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坡地物质传输/西北旱区生态水利学术著作丛书

坡地物质传输/西北旱区生态水利学术著作丛书

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  • ISBN:9787030600271
  • 装帧:一般胶版纸
  • 册数:暂无
  • 重量:暂无
  • 开本:16开
  • 页数:476
  • 出版时间:2022-10-01
  • 条形码:9787030600271 ; 978-7-03-060027-1

内容简介

土地质量和生态环境保护日益被重视,控制农业面源污染及保护土地资源成为生态农业发展的主要研究内容。本书系统介绍农田植物截留,植物水分消耗特征,植物生长与土壤理化性质的关系,降雨、上方来、土壤及地形对坡地物质传输影响,碎石覆盖、秸秆覆盖和植被种植条件下坡地物质传输特征,土壤结构改良与坡地物质传输的关系,植被过滤带控制水土养分流失效果,以及降雨和上方来水条件下坡面水土养分流失数学模型和经验公式等方面的研究成果。全书共8章,包括植物生长与田间水循环、植被生长与土壤理化性质、供水特征与坡地物质传输、土壤和地形特征与坡地物质传输、土壤结构改良与坡地物质传输、地面覆盖与坡地物质传输、植被过滤带与坡地物质传输、坡地物质传输数学模型等内容。 本书可供从事生态环境、农业水利工程、水文与水资源、土壤物理等工作的科研、管理和教学人员参考。

