坡面土壤养分与降雨_径流的相互作用机理及模型
WEPP模型
WEPP 模型（water erosion prediction project ）是1986年美国农业部等4家单位开始联合开发的新一代基于物理过程的土壤侵蚀预报摩蝎，也是一个逐日预报土壤侵蚀和泥沙输移的模型。
该模型分为3个版本：坡面版本、流域版本和网络版本83]。
其中坡面模型是其基本模型。
WEPP 使用运动波模型计算产流过程，方程的求解使用一种半解析法或更简单的近似方法以节省计算时间。
WEPP 的坡面土壤计算用两种方式表达：（1）在沟间坡面上，土壤颗粒由于雨滴的打击和片流的作用而剥离；（2）在沟内，土壤颗粒由于集中水流的作用而剥离、运输或沉积。
侵蚀计算以单位坡面为基础。
描述坡面侵蚀过程中泥沙运动是基于稳态的泥沙连续方程：r i dGD D dx=+ （24） 式中，x 为坡面向下的距离，G 为单位宽度斜坡的土壤流失量（kg •s -1•m -1），i D 为雨滴造成的沟间泥沙向沟内的输运量（kg •s -1•m -2），r D 为细沟内侵蚀量，其中：1r c c G D D T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（25）式中，c T 为水流的单宽输沙能力（kg •s -1•m -1），在WEPP 中由于3/2c t T K τ=确定，这里t K 为泥沙搬运系数（m 0.5•s 2•kg -0.5），τ为水流切向应力（Pa ）；c D 为沟中水流玻璃土壤的能力，()c c D K τττ=-，其中τ为水流对土壤的剪切应力，c τ为土壤的临界抗剪切应力，K τ为沟内可侵蚀性参数。
2i i f e e D K S I G C = （26）这里i K 为沟间土壤可侵蚀性参数（kg •s -1•m -4），f S 为坡度校正因子，I 为雨强，e G 、e C 为植物、碎石的保护作用。
总的土壤侵蚀方程为;2()1r c i f e e c dGG K K S I G C dx T ττ⎛⎫=--+ ⎪⎝⎭(27) 做如下列变量代换：122()r c cc i f e e K a T m T a K S I G C ττ-⎫=⎪⎪⎪=⎬⎪=⎪⎪⎭ （28）将（28）式代入式（27）并进行求解并在0x =处泰勒展开截至4次项，得到：43212111111()()()()12462ma a a x a x a x c G x a x a a ⎛⎫+≈+-+-+ ⎪⎝⎭（29）43212111111()()()()12462ma a a x a x a x c G x a x a a ⎛⎫+≈--+-+ ⎪⎝⎭（29-1）做如下列变量代换：120411312213124()24124ma a b ca b a b a b a +⎫=⎪⎪⎪=-⎪⎪⎬⎪=⎪⎪⎪=-⎪⎭ （30）120411312213124()24124ma a b ca b a b a b a +⎫=-⎪⎪⎪=-⎪⎪⎬⎪=⎪⎪⎪=-⎪⎭ （30-1）则有：()343213210()24ca G x x b x b x b x b =++++ （31） ()343213210()24ca G x x b x b x b x b =-++++ （31-1） 对式（31）（或（31-1））进行一次对x 微分则有()3321321()432024ca G x x b x b x b '=+++= （32） ()3321321()432024ca G x x b x b x b '=-+++= （32-1） 取32321311()0424F x x b x b x b '=+++=，则()G x 与()F x 有相同的函数性质。
