拦截草带对坡耕地水土流失及氮磷输出的控制作用研究

论文摘要

水土资源是人类生存和发展的根本,水土保持作为人类保护、改善生态环境的重要技术手段和途径,在人类追求经济和环境可持续协调发展中扮演着重要的角色。坡地是云南省的主要耕地,也是氮磷流失的主要立地类型。草被因其覆盖度大、生长较快等特点在水土保持方面起着重要的作用。本研究通过野外径流小区定点观测,并以室内人工降雨模拟试验相补充,对布设拦截草带后的产流产沙量、氮磷输出量,及相较于对照的产流产沙调控率、氮磷输出削减率等指标进行了初步研究,并进一步分析了产流量、产沙量与降雨强度的关系,产沙量、产流量与产流时间三者的关系,降雨强度对不同坡面（草带和对照）产流产沙动态过程的影响；氮磷输出含量与降雨强度的关系,降雨强度对不同坡面（草带和对照）N、P输出动态过程的影响,以及氮磷输出含量与初始污染物浓度的关系。揭示了拦截草带对坡耕地水土流失及氮磷输出的调控效应,这对于山区治理水土流失及面源污染、指导生态建设有着重要的意义。本研究所得主要结论如下：（1）拦截草带具有一定的水土保持能力。野外监测拦截草带可削减地表径流72.49%,减少土壤流失82.12%。室内模拟试验雨强为20mm/h时,草带产流调控率平均可达55.28%；产沙调控率平均可达70.80%；雨强为35mm/h时,草带产流调控率平均可达42.40%；产沙调控率平均可达69.98%；雨强为50mm/h时,草带产流调控率平均可达6.69%；产沙调控率平均可达52.16%。草带的产沙调控作用高于产流调控。随雨强的增加,草带的产流产沙调控作用有所减弱。（2）拦截草带可有效控制坡耕地氮磷输出。在径流小区内铺植草带后,与原状坡面相比,N、P养分随径流输出量明显减小,TN输出量减少了73.59%,氨氮输出量减少了62.62%,TP输出量减少了42.30%；N、P养分随泥沙输出量也明显减小,全氮输出量减少了80.11%,水解氮输出量减少了81.08%,全磷输出量减少了85.64%,速效磷输出量减少了7.66%。（3）不同降雨强度下草带对坡面产流产沙的影响：随雨强增加,对照及草带小区产流量和侵蚀量均不同程度增加,产流时间均不同程度减小；无论何种情况下,草带较对照的产流量和侵蚀量都较小,产流时间都有较大幅度增加。对照和草带小区产流过程都大致为先逐渐增加出现峰值后渐渐趋于稳定的态势。不同雨强的产流过程差异显著,雨强大产流亦大。相同情况下,对照的产流动态过程中各时间段的产流量较草带坡面的产流量大；在此动态过程中对照的产流量随着雨强的变化程度基本一致,而草带却不同,其在大雨强（50mm/h）的产流量波动很大。产沙的过程较为复杂,有多峰多谷的特点。对照和草带小区土壤侵蚀强度随雨强增大而迅速增大。产流初始由于土壤湿度小、土粒松散、粘结力小、易被溅蚀分离等原因产沙过程线很快出现峰值。但这时流量一般还较小,距产流高峰还有一段时间,所以在产沙高峰过后,产沙量便迅速减小并出现低谷。随着降雨时间的延长,产流量不断增大,水流的冲刷作用渐渐增强,产沙过程又出现峰值,产沙初期变化幅度剧烈。此后,呈小范围波动稳定状态。（4）不同降雨强度下草带对坡面N、P输出的影响：径流中TN、N03-N的输出含量与降雨强度均不相关；NH4+-N、TP输出含量与降雨强度均显著正相关；PO43-与降雨强度相关性比较复杂,草带坡面二者显著正相关,但对照坡面二者不相关。对照小区TN浓度在产流前期有个明显下降的过程,TN浓度输出是在产流一段时间后慢慢趋于稳定；而草带小区TN浓度变化比较平稳,无很大波动。从不同降雨强度看,草带TN浓度输出变化无很大差异；对照小区在雨强为20、35mm/h时,变化幅度相似,在雨强为50mm/h时,初始浓度很高,而后迅速下降,再达到稳定。对照小区NH4+-N流失浓度变化比草带小区波动大,NH4+-N流失浓度及过程的陡峭度受雨强影响较大,在大雨强时下降趋势波动很大,小雨强、中雨强下相对平缓。草带小区NO3--N浓度变化比较平稳,无很大波动；而对照小区NO3--N浓度在产流前期较高,且波动幅度很大,随着时间推移N03--N浓度曲线呈波浪状递减过程。地表径流TP浓度在雨强20mm/h和50mm/h时,两种坡面的输出浓度变化过程均处于小幅度波动稳定状态；而在雨强35mm/h时,草带小区TP浓度产流前期较稳定,而后迅速增加,然后达到波动稳定状态,而对照小区TP浓度曲线是波动的缓慢递增,在产流后期突然下降再达到一个稳定状态。两种坡面地表径流P043-浓度输出过程变化与降雨强度没有明显的关系。（5）初始污染物浓度对N、P输出的影响：径流中TN、NH4+-N、N03-N、TP、 PO43与污染物浓度均显著正相关,即面源污染物的输出直接受初始输入浓度的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 农业氮磷流失研究进展
• 1.1.1 氮素输移规律研究进展
• 1.1.2 磷素输移规律研究进展
• 1.2 坡耕地水土流失及面源污染控制研究进展
• 1.2.1 研究方法
• 1.2.2 坡面水土流失及面源污染物输出机理
• 1.2.3 坡耕地水土流失及面源污染控制措施研究
• 1.3 拦截草带防治坡耕地水土及养分流失的研究进展
• 1.4 本研究的目的和意义
• 2 研究区概况
• 3 研究技术路线与方法
• 3.1 研究技术路线
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 野外径流小区观测试验
• 3.2.1.1 试验地选取与布置
• 3.2.1.2 试验测定指标及方法
• 3.2.2 室内人工降雨模拟试验
• 4 野外监测结果与分析
• 4.1 降雨量
• 4.2 次降雨—径流特征
• 4.3 草带对坡面径流和泥沙的调控作用
• 4.4 草带对地表氮磷输出的控制作用
• 4.4.1 草带控制径流中N、P输出的作用
• 4.4.2 草带控制泥沙中N、P输出的作用
• 5 室内模拟试验结果与分析
• 5.1 不同坡面产流产沙及N、P输出
• 5.1.1 不同坡面产流产沙
• 5.1.2 径流N、P输出含量
• 5.2 不同降雨强度下草带对坡面产流产沙及N、P输出的影响
• 5.2.1 产流产沙动态过程研究
• 5.2.1.1 产流量动态过程
• 5.2.1.2 产沙量动态过程
• 5.2.2 产流量、产沙量与降雨强度的关系
• 5.2.3 产沙量、产流量与产流时间三者之间的关系
• 5.2.4 不同雨强下径流N素输出动态过程
• 5.2.5 不同雨强下径流P素输出动态过程
• 5.2.6 氮磷输出含量与降雨强度的关系
• 5.3 氮磷输出含量与初始污染物浓度的关系
• 6 结论与讨论
• 6.1 结论
• 6.1.1 野外监测结论
• 6.1.2 室内模拟试验结论
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