紫色土坡耕地裂隙潜流的产流机理与胶体颗粒迁移

土壤胶体是坡耕地农化物质迁移的主要载体.借助18O（氧同位素）示踪技术,探索了2014年8月29日和9月10日两场降雨下大型紫色土坡耕地（1 500 m2）裂隙潜流产流的水源来源及过程特征,并耦合了胶体颗粒释放与迁移机理的研究.结果表明,裂隙潜流及胶体迁移的水文过程线均总体呈快速上升和长拖尾的特征.随裂隙潜流产流开始,雨水对潜流的贡献逐渐增大,并在流量快速上升段支配裂隙潜流产流,而潜流流量峰值前及退水阶段,土壤前期可动水是潜流的主要产流来源.两场降雨下裂隙潜流中胶体颗粒浓度介于0.60~6.85 mg/L之间,平均值分别为1.58和2.31 mg/L,水浴超声后胶体颗粒浓度平均值分别为原样的2.15和1.81倍.胶体颗粒迁移速率比产流速率快（>30 min）,表明胶体辅助坡地农化物质迁移的潜力较大.对于长历时小降雨事件,潜流中胶体的迁移动态受潜流水化学因素〔如ρ（DOC）、ρ（Mg2+）和EC（电导率）〕支配,而强降雨事件下,潜流中胶体颗粒浓度还与潜流流量呈极显著负相关（R2 > 0.5）.此外,坡地内部产流方式（横向及垂向）对裂隙潜流中胶体颗粒的迁移通量有重要影响.研究显示,裂隙潜流产流过程线结合土水势、18O及水化学指标的动态变化,能够全面揭示裂隙潜流产流的阶段特征以及胶体颗粒释放与迁移的机理,对于进一步研究胶体对磷、有机农药等憎水性农化物的辅助运移特征有重要意义.      

自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷污染的主要作用机制

以四川盆地紫色丘陵区林山村镇为例,分析降雨径流过程中氮磷在自然沟渠内的空间变化特征和不同控制机制的净化能力,研究了自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷的主要作用机制.研究结果表明,除NO3--N浓度在沿程上呈先减后增而后再减的趋势外,其它氮磷污染物(TN、PN、NH4+-N、TP、PP和PO43-·P)均为沿程递减趋势.溶解态氮是降雨径流氮素在空间沿程上的主要迁移形态,溶解态磷是流量限制型事件降雨径流磷紊空间沿程的主要迁移形态,而颗粒态磷是物质限制型事件降雨径流磷素空间沿程的主要迁移形态.泥沙截控固持是自然沟渠控制降雨径流氮磷污染的主要作用机制,有效降低径流中颗粒物浓度和拦截泥沙是控制降雨径流氮磷污染的关键.沉降段和沉沙凼具有明显的泥沙及颗粒态氮磷截控固持作用,可较好地去除村镇降雨径流中的氮磷颗粒态污染物,平均氮磷去除量分别为144.51、65.20 g·m-2(平均雨量37.85mm).植物吸收是植被段氮磷去除的重要途径,在雨季共吸收氮磷分别可达82.69、12.52 g·m-2.跌落曝氧也是降雨径流氮磷污染控制的重要作用机制,跌落段对NH4+-N的平均去除负荷为15.05 g·m-2.     

川中丘陵区典型土地利用方式下磷素迁移的初步研究

通过野外定位观测,对川中丘陵区坡耕地、水田与林地地表径流水中磷素迁移形态、迁移通量进行了初步研究。结果表明,坡耕地、林地磷素迁移以颗粒吸附态为主,水田磷素迁移以水溶性磷为主,所有土地利用类型径流中总磷含量已超过水体富营养化的标准。坡耕地、水田和林地地表径流水中磷迁移的通量分别为0.88 kg/(hm2.a),0.15 kg/(hm2.a)与0.33 kg/(hm2.a)。     

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.     