坡地土壤侵蚀与氮素迁移转化规律研究
侵蚀 区生 态 环境 恶化 。 自坡 耕 地土 壤养 分流 失受 到广
泛关 注 以来 ， 国内外 学者对 坡 面降雨 人 渗 、 产 流 和土壤
侵蚀 泥沙 与 坡面养 分 流失 之 间的相互 关 系进 行 了大量
研究 ， 尤 其是 运用 数 学 模 型 ， 从 土 壤 侵蚀 、 土 壤 氮素 流
素按 流失 方式 可分 为侵 蚀泥 沙 和径流 携带 。前 者养 分
多 为可矿 化 的养分 ， 而 后者 主要 是可 溶性 养分 ， 二者因 地表 状况 的不 同 而在 坡 面 养 分 流 失 中所 起 的作 用 不
同 。如黄 丽 等认为 三峡 库 区紫 色土坡 地土 壤养 分 主要
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ９—２１
基金项 目： 国家 科技 重 大 专 项 专 题 “ 水库 型 流 域 水 质 安 全 面 源 污 染 特 征 分 析 ” （ ２ ０ １ ２ Ｚ Ｘ ０ ７ ５ ０ ３—０ ０ ２— ０ ３ ） ； 国 家 自然科 学 基 金 资
助 项 目“ 紫 色土 坡 耕 地 壤 中流 养分 输 出机 制 及 模 型研 究 ” （ ４ ０ ９ ０ １ １ ３ ５ ） 作者简介 ： 钱 峰 ， 男， 硕 士研 究 生 ， 主要 从 事 土壤 侵 蚀 与 养 分 流 失 方 面的 研 究 。Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ｑ ｉ ａ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ ＠ｗ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｎ
坡 地 土壤 侵 蚀 与氮 素迁 移 转 化规 律 研究
钱 峰 ， 丁 文 峰， 刘 静 君
（ 长 江 科 学 院 水 土 保 持 研 究所 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ）
摘 要： 研 究坡 地 土壤 氮 素 迁 移 转化 的 过 程 具 有 重 要 的 科 学理 论 意 义 和 工 程 应 用 价 值 。 结合 目前 国 内外研 究 现
西农水保所专业课(土壤)笔试复习题2013年-2015年
2015西农水保所复试笔试真题一、专业基础题1、表征土壤侵蚀强度的指标是什么？（土壤侵蚀模数及侵蚀深、沟谷密度及地表割裂度）水力侵蚀强度有平均侵蚀模数、平均流失厚度。
其中面蚀（片蚀）的土壤侵蚀强度可用地面坡度和非耕地林草盖度表征，沟蚀的可用沟谷占坡面面积比和沟壑密度表征。
土壤侵蚀强度分级，应以年平均侵蚀模数为判别指标。
只在缺少实测及调查侵蚀模数资料时，可在经过分析后，运用有关侵蚀方式（面蚀、沟蚀）的指标进行分级，各分级的侵蚀模数与土壤水力侵蚀强度分级相同。
重力侵蚀强度可以崩塌面积占坡面面积比表示。
表征风力侵蚀强度的指标有侵蚀模数、风蚀厚度、植被覆盖度、床面形态（地表形态）。
泥石流用单位面积年平均冲出量为判别指标。
2、什么是最大30分钟降雨强度？此次暴雨强度中强度最大的30分钟的降雨强度（mm/h）3、什么是洪峰流量？当发生暴雨或融雪时，在流域各处所形成的径流，都依其远近先后汇入河槽，这时河水流量开始增加，水位相应上涨。
