黃土坡面土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移特征與數(shù)學(xué)模型

前言

　　水土資源是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本條件。隨著人類(lèi)活動(dòng)的增加和水土資源不合理利用，水土資源遭到破壞，人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的環(huán)境受到挑戰(zhàn)，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的問(wèn)題。嚴(yán)重的水土流失，不僅導(dǎo)致河道、湖泊淤塞，引起河道變遷、湖容減小，并常常引發(fā)洪澇災(zāi)害，同時(shí)水土流失使土壤中的有機(jī)質(zhì)減少，施入的氦、磷、鉀等養(yǎng)分流失，導(dǎo)致土壤肥力減退，土壤質(zhì)量下降。此外，細(xì)顆粒泥沙具有很強(qiáng)的吸附力，能夠大量吸附地面上含量不高的有害元素，將其帶入水體造成水質(zhì)污染。由于表土流失，土壤表面顆粒粗化，改變了土壤質(zhì)地，導(dǎo)致土壤沙化，加速旱區(qū)土地的沙漠化過(guò)程。黃土地區(qū)的國(guó)土資源在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，這一地區(qū)地域遼闊、自然資源豐富，對(duì)西北經(jīng)濟(jì)區(qū)的開(kāi)發(fā)起關(guān)鍵作用。但這個(gè)地區(qū)存在嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題。水土流失使大量泥沙和養(yǎng)分注入各支流，匯入黃河，淤積河床，同時(shí)土壤損失了大量養(yǎng)分和肥力。土壤養(yǎng)分源源外流，又使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡化，給人類(lèi)生存帶來(lái)嚴(yán)重威脅。特別是短歷時(shí)大暴雨所造成的嚴(yán)重水土流失，加劇了土壤溶質(zhì)隨地表徑流的遷移程度，使黃土地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)處于惡性狀態(tài)，土壤資源變劣，嚴(yán)重破壞了土地生產(chǎn)力，同時(shí)造成江河湖泊的嚴(yán)重面源污染?？刂扑琉B(yǎng)分流失，改善生態(tài)環(huán)境是西部退耕還林還草工程的主要任務(wù)。因此，研究土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移的特性及控制方法是提高土地生產(chǎn)力和防治面源污染的一個(gè)重要方面。　　降雨條件下土壤溶質(zhì)遷移過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，它受到諸多因素的影響，其研究?jī)?nèi)容涉及土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、水力學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多種學(xué)科，需要多學(xué)科間的相互交叉、滲透和高層次的綜合。降雨條件下土壤溶質(zhì)遷移包括兩個(gè)過(guò)程：一是在降雨過(guò)程中，土壤溶質(zhì)隨下滲水分向深層遷移；二是當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土壤入滲能力時(shí)產(chǎn)生地表徑流，土壤表層的溶質(zhì)在雨滴打擊及徑流中刷作用下，向地表徑流傳遞，并隨地表徑流遷移。土壤內(nèi)部的溶質(zhì)遷移過(guò)程涉及土壤養(yǎng)分的滯留及有效性、土壤環(huán)境及地下水污染問(wèn)題。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)圍繞黃土坡面土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移特征、影響因素以及相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析與論述。本書(shū)共分8章，重點(diǎn)分析影響黃土坡面土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移的主要影響因素及其影響程度，以及各種調(diào)控措施控制水土養(yǎng)分流失的功效。同時(shí)，針對(duì)黃土坡面土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移的特征，建立非飽和土壤條件下土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移的數(shù)學(xué)模型?！　”緯?shū)可作為農(nóng)業(yè)、水利、生態(tài)、環(huán)境、水土保持、土壤等學(xué)科研究人員的參考書(shū)籍，也可作為相關(guān)學(xué)科研究生的參考教材。