华北半干旱区2个农业流域地表氮素流失特征的对比研究

在2004和2005年2个水文年期间,通过野外降雨径流监测和室内分析,对位于华北半干旱地区天津市重要饮用水水源地于桥水库周边2个典型农业小流域地表径流氮素流失特征进行了对比研究.结果表明,2个农业小流域全年氮输出主要集 中在6-9月;试验期间桃花寺流域41%的地表径流和52%的总氮负荷发生在2次>60 mm降雨中,曹各庄流域输出地表径 流和总氮负荷较均匀地分布于不同降雨类型的降雨事件中;桃花寺流域和曹各庄流域地表径流氮素输出发生的最小降雨量 分别约为20 mm和10 mm;曹各庄流域和桃花寺流域年均径流系数分别为0.013 2和0.001 6,前者为后者的8.3倍;曹各庄流域 年均总氮输出量是1.048 kg·(hm2·a)-1,桃花寺流域年均总氮输出量是0.158 kg·(hm2·a)-1,前者是后者的6.6倍.2个农业流 域内的微地形地貌、景观格局和迁移廊道性质的不同是造成流域氮素流失特征差异的主要原因:受长期人为活动干扰形成的 复杂地形地貌结构降低了流域的降雨一产流能力;桃花寺流域地表径流氮素主要污染源(村庄)离受纳水体的距离约为 1 500 m,而曹各庄流域此距离约为200 m,较短的迁移距离增加氮素迁移到受纳水体的风险;曹各庄流域道路型的传输廊道可 以很快地将地表径流氮素迁移到受纳水体,而桃花寺流域地表径流氮素则可以在传输廊道中被小石坝、植被过滤带和干塘等 "汇"型结构所持留.     

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.     

太湖丘陵地区农田氮素迁移的时空分布特征

在太湖丘陵地区选择4种有代表性的土地利用类型进行野外原位试验,研究自然降雨条件下氮素随地表径流迁移的时空分布特征.试验结果表明,随地表径流迁移的农田氮素以氨氮为主,其“次降雨径流平均浓度”中位值占总氮的44.5%,亚硝态氮浓度最小,仅占1.8%.地表径流中的氮素浓度存在显著的季节性差异,其分布主要受降水量、气温等气象条件以及农事活动的影响.总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的“多场降雨径流平均浓度”的时间变异性依次减小.菜地径流中总氮、氨氮和硝态氮以及竹林亚硝态氮的SMC值最高,不同土地利用下氮素浓度的空间分布主要与施肥条件以及植被覆盖度有关.各氮素形态SMC值的空间变异性小于其时间变异性.旱地和菜地的氮素迁移通量大于板栗林和竹林,径流量是导致迁移通量存在显著差异的主导因素.     

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.     

旱作农业土壤矿质态氮随地表径流迁移特征研究

为了了解旱作农业土壤中氮素随地表径流的流失水平及规律,于野外夏玉米试验田中进行了模拟降雨与自然降雨条件下的对比试验,并通过对水量和水质的同步监测,研究了不同施肥水平下氮素的流失效应.其中,模拟降雨采用的两个降雨强度分别为40和70mm.h-1,3个尿素施肥水平分别为287、431和575kg.hm-2(以N计),每次自然降雨的试验小区布置相同.试验期间,共有20次降雨事件(包括模拟降雨),其中,4次降雨过程中产生了地表径流并有氮素流失.结果表明,次降雨径流过程中硝态氮流失浓度先迅速增大后逐步降低,而铵态氮流失浓度变化平稳,且流失浓度较低.次降雨间氮素流失平均浓度相差较大,尤其体现在硝态氮浓度上更为明显.此外,研究发现,次降雨径流过程地表氮素流失初期效应明显,且受降雨强度影响显著.通过氮素流失水平的计算发现,研究区大于25mm的降雨类型会有明显的地表径流产生及氮素流失.     

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...     

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。     

化肥减量配施生物炭和秸秆增加了坡耕地壤中流磷流失风险

紫色土坡耕地是中国西南地区的重要农耕用地,也是三峡库区农业非点源污染的主要来源地之一,采取合理的措施控制其土壤养分流失对该区域非点源污染治理具有重要意义.以紫色土坡耕地为研究对象,通过3 a(2018～2020年)大田试验,设置不施肥(CK)、常规施肥(CF)、优化施肥(OF)、生物炭+优化施肥减量15%(BF)和秸秆+优化施肥减量15%(SF)这5个处理,对自然降雨条件下坡耕地地表径流(0～20 cm)和壤中流(20～60 cm)磷流失规律进行监测与评估.结果表明,施肥减少了紫色土坡耕地产沙量和地表径流流失通量,但增加了壤中流流失通量.地表径流正磷酸盐(PO^3-₄-P)、全磷(TP)和颗粒态磷(PP)总流失通量以BF处理最高,SF处理最低.各施肥处理壤中流磷流失通量均高于CK处理,且PO^3-₄-P和TP流失通量以BF处理最高(213.88 g·hm^-2和694.54 g·hm^-2),其次为OF和SF处理.冗余分析(RDA)结果表明,地表径流流失通量和生物...     

