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模拟降雨下片麻岩坡地土壤侵蚀及养分流失过程研究

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摘要

1.1.1 水土流失问题现状

1.1.2 河北省水土流失现状及片麻岩水土流失影响因素

1.2 不同种植模式植物篱对水土流失影响的研究进展

1.2.1 不同种植模式植物篱研究现状

1.2.2 植物篱品种选择及其生态效益

1.3 坡耕地土壤养分流失研究进展

1.3.1 坡耕地土壤养分流失影响因素

1.3.2 坡耕地土壤养分迁移途径

1.4 研究意义及目的

1.5 研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

2.1 供试材料

2.2 模拟降雨装置

2.3 试验设计

2.4 样品测定及数据处理

2.4.1 样品测定

2.4.2 数据处理

3 结果与分析

3.1 坡面土壤侵蚀产流产沙过程分析

3.1.1 不同种植模式和坡度对初始产流时间的影响

3.1.2 不同种植模式对坡面产流产沙动态过程的影响

3.1.3 不同坡度对坡面产流产沙动态过程的影响

3.1.4 径流模数和侵蚀模数变化特征分析

3.2 坡面土壤颗粒粗化过程分析

3.2.1 侵蚀泥沙颗粒机械组成变化特征

3.2.2 坡面土壤团聚体组成含量变化特征分析

3.2.3 坡面土壤团聚体稳定性的变化特征分析

3.2.4 湿筛法土壤团聚体与坡面径流、侵蚀产沙特征参数间的分析

3.3 坡面径流泥沙养分流失过程分析

3.3.1 降雨过程中氮流失特征分析

3.3.2 渗流液中氮运移特征分析

3.3.3 降雨过程中磷流失特征分析

3.3.4 降雨过程中钾流失特征分析

3.4 坡面土壤养分流失过程的模型建立

4 讨论

4.1 坡地土壤侵蚀过程的临界坡度

4.2 坡地土壤养分流失过程的影响因素

5 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢

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摘要

河北省太行山区是北方土石山区的重要组成部分,也是华北平原的生态屏障和资源供给区。该区域片麻岩团粒结构较差、机械组成较为单一,表土层极易被径流冲刷造成水土流失。本研究通过人工模拟降雨的方法,进行了6场有效降雨,拟定不同坡度5°、15°、25°、35°和不同种植模式欧李1行、2行、3行,对片麻岩土壤产流产沙过程、养分淋溶及流失规律进行研究,揭示水土流失与养分流失的规律,对该区域有效防治土壤养分淋溶与流失、保护土壤质量提供了理论依据。主要结论如下:
  (1)随着坡度的增大,初始产流时间逐渐提前;随着欧李种植行数增加,初始产流时间逐渐推迟,2行、3行欧李种植模式初始产流时间分别是1行欧李种植模式下初始产流时间的1.5倍和2.5倍;坡度的增大与欧李种植行数的加宽均对初始产流时间有显著影响,相同坡度处理下,15°、25°和35°坡面上,3行欧李种植模式初始产流时间显著推迟于1行欧李和2行欧李种植模式初始产流时间,1行欧李和2行欧李种植模式初始产流时间差异不显著;通过回归分析得出,欧李种植模式对初始产流时间的影响最大。
  不同种植模式径流量变化基本遵循:1行欧李>2行欧李>3行欧李;1行欧李种植模式下,产沙量、产沙模数均呈现出25°>35°>15°>5°的规律;累积径流量、累积产沙量与时间有着显著的二次函数关系,决定系数R2均大于0.98,累积径流量与累积产沙量之间存在良好的三次函数关系,且决定系数均大于0.99。
  (2)雨后侵蚀泥沙粘粒(0-2μm)和细粉粒(2-20μm)含量之和较原土增加,从52.45%增至68.71%~82.59%,粗粉粒(20-50μm)和砂粒(>50μm)含量较原土减少了19.53%~55.95%和32.66%~92.02%;侵蚀泥沙中流失细粉粒最多,其次为粘粒和粗粉粒,砂粒流失最少。
  雨后表土WAS025(>0.25mm水稳性团聚体含量)减小,即>0.25mm水稳性团聚体含量减少,且3行欧李坡面WAS025变化最为明显;坡度和种植模式的变化主要通过影响>2mm土壤团聚体含量来影响表土层土壤团聚体结构,相关系数分别为-0.41、0.50;土壤侵蚀模数与PAD025(>0.25mm团聚体分散度)呈正相关且相关系数相对较大,即>0.25mm团聚体分散程度越大,坡面表土的侵蚀作用越强烈,稳定性越差。
  (3)降雨径流中NO3--N流失总量占径流氮总流失量比重高于NH4+-N,二者分别为26.32%~56.70%、6.02%~12.67%;坡度是影响坡面养分流失的主要因素,养分富集系数均大于1;坡度与全效养分流失模数均呈显著相关性,相关系数均大于0.66;全氮、全磷流失模数与产沙量有良好的三次函数关系,决定系数分别为0.62、0.74;主导侵蚀泥沙中全效养分、速效养分流失量的主要侵蚀泥沙颗粒为较小粒径侵蚀泥沙颗粒,但其主导粒子各不相同。
  综上可知,在本研究中,3行欧李种植模式的减流减沙效果最为显著,且雨后各坡面均出现不同程度的粗化现象,细粉粒流失量最多,各坡面氮磷钾流失模数与产沙量存在三次函数关系,且坡度是影响坡面氮磷钾流失的主要因素,其通过影响侵蚀泥沙量进而影响氮磷钾流失量。

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