聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響,復(fù)合坡是自然界常見的主要坡型。通過室內(nèi)人工降雨模擬試驗(yàn),研究了復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流規(guī)律以及聚丙 烯酰胺(polyacrylamide, PAM)應(yīng)用對其的影響。試驗(yàn)采用2種復(fù)合坡型(凹型坡和凸型坡)的12個(gè)坡度組合 和4個(gè)PAM施用量,共48個(gè)試驗(yàn)處理。結(jié)果顯示,PAM應(yīng)用顯著縮短了初始降雨產(chǎn)流時(shí)間,初始產(chǎn)流時(shí)間平 均比對照處理提前63.7°%?71.6°%。PAM應(yīng)用明顯改變了坡面徑流隨降雨歷時(shí)的變化規(guī)律。PAM應(yīng)用后,除了大 坡度(彡10°)、小量PAM應(yīng)用(0.5 g/m2)的凸型坡外,降雨徑流系數(shù)在整個(gè)降雨過程中基本維持穩(wěn)定。PAMS 用增大了降雨徑流系數(shù)和徑流量,且徑流系數(shù)和徑流量隨著PAM施用量的增大而增大。凸型坡的徑流量平均比 凹型坡的大14.7%?31.8%。當(dāng)PAM施用量為0.5、1.0和2.0 g/m2時(shí),凹型坡和凸型坡的徑流量分別比對照處理 增加55.7%、100.2%、147.3%和16.6%、69.3%、108.9%。在黃土坡地上大劑量(彡1.0 g/m2)應(yīng)用PAM可明顯 增大坡面徑流量,實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)制定合理的PAM施用量。
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聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響
發(fā)布日期:2015-02-09 15:30:03中國土壤侵蝕區(qū)域遍布全國各地,強(qiáng)度高、危 害大。特別是西北黃土高原地區(qū),由于其氣候干燥, 植被稀疏,暴雨集中,土壤抗蝕性差,水土流失 非常嚴(yán)重[1]。水土流失不僅破壞土地資源,而且也 會導(dǎo)致環(huán)境惡化、生態(tài)平衡失調(diào)以及水旱災(zāi)害的頻 繁發(fā)生,嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)睾拖掠蔚貐^(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā) 展,危及中國糧食安全,制約社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù) 發(fā)展。
地表降雨徑流與土壤抗蝕性是影響土壤流失 的2個(gè)重要因素。聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)是1種水溶性線性陰離子高分子聚合物,具有較強(qiáng)的黏聚作用。適量的PAM應(yīng)用可增加表層 土壤顆粒之間的凝聚力,維持良好的土壤結(jié)構(gòu)及其 穩(wěn)定性,防止土壤結(jié)皮的發(fā)生,從而增加土壤入滲 能力,減少地表徑流和土壤流失[2-7]。然而,由于 PAM溶液的粘滯性,大劑量PAM應(yīng)用時(shí)也會導(dǎo)致 土壤水分入滲和傳導(dǎo)能力的降低,從而增大地表的 徑流量[8-12]。PAM性質(zhì)、類型、施用量、應(yīng)用方式 以及土壤性質(zhì)等均影響PAM應(yīng)用對土壤入滲能力 的應(yīng)用效果[11-16]。