目录

目录
总序一
总序二
总序三
前言
第1章 植物生长与田间水循环 1
1.1 植物叶面和茎秆截留特征 1
1.1.1 测定方法 1
1.1.2 浸泡法与人工降雨法测定*大截留量 2
1.1.3 *大截留量与植物特征参数的相关性 6
1.1.4 植物叶片与茎*大截留量 8
1.2 黄土塬区小麦和玉米地的水循环特征 8
1.2.1 研究方法 8
1.2.2 自然降雨条件下玉米冠层截留特征及影响因素 11
1.2.3 黄土塬区小麦和玉米地蒸散特征及主控因素 16
1.3 黄土塬区苹果园的水循环特征 21
1.3.1 研究方法 21
1.3.2 苹果园降雨再分配特征 24
1.3.3 不同降雨年型的苹果园蒸散特征 29
1.3.4 降雨和土壤入渗与蒸散的关系 32
1.4 水蚀风蚀交错区干燥化土壤植被恢复 33
1.4.1 试验方法 33
1.4.2 不同植被恢复方式下土壤水分变化特征 35
1.4.3 多年限土地平均含水量变化特征 35
1.4.4 多年限土地剖面含水量变化特征 37
1.4.5 紫花苜蓿地降雨入渗和产流产沙特征 38
参考文献 46
第2章 植被生长与土壤理化性质 47
2.1 植物生长特征 48
2.1.1 植物株高的增长特征 49
2.1.2 植物盖度的增长特征 50
2.1.3 植物地上生物量的增长特征 51
2.1.4 地下生物量的增长特征 52
2.1.5 植物生长的数学模型 53
2.1.6 植物的耗水特性和水分利用效率 57
2.2 植物生长过程中土壤理化性质的变化特征 58
2.2.1 土壤物理性质的变化特征 58
2.2.2 土壤养分含量的变化特征 66
2.3 土壤理化性质与植物生长的关系 76
2.3.1 土壤养分与植物生长的关系 76
2.3.2 土壤物理性质与地下生物量的关系 95
参考文献 100
第3章 供水特征与坡地物质传输 101
3.1 雨滴动能对坡地水土养分径流流失特征的影响 101
3.2 降雨强度对坡地物质传输的影响 104
3.2.1 坡地产流产沙特征 104
3.2.2 降雨强度对径流氮磷流失特征的影响 105
3.2.3 降雨强度对土壤水分和养分含量垂直分布影响 108
3.3 降雨雨型对坡地物质传输的影响 110
3.3.1 降雨雨型对坡地产流、产沙和养分流失特征的影响 110
3.3.2 降雨强度发生时间对产流、产沙及养分流失特征的影响 112
3.3.3 不同降雨雨型下单宽流量与产沙率及养分流失率的关系 119
3.3.4 降雨雨型对坡地水流动力学特性的影响 122
3.3.5 不同降雨雨型下水蚀动力参数变化特征分析 126
3.4 间歇性降雨对坡地径流-土壤侵蚀-养分流失的影响 129
3.4.1 间歇性降雨时坡地径流、侵蚀及养分流失的特征 129
3.4.2 降雨次数对坡地径流、土壤侵蚀及养分流失总量的影响 135
3.5 上方来水流量与坡地物质传输 136
3.5.1 产流、产沙和养分流失的特征 136
3.5.2 上方来水的水流动力学特征 139
3.5.3 水流动力学参数与径流泥沙和养分流失的关系 143
3.6 上方来水条件下的坡地物质传输 146
3.6.1 植被盖度对坡地物质传输的影响 146
3.6.2 碎石覆盖对坡地物质传输的影响 151
3.7 自然降雨下的坡地物质传输 156
3.7.1 降雨量与径流深的关系 156
3.7.2 降雨量与侵蚀量的关系 158
3.7.3 降雨强度与径流深和侵蚀量的关系 159
3.7.4 径流泥沙和养分流失的变化特征 159
3.7.5 径流中硝态氮与铵态氮的浓度和流失量 161
3.7.6 泥沙中氮磷含量和流失量 163
参考文献 164
第4章 土壤和地形特征与坡地物质传输 165
4.1 土壤质地与坡地物质传输 165
4.2 土壤初始含水量与坡地物质传输 169
4.2.1 土壤初始含水量对平均入渗率及平均径流深的影响 169
4.2.2 土壤初始含水量对总产沙量的影响 170
4.2.3 土壤初始含水量对径流氮磷浓度的影响 171
4.2.4 土壤初始含水量对土壤氮磷垂直分布的影响 173
4.2.5 土壤初始含水量对氮磷径流流失率的影响 174
4.3 坡长与坡地物质传输 176
4.3.1 小尺度坡长对坡地物质传输的影响 176
4.3.2 中尺度坡长对坡地物质传输的影响 178
4.4 坡度与水土养分流失 188
4.4.1 坡度对粉壤土坡地水土养分流失的影响 188
4.4.2 坡度对砂壤土坡地水土养分流失的影响 195
4.5 坡形与坡地物质传输 197
4.5.1 坡形对坡地产流的影响 198
4.5.2 坡形对坡地产沙的影响 199
4.5.3 坡形对坡地养分流失的影响 200
4.5.4 坡形、施加PAM与坡地物质传输 203
参考文献 209
第5章 土壤结构改良与坡地物质传输 211
5.1 施加PAM与坡地物质传输 211
5.1.1 坡度对PAM调控坡地物质传输的影响 212