随着汇入河网的径流从上游向下游汇集，河水流量继续增大。
当流域大部分高强度的径流汇入时，河水流量增至最大值，称此时流量为洪峰流量，单位为立方米/秒4、简要列举侵蚀沟体积的测定方法？容积法、填土法、摄影测量法和自动细沟量测仪法，其中后两种方法主要适用于小区试验研究。
5、简述标准径流小区的定义和要素条件？（坡长22.13m，坡宽1.83m，坡度9%，完全休闲，无植被，无水保措施）6、请问什么是养分浓度？其值能否进行平均？为什么？单位质量物质中养分的的质量其养分浓度不能进行平均，因为不同的植物在某一特定的生育阶段，植物正常生长发育所必须的养分数量和比例的范围是不同的。
如果测定不同植物体内养分浓度的值将其平均，就无法判断某一个植物是否缺乏某种营养元素，不能作为度量的标准。
7、请问什么是水土保持保护性耕作措施？并列出两种以上（含两种）措施？为了达到保护耕地最大限度的降低水土流失，改善生态环境，实现水土保持效益，而根据不同地域因地制宜的耕作措施。
水土流失的主要原因与形式
人为因素
人为因素：人类对土地不合理的利用、破坏 了地面植被和稳定的地形，以致造成严重 的水土流失。
+ ①植被的破坏 + ②不合理的耕作制度 + ③开矿
水土流失的形式
概述：划分土壤侵蚀类型的目的在于反映和 揭示不同类型的侵蚀特征及其区域分异规 律，以便采取适当措施防止或减轻侵蚀危 害。土壤侵蚀类型的划分以外力性质为依 据，通常分为水力侵蚀、重力侵蚀、冻融 侵蚀和风力侵蚀等。其中水力侵蚀是最主 要的一种形式，习惯上称为水土流失。水 力侵蚀分为面蚀和沟蚀，重力侵蚀表现为 滑坡、崩塌和山剥皮，风力侵蚀分悬移风 蚀和推移风蚀。
水土流失的危害
+ 1破坏土壤的肥力 土壤肥力下降 ，水土流失可 使大量肥沃的表层土壤丧失【 7 1。据统计 ，我 国每年流失土壤约5O 亿t，损失N 、P 、K 元素约 4 000多万t。土壤是人类生存所必需的绿色植物 生长 的基 础 。肥沃 的土 壤 ，能够 不 断供 应和
调 节植 物正常生长所需要的水分、养分 (如腐殖 质 、氮 、磷 、钾等) 、空气和 热量 。裸 露坡 地 一 经 暴雨 冲刷 ，就 会使 含腐 殖质 多 的表层土
壤流失 ，造成土壤肥力下降。据实验分析 当表
层 腐殖质含量为2％～3％时 ，如果流失土层lCm ， 那么每年每 平 方公里 的 地上 就要 流失 腐殖 质
200t，同时 带 走6 ～ l 5t氮、 10 ～15t磷200 ～ 300t$~ 。
+ 2泥沙淤积，加剧洪涝灾害
+ 由于上 游流域水土流失 ，汇人河 道 的 泥沙量增大 ，当挟带泥沙的河水流经中， 下游河床、水库、河道，流速降低 ，时 泥 沙就逐渐 沉降淤积 ，使得水库淤浅而减小 容量 ，河道 阻塞而缩短通航里程 ，严重影 响水利工程和航运事业
暴雨条件下典型南方红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究
暴雨条件下典型南方红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究摘要：为深入探讨生物结皮对典型南方红壤区坡面水土的影响机制以及两者之间的关系，以15°坡为例，对四种生物结皮覆盖度（10%、30%、50%、70%）的花岗岩红壤坡面进行模拟降雨试验，研究生物结皮坡面的土壤物理特性、坡面产流特征、坡面产沙特征等内容，并分析坡面生物结皮覆盖度与坡面水土流失机制的关系。