地面坡度大小影響地表產(chǎn)流與土壤侵蝕[17-20]。已 有研究結(jié)果顯示,土壤入滲量隨地面坡度的增加而減 小[21-25],而地表徑流和土壤侵蝕量隨之增大[17’19-20,25]。 目前對降雨產(chǎn)流和土壤流失的研究主要是針對均 勻直面坡[26-27]。而在自然界中,大多數(shù)天然土坡都 是由具有不同坡度的斜坡相互連接而形成的直面 復(fù)合坡。蔣定生等的研究結(jié)果顯示,由于降雨入滲 的再分配,凸凹型坡在不同坡面位置處的土壤儲水 量不同[27],從而導(dǎo)致降雨徑流和土壤侵蝕也會發(fā)生 相應(yīng)的變化[26-28]。楊武德等的示蹤試驗(yàn)顯示,隨著 復(fù)合坡面坡度的陡和緩,土壤侵蝕呈現(xiàn)出強(qiáng)、弱或 沉積的現(xiàn)象[29]。Rieke-Zapp和Nearing對曲面坡降 雨產(chǎn)流和土壤侵蝕的研究結(jié)果顯示,坡型顯著影響 降雨匯流規(guī)律、徑流量以及土壤侵蝕產(chǎn)砂量,且曲 面凸型坡比曲面凹型坡在坡腳處產(chǎn)生更多的沉積 物[26]。
在降雨條件下,直面復(fù)合坡降雨產(chǎn)流過程以及 PAM應(yīng)用對其地表徑流的影響規(guī)律目前尚未見有 關(guān)報(bào)導(dǎo)。本文擬通過室內(nèi)人工模擬降雨試驗(yàn),研究 降雨條件下不同坡型(凹型坡和凸型坡)及其坡度 組合以及PAM施用量對直面復(fù)合坡降雨徑流的影 響規(guī)律,探討黃土高原地區(qū)提高降雨利用率、降低 坡地土壤侵蝕的有效方法。
1材料與方法 1. 1供試土壤
供試土壤取自于中國科學(xué)院水土保持研究所 安塞水土保持綜合試驗(yàn)站(109°19'23〃E, 36°51'30〃N)的耕作農(nóng)田表層(0?15 cm)。土壤質(zhì)
地為粉質(zhì)壤土,屬于典型的黃綿土。供試土壤的基 本理化性質(zhì)見表1。總可溶鹽含量、電導(dǎo)率和pH 值是在土水比1 : 2、混合攪拌均勻以及在室溫下靜 置24 h后的測定結(jié)果。
表1供試土壤理化性質(zhì)
Table 1 Physical and chemical properties of tested soil
顆粒組成 Soil mechanical composition/%陽離子交換量可交換鈉百分比 Exchangeable sodium percentage/%總可溶鹽含量 Total soluble salt concentration/(mg-L-1)電導(dǎo)率
Electrical conductivity/ (dS-m-1)pH值
<0.001 mm 0.001 ?0.05 mm >0.05 mmCation exchange capacity/(cmolc'kg-1)pH value
10.57 71.61 17.8144.2111.9943.550.0878.75
注:土水比為1 : 2。
Note: Ratio of soil to water is 1:2.
1.2土樣準(zhǔn)備及土槽裝填
將采集的土壤剔除植物根系和雜物后自然風(fēng) 干,然后過5 mm篩子備用。自然風(fēng)干土的質(zhì)量含 水率約為1°%。
試驗(yàn)所用土槽為自制鋼槽,土槽長2.0 m、寬 0.6 m、深0.25 m。土槽在中間部位通過較鏈分為上、 下2個(gè)部分,其坡度可分別在0?30°之間調(diào)控。在 土槽底板均勻分布有間距為5 cm、孔徑為3 mm的 滲流孔,以保證土壤的自由排水。在土槽尾端連接 一集流槽,用以收集徑流和采集泥沙樣品。
在填裝土壤前,首先將土槽上、下2部分的坡 度調(diào)至設(shè)計(jì)值。為防止土壤顆粒從土槽中漏出,在 土槽底板上鋪設(shè)1層粗紗布。按設(shè)計(jì)土壤容重分層 均勻填裝土槽,每層土樣厚5 cm。在填裝下1層土 樣前,抓毛上1層土壤的表面,以防止土層之間出 現(xiàn)分層現(xiàn)象。土槽中土樣的總厚度為15 cm,土壤 容重為1.3 g/cm3。
1.3PAM施用
試驗(yàn)米用的聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)
為陰離子線性高分子聚合物(北京漢力淼新技術(shù)公 司),其分子量為14x106g/mol,電荷密度為20°%。
按設(shè)計(jì)施用量,將秤重的PAM溶于10 L蒸餾 水中持續(xù)攪拌1 h。將配制好的PAM水溶液用小型 噴壺均勻地噴施在裝填完畢的土壤表面。為保證各 處理的土壤表層初始含水量一致,在對照處理 (PAM = 0)中,在土壤表面噴施10 L蒸餾水。將 噴施PAM溶液或蒸餾水后的土槽靜置1 h,然后進(jìn) 行人工降雨。