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.     

A review of rapid transport of pesticides from sloping farmland to surface waters:Processes and mitigation strategies

Pesticides applied to sloping farmland may lead to surface water contamination through rapid transport processes as influenced by the complex topography and high spatial variability of soil properties and land use in hilly or mountainous regions. However, the fate of pesticides applied to sloping farmland has not been sufficiently elucidated. This article reviews the current understanding of pesticide transport from sloping farmland to surface water. It examines overland flow and subsurface lateral flow in areas where surface soil is underlain by impervious subsoil or rocks and tile drains. It stresses the importance of quantifying and modeling the contributions of various pathways to rapid pesticide loss at catchment and regional scales. Such models could be used in scenario studies for evaluating the effectiveness of possible mitigation strategies such as constructing vegetated strips, depressions, wetlands and drainage ditches, and implementing good agricultural practices. Field monitoring studies should also be conducted to calibrate and validate the transport models as well as biophysical-economic models, to optimize mitigation measures in areas dominated by sloping farmland.     

密云水库小流域土地利用方式与氮磷流失规律

在密云水库石匣小流域对农田、林果地、荒草坡、村庄等4种不同类型的非点源污染发生区,进行降雨、径流量、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮磷污染物的流失情况.结果表明,径流中总磷的浓度以村庄最高,其次为坡耕地、林果地和荒草坡.村庄径流的溶解态磷浓度为荒草坡径流的10倍.不同地表径流中的溶解态氮浓度的差别较大,村庄最高,其次是耕地、荒草坡、林果地.在降雨初期,随着径流量的增大,径流中总氮的浓度迅速降低,呈线性递减;此后随着径流的减少,总氮的浓度下降速度极其缓慢.不同土地利用类型中吸附态磷占总磷的比重都在90%以上,与泥沙结合的吸附态磷的浓度远大于溶解态磷的浓度,吸附态磷是磷流失的主要形态.      

化肥减量对紫色土坡耕地磷素流失的影响

采用人工径流小区对紫色土坡耕地降雨产流、磷素流失浓度进行定点观测,研究不施肥(CK)、常规施肥(T1)、优化施肥(T2)、化肥减量配施秸秆(T3)4种不同处理对紫色土坡耕地磷素在地表径流、壤中流中流失的影响.结果表明,壤中流是紫色土坡耕地的主要产流方式,占比高达70％以上,其中磷素主要通过泥沙、地表径流2个途径流失.化...     

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.     

施用不同氮肥对坡耕地径流中N输出的影响

以山东省泰安东北部刘家庄村坡耕地为研究区域,通过实地监测多次天然降雨中农田养分的流失,研究施肥处理对氮素流失的影响.结果表明,施肥显著地增大了农田径流中氮素浓度及流失量;在相同施肥量的实验条件下,与碳酸氢铵和普通尿素相比,控释尿素可有效地降低氮素流失15%～25%;70%左右的氮素流失发生在监测的前期.合理施肥、降低表土中速效氮养分含量是减少农田氮流失的关键途径之一.     

抗生素在紫色土地表径流和地下渗流中的迁移

以川中丘陵区典型石灰性紫色土为对象,在生态养鸡果园管理模式下,探究不同种类粪源抗生素在连续自然降雨事件下随土壤水文过程的迁移浓度、通量及其对降雨的动态响应规律。结果表明,在蓄满产流机制下,连续强降雨导致地表径流和地下渗流中的抗生素浓度急剧增加。降雨过程中,抗生素浓度对降雨强度有明显响应,浓度峰与雨强峰一一对应,地下渗流的响应峰存在15~30min滞后。磺胺类抗生素在地表径流和地下渗流中的平均浓度分别高达1.22,4.07μg/L。在优先流作用下,吸附性较强的喹诺酮类和四环素类抗生素即使在降雨初期也能在地下渗流中被检出。地下渗流也是研究区紫色土中抗生素迁移的重要路径,其迁移总通量比地表径流高2个数量级。此外,鸡粪处理下抗生素迁移浓度和通量显著高于对照,表明粪源基质对污染物具有辅助运移作用。pH值和胶体浓度是主要影响因素,在降雨过程中的变化可引起抗生素形态及其与胶体结合作用改变。相关分析表明,胶体浓度与抗生素都呈正相关,pH值与磺胺类、四环素类抗生素和泰乐菌素呈显著正相关,而与氟苯尼考和喹诺酮类抗生素负相关。