模拟降雨条件下降雨强度对坡地磷素流失影响的试验研究

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1、降雨强度对黄绵土坡地磷流失特征影响实验研究基金项目：国家自然科学基金（40371074，90502006）与国家重点实验室基金（10501-164）资助项目。作者简介：李裕元（1965—），男，河南博爱人，副研究员，博士，主要从事土壤学与恢复生态学研究。李裕元1,2邵明安1,2郑纪勇2李秋芳2张兴昌2（1中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙410125；2中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨陵，712100）摘要坡地磷（P）的流失是导致土壤质量退化与

2、水环境恶化的重要原因，探讨降雨特征对土壤P流失的影响机理对于坡地养分管理和环境保护具有重要的科学意义。本文以黄绵土（质地为粉质壤土）为试验材料，通过室内模拟降雨试验研究了雨强对坡地P随径流流失的影响。结果表明，施肥条件下坡地径流中溶解态磷（DP）含量达到0.18mgL-1以上。相同雨量时，径流中DP含量随雨强的增大而降低，泥沙浸提态磷（SEP）与全磷（STP）的含量与流失量也以小雨强（0.91mmmin-1）时为最大。坡面产流过程中DP、SEP及STP含量的变化均表现为“低－高－低”的变化趋势，

3、其变化与径流含沙量呈正相关，而累积流失量则表现为加速增加的趋势。结论认为，黄绵土坡地径流中不同形态P的含量随雨强的增大而降低，而总的流失量受雨强与产流过程等多种因素影响。关键词：降雨强度；黄绵土；坡地；磷流失；模拟降雨0引言肥料磷施入土壤后，除少量为植物吸收利用外，多数会被土壤矿物所固定，从而导致磷有效性的显著降低，因此自20世纪60年代以来，关于土壤中磷有效性及其形态转化机理的研究就一直是土壤肥力研究的重要内容之一[1-4]。自在20世纪70年代以来，一些学者发现磷也是水体富营养化的主要限制性

4、因素[5]，因此关于磷行为的研究又逐渐成为环境学领域关注的热点。坡地土壤磷随径流的流失不仅导致土壤养分的流失并引起土壤退化，同时流失的磷还成为导致下游水体富营养化的重要因素，因此坡地磷素迁移机理研究对于坡地养分管理以及水环境的保护均具有十分重要的意义。坡耕地是黄土高原地区主要的耕地类型，占总耕地面积的50%左右，在水土流失严重的黄土丘陵区坡耕地占到总耕地面积的70%~90%[6]。由于耕作习惯、水热资源矛盾等原因，该地区有40%左右的耕地为夏闲地[7]。对于夏闲地，群众主要通过“伏耕”（即麦收以

5、后对土壤进行耕作）的方法，疏松表土以增加雨水入渗和改善土壤的水分状况。但由于翻耕后表层土壤疏松，地表缺少作物或残茬的覆盖，抗侵蚀能力极差，往往会造成严重的水土流失。研究11表明，黄土高原地区雨季6～8月份发生的高强度（5min雨强0.78mmmin-1以上）、短历时（1h左右）暴雨一般占到总雨量的40~70%[8-9]，该类暴雨是造成土壤与养分流失的主要降雨类型。而Fraser等人[10]的研究表明，随雨强的增大，土壤与养分的流失强度呈非线性增大的趋势，因此雨强对于坡地土壤与养分的流失起着至关重

6、要的作用。基于此，本文以黄土高原地区的主要代表性土壤——黄绵土为试验材料，通过室内模拟降雨试验，研究了不同雨强条件下坡地磷素的流失特征，目的在于探讨黄土区坡地磷素的流失机理，为指导该地区坡地农田管理、遏制土壤退化态势以及保护水环境提供相关的理论依据。1材料与方法1.1试验条件模拟降雨试验在陕西杨凌黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室进行，采用大型侧喷式人工模拟降雨设备，喷头高度为16m，根据有关计算，雨滴降落到地表的速度可以达到天然降雨速度的98％[11]，模拟降雨的侵蚀力特征接近于天然降雨

7、[12]。雨强设定为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个水平，实际率定值依次为：0.91、1.29和1.51mmmin-1，通过调整降雨历时保证基本相同的降雨量，均为77mm左右。降雨与径流特征值详见表1。本试验所用盛土槽为移动变坡式钢槽，土槽长度为5m，宽度与深度均为50cm，并排两个（即两次重复）。供试土壤为黄绵土，采自陕西省安塞县，质地为粉质壤土。供试土壤的有机质含量为4.13mgkg-1，pH值为8.47，土壤（未施肥）全磷与有效磷（Olsen-P）含量分别为525.7与2.37mgkg-1左右。土壤的砂粒（

8、2~0.05mm）、粉粒（0.05~0.002mm）以及粘粒（<0.002mm）含量依次为23.9％、58.0%和18.1%，质地类型为粉质壤土。表1试验处理设置、降雨特征以及坡面产流情况Table1Thetreatmentsandcharacteristicsofrainfallandrunoffintheexperiments处理雨强（mmmin-1）历时（min）雨量（mm）初始产流时间（min）总径流深（mm）平均含沙量（gm-3）Ⅰ0.9182.775.315.718.4108.8Ⅱ1