人工模擬降雨條件下土壤顆粒變化及養(yǎng)分流失的研究.pdf

1、降雨作用造成的土壤侵蝕和養(yǎng)分流失是目前我國(guó)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一。降雨是土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿σ蜃?，也是產(chǎn)生徑流的基礎(chǔ)物質(zhì)。攜帶大量養(yǎng)分的土壤顆粒隨著徑流的遷移在改變土壤物質(zhì)結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的同時(shí)，也造成了土壤養(yǎng)分的二次分配。為了解決降雨數(shù)據(jù)收集的局限性問(wèn)題，同時(shí)盡量減少自然因素的干擾，本文通過(guò)在對(duì)NortonVeeJet80100型噴嘴式人工模擬降雨機(jī)降雨特征因子率定的基礎(chǔ)上，分析模擬降雨因子對(duì)下墊面土壤侵蝕和養(yǎng)分流失的規(guī)律，并得出以下結(jié)論：

2、 (1)NortonVeeJet80100型噴嘴式人工模擬降雨機(jī)的降雨特征因子(雨強(qiáng)、雨量，降雨侵蝕力)隨著降雨噴頭擺動(dòng)頻率的降低而減小，單噴頭條件下所產(chǎn)生的雨強(qiáng)，雨量以及降雨侵蝕力的強(qiáng)度在降雨面積上的分布總體特征是以噴頭投影控制點(diǎn)為最大值而后向四周輻射逐漸減小。控制點(diǎn)上不同時(shí)段內(nèi)降雨因子的大小Y和該控制點(diǎn)到噴頭投影控制點(diǎn)的距離X，存在Y=AX2+BX+C的二次曲線擬合關(guān)系(其中A，B，C為常數(shù))，即降雨特征因子在空間的分布與距離

3、表現(xiàn)為二次曲線分布的特征。 (2)人工模擬降雨機(jī)在噴頭不同擺動(dòng)頻率下的雨滴大小分布特征，根據(jù)A．B．Best的降雨分配經(jīng)驗(yàn)公式推算得出，其中降雨雨強(qiáng)Ⅰ和雨型參數(shù)C1、C2，滿足C1=AIx，C2=BIy的關(guān)系，(其中A，B為常數(shù)，0＜x＜1，-1＜y＜0)，噴頭不同擺動(dòng)頻率條件下雨滴的中值直徑變化范圍為3.49mm～7.35mm。隨著噴頭擺動(dòng)頻率的增大，產(chǎn)生的雨滴數(shù)目越多。雨滴的最大直徑和最小直徑也相應(yīng)增大，其大雨滴數(shù)量百分比表

4、現(xiàn)為先增大后減小的變化。此外根據(jù)人工模擬降雨機(jī)工作穩(wěn)定性的特征，確定出降雨噴頭的三類擺動(dòng)頻率：低頻率(1—double、2-double)，穩(wěn)定頻率(3—double)，高頻率(4—double、5-double)。 (3)人工模擬降雨因子對(duì)土壤顆粒的變化主要體現(xiàn)在對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的變化，用土壤機(jī)械組成的變化和土壤顆粒分形維數(shù)衡量土壤質(zhì)地的改變，土壤機(jī)械組成在降雨歷時(shí)中主要表現(xiàn)為：粗砂粒(1～0.25mm)和細(xì)砂粒(0.25～0

5、.05mm)在坡頂和坡底的含量大體都出現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，并且這兩類顆粒在坡頂?shù)脑鲩L(zhǎng)的速率和增長(zhǎng)含量都要高于坡底；粗粉粒(0.05～0.01mm)和中粉粒(0.01～0.005mm)含量百分比的變化在坡頂主要為增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而在坡底主要呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，其含量的變化都表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性；粘粒在坡頂和坡底其顆粒含量的百分比都為明顯的下降趨勢(shì)，在坡頂5-double到4—double的降雨歷時(shí)中，粘粒含量百分比的降低幅度達(dá)到了25.13％，在坡底粘

