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《西北农林科技大学》 2002年
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坡地土壤磷素与水分迁移试验研究

李裕元  
【摘要】: 坡地水分养分迁移研究是土壤侵蚀与早地农业的学科交叉点,同时也是土壤科学与环境科学的学科交叉点。研究坡地水分养分的迁移规律,对于探讨坡地土壤质量退化机理、保护与改善生态环境以及提高旱地农业的生产力均具有重要的理论价值和生产意义。本文采用室内模拟降雨试验与野外天然降雨试验方法,研究了坡地水分转化、土壤磷素与颗粒组成在产流过程中的动态变化及其沿坡面迁移的特征,并得出如下主要研究结论: 1 试验结果表明,雨强、坡度、土壤翻耕与压实状况对坡地水分转化具有显著影响。地表坡度15°和土壤压实条件下,坡面平均入渗率(i_a)和雨强(i_R)具有极显著的抛物线性关系:i_a=1.3302i_R~2+3.5926i_R-1.418,据此可求得临界雨强(1.35mm/min)和最大坡面平均入渗率(1.01mm/min)。坡面初始产流时间(t_p)随雨强的增大而减小,二者呈幂函数关系。径流深度与径流系数均随雨强的增大而增大,表现为线性关系;随着坡度的增大t_p缩短,而i_a变化不大。与压实土壤相比,翻耕以后t_p明显缩短,i_a下降40%~60%;坡面总径流深度与径流系数增加1~5倍。统计分析表明,不同雨强、坡度、土壤翻耕或压实条件下,乙均随产流时间(t_R)的延长以幂函数形式降低。翻耕导致i_a下降速度加快,并显著降低稳定入渗率。坡面产流速度(V_R)随t_A的延长而逐渐加快,二者表现为对数函数关系:V_R=aLn(t_R)+b。翻耕导致V_R显著增大。雨强、坡度对降雨过程中土壤水分的入渗深度没有显著影响,但土壤剖面的平均含水量从坡顶向下均略有增加。降雨向土壤水分的转化率(T_R)随着雨强的增大而显著降低。不同坡度土壤剖面平均含水量增加的顺序为:5°>25°>15°。与压实土壤相比,翻耕条件下土壤含水量与TR显著降低。坡地表层(0-5cm与5-10cm)与深层(0-2m)土壤水分含量均表现为波浪状变化特征。坡型对土壤水分的波动有显著影响,直型坡水分含量的波动强度较弱,凸型坡上部波动性较强,但随着坡度和坡长的增加波动性逐渐减弱,并最终消失。坡地土壤水分含量出现波动的原因主要在于土壤颗粒组成的空间变异所导致的土壤水分入渗性能的改变。 2 模拟降雨试验结果表明,磷肥施入土壤的时间(培养时间)、地表坡度、施肥方法、土壤翻耕与压实状况等因素对流失径流泥沙中不同形态磷素的含量具有不同程度的影响。磷肥施入土壤以后,磷素有效性呈幂函数形式衰减,在2~3天以内Olsen-P的衰减率即达到50%以上,水溶态磷的衰减率达到85%以上。随培养时间的延长和磷素有效性的降低,流失径流泥沙中溶解态磷(DP)含量逐渐降低,而泥沙浸提态磷 tV 李裕元博士论文:坡地土壤磷素与水分迁移试验研究 (SEP)和泥沙全磷(TSP)的含量则呈现增加趋势。随着产流时间的延长,SEP、DP、 与TSP的含量均逐渐增加,并最终趋于稳定。不同形态磷素的累积流失量均随产流 时间的延长呈幂函数形式增加,但流失总量主要受产流产沙量的影响。培养时间还显 著影响不同形态磷素的流失比例,培养时间越短,DP的流失比例越高。不同施肥方 法流失径流泥沙中OP与SBP平均含量的大小顺序为:混施>穴施>条施>对照(不施 肥人坡度对初始产流阶段 SEP、TSP的含量具有较明显的影响,15”时 SEP与 TSP 含量的初始含量最低,而5”与25”时SEP与TSP的初始含量较高。翻耕条件下坡地 DP、SEP、TP的流失量均明显增加,增加幅度高达 10倍以上。 3 模拟降雨与野外天然降雨试验均表明,土圾养分与颗粒 沿坡面均表现为波 状变化特征。土壤有效磷(AP)与全磷①TP)的含量及其相对流失率馆降雨后含量 的降低占降雨前含量的百分数,简作RLR)在坡面均表现为波状变化特征,波动的 强度从坡顶向下逐渐减弱,波动频率则逐渐加快。RLR。尸随坡长b)的增加而增大, 表现为较显著的线性关系。RLRA,与RLRs。随培养时间(广)的延长而降低,其中RL凡。 与矿呈幂函数关系,而***。与矿贝呈线性关系:R工R,=4.9098厂“““, RLR。=刀二339t+0.4567。雨强对 AP、STP沿坡面分布的影响不明显。与压实土 壤相比,翻耕条件下AP含量在坡面的波动强度增大,STP含量明显升高;但翻耕对 坡面AP的平均含量、磷素的RLR值没有显著影响。粘粒含量沿坡面表现为明显的 波状增加趋势,土壤颗粒组成中以粉粒O刀5o刀02mm)与粘粒*0刀02mm)在坡面 的迁移最为明显,其中粉粒主要随径流向坡下移动并在坡下发生沉积,粘粒则主要随 径流直接流失。随着坡度与坡长的增加,粘粒的流失量逐渐增大。统计分析表明,侵 蚀坡地表层①6)土壤的AP与STP含章与土壤的粘粒含量、细粉粒级微团聚体 含量均具有显著的正相关关系,这表明土壤养分(磷素)主要是随细颗粒向坡下迁移 或流失。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:S153.61;S152.7

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