5.1.2 PAM施量对坡地物质传输的影响 219
5.1.3 PAM施用位置对坡地水土养分流失的影响 235
5.2 施加羧甲基纤维素钠对坡地土壤侵蚀及养分流失的影响 240
5.2.1 CMC-Na对土壤团粒结构的影响 240
5.2.2 CMC-Na施量对产流过程的影响 241
5.2.3 CMC-Na施量对产沙过程的影响 242
5.2.4 CMC-Na对坡地养分流失过程的影响 244
5.3 条施纳米碳与坡地物质传输 246
5.3.1 条施纳米碳对产流过程的影响 247
5.3.2 条施纳米碳对产沙过程的影响 250
5.3.3 条施纳米碳对径流养分流失过程的影响 253
5.3.4 降雨强度对纳米碳施用地水土养分流失的影响 262
参考文献 271
第6章 地面覆盖与坡地物质传输 272
6.1 落叶层厚度对坡地径流养分流失的影响 272
6.1.1 落叶层厚度对产流特征的影响 272
6.1.2 落叶层贮水量估算 273
6.1.3 落叶层厚度对径流养分浓度的影响 274
6.1.4 落叶层厚度对径流养分流失总量的影响 276
6.1.5 落叶层厚度对土壤剖面养分分布的影响 276
6.2 秸秆覆盖量对坡地物质传输的影响 278
6.2.1 秸秆覆盖量对坡地水土养分流失过程的影响 278
6.2.2 秸秆覆盖量对坡地水流动力学特征的影响 281
6.3 植物对坡地物质传输的影响 284
6.3.1 植物对坡地水文过程的影响 285
6.3.2 植物对产沙过程的影响 291
6.3.3 植物对土壤养分流失的影响 306
6.4 碎石覆盖对坡地物质传输的影响 321
6.4.1 碎石覆盖对地表径流过程的影响 321
6.4.2 碎石覆盖对土壤侵蚀的影响 326
6.4.3 碎石覆盖对坡地水土养分流失的影响 338
参考文献 341
第7章 植被过滤带与坡地物质传输 342
7.1 概述 343
7.2 植被过滤带长度对坡地物质传输的影响 344
7.2.1 过滤带植物生长状况 344
7.2.2 植被过滤带长度对径流削减效果的影响 344
7.2.3 植被过滤带长度对径流中吸附态氮、磷流失量的影响 345
7.2.4 植被过滤带长度对溶解态氮、磷削减效果的影响 347
7.2.5 植被过滤带长度对总氮、总磷削减效果的影响 348
7.2.6 相关性分析 349
7.3 植物类型对植被过滤带径流养分削减效果的影响 349
7.3.1 不同类型植物的生长状况 350
7.3.2 不同类型植被过滤带对径流削减效果的影响 350
7.3.3 不同类型植被过滤带对径流中吸附态氮、磷流失总量的影响 351
7.3.4 不同类型植被过滤带对溶解态氮、磷削减效果的影响 352
7.3.5 不同类型植被过滤带对总氮、总磷削减效果的影响 353
7.3.6 相关性分析 354
7.4 植物种植密度对径流养分削减效果的影响 355
7.4.1 不同种植密度的植物生长状况 355
7.4.2 种植密度对径流削减效果的影响 356
7.4.3 种植密度对径流中吸附态氮、磷流失量的影响 356
7.4.4 种植密度对溶解态氮、磷削减效果的影响 357
7.4.5 种植密度对径流总氮、总磷削减效果的影响 358
7.4.6 相关性分析 359
7.5 植被过滤带作用下径流养分传输数学模型 360
7.5.1 模型建立 360
7.5.2 参数确定 363
7.5.3 模型参数推求与模型评估 363
参考文献 365
第8章 坡地物质传输数学模型 367
8.1 坡地产汇流数学模型 367
8.1.1 降雨条件下坡地产汇流数学模型 367
8.1.2 上方来水条件下坡地产汇流数学模型 374
8.2 水流冲刷下的土壤侵蚀模型 403
8.2.1 坡地土壤侵蚀模型的建立 403
8.2.2 土壤侵蚀模型参数确定与准确性评估 406
8.2.3 下垫面条件对模型参数的影响 409
8.3 土壤养分向地表径流传递的数学模型 415
8.3.1 降雨条件下土壤养分向地表径流传递的混合深度模型 415
8.3.2 基于降雨分散能力的土壤养分向径流传递模型 428
8.3.3 水流冲刷下土壤养分向地表径流传递的有效混合深度模型 441
8.3.4 水流冲刷下土壤养分向地表径流传递的等效混合深度模型 446
8.3.5 基于水流分散能力的土壤养分向径流传递模型 451
8.4 考虑降雨雨型影响的坡地水土养分传输数学模型 457
8.4.1 数学模型 457
8.4.2 模型参数确定 460
8.4.3 模型评估 461
8.5 次降雨土壤硝态氮随地表径流流失的经验公式 465
8.5.1 坡地土壤硝态氮径流流失公式的建立 465
8.5.2 经验公式参数的确定 468
8.5.3 经验公式构建与评价 472
参考文献 474
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节选

