坡长和雨强对氮素流失影响的模拟降雨试验研究

为研究氮素的流失特征,探索坡长和降雨强度对氮素流失的影响,选定坡长(2,3,4,5m)和降雨雨强(0.65,0.69,0.83,0.85,1.01,1.20,1.37,1.54,1.68,1.80mm/min)作为可变因素,在红壤裸坡上进行室内人工模拟降雨试验。结果表明:(1)坡面径流中各形态氮素流失随时间推移基本趋势为降雨初期径流携带氮素的浓度大,随后氮素浓度下降,至20min左右下降趋势变缓,最终径流中同一形态氮素的浓度趋于一致。(2)坡长一定时,径流中各形态氮素的总流失量随降雨强度的增大而增大,呈现较为明显的正相关性。各场次降雨中,各形态氮素的总流失量均为5m坡长最大,2m坡长最小。(3)径流量与TN、NO_3^-—N的总流失量之间存在极为显著的相关性,而对NH_4^+—N的总流失量影响较小。(4)径流中TN、NO_3^-—N的流失量与坡长、雨强、径流量都达到了极显著相关水平,相关性依次为径流量>雨强>坡长,而径流中NH_4^+—N的流失量只与雨强显著相关。(5)坡长、雨强及径流量与径流中各形态氮素总流失量的综合影响分别可以用线性相关方程进行描述,显著性依次为TN>NO_3^-—N>NH4+—N。

雨强和植被覆盖度对坡地侵蚀产沙影响强度研究

以降雨强度和植被覆盖度为两个主要变量,采用人工模拟降雨的试验方式,应用线性和非线性相结合的计算方法,分析研究了降雨强度和植被覆盖度这2个直接因素以及径流量和含沙量2个间接因素在坡地水力侵蚀产沙过程中的复合影响及影响权重,结论如下:在单一要素的拟合分析中,雨强和径流量的相关性最大,植被覆盖度与含沙量的关系最明显。由此推得,雨强对径流量的影响显著,植被覆盖度对产沙量的影响大于雨强;复合相关性拟合显示,产沙量与径流量和含沙量的关系显著,含沙量对产沙量的影响大于径流量的影响,雨强对产沙量的影响大于植被覆盖度;4个分析因素中,对坡地侵蚀产沙影响权重最大的是径流量,2个直接因素中以雨强的影响权重最大。由此提出,在坡地侵蚀产沙的控制实践中,应在坡面水利工程控制坡面径流的基础上,发挥植被覆盖度的作用。

坡面侵蚀产沙与水力学特征参数关系模拟

坡面侵蚀产沙主要受坡面径流动态过程的影响,表征坡面径流过程特征是水力学特征参数。为了研究坡面侵蚀产沙与主要水力学特征参数的关系,揭示坡面侵蚀产沙的水动力学机理。采用人工模拟降雨的方式,通过不同坡长和雨强的组合试验,基于跨雨强和跨坡长的综合性分析的思路,应用经典水力学计算和统计拟合相结合的方法,对特定坡度(20°)下,5个坡长(1,2,3,4,5m)13个降雨强度的试验监测数据进行了分析。结果表明:(1)在设计雨强(0.65~2.0mm/min)和坡度范围内,坡面径流都属于缓流,雨强<0.7mm/min都为层流,呈现紊流的最小雨强为1.01mm/min;(2)坡长对弗汝德数和阻力系数的影响较大,对剪切力、径流深和雷诺数的影响很小,3m坡长是坡面径流过程的波动步长,是模拟试验研究坡面径流水动力学参数的最小设计坡长;(3)流速是坡面侵蚀产沙的主要影响参数,剪切力是判断坡面侵蚀产沙强度的综合性指标之一。这些研究结论为实地大范围通过径流量和流速来预测侵蚀产沙的强度提供了简便快速的判断方法。

低积累水稻品种联合腐殖酸、海泡石保障重镉污染稻田安全生产的潜力

以某铅锌矿开采区周边重镉污染稻田(全Cd含量为2.52 mg·kg^(-1))以及Cd低积累型晚粳稻品种嘉33为对象,研究了Cd低积累水稻嘉33与改良剂腐殖酸、海泡石联合对重镉污染稻田的农产品安全输出的保障潜力.结果表明,重镉污染稻田上嘉33仍表现出良好的低镉积累特性,改良剂腐殖酸、海泡石单独或联合投加,可降低水稻各器官中Cd的积累,以及茎对根吸收的Cd和精米对茎中Cd的转运系数,且降低量随着改良剂施用量的增加而增加.当施用5.250 t·hm^(-2)的腐殖酸、或6.750 t·hm^(-2)的海泡石、或1.125 t·hm^(-2)的腐殖酸和3.375 t·hm^(-2)的海泡石搭配施用均可使嘉33精米中Cd含量低于国家的限量指标(GB 2762^(-2)012),其精米中Cd含量分别为(0.171±0.01)、(0.184±0.01)和(0.181±0.01)mg·kg^(-1).腐殖酸单施、海泡石单施以及腐殖酸与海泡石配施均能促进土壤Cd向残渣态、铁锰氧化物结合态转化,显著降低土壤中有效Cd含量,降低Cd的生物有效性,进而降低了水稻各器官中Cd含量.其中海泡石单施、腐殖酸与海泡石配施降低土壤中有效Cd含量效果优于腐殖酸单施.同时,相比于腐殖酸单施、海泡石单施,腐殖酸和海泡石搭配施用对土壤养分的影响更趋友好,除了土壤碱解氮含量无明显性变化外,对应的土壤速效磷、速效钾及有机质含量均随改良剂施用量增加而升高.综上结果,意味着在重镉污染土壤上,低Cd积累水稻品种联合腐殖酸和海泡石配施是实现重镉污染土壤安全生产的优选措施.