書(shū)籍目錄

總序前言第1章 緒論1.1 研究意義與背景I.1.1 非點(diǎn)源污染概念及特點(diǎn)1.1.2 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染1.1.3 黃土區(qū)非點(diǎn)源污染特點(diǎn)及狀況1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 土壤溶質(zhì)遷移特性的研究1.2.2 土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移的研究1.3 試驗(yàn)方法1.3.1 供試材料1.3.2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件1.3.3 試驗(yàn)過(guò)程1.3.4 測(cè)定內(nèi)容與方法第2章 降雨特性對(duì)土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移的影響2.1 模擬降雨的基本特性2.1.1 降雨強(qiáng)度及雨滴粒徑的選擇2.1.2 雨滴末速的確定2.1.3 雨滴動(dòng)能及動(dòng)量2.2 雨滴動(dòng)能對(duì)坡面土壤人滲、產(chǎn)流和產(chǎn)沙特性的影響2.2.1 試驗(yàn)裝置及方法2.2.2 雨滴動(dòng)能對(duì)土壤入滲特性的影響2.2.3 雨滴動(dòng)能對(duì)徑流過(guò)程的影響2.2.4 雨滴動(dòng)能對(duì)徑流含沙量過(guò)程的影響2.2.5 雨滴動(dòng)能對(duì)徑流溶質(zhì)濃度的影響2.2.6 雨滴動(dòng)能對(duì)土壤溶質(zhì)遷移特性的影響2.2.7 雨滴動(dòng)能對(duì)土壤及徑流酸堿性的影響2.3 降雨強(qiáng)度對(duì)土壤水分運(yùn)移特性及徑流過(guò)程的影響2.3.1 降雨強(qiáng)度對(duì)土壤水分運(yùn)移特性的影響2.3.2 降雨強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)流時(shí)刻的影響2.3.3 降雨強(qiáng)度對(duì)含沙量過(guò)程的影響2.3.4 降雨強(qiáng)度對(duì)土壤及徑流溶質(zhì)濃度的影響2.4 本章小結(jié)第3章 上方來(lái)水對(duì)黃土坡面侵蝕及溶質(zhì)遷移過(guò)程的影響3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法3.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1.2 研究方法3.2 上方來(lái)水流量對(duì)黃土坡面侵蝕及溶質(zhì)遷移的影響3.2.1 上方來(lái)水流量對(duì)坡面徑流的影響3.2.2 上方來(lái)水流量對(duì)侵蝕泥沙的影響3.2.3 上方來(lái)水流量對(duì)坡面徑流溶質(zhì)濃度的影響3.3 上方來(lái)水和降雨對(duì)坡面侵蝕及溶質(zhì)遷移的耦合影響3.3.1 降雨與上方來(lái)水共同作用下的黃土坡面侵蝕過(guò)程3.3.2 降雨和上方來(lái)水共同作用下的坡面溶質(zhì)Br’的遷移過(guò)程3.4 坡面侵蝕量和溶質(zhì)遷移量與水流水動(dòng)力參數(shù)間關(guān)系3.4.1 黃土坡面匯流水流的水動(dòng)力特征參數(shù)3.4.2 坡面水流流態(tài)的判別3.4.3 坡面匯流水流的阻力變化特征3.4.4 坡面水流水力學(xué)特征參數(shù)間及其與侵蝕量間的關(guān)系3.5 本章小結(jié)第4章 地形對(duì)黃土坡面溶質(zhì)遷移特征的影響4.1 黃土高原地貌特征4.2 試驗(yàn)方法與試驗(yàn)設(shè)計(jì)4.2.1 試驗(yàn)方法4.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)4.3 坡度對(duì)黃土坡面溶質(zhì)遷移的影響4.3.1 坡度對(duì)地表徑流變化特征的影響4.3.2 坡度對(duì)產(chǎn)流時(shí)刻的影響4.3.3 坡度對(duì)穩(wěn)定入滲率的影響4.3.4 坡度對(duì)侵蝕的影響4.3.5 坡度對(duì)徑流中溶解態(tài)磷的變化特征的影響4.3.6 坡度對(duì)徑流中鉀離子的變化特征的影響4.3.7 坡度對(duì)徑流中溴離子的變化特征的影響4.3.8 坡度對(duì)坡面養(yǎng)分淋溶過(guò)程的影響4.4 坡長(zhǎng)對(duì)黃土坡面養(yǎng)分流失的影響4.4.1 坡長(zhǎng)定義及特征4.4.2 坡長(zhǎng)對(duì)坡面徑流侵蝕影響的研究進(jìn)展4.4.3 坡長(zhǎng)對(duì)地表徑流變化特征的影響4.4.4 坡長(zhǎng)對(duì)徑流溶質(zhì)濃度變化過(guò)程的影響4.4.5 坡長(zhǎng)對(duì)坡面養(yǎng)分遷移的影響4.4.6 地表徑流養(yǎng)分流失模擬模型對(duì)比分析4.5 田間模擬降雨下坡度對(duì)坡地溶質(zhì)遷移的影響4.5.