1.4人工模擬降雨
人工模擬降雨采用中國科學(xué)院水土保持研究 所的雙向?qū)娛饺斯つM降雨裝置完成。該降雨模 擬系統(tǒng)的降雨過程由計(jì)算機(jī)全程自動控制,降雨強(qiáng) 度可在40?260 mm/h范圍內(nèi)調(diào)控。降雨模擬系統(tǒng) 的噴頭距地表高度為16 m,雨滴直徑變化范圍為 0.6?3.0 mm,降雨均勻度大于85°%。根據(jù)黃土高原 地區(qū)暴雨強(qiáng)度,本研究采用的降雨強(qiáng)度為80 mm/h。
人工模擬降雨的用水采用蒸餾水,其電導(dǎo)率在 (25±1)°C條件下為4.81x10-3 dS/m,與自然降雨的 水質(zhì)相近。當(dāng)坡面降雨產(chǎn)流開始時(shí),記錄初始產(chǎn)流 時(shí)間。坡面產(chǎn)流后,用塑料小桶連續(xù)收集徑流樣, 每隔2 min換1個(gè)小桶。降雨試驗(yàn)在坡面產(chǎn)流1 h 后停止。降雨試驗(yàn)結(jié)束后,立即測量每個(gè)徑流樣的 質(zhì)量,然后將其靜置6?8 h。待泥沙完全沉淀后, 收集每個(gè)集流桶中的泥沙并在105C烘箱中烘干 12 h,計(jì)算徑流中的泥沙含量。
1.5試驗(yàn)處理與數(shù)據(jù)分析
本研究的試驗(yàn)處理包括凹型坡和凸型坡2個(gè)復(fù) 合坡型的12個(gè)坡度組合和4個(gè)PAM施用量,聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響,共48 個(gè)試驗(yàn)處理。凹型坡的上坡面坡度分別為20°和 25°,下坡面坡度分別5°、10°和15°;凸型坡的上 坡面坡度分別為5°、10°和15°,下坡面坡度為20° 和25°。PAM施用量分別為0 (對照處理)、0.5、 1.0 和 2.0 g/m2 (0、5、10 和 20 kg/hm2)。每個(gè)處理 3次重復(fù)。各處理平均值之間的差異顯著性采用 SPSS16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(SPSS Inc., Chicago, USA)。當(dāng)ANOVA的尸值統(tǒng)計(jì)顯著時(shí),采 用Tukey檢驗(yàn)法區(qū)分其平均值(戶=0.05 )。
2結(jié)果
2.1初始產(chǎn)流時(shí)間
不同上、下坡坡度組合和PAM施用量條件下 的初始降雨產(chǎn)流時(shí)間見表2。與對照處理(無PAM 應(yīng)用)相比,施用PAM后各處理的初始降雨產(chǎn)流 時(shí)間顯著縮短(表2)。初始降雨產(chǎn)流時(shí)間隨著PAM 施用量的增大基本上呈逐漸縮短之趨勢。在無PAM 應(yīng)用時(shí),凹型坡下坡坡度的變化對初始降雨產(chǎn)流時(shí) 間的影響無明顯規(guī)律,而凸型坡上坡坡度的增加總 的來講則縮短了初始降雨產(chǎn)流時(shí)間(表2)。在PAM 施用后,凹型坡與凸型坡的不同坡度組合對初始降 雨產(chǎn)流時(shí)間的影響不明顯(表2)。在所有的PAM 施用量和坡度組合條件下,PAM應(yīng)用導(dǎo)致凹型坡和 凸型坡的平均初始產(chǎn)流時(shí)間分別比對照處理縮短 了 63.7%和71.6%。這些數(shù)據(jù)顯示,PAM應(yīng)用降低 了土壤的初始入滲能力。
表2不同坡度組合以及聚丙烯酰胺(PAM)施用量處理的初始降雨產(chǎn)流時(shí)間
Table 2 Time of runoff initiation after rainfall under various slope gradient combinations and polyacrylamide (PAM)
application rates
s
坡度 Slope gradient/(。)聚丙烯酰胺施用量 Polyacrylamide application rate/(g-m-2)
坡型
Slope type上坡 Up slope下坡
Down slope0
(對照處理,Control)0.51.02.0
579.0±29.7 aA33.0±2.8 bA45.0±7.1 bA32.5±2.1 bA