结果表明：在暴雨条件下，生物结皮能有效提升土壤稳定性以及抗蚀性。
在不同种类生物结皮坡面下，不断增大生物结皮盖度能显著减小穿透阻力和土壤容重，有效提升土壤黏度，并且进一步减缓水土流失现象。
通过分析得出，不断提升生物结皮覆盖率能有效降低雨滴侵蚀，改善土壤结构，充分发挥坡面养水能力，发挥减流减沙作用，这为减少南方红壤区坡面水土流失提供相应依据。
关键词：暴雨条件下；南方红壤区；生物结皮坡面；水土流失引言：南方红壤区因降雨量大、地形起伏大、扰动频繁，是我国水土流失严重的区域之一。
土壤生物结皮的存在能改变表土性质、影响产流时间、径流量等，从而成为土壤侵蚀领域的重要研究内容之一[1]。
研究生物结皮对坡面水土流失现象主要集中在半干旱或者干旱地区，而研究南方红壤区生物结皮相对较少。
同时，生物结皮覆盖度是否通过改变土壤属性影响坡面水土流失方面研究不足。
因此，以南方红壤区某小流域生物结皮坡面为对象，在暴雨条件下不同覆盖度对土壤侵蚀的影响，揭示其作用机理，对明确生物结皮的水土保持功能，提高该地区坡面生物结皮土壤水土流失预报的准确性具有重要意义。
1生物结皮在红壤区中重要性生物土壤表皮结构主要被称为生物表皮，主要由是由地衣生物、藻类生物以及苔藓生物等部分以及其代谢产物构成，其与土壤颗粒捆绑、胶结组成一种较为复杂结构体。
结皮生物组成结构在光热、水分等比较恶劣条件下，表现为较强生命活性和忍耐力，并广泛存在于不同地域、不同气候区[2]。
生物结皮的分布主要受土壤、水分、干扰、海拔、地形、维管束植物群落和微环境等系列环境条件影响，其中受降雨特征和气温条件影响最为明显[3]。
坡面径流动力学
坡面径流动力学坡面径流动力学是研究降雨、雪融后水在地表逐渐形成汇流、形成河流或沟壑流域的过程的学科。
它是水文学、土壤学和地貌学等跨学科领域的一个分支。
本文将从几个方面分步骤阐述坡面径流动力学的相关内容。
一、坡面径流的形成及机理在自然界中，降雨或雪融后的水在土体中可分为三部分：渗透水、地下径流和地面径流。
其中地面径流就是坡面径流。
坡面径流的形成机理主要有两个：一是由于地表土壤水分容量“饱和度”达到一定程度而被无法渗透的地下土层“推出”形成的；二是由于恶劣的地形条件，使构成流域的地面高差较大，导致雨水迅速汇聚形成的。
二、坡面径流的演化过程坡面径流的演化过程可以分为三个阶段，即初始、发展和定常阶段。
初始阶段是指刚刚开始下雨时，地表的土壤是湿润的，但还没有达到饱和状态，此时的坡面径流主要是渗透流。
发展阶段是指土壤饱和，并且地表上有一定的积水，此时的坡面径流主要是渗透流和流行流。
定常阶段是指降雨维持一定时间后，土壤等因素已经经过了一定的“沉淀”，此时坡面径流的形成和消失已经趋于稳定。
三、坡面径流的形态根据其流速和流量大小的不同，坡面径流可以分为细沟流、界沟流和汇流流。
其中细沟流是指在降雨初期，地表积水还没有形成时，径流在坡面上以细微的沟床形式流动。
界沟流是指在积水发育的情况下，径流在坡面上形成了开放的、相对较宽的小型河道。
汇流流是指在一个小流域中，土壤裸露的坡面上形成的较大、深沟的径流系统。
四、影响坡面径流的因素影响坡面径流的因素主要有：降雨量、土壤类型、土壤含水量、坡度和坡向、植被覆盖情况、地面形态和水文特征等。
其中，降雨量是影响最为显著的因素，其次是土地类型、坡度和坡向以及地面形态。
五、坡面径流的意义和应用坡面径流在水文领域中具有重要意义，通过研究坡面径流运动规律，可以为水文模型的建立和水文预测技术的改进提供依据。
