黄前水库上游药乡小流域林地地表径流和壤中流氮磷流失特征

摘要

降水是坡地产流和产沙的原动力，径流（地表径流和壤中流）又是导致坡地土壤氮、磷等养分流失，进而造成下游河流和水库水土环境污染主要原因之一。因此，关于水库上游森林植被调控降雨径流和氮磷流失与迁移机制研究一直受到人们普遍关注。本文以黄前水库上游药乡小流域为研究区域，选择该流域麻栎林、刺槐林和麻栎-刺槐混交林地为研究对象，以荒草地为对照，采用人工模拟降雨试验，研究小流域林地产流及其氮磷流失特征，探讨林地地表径流和壤中流输移氮磷的比例负荷与迁移规律，以此为水源地上游非点源污染控制与水源林配置及其效益评价提供理论依据，同时对深入研究坡地氮磷养分运移规律、丰富土壤学研究内容具有重要参考价值。主要研究结果如下： （1）林地及荒草地地表径流和壤中流的径流及氮磷流失特征差异显著。林地及荒草地的地表径流量均呈现时间不断增加且趋于稳定的特征，与地表径流相比，壤中流的产流滞后于地表径流，且壤中流的产流过程径流量波动较小。林地和荒草地地表径流全氮（TN）全磷（TP）输出浓度在初期均较高，且荒草地的TN和TP输出浓度高于林地的，随着降雨的进行，林地与荒草地的地表径流TN和TP输出浓度逐渐减少并逐渐趋于稳定。林地及荒草地壤中流TN和TP输出浓度在产流过程中保持相对稳定。地表径流TN和TP流失浓度与降雨时间呈较好的幂函数关系。 （2）与荒草地相比，林地能够有效减少径流和氮磷流失，防治氮磷流失及非点源污染。麻栎林、刺槐林和麻栎-刺槐混交林地表径流量分别比荒草地低34.14%、38.63%和53.49%。麻栎林、刺槐林以及麻栎-刺槐混交林地表径流TN平均浓度分别比荒草地低20.32%、25.00%以及26.83%；其地表径流TN流失量分别为荒草地的52.48%、46.04%以及34.04%。麻栎林、刺槐林以及麻栎-刺槐混交林壤中流TN平均输出浓度分别比荒草地低11.50%、16.48%以及17.60%。麻栎林、刺槐林以及麻栎-刺槐混交林的TN总流失量仅为荒草地的62.40%、57.29%以及46.36%。麻栎林、刺槐林和麻栎-刺槐混交林地表径流TP平均浓度分别比荒草地低36.47%、43.53%和58.82%，地表径流TP流失量仅为荒草地的42.12%、34.63%和19.27%。荒草地的壤中流TP平均浓度和TP流失量最大，TP流失量是麻栎林、刺槐林和麻栎-刺槐混交林的1.58倍、2.18倍和2.15倍。麻栎林、刺槐林和麻栎-刺槐混交林TP总流失量分别比荒草地少55.32%、64.02%和77.43%。与荒草地相比，林地对氮磷流失的调控效果较好，其中麻栎-刺槐混交林的调控效果最好。 （3）林地及荒草地径流及氮磷流失均以地表径流流失为主，但壤中流流失仍然占据一定比例，不容忽视。麻栎林、刺槐林、麻栎-刺槐混交林与荒草地的地表径流分别占总产流的63.84%，59.87%，53.07%和81.42%，壤中流量分别占总产流的36.16%，40.13%，46.93%和18.58%，林地壤中流比例明显高于荒草地，说明林地有利于雨水下渗以及水源涵养，其中麻栎-刺槐混交林雨水下渗能力最好。麻栎林、刺槐林、麻栎-刺槐混交林和荒草地的地表径流TN流失量分别占TN总流失量的75.06%，71.71%，65.52%和89.24%；壤中流TN流失量分别占TN总流失量的24.94%，28.29%，34.48%和10.76%。麻栎林、刺槐林、麻栎-刺槐混交林以及荒草地的地表径流TP流失量分别占TP总流失量的82.86%，84.57%，75.00%和87.88%；壤中流TP流失量分别占TP总流失量的17.14%，15.43%，25.00%和12.12%。 （4）随着雨强的增大，径流及其氮磷流失也增加，尤其是增大了径流及氮磷流失中地表径流流失比例。随着雨强的增大，林地地表径流量比例由45.66%增加到62.38%，壤中流比例由54.34%减小到37.62%。地表径流与壤中流的产流时间随雨强的增大而呈幂函数减小。随着雨强增加，林地的TN流失量增加了1.05倍~2.78倍，其中地表径流TN流失量增加了1.27倍~3.74倍，壤中流TN流失量增加了0.74~1.39倍。随着雨强的增大，林地地表径流TN流失量比例由59.62%增加到74.29%，壤中流TN流失量比例由40.68%减小到25.71%。雨强50mm/h和雨强75mm/h的地表径流TP输出浓度在初期均较高，随着降雨进行，两种雨强的地表径流TP输出浓度逐渐减少并逐渐趋于稳定。雨强100mm/h地表径流TP输出浓度虽在整个过程中呈一定下降趋势，但整体波动性较大。随着雨强增加，林地TP流失量增加了1.06倍~5.73倍，其中地表径流TP流失量增加了1.23倍~7.68倍，壤中流TP流失量增加了0.68倍~1.33倍。随着雨强增大，林地地表径流TP流失量比例由69.34%增加到89.38%，壤中流TP流失量比例由30.66%减小到10.62%。

