模拟降雨条件下秦岭北麓土壤养分流失特征研究
本文关键词：模拟降雨条件下秦岭北麓土壤养分流失特征研究
【摘要】：土壤水土养分流失、土壤质量退化、河流富营养化以及农业非点源污染等问题已严重影响到人类赖以生存的环境条件。由此,对于坡地土壤水分、养分迁移机制与预测模型研究以及河流营养化的研究已成为目前研究的核心内容。竹峪流域地处渭河南岸的秦岭浅山区,年降雨量674.3mm,主要集中在7、8、9三个月;该流域是地貌呈漏斗状的封闭水域,俞家河作为干流贯穿其中;主要农业种植模式有2种:猕猴桃和冬小麦—玉米轮作;因此,作为一个相对独立的、有代表性的区域,用于研究渭河流域土壤养分流失风险是比较理想的场所。其所得结论为日后开展坡地土壤养分迁移机理及模拟模型研究,有效预测与控制土壤养分流失,同时对坡地上水分与养分的流失预测、环境的保护有积极的作用。本试验采用人工模拟降雨的试验方法,选择以硝态氮、可溶性磷、土壤全磷和全氮为研究对象,探讨了影响坡地土壤养分流失的各种因素,系统说明了坡地养分在不同因素下的迁移特征,对比了不同降雨强度、坡度、前期含水量对土壤养分迁移的影响,为预防坡地土壤养分迁移提供参考价值。通过试验研究,本文所得结论如下:(1)降雨试验结果表明,土壤前期含水量对坡地径流产沙状况均具有显影响著。单位时间径流量和累积径流量随着初始含水量的变化均表现为21%14%7%3.5%的规律。这是由于试验所用黄土粘粒含量较高且易分散,同时土壤的入渗能力在很大程度上是由土壤基质势梯度控制的,所以由于土壤前期初始含水量较高,基质势梯度相对较小,入渗能力相对较低,因而径流强度大。通过分析累积径流含沙量发现,随着前期含水量的增加,坡面土壤累积径流含沙量逐渐减小(3.5%7%14%21%),这主要是由于在相同条件下,径流含沙量的大小主要决定于坡面土壤特性,即土壤前期含水量高,降雨初期土壤粘聚力也就越强。虽然此时坡面径流量相对较大,而且流速也较快快,但是土壤前期含水量大的条件下产生的泥沙进入径流的量仍然小于土壤初始含水量小的情况。(2)研究结果表明,当土壤前期含水量≤14%时,含水量的差异对于径流中溶质浓度的变化特征影响不明显。当土壤前期含水量≥21%时,被径流携带走的溶质的量会明显增大。这可能是由于在低含水量时,由于土壤入渗能力较强,所以有部分养分随水流入渗到深层土壤中。当含水量增大到21%后,此时入渗减少,径流效率提高,所以大量可溶性的养分从土壤中被交换溶出带走。同时发现,由无论是硝态氮还是可溶性磷,在降雨条件下的流失率均符合3.5%7%14%21%的变化规律,即土壤初期含水量越高,其表土中的硝态氮和可溶性磷的流失速率就越快。而且,当土壤初期含水量≤14%时,不同初期含水量土壤养分流失率之间虽然存在差异梯度,但是差异梯度较小,当土壤前期含水量达到21%后,可以发现土壤养分流失率明显增大。(3)对于硝态氮而言利用幂函数拟合其浓度随时间的变化过程效果要优于指数函数,而对于可溶性磷而言,利用指数函数拟合效果要优于幂函数。因此,对于不同类型径流溶质而言,建议采用不同的预测模型,这样所得结论更加可靠。根据以上结论,可以认为就秦岭北麓竹峪地区而言,利用幂函数描述其径流硝态氮浓度变化过程,利用指数函数描述其径流可溶性磷浓度变化过程能够得到更好的效果。(4)通过研究发现,前期含水量对坡地泥沙中养分浓度流失规律有明显的影响。将土壤前期含水量分为高含水量(≥14%)和低含水量(≤7%)两个区间,便可以认为当坡地土壤前期含水量处于高含水量区间时,此时泥沙中全氮和全磷含量随着含水量的增加而降低;当坡地土壤前期含水量处于低含水量区间时,此时泥沙中全氮和全磷含量随着含水量的增加而增大。对于高含水量区间与低含水量区间之间具体的划分界限本试验尚未能准确给出,但是此界限必定处于7%~14%之间。在降雨的前中期(0-80min),全氮和全磷的流失率随着降雨时间以幂函数的形式逐渐递减。全氮和全磷平均流失速率与土壤前期含水量呈现极好的的线性关系,相关系数R2分别达到了0.97和0.99。