本文關(guān)鍵詞：模擬降雨條件下秦嶺北麓土壤養(yǎng)分流失特征研究

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【摘要】：土壤水土養(yǎng)分流失、土壤質(zhì)量退化、河流富營(yíng)養(yǎng)化以及農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染等問(wèn)題已嚴(yán)重影響到人類(lèi)賴以生存的環(huán)境條件。由此,對(duì)于坡地土壤水分、養(yǎng)分遷移機(jī)制與預(yù)測(cè)模型研究以及河流營(yíng)養(yǎng)化的研究已成為目前研究的核心內(nèi)容。竹峪流域地處渭河南岸的秦嶺淺山區(qū),年降雨量674.3mm,主要集中在7、8、9三個(gè)月;該流域是地貌呈漏斗狀的封閉水域,俞家河作為干流貫穿其中;主要農(nóng)業(yè)種植模式有2種:獼猴桃和冬小麥—玉米輪作;因此,作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、有代表性的區(qū)域,用于研究渭河流域土壤養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)是比較理想的場(chǎng)所。其所得結(jié)論為日后開(kāi)展坡地土壤養(yǎng)分遷移機(jī)理及模擬模型研究,有效預(yù)測(cè)與控制土壤養(yǎng)分流失,同時(shí)對(duì)坡地上水分與養(yǎng)分的流失預(yù)測(cè)、環(huán)境的保護(hù)有積極的作用。本試驗(yàn)采用人工模擬降雨的試驗(yàn)方法,選擇以硝態(tài)氮、可溶性磷、土壤全磷和全氮為研究對(duì)象,探討了影響坡地土壤養(yǎng)分流失的各種因素,系統(tǒng)說(shuō)明了坡地養(yǎng)分在不同因素下的遷移特征,對(duì)比了不同降雨強(qiáng)度、坡度、前期含水量對(duì)土壤養(yǎng)分遷移的影響,為預(yù)防坡地土壤養(yǎng)分遷移提供參考價(jià)值。通過(guò)試驗(yàn)研究,本文所得結(jié)論如下:(1)降雨試驗(yàn)結(jié)果表明,土壤前期含水量對(duì)坡地徑流產(chǎn)沙狀況均具有顯影響著。單位時(shí)間徑流量和累積徑流量隨著初始含水量的變化均表現(xiàn)為21%14%7%3.5%的規(guī)律。這是由于試驗(yàn)所用黃土粘粒含量較高且易分散,同時(shí)土壤的入滲能力在很大程度上是由土壤基質(zhì)勢(shì)梯度控制的,所以由于土壤前期初始含水量較高,基質(zhì)勢(shì)梯度相對(duì)較小,入滲能力相對(duì)較低,因而徑流強(qiáng)度大。通過(guò)分析累積徑流含沙量發(fā)現(xiàn),隨著前期含水量的增加,坡面土壤累積徑流含沙量逐漸減小(3.5%7%14%21%),這主要是由于在相同條件下,徑流含沙量的大小主要決定于坡面土壤特性,即土壤前期含水量高,降雨初期土壤粘聚力也就越強(qiáng)。雖然此時(shí)坡面徑流量相對(duì)較大,而且流速也較快快,但是土壤前期含水量大的條件下產(chǎn)生的泥沙進(jìn)入徑流的量仍然小于土壤初始含水量小的情況。(2)研究結(jié)果表明,當(dāng)土壤前期含水量≤14%時(shí),含水量的差異對(duì)于徑流中溶質(zhì)濃度的變化特征影響不明顯。當(dāng)土壤前期含水量≥21%時(shí),被徑流攜帶走的溶質(zhì)的量會(huì)明顯增大。這可能是由于在低含水量時(shí),由于土壤入滲能力較強(qiáng),所以有部分養(yǎng)分隨水流入滲到深層土壤中。當(dāng)含水量增大到21%后,此時(shí)入滲減少,徑流效率提高,所以大量可溶性的養(yǎng)分從土壤中被交換溶出帶走。同時(shí)發(fā)現(xiàn),由無(wú)論是硝態(tài)氮還是可溶性磷,在降雨條件下的流失率均符合3.5%7%14%21%的變化規(guī)律,即土壤初期含水量越高,其表土中的硝態(tài)氮和可溶性磷的流失速率就越快。而且,當(dāng)土壤初期含水量≤14%時(shí),不同初期含水量土壤養(yǎng)分流失率之間雖然存在差異梯度,但是差異梯度較小,當(dāng)土壤前期含水量達(dá)到21%后,可以發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分流失率明顯增大。(3)對(duì)于硝態(tài)氮而言利用冪函數(shù)擬合其濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程效果要優(yōu)于指數(shù)函數(shù),而對(duì)于可溶性磷而言,利用指數(shù)函數(shù)擬合效果要優(yōu)于冪函數(shù)。因此,對(duì)于不同類(lèi)型徑流溶質(zhì)而言,建議采用不同的預(yù)測(cè)模型,這樣所得結(jié)論更加可靠。根據(jù)以上結(jié)論,可以認(rèn)為就秦嶺北麓竹峪地區(qū)而言,利用冪函數(shù)描述其徑流硝態(tài)氮濃度變化過(guò)程,利用指數(shù)函數(shù)描述其徑流可溶性磷濃度變化過(guò)程能夠得到更好的效果。(4)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),前期含水量對(duì)坡地泥沙中養(yǎng)分濃度流失規(guī)律有明顯的影響。將土壤前期含水量分為高含水量(≥14%)和低含水量(≤7%)兩個(gè)區(qū)間,便可以認(rèn)為當(dāng)坡地土壤前期含水量處于高含水量區(qū)間時(shí),此時(shí)泥沙中全氮和全磷含量隨著含水量的增加而降低;當(dāng)坡地土壤前期含水量處于低含水量區(qū)間時(shí),此時(shí)泥沙中全氮和全磷含量隨著含水量的增加而增大。對(duì)于高含水量區(qū)間與低含水量區(qū)間之間具體的劃分界限本試驗(yàn)尚未能準(zhǔn)確給出,但是此界限必定處于7%~14%之間。