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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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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