發(fā)布時間：2017-12-09 13:28

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合坡面土壤侵蝕與養(yǎng)分流失及其調(diào)控模擬試驗研究

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【摘要】：坡形和坡度是影響坡面降雨入滲、地表產(chǎn)流和土壤侵蝕的重要因子,是坡面土壤侵蝕研究的重要內(nèi)容。深入理解不同坡形及坡度條件下土壤侵蝕機理是水土保持研究與實踐的迫切需求。本文針對復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流及其水動力特性、土壤侵蝕以及養(yǎng)分流失研究相對薄弱的現(xiàn)狀,采用室內(nèi)土槽沖刷試驗與人工模擬降雨試驗相結(jié)合的研究方法,研究了不同坡度大小和坡度類型條件下復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流、徑流水動力特征、土壤侵蝕和養(yǎng)分流失過程以及聚丙烯酰胺應(yīng)用對其的影響,分析了坡度、坡形和聚丙烯酰胺濃度對坡面徑流水動力特性和坡面土壤侵蝕過程的影響機理,揭示了土壤養(yǎng)分-氮和磷元素的遷移機制。主要結(jié)論如下:(1)直面坡的徑流流速隨流程增加而增大并趨于穩(wěn)定,且徑流流速隨流量或坡度的增大而顯著增大;直面坡的徑流深度沿流程逐漸減小直至趨于穩(wěn)定,但徑流深度隨流量的增加或坡度的減小而增大。凸型坡下坡面的徑流流速大于上坡面,而凹型坡下坡面的徑流流速小于上坡面。試驗條件下雷諾數(shù)沿流程為一常數(shù)。雷諾數(shù)隨徑流量增加而顯著增大,坡度及坡度組合對其影響較小。試驗條件下,25 L/(min·m)的單寬徑流量可以作為判別徑流運動型態(tài)的臨界流量。直面坡的徑流弗勞德數(shù)隨流程增加而增大,徑流量或坡度越大,弗勞德數(shù)越大。在試驗條件下,凸型坡上坡面的徑流為緩流而下坡面則為急流;而凹型坡徑流流態(tài)大部分屬于急流。(2)當(dāng)上坡坡度15°時,無論是凸型坡還是凹型坡,均比直面坡更易產(chǎn)流且產(chǎn)流量更大。凸型坡的降雨徑流系數(shù)隨著坡度的增大而增大。當(dāng)上坡坡度≥10°時凸型坡的徑流系數(shù)在整個降雨過程中持續(xù)增大;凹型坡的降雨徑流系數(shù)隨著降雨時間的延長逐漸趨于穩(wěn)定,且上、下坡段的坡度差值越大,徑流系數(shù)越大。大坡度凸型坡在降雨過程中會出現(xiàn)細(xì)溝侵蝕,其徑流含沙量會急劇增大。除大坡度凸型坡外,凸型坡和凹型坡土壤侵蝕速率均隨著降雨歷時逐漸減小直至趨于穩(wěn)定。(3)隨徑流流失的氮素以硝態(tài)氮為主。徑流中銨態(tài)氮濃度和硝態(tài)氮濃度隨降雨歷時變化不大。侵蝕泥沙中的硝態(tài)氮濃度隨降雨歷時呈先增大后減小趨勢。隨徑流流失的硝態(tài)氮總量遠(yuǎn)大于隨侵蝕泥沙中的流失量。坡形對泥沙中硝態(tài)氮含量影響較為顯著,坡形改變了泥沙中硝態(tài)氮含量隨降雨過程的變化規(guī)律。泥沙中速效磷濃度隨降雨歷時先減小后增大,坡形對其影響不顯著。(4)聚丙烯酰胺(PAM)應(yīng)用顯著縮短了初始降雨產(chǎn)流時間,坡形和坡度對降雨初始產(chǎn)流時間影響不顯著。PAM應(yīng)用增大了降雨徑流系數(shù),且徑流系數(shù)隨著PAM施用量的增大而增大。在試驗條件下,當(dāng)PAM施用量為0.5、1.0和2.0 g/m2時,凸型坡的坡面徑流量平均比對照處理增加了 16.6%、69.3%和108.9%,凹型坡的坡面徑流量比對照處理增加了 55.7%、100.2%和147.3%。(5)PAM應(yīng)用顯著增大了小坡度凸型坡和凹型坡的徑流含沙量和土壤流失量,但在細(xì)溝侵蝕發(fā)生時減小了大坡度凸型坡的徑流含沙量和土壤流失量。PAM施用量對凸型坡土壤流失量影響不顯著,而凹型坡土壤流失量基本隨PAM施用量的增加而增大。PAM應(yīng)用后坡度對凸型坡和凹型坡土壤流失量無明顯影響。當(dāng)PAM施用量為0.5、1.0和2.0 g/m2時,凸型坡和凹型坡的平均土壤流失量分別為1.34±0.30、1.89±0.77、1.53±0.57kg/m2和0.91±0.38、1.52±0.59、1.56±0.49kg/m2。本研究表明,坡形和坡度對黃土復(fù)合坡面徑流水動力學(xué)特征、降雨產(chǎn)流、土壤侵蝕和養(yǎng)分運移影響顯著。研究結(jié)果將為深入理解自然條件下坡面土壤侵蝕過程和有效防止農(nóng)業(yè)非點源污染提供科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S157.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1270564