用能有效降低稻田磷素径流和渗漏损失,削减农业面源污染.     

降雨-径流过程中土壤表层磷迁移过程的模拟研究

以人工降雨的方法，对巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，结果表明：在两种雨强植（70mm和35mm）90min内模拟的降雨过程中，供试的土壤产生两种径流模式：表面径流和土壤内部培中流，降雨强度大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和深度相应高，累积输出也多，相同雨强下，农田作物的覆盖作用胡促进壤中流，减缓表面流，但对始流时间的影响不大，4种模拟土类型的表面径流累积输出的大小顺序为：BN70（降雨量70mm，盖度为0）＞BC70（降雨量70mm，盖度为80％）＞BN35（降雨量35mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量７０mm，盖度为０）＞ＢＣ７０（降雨量７０mm，盖度为８０％）＞ＢＮ３５（降雨量３５mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量35mm,盖度为８０％），培中流的量序为：ＹＣ７０＞ＹＮ７０＞ＹＣ３５＞ＹＮ３５，裸露土壤的总磷浓度曲线呈波浪状递减，作物覆盖土壤则呈均匀缓慢的递减趋势，土壤物理结构和作特特征对溶解性总磷的变化趋势起主导作用，在中到大雨条件下，壤中累积输出的径流量都低于表面流，差幅决定于土培表层界面特征，表面径流中的磷迁移量是土壤中流的３－４倍。     

北京城市主干道降雨径流污染负荷分析

为了解城市主干道径流污染特征,于2018年6—9月对北京城市主干道降雨径流进行取样监测,运用EXCEL和SPSS软件统计分析径流污染物TSS、EC、COD、TN、TP、Zn和Ni之间的污染特性,并在此基础上估算污染物年污染负荷.研究结果表明,北京城市主干道径流水质为劣Ⅴ类;污染物浓度与降雨量、平均降雨强度、降雨历时和雨前干期长度存在一定的相关关系,依据冲刷作用与稀释作用的强弱变化,相关性有一定变化;用TSS和EC表征污染物在径流中的存在状态,发现COD、TN、Zn和Ni在径流中主要以溶解态存在,TP主要以颗粒吸附的形式存在;据实际监测数据估算,北京城市主干道年污染负荷TSS、COD、TN、TP、Zn和Ni分别为3273.15、266.86、16.24、1.89、0.097和0.008 kg·hm~(-2)·a~(-1).城市主干道径流污染特征研究可以为城市道路径流污染防控与管理提供科学依据.     

重庆市不同材质屋面径流水质特性

2010年雨季对重庆市6场降雨时段的屋面径流进行采样监测,分析了水泥屋面和瓦屋面径流污染物的出流过程和初始冲刷现象,并且运用多元统计方法分析了降雨特征对径流水质的影响.结果表明:2种材质屋面径流水质参数中CODCr和TN的次降雨平均浓度(EMC,以ρ计)均超出GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类标准,为屋面径流主要污染物.水泥屋面的CODCr、TN、NO3--N、TSS、Cu和Zn的EMC明显高于瓦屋面,分别高出1.63、1.57、1.15、1.70、1.50和1.88倍.在水泥屋面上,ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(TSS)变化幅度大于瓦屋面,并且其峰值滞后或同步于最大雨强;在瓦屋面上,ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(TSS)的峰值提前或同步于最大雨强.瓦屋面各污染物FF30(初期30%径流携带的污染负荷)的平均值均高于水泥屋面;水泥屋面各污染物(除Zn和Cd外)FF30的标准差均高于瓦屋面.各污染物的EMC与降雨量、平均雨强、径流量和最大雨强呈负相关;溶解态重金属的EMC与前期晴天数呈负相关,其余指标均与前期晴天数呈正相关.      

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%).     

降雨──产流过程与氮、磷流失特征研究

以于桥水库流域为例,通过人工降雨模拟实验与天然降雨径流过程监测,对所获主要营养盐物质－氮、磷的监测数据进行归纳、分析、验证,得出氮、磷随径流过程的输出特下,变化趋势、共性与差异,以及主要影响因子对氮、磷流失的影响过程与原因分析,为水体富化的防治研究提供依据。