黄土坡面退水及其氮污染试验研究

第39卷第1期2007年2月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J1Xi’anUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)Vol.39No.1Feb.2007黄土坡面退水及其氮污染试验研究张亚丽1,2,李怀恩1,张兴昌2,3,肖波2(1.西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,陕西西安710048;2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100;3.西北农林科技大学,陕西杨凌712100)摘要:坡面退水及其污染物负荷是研究坡地水文过程和污染物迁移机理的重要组成部分1通过室内模拟降雨试验,分析了黄土坡面退水情况及降雨因素、地形地貌和农业管理措施对退水的影响,同时从降雨2径流2土壤相互作用角度探讨了退水矿质氮的浓度和负荷量1结果表明:①黄土坡面退水以地表径流为主,退水时间、退水量和退水强度远小于降雨期地表产流;②降雨强度、地表覆盖(牧草和秸秆覆盖)和地形地貌(坡度和坡长)对坡面退水影响较大,降雨期和退水期的产流强度均与雨强呈对数增加趋势;③降雨停止后,坡面径流的流速减小,与土壤相互作用时间较长,致使退水矿质氮浓度普遍高于降雨结束时径流矿质氮浓度,坡长越长越明显;④坡面退水矿质氮流失以NO-32N为主,NH+42N流失量较低1关键词:模拟降雨;黄土坡地;退水;矿质氮负荷;影响因素中图分类号:X522文献标识码:A文章编号:100627930(2007)0120066207.3当流域上没有降水、流域出口处的流量完全由流域中蓄水量的消退而供给,这时的产流被称为退水[1]1退水过程含有丰富的与流域有关的信息,包括流域的蓄水特征和含水层特征,是研究流域水量平衡和流域水文响应的重要内容之一[2]1地表径流与地下径流的退水速度有很大不同:地表径流主要是雨后迅速汇入河道的水流,流速较大,退水快;地下径流主要来源于土层中的渗流,流速较小,退水慢[1]1国外关于退水的研究主要包括退水特征、影响因素、过程模拟和退水曲线分析的应用研究等方面1如Anderson[3]、Boughton[4]、Wittenbergh[5]和Chapman[6]对退水过程进行了模拟;Zecharias等[7]指出基流退水决定于平均坡度、河网密度、水力传导率以及排水孔隙度等参数;Smakhtin[8]指出退水分析已经广泛应用于水文研究、水资源评价规划与管理,以及面向灌溉、供水和地下水资源估算等的短期预报1国内有关径流消退过程的研究主要集中在流域尺度内河川径流和基流方面,关于坡地小单元退水规律的研究只是针对华北典型山区坡地[2,9],在其他地方的研究很少有报道1在干旱和半干旱地区,当流域内地下水埋深较大,土壤包气带较厚时,退水主要是地表径流退水[1]1由于此类退水消退速度很快且流量较小,在坡地水文过程和水分循环研究中极易被忽视,此外关于坡面退水污染物负荷的研究也尚未见报道1本文通过黄土坡地模拟降雨试验,研究降雨结束后地表退水情况及其影响机制、退水矿质氮浓度和负荷量,以期为深化坡地土壤水分养分迁移动力学和农业非点源污染机理研究提供理论依据11研究方法1.1供试材料模拟降雨试验在黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室模拟降雨大厅进行,采用侧喷式自动模拟降雨系统,喷头高度16m,雨滴降落终速可达到自然雨滴降落速度的98%以上,降雨特性接近于天然降雨1装土槽为1个长×宽×高=3.8m×0.3m×0.6m和5个长×宽×高=1.0m×0.5m×1.2m的坡度可调式钢槽1槽底均匀打孔,用于模拟天然透水坡面1钢槽下端设集流装置,可定时采集3收稿日期:2006209220修改稿日期:2006212205基金项目:国家科技部“西部开发”重大项目(2004BA901A13);国家自然科学基金项目(90610030);国家科技攻关计划(2006);西安理工大学优秀博士论文基金(1062210623)作者简介:张亚丽(19762),女,河南南阳人,博士研究生,主要从事农业非点源污染机理和水土环境保护研究1径流样1所用土壤均为黄绵土,采自黄土高原水土流失最为严重的地区之一———陕西省安塞县,质地为粉质壤土1土壤主要理化性质见表1,土壤1和2为重复处理1表1供试土壤主要理化性状Tab.1BasicphysicalandchemicalpropertiesofthesoilstudiedSoilSoilmechanicalproperties/%120.05mm0.0520.01mm<0.01mmOrganicmatter/%pHNitrate/mg·kg-1Ammonium/mg·kg-1Totalnitrogen/%①48.722.928.40.5188.470.610.450.025②52.720.926.4