黑土区坡耕地土壤侵蚀与养分流失过程的试验研究

论文摘要

我国东北黑土区是世界上仅有的三大块黑土区之一。近年来由于自然因素的影响及人类长期不合理的生产活动使该地区土壤侵蚀严重,由此导致的土壤养分流失和生产力下降已严重影响到了我国的粮食安全。因此,防治土壤侵蚀,保护黑土这块宝贵的资源已迫在眉睫。为此,本论文以我国东北典型薄层黑土区（侵蚀严重区）为研究对象,基于野外原位人工模拟降雨试验,分析了降雨强度、降雨雨型及不同地表条件（翻耕裸露、秸秆覆盖）对典型薄层黑土区坡耕地土壤侵蚀和养分流失的影响,揭示了不同条件下坡耕地的土壤侵蚀过程和养分流失过程,主要研究结论如下:1.研究了不同降雨强度（30、60和90mm/h）对黑土区坡耕地土壤侵蚀及养分流失的影响。在次降雨事件下,坡耕地径流量随降雨强度的增大而增加;当降雨强度由30增加到60mm/h时,坡耕地侵蚀产沙量增加16.5倍。不同降雨强度条件下,径流中NO3-N、NH4-N和PO4-P的浓度均随降雨历时的延长而降低,并且养分浓度变化过程与降雨历时呈相关性很好的幂函数关系。试验条件下养分随地表径流流失损失是黑土区坡耕地养分损失的主要途径。2.分析了不同雨型（30-90-60mm/h-峰值型、60-30-90mm/h-延迟型和90-60-30mm/h-减弱型）对黑土区坡耕地土壤侵蚀以及养分流失的影响。坡面产流率和侵蚀率的变化趋势与雨型中雨强的变化趋势一致,而且雨强的突变对产流率和侵蚀率具有重要影响,三种雨型中径流总量的顺序为:延迟型>减弱型>峰值型,侵蚀产沙总量的顺序为:峰值型>延迟型>减弱型。不同雨型条件下,各降雨强度对坡面径流量、侵蚀产沙量的贡献率明显不同;坡面累积径流量和累积侵蚀量随降雨历时的延长而递增,但是增涨幅度不同。3.探究了雨型和降雨强度对养分流失的影响。相同雨型和下垫面条件下,黑土区坡耕地养分流失量随降雨强度的增大而增加。不同雨型同一时段内的养分流失量与该时段内的降雨强度呈正相关;坡耕地径流养分流失占总流失量的69.9%-76.3%,侵蚀泥沙养分的流失比例在23.6-30.1%之间。三种雨型相比,峰值型的养分流失总量最高,分别是延迟型和减弱型的3.16和3.27倍,说明施肥后短期的长历时降雨会加剧地表养分的流失。由于NO3-N、NH4-N和PO4-P随径流和侵蚀泥沙的流失,导致三者降雨后在土壤剖面中的含量均小于降雨前土壤中的含量。4.研究了不同秸秆覆盖量（低覆盖和高覆盖）对坡耕地土壤侵蚀及养分流失的影响。当秸秆覆盖量为2 kg/m2时,径流量和侵蚀量分别减少了87%的和99.86%;当秸秆覆盖量为4 kg/m2时,坡耕地无产流发生。低秸秆覆盖条件下,径流中的NO3-N和PO4-P的浓度分别是裸露休闲处理的5.52倍和4.25倍,但NO3-N和PO4-P流失总量与裸露休闲处理基本相同;低秸秆覆盖增加了泥沙中养分的含量,但泥沙中NO3-N和PO4-P流失量较裸露休闲处理分别减少了99.3%和99.6%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的、意义
• 1.2 选题依据
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 综述
• 1.3.2 土壤侵蚀及养分流失的影响因素
• 1.3.3 存在的主要问题
• 第二章 研究内容、研究方法与试验设计
• 2.1 研究目的及意义
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 降雨强度对黑土区坡耕地土壤侵蚀和养分流失的影响
• 2.2.2 不同雨型对黑土区坡耕地土壤侵蚀和养分流失的影响
• 2.2.3 秸秆覆盖对黑土区坡耕地土壤侵蚀及养分流失的影响
• 2.3 研究区概况及研究方法
• 2.3.1 研究区概况
• 2.3.2 研究方法
• 2.4 技术路线
• 第三章 降雨强度对黑土区坡耕地土壤侵蚀及养分流失的影响
• 3.1 试验设计
• 3.2 不同降雨强度对坡面土壤侵蚀过程的影响
• 3.2.1 不同降雨强度对坡面产流时间的影响
• 3.2.2 降雨强度对坡面入渗、产流的影响
• 3.2.3 降雨强度对坡面侵蚀产沙的影响
• 3.2.4 降雨强度对坡面总径流量和总侵蚀量的影响
• 3.3 不同降雨强度对坡面养分流失过程的影响
• 3.3.1 不同降雨强度对径流中养分浓度的影响
• 3.3.2 不同降雨强度对径流中养分流失量的影响
• 3.3.3 不同降雨强度对侵蚀泥沙中养分流失量的影响
• 3.3.4 不同降雨强度条件下养分流失的途径分析
• 3.3.5 侵蚀泥沙中有机质的流失
• 3.4 本章小结
• 第四章 不同雨型对黑土区坡耕地土壤侵蚀及养分流失的影响
• 4.1 试验设计
• 4.2 不同雨型条件下的产流过程
• 4.2.1 不同雨型的产流时间
• 4.2.2 不同雨型的产流率
• 4.2.3 不同雨型的径流强度
• 4.2.4 不同雨型条件下各雨强的径流量
• 4.2.5 累积径流量和降雨历时的关系
• 4.3 不同雨型条件下的侵蚀过程
• 4.3.1 不同雨型条件下的侵蚀率
• 4.3.2 不同雨型条件的侵蚀强度
• 4.3.3 不同雨型条件下各雨强的侵蚀量
• 4.3.4 累积侵蚀量和降雨历时的关系
• 4.4 不同雨型条件下的养分流失过程
• 4.4.1 不同雨型条件下径流中养分的流失
• 4.4.2 不同雨型条件下侵蚀泥沙中养分的流失
• 4.4.3 不同雨型条件下养分流失总量比较
• 4.5 不同雨型条件下土壤剖面养分含量降雨前后的变化
• 4.6 本章小结
• 第五章 秸秆覆盖对黑土区坡耕地土壤侵蚀及养分流失的影响
• 5.1 试验设计
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 秸秆覆盖对产流时间的影响
• 5.2.2 秸秆覆盖对入渗、产流过程的影响
• 5.2.3 秸秆覆盖对坡面径流量和侵蚀量的影响
• 3-N 和 PO₄-P 的浓度和流失量'>5.2.4 地表径流中NO₃-N 和 PO₄-P 的浓度和流失量
• 3-N 和 PO₄-P 的含量及流失量'>5.2.5 泥沙中NO₃-N 和 PO₄-P 的含量及流失量
• 5.3 本章小结
• 第六章 研究结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 存在的问题与研究展望
• 6.3.1 存在的问题
• 6.3.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介