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黄土坡地土壤氮磷流失人工降雨模拟实验研究

发布时间:2016-12-08 16:02

  本文关键词:黄土坡地土壤氮磷流失人工降雨模拟实验研究,由笔耕文化传播整理发布。


《西北农林科技大学》 2015年

黄土坡地土壤氮磷流失人工降雨模拟实验研究

王丽  

【摘要】:本研究以黄土塬区坡地为研究对象,围绕降雨过程和水土养分流失过程,基于人工模拟降雨的基础上,分析了水土流失和氮磷养分流失的特征及不同影响因子(坡度、降雨强度、土壤前期含水量、土壤改良剂PAM)对土壤水分深层入渗、养分垂直分布特征和土壤水分垂直动态变化特征的影响。主要研究结果如下:研究坡度为5°,10°,15°,20°,25°五个坡度,供试土壤为黑垆土,结果显示:在恒定降雨强度下,初始产流10min内,产流产沙量随时间迅速递增,随后增加缓慢并逐渐趋于稳定,总产流量大小为15°10°20°5°25°;10°总产沙量最大,15°和20°总产沙量相近,5°和25°总产沙量接近。不同坡度条件下总产流量和总产沙量随坡度的变化趋势均可用二次函数拟合,决定系数R2为0.65。坡度10°~15°之间存在一个对径流中养分浓度变化有显著影响的转折点,硝态氮在湿润层内的迁移过程能够用幂函数描述,铵态氮在湿润层内的浓度变化可以用三次多项式拟合,速效磷浓度在湿润层内随深度变化并不明显;硝态氮、铵态氮总流失量随坡度的变化趋势符合二次多项式变化,决定系数R2分别为0.91和0.77。20°时水溶性磷流失总量最大,为15°坡面的1.61倍。径流中初始养分浓度主要受养分在径流中的溶解度的影响,在产流后期,土壤流失量对径流养分浓度的影响程度加大。研究0.7 mm·min-1、1.2 mm·min-1、1.7 mm·min-1、1.9 mm·min-14个水平下雨强对黄土高塬沟壑区黑垆土坡地土壤侵蚀及氮磷流失情况的影响。结果显示:①总产流量随雨强的增加而增大;雨强0.7 mm·min-1和1.2 mm·min-1条件下,稳定径流率、平均径流深、总产流量和总产沙量均无显著差异;当雨强为1.7 mm·min-1时总产沙量最大。②雨强为0.7 mm·min-1、1.2 mm·min-1和1.9 mm·min-1时,氮磷流失过程一致,在降雨过程中先缓慢降低后趋于稳定;雨强1.7 mm·min-1条件下,水溶性磷、硝态氮和铵态氮浓度均显著高于其他三个雨强(p0.05),水溶性磷浓度变化趋势符合二次多项式,决定系数R2达到0.93,硝态氮和铵态氮浓度变化过程符合对数函数,决定系数R2均达到0.8以上。③磷和硝态氮流失总量随着雨强增加而增加,铵态氮总流失量在1.7 mm·min-1雨强下达到最大。④磷的迁移深度不受雨强变化的影响,硝态氮迁移深度随雨强的增大而增大;在1.7 mm·min-1雨强下,土壤垂直剖面中磷、硝态氮和铵态氮的均为含量最低,三种溶质流失量最大而向下淋失最少。通过人工模拟降雨实验,对5%、9%、13%、17%和20%这5个不同前期含水量水平下的黄土高塬沟壑区黑垆土坡耕地土壤侵蚀及氮磷流失情况进行了研究。结果显示,在同一雨强和坡度条件下,随着土壤含水量的增加,坡面达到稳定入渗率的时间缩短,开始均匀产流时间也减小;在5%~17%前期含水量的范围内,径流量、泥沙量随前期含水量增加而增加;17%~20%时,径流量和产沙量为递减的变化趋势。产沙量与径流量呈显著的线性关系,决定系数为0.889。前期含水量为17%时,径流中水溶性磷、硝态氮、铵态氮浓度最大,总流失量最大。3种养分在湿润层内发生积累的深度随含水量增加而减小。前期含水量17%是影响径流中养分浓度变化的一个临界值。在前期含水量范围为5%~9%时,养分流失量变化不大,且流失量较小。硝态氮平均流失总量最大,分别是铵态氮和水溶性磷的1.32和2.46倍。通过人工模拟降雨试验,研究5°、15°和25°3个坡度水平下PAM对黄土高塬沟壑区黑垆土坡地土壤侵蚀及氮磷流失情况的影响。结果显示:①施加PAM后增加了5°和15°的总产流量却减少了25°坡面总产流量;PAM组初始产沙量较大,8min以后,施加PAM与对照组产沙速率出现差异并开始降低,表明施用PAM的起作用时间约为8-10min左右,5°、15°、25°3个坡度的减沙率分别为38.2%、3.7%和53.9%。②PAM对3个坡度径流中磷浓度有减小作用且不受坡度变化的影响,对5°和15°坡面铵态氮浓度影响不明显,但对25°坡面铵态氮浓度有明显减小作用,此外,PAM的施用能降低铵态氮初始流失浓度。③施加PAM能影响土壤水分的再分配过程并减少3个坡度坡面硝态氮和磷的向下淋失。④施加PAM后:5°、15°和25°坡面磷流失总量显著减少,减小幅度分别为77.6%、64.5%和85.1%;径流硝态氮流失总量随着坡度的增加先增加后减少,在15°~20°之间存在改变PAM对硝态氮影响作用的转折坡度值,PAM处理后的硝态氮流失量与径流量在0.05水平上显著相关,相关系数为0.998;PAM能够显著减小陡坡25°坡面溶解态铵态氮的流失量,减小幅度为60.1%。

【关键词】:
【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】:2015
【分类号】:S157.1
【目录】:

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本文编号:208312

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