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模拟降雨条件下柠条群落坡面产流产沙及养分流失特征研究

作　者: 张冠华
导　师: 刘国彬；王国梁
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 模拟降雨柠条群落产流产沙养分流失
分类号: S157.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以黄土高原柠条和狼牙刺两个乡土灌木群落为研究对象,通过野外模拟降雨实验,重点研究了降雨强度、历时和群落盖度对坡面产流产沙及养分流失的影响;并对两种灌木群落下坡面产流产沙过程、土壤养分流失过程以及侵蚀泥沙的颗粒机械组成进行了对比研究。本研究可为黄土高原地区水土保持植被建设及养分流失的预测、评价提供科学依据。主要结论如下:1.柠条群落坡面产流产沙特征坡面植被盖度及降雨强度是影响坡面产流产沙的重要因素,在坡面含水量相近的条件下,降雨强度越大,产流产沙的起始时间越早;植被覆盖度越大,产流产沙的起始时间越晚;随着植被覆盖度增大,植被对坡面产流时间的影响越显著。柠条群落覆盖对坡面水土流失具有明显的抑制作用,与对照裸地相比,平均径流率比对照减少29.2%,输沙率比对照减少58.0%,柠条削减径流作用明显弱于减沙作用。此外,柠条群落的这种减流减沙作用受雨强影响较大,减流作用随着雨强的增大而减弱,减沙作用在雨强为100 mm/h时最显著,当雨强增大到140 mm/h时减沙作用减弱。径流含沙量在产流初期差异显著,与坡面植被覆盖状况有关。裸地表土极易被径流冲刷携带,因而产流初期含沙量较大;有植被覆盖的小区由于植被地上与低下部分对径流及表土的阻碍及固结作用,表土不易被径流携带,径流含沙量较小。随着降雨的持续,表土逐渐饱和,不同覆盖度小区径流含沙量都有不同程度的下降,直至降雨后期达到相对稳定状态。累积产流、产沙量与产流时间呈现极显著的幂函数关系,累积产沙量与累积产流量呈现极显著的抛物线曲线关系。2.柠条群落坡面养分流失特征、途径及不同形态氮素流失柠条群落覆盖减少了土壤有机质、全磷、全氮流失量,但却增加了铵态氮流失量。与对照裸地相比,有机质、全磷、全氮流失量分别平均减少了33.7%、65.8%和29.8%,铵态氮流失量平均增加了22%。全氮主要随侵蚀泥沙流失,特别是有机氮形式;溶解态铵态氮和硝态氮构成矿质氮主要流失途径,且矿质氮中硝态氮所占比例较大;侵蚀泥沙中全氮以有机氮为主,径流水中全氮以矿质氮为主。雨强对径流和泥沙中的养分浓度影响不大,但对其养分含量变化过程有影响,雨强对坡面养分流失量的影响是通过影响其载体径流量和泥沙量实现的。坡面养分流失通过径流和泥沙携带,泥沙养分浓度远远高于径流养分浓度,但由于径流中以速效养分为主,其携带的养分流失量也不应忽视。3.柠条和狼牙刺群落泥沙颗粒组成及养分流失特征比较柠条和狼牙刺群落均能显著减小坡面径流泥沙的流失。产流后流失泥沙粘粒、土壤比表面积(SSA)与养分含量随降雨时间总体呈现降低趋势,其中有机质变化显著,全磷变化不显著。受植被盖度影响,泥沙中粘粒与养分含量均表现为柠条群落﹥狼牙刺群落﹥对照裸地。侵蚀泥沙具有富集粘粒和富集养分的特征,富集率随群落盖度增大而增大(柠条﹥狼牙刺﹥裸地)。不同形态养分富集率不同,其中有机质均在2.5以上,全氮平均富集率为2.13,全磷为1.23,富集率随产流时间呈线性递减。流失泥沙养分含量与粘粒(粒径﹤0.002mm)含量及SSA达到极显著的正相关,坡面土壤养分主要以粘粒为载体流失。SSA的变化不仅体现土壤颗粒组成的变化,而且能够反映土壤养分的变化。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章文献综述  12-23
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究进展  13-22
    1.2.1 坡面水土流失及养分流失的研究  13-19
    1.2.2 植被与土壤侵蚀及养分流失研究现状  19-22
  1.3 问题与展望  22-23
第二章研究内容与方法  23-26
  2.1 试验区概况  23
  2.2 研究内容  23
  2.3 研究方法  23-26
    2.3.1 模拟降雨装置  23-24
    2.3.2 试验设计及样品采集  24
    2.3.3 测定内容及方法  24-25
    2.3.4 数据处理  25-26
第三章柠条群落对坡面产流产沙的影响  26-33
  3.1 柠条群落对坡面产流产沙的影响  26-28
    3.1.1 柠条群落对产流时间的影响  26-27
    3.1.2 柠条群落减流减沙效应  27-28
  3.2 柠条群落坡面产流产沙的过程变化  28-30
  3.3 产流量与产沙量的关系  30-31
  3.4 小结  31-33
第四章柠条群落对坡面养分流失的影响  33-43
  4.1 不同植被覆盖度下坡面养分流失特征  33-38
    4.1.1 径流和泥沙中养分的流失过程  33-35
    4.1.2 侵蚀泥沙养分富集  35
    4.1.3 坡面径流水养分含量  35-36
    4.1.4 不同植被覆盖度下养分流失量  36-38
    4.1.5 侵蚀泥沙、径流、表土养分浓度相关关系分析  38
  4.2 降雨强度对坡面养分流失的影响  38-41
    4.2.1 雨强与泥沙养分流失  38-40
    4.2.2 雨强与径流中养分流失  40-41
    4.2.3 坡面径流与泥沙中分养分浓度及养分流失量比较  41
  4.3 小结  41-43
第五章柠条和狼牙刺群落泥沙颗粒组成及养分流失特征比较  43-49
  5.1 两种群落下径流泥沙特征  43-45
    5.1.1 两种群落下径流含沙量随降雨时间的变化  43-44
    5.1.2 两种群落坡面流失泥沙颗粒组成及比表面积随降雨时间的变化  44-45
  5.2 两种群落小区流失泥沙养分含量的时间变化  45-46
  5.3 两种群落下流失泥沙中粘粒富集及养分富集特征  46-47
    5.3.1 两种群落小区坡面流失泥沙中粘粒及养分富集率  46-47
    5.3.2 侵蚀泥沙富集率随时间的变化规律  47
  5.4 两种群落小区坡面养分流失与泥沙颗粒组成及比表面积的关系  47-48
  5.5 小结  48-49
第六章结论与展望  49-52
  6.1 主要结论  49-50
  6.2 讨论  50-51
  6.3 主要创新性进展  51
  6.4 有待进一步研究的问题  51-52
参考文献  52-60
致谢  60-61
作者简介  61

模拟降雨条件下柠条群落坡面产流产沙及养分流失特征研究

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