人工降雨模拟实验

4.5.1　人工降雨模拟实验

在野外流域自然降雨—径流—产污过程监测的基础上，采用野外试验，室内实验辅助和数学模拟相结合的手段^{［227～229］}，选择采集代表性特征原状土柱进行垂向实验。主要采用小型土柱采集野外特征原状土样，研究降雨径流过程中营养元素迁移过程，计算由此形成的产污量。以人工降雨实验模拟方法（室内），辅助模拟分析不同降雨强度、降雨历时和下垫面的土槽中及土柱中非点源污染物磷和氮的输入、输出动态。

（1）材料与方法

实验采用土柱为圆柱形敞口装置，由白色PVC管制成，高度为38cm，内径20cm，壁厚0.3cm；原状土柱样品均在下面铺有石英沙作为反滤层，且在土柱底部均打有出水孔，直径为0.5cm；土柱上部两侧打有两个直径约为0.5cm的出水孔，离土面约1cm，以排出土壤表面集水。各土柱取土深度约为27cm，同时在取土柱土样的地方分层取土样（上层为距地表6cm，下层约为距地表20cm处）用于测量土壤的本底值，实验中忽略土壤扰动产生的影响。

（2）降水模拟实验

研究表明，氮磷已成为湖泊水体富营养化的限制性因子，其在土壤中产生运移过程十分复杂，受降雨过程（降雨类型、强度及持续时间）和下垫面因素（地形、地貌、土壤的化学和物理状况、植被或作物特征，以及农业实践措施等）的综合影响，磷的产生及输出主要集中在土壤表层0～5cm这一范围内，因而重点针对土壤浅表层（耕作层）内营养物质迁移转化过程进行监测。

实验降雨模拟采用实验室人工降雨模拟装置，降雨高度约10m，降雨历时约为120min，平均雨强为5.4mm/min和3.8mm/min，实验中分时段收集了下渗水样及土柱表面积水的溢流（从土柱两侧的导流孔导出）。除人工降雨实验外，也进行了控制淹水实验，实验时保持土壤表层以上约1cm的淹水深度，收集土柱底部导流孔的下渗出流水样，监测模拟了施肥8天后不同降雨强度对不同下垫面（作物覆盖度90%和0）的径流产污入渗过程，重点分析了不同降雨强度、降雨历时和下垫面土柱中非点源污染物氮素输出的动态变化规律。