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法4.5.2 坡度對(duì)徑流總量和土壤流失量的影響4.5.3 坡度對(duì)徑流養(yǎng)分遷移過(guò)程的影響4.6 坡耕地土壤硝態(tài)氮淋溶特征4.6.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)4.6.2 土壤硝態(tài)氮含量沿坡長(zhǎng)變化4.6.3 人工降雨前后硝態(tài)氮和土壤含水量時(shí)空變化4.6.4 雨季期間硝態(tài)氮時(shí)空變化4.6.5 降雨量對(duì)硝態(tài)氮淋溶深度及淋失量的影響4.7 本章小結(jié)第5章 表層土壤物理特性對(duì)溶質(zhì)遷移的影響5.1 土壤質(zhì)地對(duì)黃土坡面溶質(zhì)遷移特征的影響5.1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)5.1.2 土壤質(zhì)地對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響5.1.3 土壤質(zhì)地對(duì)坡面養(yǎng)分遷移特征的影響5.1.4 土壤質(zhì)地對(duì)坡地剖面水分、養(yǎng)分再分布的影響5.2 土壤容重對(duì)坡地水分溶質(zhì)遷移特征的影響5.2.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)5.2.2 土壤容重對(duì)降雨一人滲一徑流過(guò)程的影響5.2.3 土壤容重對(duì)徑流養(yǎng)分濃度變化特征的影響5.2.4 徑流養(yǎng)分流失量變化過(guò)程5.3 土壤翻耕與壓實(shí)對(duì)坡地水分與溶質(zhì)遷移的影響5.3.1 研究區(qū)域概況5.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法5.3.3 壓實(shí)與翻耕對(duì)坡地產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程的影響5.3.4 壓實(shí)與翻耕對(duì)坡地溶質(zhì)遷移的影響5.3.5 翻耕與壓實(shí)對(duì)坡地剖面水分和溴再分布過(guò)程的影響5.4 土壤前期含水量對(duì)坡面水分養(yǎng)分遷移的影響5.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法5.4.2 前期土壤含水量對(duì)降雨入滲產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程的影響5.4.3 前期含水量對(duì)坡地溶質(zhì)遷移的影響5.5 土壤結(jié)構(gòu)對(duì)徑流溶質(zhì)過(guò)程的影響5.6 土體底部透水狀況對(duì)坡地溶質(zhì)遷移的影響研究5.6.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)5.6.2 透水狀況對(duì)徑流和土壤侵蝕的影響5.6.3 透水狀況對(duì)坡地徑流養(yǎng)分遷移的影響5.6.4 透水狀況對(duì)土壤溶質(zhì)滲漏過(guò)程的影響5.7 近地表水文條件對(duì)坡地養(yǎng)分遷移特征的影響5.7.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)5.7.2 降雨強(qiáng)度對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響5.7.3 降雨強(qiáng)度對(duì)坡面徑流養(yǎng)分遷移的影響5.7.4 降雨強(qiáng)度對(duì)剖面溶質(zhì)含量分布的影響5.7.5 地表徑流養(yǎng)分流失模擬模型對(duì)比分析5.7.6 地下供水對(duì)土壤溶質(zhì)分布的影響5.8 本章小結(jié)第6章 下墊面條件對(duì)坡面土壤溶質(zhì)遷移特征的影響6.1 土壤物理結(jié)皮對(duì)黃土坡面土壤溶質(zhì)遷移特征的影響……第7章 施肥狀況及化學(xué)物特性對(duì)土壤溶質(zhì)遷移的影響第8章 土壤溶質(zhì)隨地表徑流遷移模擬模型參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　隨著近年我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，化肥和農(nóng)藥施用量逐漸上升。目前，中國(guó)化肥使用總量達(dá)4124萬(wàn)t／a，平均達(dá)400kg／hm。，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家為防止化肥對(duì)水體污染而設(shè)置的225kg／hm2安全上限。農(nóng)藥使用量逾30萬(wàn)t／a，使全國(guó)933.3萬(wàn)hm2的耕地遭受不同程度的污染。