人工模拟降雨下喀斯特裸露坡耕地溶质迁移特征试验研究

发布时间：2020-05-08 15:23

【摘要】：喀斯特地区特殊的地质条件使得该地区水土流失十分严重,水土流失造成大量的土壤养分流失,使得当地生态环境受到破坏,严重制约当地的农业生产。本文以喀斯特裸坡为研究对象、以石灰土作为试验土壤,采用人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、地形、地下孔(裂)隙度下的喀斯特裸坡土壤溶质迁移及养分流失特征,揭示喀斯特坡地侵蚀产沙与养分流失的主要影响因素,建立相应的回归方程,为喀斯特地区的面源污染治理及养分流失预测提供理论依据。主要研究结果如下:(1)降雨强度与地下产流量呈现显著正相关关系;与地下产沙量呈现显著正相关关系。坡度与地下产流量呈现显著负相关关系;与地下产沙量呈现显著负相关关系。地下孔(裂)隙度与地下产流量呈现正相关关系;与地下产沙量呈现正相关关系。(2)地表径流中氮素、磷素、水溶性有机碳的输出浓度随降雨强度的增大呈现出增大的趋势,地表泥沙中养分的迁移速率与迁移量总体上均随降雨强度的增大而增大;地表溶质的迁移量约为地下溶质迁移量的2倍,地表泥沙迁移量约为地下的3倍,土壤溶质迁移和泥沙养分迁移均以地表迁移为主。随坡度的增大地表泥沙全氮、全磷、全钾、有机碳总体上呈现增大的趋势,地下溶质迁移量随坡度的增大呈现出减小的变化趋势;地下泥沙养分迁移量与坡度的关系不明显。地下溶质迁移速率总体上随地下孔裂(隙)度变化总体上呈现出增大的趋势,地下泥沙全氮、全磷、全钾、速效钾、土壤有机碳随地下孔裂(隙)度的增大呈现出增大的趋势。(3)降雨强度与地表径流中溶质迁移量呈极显著正相关关系(P0.01),且与地表泥沙全氮、全磷、全钾、有效磷、土壤有机碳成极显著正相关关系(P0.01);坡度与地表溶质迁移量成正相关关系,且坡度与地表径流磷素迁移量成极显著正相关关系(P0.01),与地表水解氮迁移量成显著正相关关系(P0.05);地下孔(裂)隙度与地表溶质迁移量成负相关关系,且与地表氮素、钾素和水溶性有机碳成极显著负相关关系(P0.01)。(4)降雨强度与地下径流中溶质迁移量呈极显著正相关关系(P0.01),且与地下泥沙中全氮、全磷、全钾、土壤有机碳呈极显著正相关关系(P0.01)。坡度与地下径流中的溶质迁移量成负相关关系,且坡度与地下水溶性有机碳成显著负相关关系(P0.05);坡度与地表泥沙中水解氮迁移量成显著正相关关系(P0.05),坡度与地下泥沙中有效磷迁移量成显著正相关关系(P0.05)。地下孔(裂)隙度与地表泥沙全氮、全磷、全钾、土壤有机碳成极显著负相关关系(P0.01),与地表速效钾成显著负相关关系(P0.05)。地下孔(裂)隙度与地下泥沙全氮、全磷、全钾和土壤有机碳成极显著正相关关系(P0.01);与地下水解氮成正相关关系。(5)降雨强度与溶质迁移量之间的线性关系较好,拟合程度较高。坡度与地表泥沙中全磷的拟合方程为Y=211.17+28.996X-2.67X~2+0.064X~3(R~2=0.794);坡度与地下泥沙中水溶性有机碳的拟合方程为Y=479.975X~(-0.44)(R~2=0.765),坡度与地表泥沙中全磷的拟合方程为Y=347.886-39.195X+3.321X~2-0.071X~3(R~2=0.833);坡度与地下泥沙中有效磷的拟合方程为Y=44.01-1.574X+0.06X~2(R~2=0.812)。地下孔(裂)隙度与地表泥沙全氮的拟合方程效果最好,其拟合方程为Y=69.231X~(-1.208)(R~2=0.825),总的来说降雨强度与地下孔(裂)隙度的影响较为显著,而坡度的影响次之。
【图文】：

磷素,径流,氮素,情况

图 3-1 不同降雨特性下径流氮素、磷素浓度变化情况Fig.3-1 Changes of runoff nitrogen and phosphorus concentrations under different rainfallcharacteristics图 3-2 不同降雨特性下径流钾素、水溶性有机碳浓度变化情况Fig.3-2 Change of the concentration of runoff potassium and water-soluble organic carbon underdifferent rainfall characteristics

水溶性有机碳,钾素,径流,降雨强度

图 3-2 不同降雨特性下径流钾素、水溶性有机碳浓度变化情况Fig.3-2 Change of the concentration of runoff potassium and water-soluble organic carbon underdifferent rainfall characteristics由于降雨是导致坡面径流的重要因素，而径流是携带泥沙和养分的主要载体，因此降雨是导致了坡面土壤溶质迁移主要力量来源。本文以基岩裸露率为20%，地下孔裂（隙）为 3%、坡度 20°的溶质浓度（图 3-1 和图 3-2）及迁移量（表 3-3 和表 3-4）数据为例，通过分析不同雨强下地表溶质迁移浓度变化特征图（图 3-1 和图 3-2），可以看出降雨强度对钾素（TK）的浓度影响不明显，对氮素（TN）而言，降雨强度为 50 mm/h 和 70 mm/h 时，氮素流失浓度较为平稳当降雨强度为 90 mm/h 时，溶质浓度起伏波动较大，且溶质浓度达到了峰值，总体而言随着降雨强度的增大氮素浓度呈现出增大的趋势。对磷素（TP）而言，，降雨强度为 50 mm/h 时，氮素流失浓度较为平稳，当降雨强度为 70 和 90 mm/h
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157;X131

【参考文献】