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)分流失是目前我國面臨的重大環(huán)境問題之一。降雨是土壤侵蝕的主要動力因子，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，也造成了土壤養(yǎng)分的二次分配。為了解決降雨數(shù)據(jù)收集的局限性問題，同時盡量減少自然因素的干擾，本文通過在對NortonVeeJet80100型噴嘴式人工模擬降雨機降雨特征因子率定的基礎(chǔ)上，分析模擬降雨因子對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的降雨特征因子(雨強、雨量，降雨侵蝕力)隨著降雨噴頭擺動頻率的降低而減小，單噴頭條件下所產(chǎn)生的雨強，雨量以及降雨侵蝕力的強度在降雨面積上的分布總體特征是以噴頭投影控制點為最大值而后向四周輻射逐漸減小?？刂泣c上不同時段內(nèi)降雨因子的大小Y和該控制點到噴頭投影控制點的距離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)人工模擬降雨機在噴頭不同擺動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)驗公式推算得出，其中降雨雨強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)人工模擬降雨機工作穩(wěn)定性的特征，確定出降雨噴頭的三類擺動頻率：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土壤顆粒的變化主要體現(xiàn)在對土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的變化，用土壤機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，土壤機械組成在降雨歷時中主要表現(xiàn)為：粗砂粒(1～0.25mm)和細砂粒(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，并且這兩類顆粒在坡頂?shù)脑鲩L的速率和增長含量都要高于坡底；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的趨勢，而在坡底主要呈現(xiàn)出下降的趨勢，其含量的變化都表現(xiàn)出一定的波動性；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，在坡頂5-double到4—double的降雨歷時中，粘粒含量百分比的降低幅度達到了25.13％，在坡底粘

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

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

8、成表示)，土壤結(jié)構(gòu)的變化(土壤團聚體表示)，以及土壤顆粒整體遷移的變化(土壤侵蝕量表示)發(fā)現(xiàn)，降雨侵蝕力對土壤顆粒變化的貢獻值最大的，而雨強和雨量對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。對于坡面表土養(yǎng)分的流失，在坡項和坡底位置上，土壤養(yǎng)分的流失隨著降雨歷程的進行逐漸減小，并且坡頂和坡底在噴頭擺動高頻率和穩(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低頻率條件下的土壤表土養(yǎng)分流失速率。坡項與坡底有機質(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；而土壤有機質(zhì)和速

10、效養(yǎng)分對于降雨因子的敏感性從大到小表現(xiàn)為土壤有機質(zhì)＞土壤速效鉀＞土壤速效氮＞土壤速效磷。 (6)降雨對徑流泥沙中養(yǎng)分的影響主要是：在噴頭不同擺動頻率下的，泥沙養(yǎng)分的流失和徑流量的變化隨著降雨歷程的進行逐漸減小，且在高擺動頻率和穩(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頻率所對應(yīng)的泥沙養(yǎng)分和徑流變化；而隨著降雨時間的持續(xù)，養(yǎng)分的富集率都呈現(xiàn)出增長的趨勢，各個養(yǎng)分在泥沙中的富集開始顯現(xiàn)。比較所有養(yǎng)分的富集率在整個降