由于過(guò)量使用農(nóng)用化合物造成大量化肥和農(nóng)藥隨降水或灌溉水進(jìn)入水體，由此產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染負(fù)荷所占的比例逐年增加，我國(guó)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的嚴(yán)重程度已經(jīng)在很多地區(qū)顯現(xiàn)出來(lái)，甚至達(dá)到了比較嚴(yán)重的地步。我國(guó)真正意義上的非點(diǎn)源污染研究始于北京城市徑流污染研究。農(nóng)村非點(diǎn)源污染研究始于20世紀(jì)80年代初的湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查和河流水質(zhì)規(guī)劃研究，曾先后在于橋水庫(kù)、滇池、太湖、鄱陽(yáng)湖、巢湖、三峽庫(kù)區(qū)等湖泊、水庫(kù)流域及沱江內(nèi)江段、晉江流域、北江湞水流域、淮河淮南段、遼河鐵嶺段進(jìn)行過(guò)探索性的研究，較好地把握了非點(diǎn)源污染的負(fù)荷、發(fā)生和分布狀況，為湖泊、河流的水質(zhì)規(guī)劃與流域規(guī)劃提供了可靠的依據(jù)，也為非點(diǎn)源污染研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如1978-1980年對(duì)我國(guó)34個(gè)湖泊和水庫(kù)的調(diào)查資料表明，富營(yíng)養(yǎng)化水體占14.7％；而1987～1989年調(diào)查的22個(gè)湖泊中富營(yíng)養(yǎng)化的已達(dá)63％。這與美國(guó)20世紀(jì)70年代中期湖泊水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化狀況頗為接近?？傊?，隨著點(diǎn)源污染負(fù)荷的下降，面源污染負(fù)荷的增加，在全球范圍內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的控制已逐步成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的重大主題?！　∫验_(kāi)展的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染研究?jī)?nèi)容主要包括兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是化肥、農(nóng)藥及畜禽糞便等經(jīng)土壤通過(guò)不同途徑進(jìn)入水體對(duì)受納水體造成的污染影響，包括受納水體的環(huán)境容量和研究農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染對(duì)水體產(chǎn)生的危害，其中國(guó)內(nèi)研究較多的是地表水富營(yíng)養(yǎng)化和地下水硝態(tài)氮污染的問(wèn)題；第二個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容主要是有關(guān)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染產(chǎn)污機(jī)理與影響因素的探索。由于了解農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的產(chǎn)污機(jī)理是進(jìn)行治理與開(kāi)展模擬監(jiān)測(cè)的前提，近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的形成過(guò)程、影響因素及計(jì)算方法進(jìn)行了較為深入的研究，一致認(rèn)為非點(diǎn)源污染形成分為4個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，即降雨徑流過(guò)程、土壤侵蝕過(guò)程、土表溶質(zhì)溶出過(guò)程和土壤溶質(zhì)滲漏過(guò)程。由此可見(jiàn)，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的基礎(chǔ)研究就是對(duì)土壤溶質(zhì)隨徑流遷移問(wèn)題的研究。　　1.1.3黃土區(qū)非點(diǎn)源污染特點(diǎn)及狀況　　中國(guó)黃土高原是全球黃土覆蓋面積最廣、厚度最大、地層最全的高地。黃土高原地域遼闊，資源豐富，被規(guī)劃為21世紀(jì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基地。黃土地區(qū)的國(guó)土資源在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，這一地區(qū)不僅地域?qū)掗煻易匀毁Y源豐富，因而對(duì)西北經(jīng)濟(jì)區(qū)的開(kāi)發(fā)起關(guān)鍵性的作用。

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