此外，坡面径流与水土流失、水资源管理、灾害防范和环境调查等领域也有着密切的联系。
总之，坡面径流动力学对于我们研究和管理水资源以及预防水灾等方面都具有重要的价值。
水土保持复习资料
一、名词解释：1.有效防风距离：在林带防风距离内，能够有效地起到防护作用的距离即为有效防护距离。
它可分为相对和绝对有效防护距离。
2.水土保持林：是在水土流失地区营造的以减缓地表径流和土壤冲刷，减少江河库塘泥沙淤积，保持和恢复土地肥力，增加植被改善生态环境，促进农业稳定高产，保障交通、水利、水保工程安全的一种防护林。
3.林带结构：指林带内树木枝叶的密集程度和分布状况，亦即林带侧面透光孔隙的多少及分布状况。
4.坡式梯田：在坡面上每隔一定距离，沿等高线开沟筑埂，将坡面分割成若干等高带状的坡段，用来截短坡长拦蓄部分径流，减轻土壤侵蚀。
除开沟筑埂部位改变了小地形，其余坡面仍保持原状，故称坡式梯田。
5.林带胁地：在林带使附近农作物生长发育不良而造成减产，这种现象即为林带胁地。
产生胁地的主要原因有：①林带树木根系向农田延伸，夺走了一部分水分和养分；②林带树冠遮荫，影响了林带附近农作物的光合作用。
6.自然侵蚀：在自然状态没有人类活动干预的情况下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程。
加速侵蚀：随着人类的出现，人类活动破坏了自然状态，加快和扩大了某些自然因素作用所引起的地表土壤移动过程，直接或间接地加快了土壤侵蚀速度，使侵蚀作用大于土壤形成的速度，导致土壤肥力每况愈下，理化性质变劣，甚至使土壤遭到严重破坏。
7.层状侵蚀：又称“片状侵蚀”，当降水在坡面上发生溅蚀，降雨强度超过渗透速率时，地面形成泥沙浑浊的薄层水流，把土壤可溶性物质及比较细小的土粒以悬移方式带走，使整个坡地土层均匀减薄。
细沟状侵蚀：在较陡的坡耕地上，暴雨过后，坡面被小股径流冲刷，形成许多细密的小沟，这些细沟基本上沿着流线的方向分布。
8.重力侵蚀：以重力作用为主引起的土壤侵蚀。
重力侵蚀的发生，是在其它外营力特别是水力侵蚀的共同作用下，以重力为其直接原因所引起的地表物质移动形式。
以重力为主要动力的侵蚀形态主要有陷穴、泻溜、崩塌和滑坡等。
9.土壤侵蚀广度：指水土流失面积占总土地面积的百分数。
降雨对坡面产沙及土壤养分流失的影响研究
ｌ ｓｈ ｄ ｓ ｆｅ ｃ ａ ｇ ｅ ｄ ｗ ｔ ０ ｓ ａ ｏ ａ１ ｈ ｅｔ ｎ ｈ Ｉ ． ｌ ｎ ｒ ｉ ３
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｒｉｆｌ；ｓｏ ｐｎ ａ ｄ；ｓ ｄｍｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｔｌｓ ａｎ ａｌ ｌｐ ｉｇ ｌｎ ｅ ｉ ｎ ； ｕｒ ｎ ｏｓ ｉ
坡 地土壤 养 分流 失 与土 壤 侵蚀 发生 过程 及 面源 污染的产 生息息相关 。伴 随着土壤侵蚀 ， 附 着在 土壤颗 粒表 面 上 的各种 养 分 随之 流失 。坡 地降雨发 生过程 ， 土壤养 分流失途 径主要为径 流 泥沙携 带和 径流水 携 带 ， 、 氮 磷流 失 的 ６ ％以上 ０ 是 通过 泥沙 带走 的 ， 分氮 、 以液态 形式 随地 部 磷
区进行试验。结果表 明， 采用玉米顺垄耕作坡面产沙量 同 关 系最为密切 ， 产沙量随 的增大而增多 ； 采用玉米横垄 的耕作方式时 ， 坡面产沙量 同降雨量和 降雨强度没有 明显的变化规律 。降雨量对径流 中土壤养 分流失量 的影 响不 明