2010135.5±30.4 aAB35.5±2.1 bA36.5±0.7 bAB25.5±2.1 bA
凹型坡1579.0±35.4 aAC33.0±1.7bA33.3±2.3 bB28.0±0.2 bA
Concave slope5175.5±65.8 aA36.0±1.2bA40.0±1.1 bA29.0±2.8 bA
251094.0±4.7 aA48.0±2.4 bA41.0±2.1 bA28.0±1.5 bA
15117.7±31.0 aA86.0±47.6 bA29.0±0.0 bA26.3±2.3 bA
5240.3±63.3 aA47.3±4.2 bA37.0±0.0 bA25.0±1.7 bA
102072.3±34.9 aB61.3±21.5 abA33.3±3.0 bAB30.0±0.0 bB
凸型坡15164.0±45.6 aAB35.3±4.0 bA28.3±2.9 bB33.0±1.7 bC
Convex slope5267.7±67.6 aA28.0±6.1 bA45.0±7.0 bA37.3±5.7 bA
102590.7±33.5 aBC38.0±1.7 bBC27.3±2.9 bBC25.7±2.3 bBC
1595.7±58.6 aC39.0±5.2 bC26.0±0.0 bC25.0±1.7 bC
注:平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差;同一行中不同小寫字母表示在P = 0.05水平差異顯著;同一列中不同大寫字母表示在P = 0.05水平差異顯著。
Note: Mean value 士 standard deviation; Different small letters in the same row denote significant difference at P = 0.05 probability level; Different capital letters in the same column denote significant difference at P = 0.05 probability level.
2.2徑流系數(shù)
在各種上、下坡坡度組合以及PAM施用量條件 下,凹型坡降雨徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化見圖1。 與對照處理相比,PAM應(yīng)用明顯改變了降雨徑流系 數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化規(guī)律(圖1 )。當(dāng)無PAM應(yīng)用時(shí), 降雨徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)逐漸增大,一般在降雨 40 min左右后趨于其穩(wěn)定值;而在PAM應(yīng)用條件下, 降雨徑流系數(shù)在降雨開始時(shí)急劇增大,然后在絕大 部分的降雨過程中基本維持穩(wěn)定(圖1)。降雨徑流 系數(shù)基本隨著PAM施用量的增大而增大(圖1 )。在 PAM應(yīng)用后,各種坡度組合條件下的降雨徑流系數(shù) 均大于或等于對照處理時(shí)徑流系數(shù)的穩(wěn)定值(圖1 )。 這些數(shù)據(jù)顯示,PAM應(yīng)用顯著降低了土壤的入滲能 力特別是在降雨初期;聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響,同時(shí),坡度大小與PAM施用 量對降雨入滲或徑流可能存在一定的相互作用。總 體而言,凹型坡的上、下部坡度組合對地表徑流系 數(shù)的影響相對較?。▓D1)。在測試的凹型坡各種上、 下坡度組合條件下,當(dāng)PAM施用量為0、0.5、1.0 和2.0 g/m2時(shí),其穩(wěn)定徑流系數(shù)分別為0.31?0.49、 0.38?0.57、0.52?0.72 和 0.69?0.79。
