东北低山丘陵区季节性积雪特性研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:yediwuqiang
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融雪侵蚀是季节性积雪覆盖地区主要的侵蚀类型之一。东北是我国四大主要积雪区之一,融雪侵蚀强烈。融雪侵蚀作用下氮磷流失与水力侵蚀有所不同,降雪是重要的化学离子湿沉降过程,融雪径流中化学来源不仅源于土壤,还有积降雪过程中的湿沉降。目前东北地区融雪侵蚀主要是在径流泥沙流失,关于融雪径流中化学离子分析相对较少,而关于积雪期积雪物理性质以及积雪中化学离子含量分析更少。因此,本研究在吉林梅河口吉兴小流域观测积雪过程中雪深、雪密度和液态含水率,结合气象数据分析其垂直剖面上变化;同时分层收集新雪和积雪,测定化学离子含量,并收集融雪径流进行测定化学性质,分析从降雪到融雪过程积雪物理、化学性质变化。得出以下主要结论:(1)11月至2月为主要积雪期,积雪深度与雪层温度和气温呈显著负相关关系,与降雪量呈正相关。积雪消融主要集中在10:00—18:00之间。积雪消融对气温有滞后性;降雪累积初,积雪在自身重力作用下从雪底层(0-5 cm)至表层雪密度逐渐减小,随着积雪底层深霜形成,积雪密度在雪层垂直剖面上的变化规律为中间层5-10 cm大于表层和底层;雪底层积雪密度受上层积雪压力和后期深霜的形成呈先增大后减小的趋势。积雪初,雪层液态含水率从底层至表层逐渐减小,随着积雪时间延长,积雪各层液态含水率随深度变化呈单峰型,中间层5-10 cm的液态含水率大于表层和底层,形成"挡水层";雪层温度是影响液态含水率大小主要因素,二者呈显著正相关。(2)在新雪化学性质方面,新雪中的阴、阳离子平均浓度大小顺序为NO3->SO42->Ca2+>cl->NH4+>K+>Na+>PO43->Mg2+>NO2-,NO3-为主要阴离子,Ca2+为主要阳离子,分别占离子总量的39.4%和13.51%。在积雪化学性质方面,不同积雪深度离子NH4+、NO3-和SO42-变化规律相似,积雪期雪底层含量小于表层,雪底层含量随时间呈先增大后减小趋势,表层NH4+和SO42-含量随积雪时间延长逐渐增加。Na+、K+离子含量变化相似,在底层0-5cm含量大于表层,且1月初含量最高。Mg2+和Ca2+离子变化规律相似,12月至1月雪底层0-5cm含量大于表层,1月开始表层含量大学底层。NO2-含量较少,且在上层并未测出。积雪化学离子含量远大于新雪,积雪对化学离子起到了贮藏作用;(3)新雪总氮中主要以有机氮和硝态氮为主,硝态氮占总氮比率变化幅度在19.9%~53.2%之间,有机氮在23.8%~69.9%之间。积雪总氮表层含量最高,中间层含量最低。积雪总氮平均含量在2.27-4.66mg/L之间,其中无机氮所总氮占比率在53.9%-69.8%之间,主要以NO3--N为主,其余为有机氮。新雪总磷含量在0.69-2.16mg/L之间,PO43--P含量较低,占总磷比率在6%~37%之间。积雪总磷主要集中在底层,最高含量为4.78mg/L,PO43--P占总磷比率在3.0%-15.4%之间,且随着积雪时间延长,PO43--P所占比率在下降。(4)新雪pH值在4.4到6.0之间,呈酸性,大量酸性物质输入是pH值降低的主要原因,通过计算中和酸度可知,65.7%的酸性物质被中和,其中Ca2+和NH4+的中和能力较强;电导率变化范围为14.9-52.3us/cm,pH值变化与电导率呈显著正相关;积雪pH值整体小于5.6,由积雪底层至表层呈逐渐减小趋势。积雪电导率除12月中旬表层积雪电导率小于底层外,其余都是表层含量大于下层,则表层离子含量较高;通过Hysplit气团后向轨迹分析表明研究地积雪期主要受西北风影响,大气气团主要来自于内陆地区,Ca2+、Mg2+、K+和Na+离子主要来源于陆源尘埃,NO3-、cl-和SO42-则主要来源于人类燃烧秸秆、煤。(5)在融雪径流方面,径流中离子含量与径流量大小相关,流量较大时,其离子含量较高(除 PO43-)。离子含量大小为 NO3->SO42->cl->Ca2+>K+>Mg2+>PO43->NH4+>Na+>NO2-。径流中离子含量远大于积雪;径流中总氮含量在6.62-20.52mg/L之间,含量大于新雪和积雪。无机氮含量占总氮比例较高,在77.0%-92.8%之间,与积雪平均比率63.8%有所增加,总氮中主要以无机氮为主。总磷含量在1.24-3.70mg/L之间,变化与流量相似,径流中PO43--P占总磷的比率在12.4%-23.8%之间;径流pH值在5.01-5.16之间,呈酸性。通过计算中和酸度,其中约86.8%酸可以被碱性离子中和。径流电导率变化与离子浓度相似,是离子总含量大小的体现。
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