显， 而径 流 中土 壤 养分 流失 量 同 的增 减 则 表 现 出相 同 的 变化 趋 势 。
ｄｆ ｒｎ ａ ｆｌ ｉｔｎｉｅ ｉ ｉｅｅｔ ｕ ｏ ｂ ｓ ｆｔｅｆ ｌ ｃｕ ｎ ｘｅｉ ｎ ｅｓ ｄｒ ｌｔ ｉ ｉ ｓ ｄ ．Ｔ ｅｒｓｌ ｉｅｅｔｒｉ ａ ｎｅｓｔ ｓｗｔ ｄ ｒｎ ｎ ｆ ｙｕｅｏ ｈ ｅｄｓｏｔ ｇｅ ｐｒ ｎ ｌ ｉ ｈ ｆ ｒ ｉ ｉ ｍｅｔ ｉ ｔ ｔ ａｄｐｏｓ ｎｔ ｓ ｔ ｙ ｈ ｅｕｔ ｓ ｎｈ ａ ｎ ｈ ｕ ｓ
第２ ５卷 第 ｌ 期 ２１ 年 ３ ０１ 月
Ａ ｄ Ｅ 干 ｏ ｍｅ ｔ 测 ｏ ｉ ｉ ｒ ｎ ｉ ｎ ｎ ｌＭｏ ｉ ｒ ｇ ｖ 旱环 境 监 ｎｔ ｎ ｒ ａ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土壤养分与降雨的相互作用表现为两种形式 ,其一 ,表 层土壤养分在雨滴作用下 ,向雨水中释放或被雨滴溅蚀 ;其 二 ,表层土壤养分特别是硝态氮随雨水在土壤中入渗 。
刘秉正[2]将溅蚀定义为 :降雨雨滴动能作用于地表土壤 而作功 ,产生土粒分散 ,溅起和增强地表薄层径流紊动现象 。 雨滴溅蚀对土壤侵蚀的主要贡献有三 : ①破坏土壤结构 ,分 散土体成土粒 ,造成土壤表层空隙减少或阻塞 ,形成板结 ,导 致土壤渗透性下降 ,利于地表径流形成和流动 ; ②直接打击 地表 ,产生土粒飞贱和沿坡面迁移 ; ③雨滴打击增强地表薄 层径流的紊动强度 ,导致了侵蚀和输沙能力增大 。上述三个 方面均与土壤养分直接流失有关 ,其过程大致可分为四个阶 段 : ①降雨初 ,地表土壤水分含量较低 ,雨滴打击使干燥土粒 溅起 ; ②随后土粒逐渐被水分饱和 ,土壤养分被水浸提 ; ③在 击溅的同时 ,土壤团粒和土体被粉碎和分散 ; ④随降雨的继 续 ,地表出现泥浆 ,细颗粒出现移动或下渗 ,阻塞空隙 ,促进 地表径流的产生 ,雨滴打击使泥浆溅散 。在这四个过程中 , 土壤溶液中的可溶性养分向雨水中释放 ,吸附于土粒中的养 分也同时进行扩散 ,结合在土粒表面中的有机态养分随不同 粒径的溅蚀而分离于土体 ,因而溅蚀是土壤养分流失起始阶 段。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
7
科技前沿与学术评论
界面 ,土壤养分与降雨 、径流相互作用过程是土壤养分流失 之所以产生的关键所在 ,只有从相互作用过程研究入手 ,才 能揭示土壤养分径流流失的机理 。
在研究土壤溅蚀作用的同时 ,研究者们总希望建立溅蚀 量模型 ,这些模型大致可划分两种类型 ,即经验模型和统计 模型 ,最为代表的是埃利森[2]于 1947 年提出的统计模型 。
然而 ,迄今为止 ,尚未有人研究土壤养分因溅蚀流失规 律 ,该问题的研究将有助于揭示土壤养分流失的实质 。
降雨条件下 ,当降雨强度小于土壤入渗率时 ,表层土壤 养分特别是硝态氮在土壤深层沉积 ;当土壤侵蚀发生时 ,土 壤表层硝态氮下渗并未停止 ,且随饱和水流在土壤剖面向下 迁移 。而当降雨消失后 ,这些入渗的硝态氮在土壤剖面进行 扩散 、质流 ,一部分硝态氮随根系延伸被作物根系吸收利用 , 一部分硝态氮淋溶到作物不能利用的深度 ,污染地下水源 。 硝态氮的淋失早在 1905 年就受到英国科学家 Warrington[3] 的 注意 ,此后研究兴趣一直不衰 。近年来 ,对环境问题的考虑 驱动人们对这一问题的关注 ,从淋失理论 、模型 、数量及有效 性等方面进行了大量的工作[4～7] 。采用渗漏池法 、土壤养分 采样法和多孔陶瓷吸管法[7]进行了大量淋溶养分的研究 。