养分流失率同侵蚀速率之间的关系呈明显的线性,可利用土壤的流失率来预测其养分流失率的情况。(5)降雨强度和坡度对坡耕地径流入渗过程具有明显的影响。当坡度固定时,降雨强度的大小对土壤入渗率有明显的影响,但并非线性。在降雨强度相同条件下,坡度越大,土壤入渗率相对就越小。(6)降雨强度对径流中可溶性磷有显著影响,但并没有呈线性关系。在降雨强度相同的条件下,10°的径流可溶性磷浓度要高于5°。通过研究结果发现,就秦岭北麓竹峪地区而言,利用指数函数描述其径流可溶性磷浓度变化过程能够得到更好的效果。径流溶质流失率在降雨初期增加,而后按照指数函数规律衰减。(7)降雨强度对泥沙中全磷含量有显著影响,但并非呈线性关系。5°条件下泥沙中全磷含量要略高于10°。泥沙全磷流失速率随着降雨时间以幂函数的形式逐渐递减,同时发现泥沙中全磷流失率随着降雨强度的增大而增大,即成正相关性,由于本试验只设计了三个降雨强度,变量较少,故尚不能确定STP流失率与雨强之间的确切关系。
【关键词】：降雨强度 全磷 硝态氮 可溶性磷 全氮
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157
【目录】：
- 摘要5-7
- abstract7-12
- 第一章 绪论12-19
- 1.1 研究背景和意义12-13
- 1.2 国内外研究进展13-19
- 1.2.1 坡地磷素迁移13-16
- 1.2.2 侵蚀与产沙的模拟实验发展情况16
- 1.2.3 人工模拟降雨研究影响坡地土壤养分迁移与流失的因素16-19
- 第二章 研究目的与意义、内容和方法19-23
- 2.1 研究目的与意义19
- 2.2 研究内容19
- 2.3 研究方法19-23
- 2.3.1 供试材料19-20
- 2.3.2 试验设备20-21
- 2.3.3 试验设计21-23
- 第三章 初始含水量对坡地径流溶质迁移的影响23-37
- 3.1 引言23-24
- 3.2 试验材料与试验方法24
- 3.2.1 试验材料24
- 3.2.2 试验设计24
- 3.3 试验结果与讨论24-34
- 3.3.1 不同前期含水量条件下土壤入渗—径流过程分析24-26
- 3.3.2 不同前期含水量条件下土壤产沙过程分析26-27
- 3.3.3 降雨过程中前期含水量对坡地径流溶质浓度的影响27-28
- 3.3.4 降雨过程中前期含水量对坡地径流溶质流失率的影响28-29
- 3.3.5 径流养分流失模型29-30
- 3.3.6 前期含水量对坡地泥沙中养分浓度流失规律的影响30-34
- 3.4 小结34-37
- 第四章 降雨强度及坡度对坡地径流溶质迁移的影响37-49
- 4.1 引言37
- 4.2 试验材料与试验方法37-38
- 4.2.1 试验材料37-38
- 4.2.2 试验方法38
- 4.3 试验结果与讨论38-47
- 4.3.1 不同坡度和降雨强度条件下土壤入渗—径流过程分析38-39
- 4.3.2 降雨过程中径流DP浓度变化特征39-40
- 4.3.3 径流养分流失模型40-42
- 4.3.4 降雨过程中径流DP流失率变化特征42-43
- 4.3.5 降雨过程中泥沙STP浓度变化特征43-44
- 4.3.6 降雨过程中泥沙STP流失率变化特征44-47
- 4.4 小结与讨论47-49
- 第五章 主要的研究结论、不足以及展望49-52
- 5.1 主要结论49-51
- 5.2 存在的不足51
- 5.3 展望51-52
- 参考文献52-55
- 致谢55-56
- 作者简介56
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，本文编号：881896
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