在各種上、下坡坡度組合以及PAM施用量條 件下,凸型坡降雨徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化見 圖2。在無PAM應(yīng)用(對照處理)時(shí),凸型坡的降 雨徑流系數(shù)隨著降雨歷時(shí)的延長而增大,且徑流系 數(shù)隨降雨歷時(shí)的增大趨勢明顯與上坡的坡度大小 有關(guān)(圖2)。當(dāng)上坡坡度為5。時(shí),在降雨過程的末 期,徑流系數(shù)逐漸趨于其穩(wěn)定值(圖2);而當(dāng)上坡 坡度為10。和15。時(shí),徑流系數(shù)在降雨試驗(yàn)期間呈持 續(xù)增大之趨勢(圖2),這可能與較陡坡面上入滲土 壤中的水分沿坡向的運(yùn)動(壤中流)有關(guān)[27]。在PAM 應(yīng)用后,凸型坡降雨徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化規(guī) 律受PAM施用量和上坡坡度大小的共同影響(圖 2)。當(dāng)上坡坡度為5。時(shí),PAM應(yīng)用后其降雨徑流 系數(shù)在整個(gè)降雨期間基本維持穩(wěn)定。當(dāng)上坡坡度為 10。和15。時(shí),在0.5 g/m2 PAM施用后降雨徑流系數(shù) 隨降雨歷時(shí)的延長而逐漸增大,此時(shí)與無PAM應(yīng) 用時(shí)的變化趨勢相似;而在1.0和2.0 g/m2 PAM施 用后,其徑流系數(shù)在整個(gè)降雨期間基本維持穩(wěn)定或 稍微減小??偟膩碇v,凸型坡的降雨徑流系數(shù)隨著 PAM施用量的增加而增大(圖2)。
0102030405060
降雨時(shí)間 Rainfall time/min
102030405060
降雨時(shí)間 Rainfall time/min
102030405060
降雨時(shí)間 Rainfall time/min
圖1各種坡度組合與聚丙烯酰胺施用量條件下凹型坡徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化 Fig.1 Changes of runoff coefficient on concave slope with rainfall time under various slope combinations and polyacrylamide
application rates
1020304050
降雨時(shí)間 Rainfall time/min
1020304050
降雨時(shí)間 Rainfall time/min
0102030405060
f.上坡坡度/下坡坡度
f.Upper slope/down slope (15°/25°)
e.上坡坡度/下坡坡度
e.Upper slope/down slope (10°/25°)
d.上坡坡度/下坡坡度
d.Upper slope/down slope (5725°)
降雨時(shí)間 Rainfall time/min
圖2各種坡度組合與聚丙烯酰胺施用量條件下凸型坡徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化 Fig.2 Changes of runoff coefficient on convex slope with rainfall time under various slope combinations and polyacrylamide
application rates
2.3坡面徑流量
凹型坡和凸型坡在整個(gè)降雨事件中的總徑流 量隨PAM施用量和上、下坡坡度組合的變化情況 分別見圖3和圖4。圖3和圖4的數(shù)據(jù)顯示,不論 是凹型坡還是凸型坡,其徑流量隨著PAM施用量 的增加而明顯增大,但上、下坡的坡度組合條件對 總徑流量的影響相對較小。在PAM施用量為0.5、 1.0和2.0 g/m2時(shí),所有凹型坡的平均徑流量分別比 對照處理增加55.7%、100.2%和147.3%,凸型坡的 平均徑流量分別增加16.6%、69.3%和108.9%。
在相同PAM施用量條件下,凸型坡的徑流量總 體而言大于凹型坡的徑流量(圖3和圖4)。在20° 與5°、10°、15°的組合中,凸型坡的坡面徑流量平 均比凹型坡的大14.7%;而在25°與5°、10°、15°的 組合中,凸型坡的徑流量平均比凹型坡的大31.8%。
3討論
3. 1 PAM應(yīng)用的影響