要集中在土壤养分淋溶方面 ,很少有人对坡地土壤养分淋溶
进行深入研究 ,所建立的模型也仅仅适合平原地区 。因而 ,
从土壤养分径流流失研究角度出发 ,进行土壤养分特别是硝
态氮淋溶与径流流失关系方面的研究 ,无疑有助于揭示土壤
硝态氮径流流失的本质 。
21 土壤养分与径流的相互作用
当降雨强度超过土壤下渗速度时产生径流并逐渐汇集 , 形成地表径流冲刷与沟蚀 。黄土高原的径流是一种特殊的 径流方式 ,主要是超渗径流而不是蓄满径流[1] 。径流在坡面 形成 、汇集和传递 ,一方面与表层土壤发生作用 ,这种对土体 作用表现为浸提和冲洗两种方式 。在这种方式中 ,土壤可溶 性养分因径流浸提而向径流扩散 ,土壤颗粒表面吸附的养分 离子因径流的冲洗作用而解吸 ;一方面 ,随径流的形成 ,在径 流沿坡面冲刷作用下 ,一些土壤颗粒被径流携带流出坡面 。 在这种方式中 ,与土壤颗粒结合的养分主要是有机态养分因 侵蚀而流失的多寡 ,至于土壤抗冲 、抗蚀性对不同养分形态 流失影响程度 ,至今尚无人进行研究 。
速 、流量及土壤物质组成有关 ,且相互可以转换 ,其结果使是
水流含沙量分布连续 ,泥沙颗粒较为均一 ;当水流能量降低
时 ,搬运泥沙就会发生沉积现象 。土壤与径流的相互作用结
果加剧了土壤养分或随径流或随泥沙流失 。土壤与径流的
作用 、土壤养分与径流2泥沙的相互转换使土壤养分流失这
一问题更为复杂化 ,因而一些学者设法利用数学建模的方法
来研究土壤养分流失机理 。
从现有文献资料来看 ,土壤养分与径流的相互作用模型
大致可划分为四类 : 一是土壤养分与径流相互作用深度模
型 ;二是土壤养分在径流中释放和传输模型 ;三是基于现有
土壤侵蚀模型 ,结合土壤养分在土壤中转换规律 ,建立土壤
养分在坡面流失行为模型 。
211 土壤养分与径流相互作用深度模型 Ahuja[13～14]利用32 P 对土壤与径流的相互作用进行研究 。
流迁移的几率相同 ,排除不同深度的影响 。根据实测资料 ,
利用完全混合深度模型进行反求 EDI ,又利用所求的 EDI ,对
自由入渗的饱和土壤溶质径流进行模型 ,发现 EDI 随时间有
所增加 。此后 ,Ahjua[15]对 EDI 概念又进一步分析 ,在恒定雨
强下 ,对于透水与不透水底面 ,利用 Br 饱和土壤来研究 EDI ,
科技前沿与学术评论
坡面土壤养分与降雨 、径流的 相互作用机理及模型
研究员 、博导 、副所长 邵明安
(中国科学院水利部水土保持研究所 ,陕西杨陵 712100)
博士后 张兴昌
(黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 , 陕西杨陵 712100)
摘 要 :坡地土壤养分流失过程实际上是表层土壤养分与降雨 、径流相互作用的过程 ,土壤养分流 失的多少主要受相互作用的限制 。从分析土壤与降雨 、径流相互作用入手 ,分析了土壤养分与降 雨 、径流相互作用过程及机理 ,并对相互作用模型进行了探讨 。
强度大的降水往往可使土壤表层硝态氮淋溶到相当深度 。
但淋溶是一个渐进的过程 ,对当季作物来说 ,不会很快淋溶
到作物不可能利用的深层而损失 。然而由于土壤硝态氮长
期累加淋溶效应 ,往往会发现地下水中的硝态氮浓度超过饮
用水标准 ,这一现象尤其在黄土高原丘陵沟壑区表现的较为
