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黄土区裸露坡地在降雨条件下极易发生水土流失,从而加剧了土壤质量和生产力的下降。针对这一现状,本文通过室内团聚体培养及一维垂直入渗试验、野外降雨试验和模型预测相结合的方法,研究了施加蚯蚓粪对土壤团聚体结构、入渗过程水分运移以及养分流失特征的影响,并提出了描述坡面径流、泥沙、养分流失过程的解析模型及参数率定方法。主要研究成果如下:(1)施加蚯蚓粪有效降低了土壤容重,提高了土壤团聚体抗水蚀稳定性和水分入渗能力。在改良团聚体方面,施加蚯蚓粪增加了0.25~2 mm粒级大团聚体的数量,分形维数D从2.84减小至2.65,减小了6.69%,显著提高了土壤团聚体抗水蚀稳定性,培养90 d较培养7 d各指标均显著增大;在土壤水分入渗过程中,施加比例为1/20时,可以显著增加湿润锋的运移距离,且各处理下的湿润锋运移距离与入渗时间的关系均可用幂函数描述;蚯蚓粪比例的增大可以显著提高累积入渗量和稳定阶段的入渗速率,当施加比例为1/3时,累积入渗量较对照组增大48.74%;其中Kostiakov-Lewis模型对入渗过程的模拟准确度最高。(2)混施和层施方式均显著推迟产流时间并减小径流量和泥沙量。在产流过程中,两种施加方式均有效延缓了产流起始时间,且层施800 g/m~2的产流起始时间较CK推迟了3.88 min,延缓效果最为明显;层施800 g/m~2可以显著减小产流前期的径流增大速率,并推迟进入稳定入渗阶段的时间,累积径流量随时间的变化均可以很好地用幂函数描述;在产沙过程中,混施和层施800 g/m~2时,稳定产沙速率分别较CK显著减小79.61%和86.74%;且初始产沙速率均随蚯蚓粪施加量的增大呈显著减小趋势。(3)层施方式有效减少了径流中硝态氮的浓度,等效混合深度模型可以很好地模拟径流中硝态氮的流失过程。在硝态氮流失过程中,层施可以显著减小径流中硝态氮的浓度,且施加量越大,效果越明显;两种施加方式下,土壤剖面硝态氮均呈单峰形式分布,且峰值位置出现在5—10 cm范围内;等效混合模型可以很好地模拟硝态氮流失过程,完全混合、不完全混合和等效混合模型中的“混合层深度”均随施加量的增大而减小。(4)提出了适宜于黄土区裸露坡地的养分随径流流失的解析模型及参数率定方法。模型考虑了雨滴击溅对养分进入径流的贡献作用。模型能够较好地模拟不同降雨强度下地径流、泥沙、养分流失过程,R~2>0.8,NSE>0.347。养分流失模型中的雨滴诱导水分转移率e_r可以显著影响硝态氮的峰值和铵态氮的损失率,e_r的增大使得养分流失过程中流失速率减小阶段的衰减速率更快;而交换层深度d_e可以显著影响硝态氮和铵态氮损失率总体变化的范围,即交换层深度越深,峰值流失速率和流失总量也越大。因此,养分流失的模拟结果对d_e更敏感,可以采取增加入渗和表面覆盖的方式以减小裸露坡耕地交换层深度来达到减少养分流失的目的。