聚丙烯酰胺是1種高分子聚合物,其應(yīng)用對降 雨入滲具有雙重影響作用:1方面,PAM應(yīng)用可 促進(jìn)土壤團(tuán)聚體和土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,從而維持土壤 的入滲性能;另1方面,PAM溶液的黏滯性隨其 濃度的增大而增大[30],且PAM噴施后可在土壤表 面形成“人工結(jié)皮,,[31],從而降低土壤的入滲能 力,增大地表徑流。因此,PAM應(yīng)用對土壤入滲 和徑流的影響效果取決于這2方面因素的相互作 用結(jié)果。聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響,當(dāng)后者的作用大于前者時(shí),PAM應(yīng)用會 減小土壤入滲率或水力傳導(dǎo)度[8,n,30-31],從而導(dǎo)致 PAM施用后的初始降雨產(chǎn)流時(shí)間比對照處理的縮 短或提前(表2),且降雨徑流系數(shù)和徑流量隨著 PAM施用量的增大而明顯增大(圖1?圖4)。特 別是當(dāng)PAM施用量較大(彡1.0 g/m2)時(shí),大部分 降雨量會以徑流的形式而流失。試驗(yàn)結(jié)束后我們對 土壤剖面的開挖結(jié)果顯示,此時(shí)的土壤入滲深度非 常淺,這足以證實(shí)大劑量PAM應(yīng)用對土壤入滲能 力的阻礙作用。
坡型與坡度的影響
坡型和坡度是影響降雨產(chǎn)流的重要影響因素, 對凈降雨量、坡面徑流深、徑流速度和坡面切應(yīng)力 等影響顯著[24,32-33]。與直面坡相比,凹型坡在坡面 下凹處對徑流和泥沙有一定的阻滯作用,而凸型坡 在其凸處下緣有一個(gè)加速作用,所有這些影響都改 變了徑流流態(tài)、徑流深以及徑流動能,從而影響土 壤入滲、地表徑流以及土壤流失狀況[24]。
直面坡的初始降雨產(chǎn)流時(shí)間隨著地面坡度的 增加而呈指數(shù)減小[32]。因此,在無PAM應(yīng)用時(shí),
凸型坡的上坡坡度越大,其初始降雨徑流產(chǎn)生時(shí)間 越早(表2)。然而,可能由于坡面下凹處滯水的影 響,凹型坡的初始降雨產(chǎn)流時(shí)間受其下坡坡度變化 的影響并不明顯(表2)。在PAM應(yīng)用后,由相同 上、下坡坡度組合而成的不同復(fù)合坡型(凹型坡或 凸型坡)對初始降雨產(chǎn)流時(shí)間的影響并不顯著(表 2),這可能是由于PAM應(yīng)用對坡面初始產(chǎn)流時(shí)間 的影響程度大于坡型的影響程度所致。
0.05 probability level. Bars represent standard deviation.
I組合對凸型坡徑流量的影響
pe combination on runoff volume under convex slope
在無PAM應(yīng)用時(shí),降雨初期的降雨量大部分 滲進(jìn)入土壤而只有少部分雨量沿坡面形成徑流。 著降雨歷時(shí)的延長,土壤含水量增大而土壤入滲 減小,因而徑流系數(shù)逐漸增大直至趨于其穩(wěn)定值 圖1)。凹型坡以及上坡坡度較小(5°)時(shí)的凸型 基本屬于此種情況(圖1和圖2)。而當(dāng)凸型坡的 坡坡度較大010°)時(shí),在整個(gè)坡面上更易形成 流,其徑流流速也相應(yīng)地更大些,同時(shí)入滲到土 中的水分也可能沿坡向運(yùn)動[27]。此外,在降雨過 的后期,下坡坡面開始出現(xiàn)明顯的侵蝕溝(集 流)。所有這些因素可能是導(dǎo)致凸型坡在大坡度 坡時(shí)其徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)不斷增大的原因 圖 2)。
雖然從理論上講,隨著凹型坡下坡坡度或凸型 上坡坡度的增大,復(fù)合坡更接近于直面坡,其坡 上的徑流更為平順,從而會有更多的降雨量以徑 的形式流失,但我們的試驗(yàn)結(jié)果并不能明確驗(yàn)證 一推測(圖3和圖4)。這表明,在試驗(yàn)條件下黃 土復(fù)合坡的坡度組合變化對徑流量的影響相對較 小。坡面所接受的凈雨量隨著坡度的增大而減小這 一事實(shí),可能是導(dǎo)致此試驗(yàn)結(jié)果的原因之一。而凸 型坡的徑流量普遍大于凹型坡的徑流量這一試驗(yàn) 結(jié)果顯示(圖3和圖4),復(fù)合坡的坡型(凹型坡或 凸型坡)對徑流量有一定的影響效果。