第1章 植物生长与田间水循环 植物生长与水分消耗是田间水循环的重要组成部分,研究植物生长与水分消耗过程不仅有利于分析坡地水土养分流失特征,而且是确定植被水分承载能力的基础。为了分析田间水循环特征,在陕西省神木市和长武县等地开展不同类型植物截留、植物生长与水分消耗特征的研究工作。 1.1 植物叶面和茎秆截留特征 为了对比分析不同植物叶片截留差异性,根据黄土区气候条件和植物分布类型,选择2种木本植物和3种草本植物作为供试样本,其中木本植物有酸枣和刺槐,草本植物包括大豆、玉米和紫花苜蓿。这几种植物均是黄土区广泛分布的物种,且叶面绒毛及质地特征具有代表性,其形状和长势各有特点。大豆和玉米也是该地区的典型作物,供试植物生活习性及叶片特征见表1.1。 表1.1 供试植物生活习性及叶片特征 1.1.1 测定方法 为了测定不同植株及其茎叶的*大截留量,选择不同生育期的植物样本,用剪刀贴地表剪下。对于乔木及灌木,在植株上、中、下三个位置取点,分别用剪刀剪取发育完全的不同枝条,迅速移回实验室测定,每个物种设3组重复试验。为确保降雨前样本完全干燥,降雨前的日照干燥期至少为8d。通过平台扫描仪获取叶片标准图形,并使用MATLAB进行图像处理,计算叶面积。植物叶面和茎秆截留能力测定通常采用浸泡法[1-3],浸泡法具有操作简单、方便的优点,是一种理想状态下测定叶片可吸附水量的方法。为了探讨浸泡法和人工降雨法测定植物叶片截留能力的差异,利用这两种方法分别测定不同植株及其茎和叶的*大截留量。 1)浸泡法 在实验室无风条件下,选择完整、健康且不同叶面积的叶片和不同生育期的茎,分别测定茎、叶的鲜重,将茎和叶用镊子夹住,分别浸泡在蒸馏水中30min,取出控水1min,待其不滴水时重新称重,吸附水量为浸泡后质量与浸泡前质量的差值。 2)人工降雨法 在实验室无风条件下,选择完整、健康且具有不同叶面积的叶片、不同生育期的茎和单株植物,分别测定单株植物、茎和叶的鲜重,利用针头式降雨器进行人工降雨试验,设计降雨强度(简称“雨强”)为100mm/h,降雨历时(降雨时间)为4min。一方面,较大降雨强度可使冠层快速达到*大截留量;另一方面,较短的降雨历时可减少降雨期间的蒸发[4,5]。将样本插入预先打好孔的高密度防水泡沫板上,保证降雨产生的茎秆流及时从出口排出。泡沫板上表面孔口与植株接触处用凡士林密封,防止水流损失。试样制作完毕后,将泡沫板上下表面及四周淋水,保证泡沫板降雨前后状态一致,称量试验样品初重[6,7]。叶片*大截留量为降雨前后样品质量的差值,植物特征测定指标包括株高、植株鲜重与干重、茎粗、茎高、茎鲜重与干重、叶面积、叶鲜重与干重、叶长、叶宽及叶周长。 3)计算方法 *大截留量为试验前后样本质量的差值,为了分析不同植物茎和叶截留能力的差异,分别对比分析不同叶片单位叶面积截留量及茎和叶片的截留率,具体计算公式为 (1.1) (1.2) (1.3) (1.4) 式中,IP为植株*大截留量(g);Im为单位叶面积*大截留量(g/m2);M0为样本鲜重(g);M1为样本浸水或降雨后重(g);S为叶面积(m2);Ir-leaf为叶片*大截留率(%);Ir-stem为茎*大截留率(%);Ileaf为叶片*大截留量(g);Istem为茎*大截留量(g)。 1.1.2 浸泡法与人工降雨法测定*大截留量 1.1.2.1 浸泡法与人工降雨法测定叶片*大截留量 叶面积是表征植物生理形态的主要指标,两种方法测定不同植物的单位叶面积*大截留量如表1.2所示。人工降雨法和浸泡法测定的叶片*大截留量差异均显著(显著水平p0.90),这与卓丽等[10]采用浸泡法测定草坪型结缕草冠层截留的试验结果一致。对于乔木型的酸枣和刺槐,单株植物*大截留量与植株鲜重相关性不明显。分析植株干重与植物*大截留量的关系,以及叶片的叶干重、叶面积和叶片*大截留量的关系(图1.2)。植株的*大截留量与植株干重均呈很好的线性正相关关系,结果如图1.2(a)所示。对比不同植物的*大截留量可以看出,大豆、酸枣、玉米、紫花苜蓿和刺槐植株的*大截留量依次降低,与表1.2中不同植物叶片*大截留量的大小排序结果相同,但与表1.3中不同植物的茎*大截留量的大小排序结果不同,说明单株植物截留降雨时叶片截留起到主要作用。对于植物叶片而言,叶片的叶长、叶宽、叶周长、叶鲜重与叶片*大截留量相关性不显著,而叶面积和叶干重与叶片*大截留量呈很好的线性正相关关系,如图1.2(b)和(c)所示。 根据曲线变化趋势,采用线性函数对植株及叶片*大截留量与植物特征参数进行拟合,拟合结果为 (1.8) (1.9) (1.10) 式中,IP为植株*大截留量(g);Ileaf为叶片*大截留量(g);MP为植株干重(g);Mleaf为叶片干重(g);S为叶面积(m2);β、η、均为拟合系数,分别代表单位植株干重*大截留量、单位叶片干重*大截留量及单位叶面积*大截留量的拟合系数。

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