6、粒含量百分比降低量在整個(gè)降雨過(guò)程中分別為：7.33％、5.05％、5.65％、1.13％。而對(duì)于分形維數(shù)的變化主要是隨著雨強(qiáng)，雨量降雨侵蝕力的增加存在波動(dòng)性的增加，而相對(duì)其他兩個(gè)降雨特征因子，降雨侵蝕力在分形維數(shù)變化的波動(dòng)性最小。 (4)土壤結(jié)構(gòu)的變化可以用土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和團(tuán)粒分散度來(lái)判段，在降雨歷時(shí)中，坡頂和坡底的干篩團(tuán)聚體大小含量從大到小依次為：＞2mm團(tuán)聚體、2～1mm團(tuán)聚體、1～0.5mm團(tuán)聚體、0.5～0.25mm團(tuán)聚體

7、以及＜0.25mm團(tuán)聚體；在降雨歷時(shí)中，坡頂和坡底位置，＜0.25mm濕篩團(tuán)聚體比其他4種不同濕篩團(tuán)聚體含量百分比大，且隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，表現(xiàn)出含量逐漸增加的趨勢(shì)。而對(duì)于團(tuán)聚體分散度的變化，在整個(gè)降雨歷時(shí)中，由于雨水在土壤顆粒中存在能量的積累作用，土壤團(tuán)聚體分散度P0.25、P2都表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)；在噴頭的相同擺動(dòng)頻率下，坡頂位置的P0.25和P2在其高擺動(dòng)頻率和穩(wěn)定頻率條件都高于坡底位置；對(duì)比降雨特征因子對(duì)土壤質(zhì)地的變化(土壤機(jī)械組

8、成表示)，土壤結(jié)構(gòu)的變化(土壤團(tuán)聚體表示)，以及土壤顆粒整體遷移的變化(土壤侵蝕量表示)發(fā)現(xiàn)，降雨侵蝕力對(duì)土壤顆粒變化的貢獻(xiàn)值最大的，而雨強(qiáng)和雨量對(duì)于土壤顆粒變化的影響要次于降雨侵蝕力的影響。 (5)人工模擬降雨對(duì)土壤表土養(yǎng)分的再分配包括，表土養(yǎng)分的流失，徑流泥沙養(yǎng)分的流失，以及徑流水樣中養(yǎng)分的流失。對(duì)于坡面表土養(yǎng)分的流失，在坡項(xiàng)和坡底位置上，土壤養(yǎng)分的流失隨著降雨歷程的進(jìn)行逐漸減小，并且坡頂和坡底在噴頭擺動(dòng)高頻率和穩(wěn)定頻率條件

9、下土壤表土養(yǎng)分流失速率大于噴頭在擺動(dòng)低頻率條件下的土壤表土養(yǎng)分流失速率。坡項(xiàng)與坡底有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀養(yǎng)分的流失量之差分別為：1.30g/kg、0.08g/kg、5.57mg/kg、0.08g/kg、3.60mg/kg、0.08g/kg和3.23mg/kg。降雨特征因子中，降雨侵蝕力對(duì)表層土壤全氮、全磷，全鉀的流失量影響最大，而不同養(yǎng)分流失與相同降雨特征因子的相關(guān)性程度比較是全鉀＞全氮＞全磷；而土壤有機(jī)質(zhì)和速

10、效養(yǎng)分對(duì)于降雨因子的敏感性從大到小表現(xiàn)為土壤有機(jī)質(zhì)＞土壤速效鉀＞土壤速效氮＞土壤速效磷。 (6)降雨對(duì)徑流泥沙中養(yǎng)分的影響主要是：在噴頭不同擺動(dòng)頻率下的，泥沙養(yǎng)分的流失和徑流量的變化隨著降雨歷程的進(jìn)行逐漸減小，且在高擺動(dòng)頻率和穩(wěn)定頻率下，土壤泥沙養(yǎng)分減少量和徑流減少量要高于在噴頭低擺動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的泥沙養(yǎng)分和徑流變化；而隨著降雨時(shí)間的持續(xù)，養(yǎng)分的富集率都呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，各個(gè)養(yǎng)分在泥沙中的富集開始顯現(xiàn)。比較所有養(yǎng)分的富集率在整個(gè)降