3.3PAM應(yīng)用與坡型及坡度之間的相互作用
在無PAM應(yīng)用或PAM施用量為0.5 g/m2的條 件下,當(dāng)上坡坡度較大(彡10°)時(shí),凸型坡的降雨 徑流系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化規(guī)律與凹型坡的明顯 不同(圖1和圖2)。這可能暗示,坡型、坡度以及 PAM施用量3因素共同影響復(fù)合坡的土壤入滲和 坡面徑流。當(dāng)PAM施用量較低(0.5 g/m2)時(shí),PAM 溶液黏滯性相對較小,PAM應(yīng)用對土壤入滲及坡面 徑流的影響程度不足以克服凸型坡較大的上坡坡 度對其的影響,因此導(dǎo)致當(dāng)凸型坡的上坡坡度為 10°和15°時(shí),0.5 g/m2 PAM施用量時(shí)的徑流系數(shù)隨 降雨歷時(shí)的變化規(guī)律與對照處理的相似(圖2)。而 凹型坡以及PAM施用量較大(彡1.0 g/m2)或上坡 坡度較小(5°)的凸型坡,聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響,PAM應(yīng)用對土壤入滲或 坡面徑流的影響程度大于坡度或坡型的影響,因此 不同坡型或坡度組合條件下的徑流系數(shù)隨降雨歷 時(shí)的變化規(guī)律基本相似(圖1和圖2)。
4結(jié)論
本文通過室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn),研究了不同聚丙 烯酰胺(polyacrylamide,PAM)施用量對黃綿土復(fù) 合坡面降雨產(chǎn)流規(guī)律的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:
1)坡面噴施PAM對初始降雨產(chǎn)流時(shí)間有顯著 影響。與對照處理相比,PAM應(yīng)用顯著縮短了初始 降雨產(chǎn)流時(shí)間。在PAM應(yīng)用后,坡型和坡度組合 條件對初始降雨產(chǎn)流時(shí)間的影響不明顯。
2)與對照處理相比,PAM應(yīng)用明顯改變了降 雨徑流隨降雨歷時(shí)的變化規(guī)律。在無PAM應(yīng)用時(shí), 凹型坡的降雨徑流系數(shù)隨著降雨時(shí)間的延長逐漸 趨于穩(wěn)定;凸型坡的降雨徑流系數(shù)在上坡坡度為5° 時(shí)與凹型坡的相似但在上坡坡度>10°時(shí)在整個(gè)降 雨過程中持續(xù)增大。在PAM (除PAM施用量較小 且上坡坡度較大的凸型坡)應(yīng)用后,凹型坡和凸型 坡的徑流系數(shù)在整個(gè)降雨過程中基本維持穩(wěn)定。 PAM應(yīng)用增大了降雨徑流系數(shù),且徑流系數(shù)隨著 PAM施用量的增大而增大。
3)坡面徑流量隨著PAM施用量的增大而增大。 在PAM施用量為0.5、1.0和2.0 g/m2時(shí),聚丙烯酰胺應(yīng)用對黃土復(fù)合坡面降雨產(chǎn)流的影響,凹型坡和 凸型坡的徑流量分別比對照處理增加了 55.7%、 100.2%、147.3%和 16.6%、69.3%、108.9%。在試
驗(yàn)條件下,凸型坡的坡面徑流量平均比凹型坡的徑 流量大14.7%?31.8%。
在黃土坡地上,小劑量的(0.5 g/m2) PAM& 用對土壤入滲和坡面徑流的影響相對較小,而大劑 量的PAM應(yīng)用則可明顯增大降雨徑流系數(shù)和徑流 量,此時(shí)雖然有利于地表徑流的收集和促進(jìn)降雨的 有效再利用,但可能對抑制土壤流失具有不利的影 響。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)土壤和PAM性質(zhì)確定 合理的PAM施用量。PAM施用量、坡型以及坡度 組合條件可能對黃綿土復(fù)合坡土壤入滲和坡面徑 流具有一定的相互影響作用,其作用效果值得進(jìn)一 步深入研究。
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