严重 。
综上所述 ,有关土壤养分与降雨相互作用方面的研究主
氮素在土壤中的淋溶最初是以硝态氮形式迁移 ,然而在 一些沙性土壤上 ,也有一些铵态氮因土壤阳离子交换吸附降 低而产生淋溶 ,显然可溶性有机态氮淋溶不是一个重要问 题[8] 。评价土壤硝态氮淋溶入渗的方法多种多样 ,范围从复 杂到简单 。早在 1978 年 ,Davidson 等人[9] 根据硝态氮在土壤 中淋溶轨迹 ,利用“活塞移动”理论来简单描述硝态氮的淋溶
与土壤溶质相互作用深度 ( EDI) 概念 ,同样假定在 EDI 内的
溶质是均匀分布 ,且完全混合 。随后 ,他们利用同位素示踪
法对 EDI 确定进行研究 ,首先建立径流中32 P 的平均浓度与32
P 的施放平均浓度关系模型 ,利用放置于土表32P 的径流平均
浓度去除 ,而得到 EDI ,实际上认为在 EDI 内土壤溶质参与径
发现不透水底面的径流溶质浓度是透水底面的几个数量级 ,
对于入渗能力较大土壤 ,完全混合模型是不合理的 。因此认
为低入渗情况下 EDI 模型也很难成立 。在大田试验条件下 ,
Sharpley[12]对 EDI 模型进行了修正 ,建立了土壤可溶性养分
与径流相互作用模型 :
Nr =
KN0 EDIBDtαWβ V
关键词 :土壤养分 降雨径流 相互作用 模型
The Interacting Models and Mechanisms of Soil Nutrient with Rainfall and Runoff
Professor SHAO Mingan
( Institute of Soil and Water Conservation , Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources , Yangling , Shanxi 712100)
式中 : Nr 为径流中土壤可溶性养分的浓度 t 为暴雨历时
Key words :soil nutrient , rainf all and runoff , interaction , models
水土资源是农业生态系统中最为重要的自然资源 ,随着 人口的增长和生态环境的日益恶化 ,干旱缺水和水土流失严 重威胁人类赖以生存的自然环境 ,不仅如此 ,干旱和土壤肥 力退化导致土壤生产力低下 ,加速了土壤生态系统的恶性循 环。
8
世界科技研究与发展
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
科技前沿与学术评论
引起 ;水流的搬运方式为悬移和推移 ,悬移和推移与水流流
其研究原理为 :将一定量的32P 放在不同深度的饱和土壤中 ,
土箱底板透水 ,目的在于探讨不同深度溶质参与径流迁移程
度及混合情况 。发现放置于土壤表层溶质进入径流几率最
大 ,而且随深度的增加 ,进入径流的几率呈指数递减 。为了
验证此模型是否切实可行 ,与 Sharpley[13]合作研究 ,提出径流
坡地土壤养分径流损失表现为两种形式 ,其一 ,溶解于 径流中的养分随径流液流失 ,这一部分的养分主要是可溶性 养分 ;其二 ,吸附和结合于泥沙颗粒表面以无机态和有机质 形式存在的养分 ,这一部分养分多为可矿化的养分[12] 。降 雨和径流是土壤养分流失的动力 ,土壤是降雨和径流作用的
23 卷 2 期
行为 。随后 ,于 1982 年 Rose 等人[10] 利用偏微分方程来研究
硝态氮在土壤中淋溶行为 ,即 :