在降雨的前中期(0-80min),全氮和全磷的流失率隨著降雨時(shí)間以冪函數(shù)的形式逐漸遞減。全氮和全磷平均流失速率與土壤前期含水量呈現(xiàn)極好的的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2分別達(dá)到了0.97和0.99。養(yǎng)分流失率同侵蝕速率之間的關(guān)系呈明顯的線性,可利用土壤的流失率來(lái)預(yù)測(cè)其養(yǎng)分流失率的情況。(5)降雨強(qiáng)度和坡度對(duì)坡耕地徑流入滲過(guò)程具有明顯的影響。當(dāng)坡度固定時(shí),降雨強(qiáng)度的大小對(duì)土壤入滲率有明顯的影響,但并非線性。在降雨強(qiáng)度相同條件下,坡度越大,土壤入滲率相對(duì)就越小。(6)降雨強(qiáng)度對(duì)徑流中可溶性磷有顯著影響,但并沒(méi)有呈線性關(guān)系。在降雨強(qiáng)度相同的條件下,10°的徑流可溶性磷濃度要高于5°。通過(guò)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),就秦嶺北麓竹峪地區(qū)而言,利用指數(shù)函數(shù)描述其徑流可溶性磷濃度變化過(guò)程能夠得到更好的效果。徑流溶質(zhì)流失率在降雨初期增加,而后按照指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。(7)降雨強(qiáng)度對(duì)泥沙中全磷含量有顯著影響,但并非呈線性關(guān)系。5°條件下泥沙中全磷含量要略高于10°。泥沙全磷流失速率隨著降雨時(shí)間以冪函數(shù)的形式逐漸遞減,同時(shí)發(fā)現(xiàn)泥沙中全磷流失率隨著降雨強(qiáng)度的增大而增大,即成正相關(guān)性,由于本試驗(yàn)只設(shè)計(jì)了三個(gè)降雨強(qiáng)度,變量較少,故尚不能確定STP流失率與雨強(qiáng)之間的確切關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：降雨強(qiáng)度 全磷 硝態(tài)氮 可溶性磷 全氮
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S157
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展13-19
• 1.2.1 坡地磷素遷移13-16
• 1.2.2 侵蝕與產(chǎn)沙的模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況16
• 1.2.3 人工模擬降雨研究影響坡地土壤養(yǎng)分遷移與流失的因素16-19
• 第二章 研究目的與意義、內(nèi)容和方法19-23
• 2.1 研究目的與意義19
• 2.2 研究?jī)?nèi)容19
• 2.3 研究方法19-23
• 2.3.1 供試材料19-20
• 2.3.2 試驗(yàn)設(shè)備20-21
• 2.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)21-23
• 第三章 初始含水量對(duì)坡地徑流溶質(zhì)遷移的影響23-37
• 3.1 引言23-24
• 3.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法24
• 3.2.1 試驗(yàn)材料24
• 3.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)24
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論24-34
• 3.3.1 不同前期含水量條件下土壤入滲—徑流過(guò)程分析24-26
• 3.3.2 不同前期含水量條件下土壤產(chǎn)沙過(guò)程分析26-27
• 3.3.3 降雨過(guò)程中前期含水量對(duì)坡地徑流溶質(zhì)濃度的影響27-28
• 3.3.4 降雨過(guò)程中前期含水量對(duì)坡地徑流溶質(zhì)流失率的影響28-29
• 3.3.5 徑流養(yǎng)分流失模型29-30
• 3.3.6 前期含水量對(duì)坡地泥沙中養(yǎng)分濃度流失規(guī)律的影響30-34
• 3.4 小結(jié)34-37
• 第四章 降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)坡地徑流溶質(zhì)遷移的影響37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法37-38
• 4.2.1 試驗(yàn)材料37-38
• 4.2.2 試驗(yàn)方法38
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論38-47
• 4.3.1 不同坡度和降雨強(qiáng)度條件下土壤入滲—徑流過(guò)程分析38-39
• 4.3.2 降雨過(guò)程中徑流DP濃度變化特征39-40
• 4.3.3 徑流養(yǎng)分流失模型40-42
• 4.3.4 降雨過(guò)程中徑流DP流失率變化特征42-43
• 4.3.5 降雨過(guò)程中泥沙STP濃度變化特征43-44
• 4.3.6 降雨過(guò)程中泥沙STP流失率變化特征44-47
• 4.4 小結(jié)與討論47-49
• 第五章 主要的研究結(jié)論、不足以及展望49-52
• 5.1 主要結(jié)論49-51
• 5.2 存在的不足51
• 5.3 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 致謝55-56
• 作者簡(jiǎn)介56

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