目录

声明

符号及缩略词说明

1引言

1.1研究背景

1.2研究目的与意义

1.3国内外研究现状

1.3.1水源地降雨径流与氮磷流失特征研究现状

1.3.2降雨产流与氮磷流失特征的影响因素研究现状

2材料与方法

2.1研究区概况

2.1.1地理位置

2.1.2地形地貌

2.1.3土壤类型

2.1.4 植被概况

2.1.5 气候条件

2.2研究内容

2.3研究方法

2.3.1人工模拟降雨试验野外取样

2.3.2人工模拟降雨试验设计

2.3.3 样品测定方法

2.3.4数据处理与分析

2.4技术路线

3结果与分析

3.1人工模拟降雨条件下不同林地产流特征

3.1.1人工模拟降雨条件下不同林地地表径流产流特征

3.1.2人工模拟降雨条件下不同林地壤中流产流特征

3.1.3人工模拟降雨条件下不同林地地表径流与壤中流迁移比例

3.2人工模拟降雨条件下不同林地氮素流失特征

3.2.1人工模拟降雨条件下不同林地地表径流氮素流失特征

3.2.2人工模拟降雨条件下不同林地壤中流氮素流失特征

3.2.3人工模拟降雨条件下不同林地地表径流与壤中流氮素迁移比例

3.3人工模拟降雨条件下不同林地磷素流失特征

3.3.1人工模拟降雨条件下不同林地地表径流磷素流失特征

3.3.2人工模拟降雨条件下不同林地壤中流磷素流失特征

3.3.3人工模拟降雨条件下不同林地地表径流与壤中流磷素迁移比例

3.4人工模拟降雨条件下不同雨强林地产流及氮磷流失特征

3.4.1人工模拟降雨条件下不同雨强林地产流特征

3.4.2人工模拟降雨条件下不同雨强林地氮素流失特征

3.4.3人工模拟降雨条件下不同雨强林地磷素流失特征

4讨论

4.1不同林地产流特征及其影响因素

4.2不同林地氮磷流失特征及其影响因素

4.3地表径流与壤中流产流及氮磷迁移负荷比例及影响因素

4.4 雨强对林地产流及氮磷流失的影响

5结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表论文情况