土壤水分的流動對養分含量的影響

來源： http://www.yangzhuc.com/ 　類別：技術文章　更新時間：2014-01-06　閱讀次

　　坡耕地作為山區落后生產條件下人口與資源矛盾沖突中出現的產物，是重要的農業生產資源，其養分隨水土流失進入河流及湖泊，使得水體富營養化。到20世紀70年代初坡耕地養分流失問題才引起人們的重視。湖泊的嚴重污染和肥料投入的增加都是養分遷移造成的，據統計，農業非點源污染已占中國全部污染的1/3，并有繼續惡化的趨勢，研究發現造成水體污染的真正根源是土壤養分的流失。前人利用土壤測試儀對養分隨地表徑流流失做了大量的研究工作，而對土壤養分隨地下徑流流失研究則較少，對優先流、壤中流等水分運動過程影響養分流失的研究還處于探索階段。因此全面認識水分運動對養分流失的影響，能夠有效減少土壤養分流失，防止面源污染。
坡耕地養分流失特征、途徑及影響因素研究
　　降雨作用于表土，從而引起坡耕地養分流失，其與區域降雨過程密切相關而具有隨機性，養分流失隨徑流進入水體且遍及廣大地區而具有廣泛性，養分流失在某個固定點無法監測到而具不確定性，隨時間空間變化幅度大而具時空性，因養分流失達到一定數量，才反映土壤的貧瘠和退化而具滯后性與潛在威脅性，養分伴隨徑流產生分布于徑流和泥沙中，使得監測、控制和處理的難度增加而具復雜性。
土壤養分流失是受降雨特征及下墊面因素綜合影響的物理化學過程，土壤養分淋失，土壤養分流失及通過氣態揮發或粉塵進入大氣是其3個主要途徑。李俊波認為土壤養分流失途徑為徑流泥沙攜帶和徑流水攜帶。前人從不同角度認識養分流失途徑，得到大量研究成果。近年來氮素淋失的研究受到眾研究者廣泛關注，國外采用同位素示蹤等技術研究氮素淋失很多，氮素流失較少，二者相結合的研究更少。我國北方主要集中在降水條件和灌溉水對土壤氮磷淋失影響的研究，南方地區主要集中在紅壤養分淋失規律及水稻土氮素流失的研究。
      養分流失的特征及途徑決定了其影響因素的多面性。降水是產流和產沙的原動力，徑流又是攜帶養分的介質，所以降雨強度是坡耕地養分流失的主要影響因素之一，而降雨時間、地面坡度、坡長、土壤的理化性質、作物覆蓋度、土地利用方式、整地方式等下墊面因素直接影響到坡面徑流，故也是影響養分流失的主要因素。前人在人工降雨法或自然降雨條件下就不同影響因素展開地表徑流造成的養分淋失、流失規律的研究，但通常把淋失與流失分開研究，使全面評估農田養分流失對面源污染的影響受到局限。
土壤水分運動對坡耕地養分流失影響研究
　　優先流對坡耕地養分流失的影響研究優先流是近年來針對土壤水運動所提出的術語，是一種較為常見的快速非平衡的土壤水分運動形式，作為快速到達深層土壤甚至地下的非均勻流，土壤水分測定儀測試結果顯示極大地影響了地表徑流、地下徑流的形成和運動過程與養分流失過程，誘發泥石流、滑坡及崩塌等災害事件形成，其所運移的溶質會造成嚴重的地下水質惡化。優先流現象作為土壤水分一種特殊運動形式成為當今世界水文學研究的重點和難點問題之一。
      目前優先流對坡耕地養分流失的影響的研究在國內報道較少，眾學者從優先流的特征及影響因素進行研究，認為由于入滲水沒有充分時間與土壤基質緩慢運移的其他部分保持平衡，使優先流在流動路徑具有非平衡性。影響優先流的靜態因素主要是土壤理化性質、生物因素和土壤初始含水量，動態因素為降雨強度、灌溉方法、耕作方式及干濕和凍融交替４個方面。一般呈聚集狀分布的土壤大孔隙作為土壤中優先路徑，一定區域內其數量、聯通狀況及分布特征影響優先流現象的發生；土壤初始含水量反映層狀土壤上層物理特征，對優先流產生具有重要作用；研究表明土壤初始含水量較高時，施加農藥，短時間的降雨使得農藥的遷移路徑很深。降雨強度和灌溉方法影響優先流運動過程，耕作方式、凍融和干濕交替過程改變土壤的結構和孔隙度，從而導致優先流的形成。
      免耕方式在增加土壤滲透性的同時，使得流向地下水中的污染物增加，牛健植也認為免耕地中的大型脊髓動物能夠極大地驅動優先流產生。區自清采用環割PVC土柱研究表明凍融和干濕交替過程造成土壤大孔隙及由此形成優先流。秦耀東對關于土壤中大孔隙流方面的研究現狀與進展做了詳細論述。何凡認為優先流流量主要決定于產流次雨量及前期影響雨量，當優先流與地表徑流流量過程線為單峰時，二者線性關系隨著產流次雨量及前期影響雨量的不同而有所差異。牛健植研究表明土壤松散、多孔、孔隙度較大，低強度、低雨量級和長歷時降雨，并具有較厚的地被物層和豐富的根系層這些誘發因素的存在，是優先流形成的條件。王偉使用亮藍染色法劃分林地優先流發生區域，結果表明隨土壤深度增加，大孔隙呈現出聚集態的分布且數量逐漸減少，“漏斗”狀的孔隙有利于水分優先運移。掌握優先流產生的影響因素，結合養分流失的特征，從而研究優先流對養分流失的影響對全面認識坡耕地養分流失有重要意義。
壤中流對坡耕地養分流失的影響研究
      土壤中流的形成源于土壤水在土壤內的流動，其與地表徑流、地下徑流一起構成流域的徑流過程，也坡地徑流的重要組成部分，對徑流產生與養分流失等都有重要影響。對壤中流的研究，國外集中于壤中流模型的研究，國內側重于紫壤、紅壤這兩類土質坡耕地壤中流的形成、影響因素、產流特征及養分輸出特征。
　   紫壤區坡耕地壤中流養分流失特征土壤中流的存在使得地表侵蝕狀況發生變化，對養分輸出特征產生影響。徐佩利用模擬降雨對紫色土坡耕地壤中產流特征進行研究，表明壤中流增大的主導因素在于土層較淺，耕作改善了土壤結構，增加水分入滲，以及緩坡條件，同時壤中流峰值流量隨雨強增大而顯著增加。丁文峰，賈海燕采用人工降雨法研究三峽庫區紫壤坡耕地壤中流形成，表明壤中流活躍，且土質越松散壤中流越大。在重力侵蝕中活躍的壤中流起到相當重要的促發作用，甚至由此促發的侵蝕量要遠遠高于片蝕、溝蝕等坡面侵蝕形式，這與以往研究的長江流域坡面侵蝕以面蝕為主的結論有所不同。鄭侃應用坡面流－壤中流的耦合產流模型表明坡度對壤中流流量的影響也不明顯，這與丁文峰等的研究有所不同。丁文峰采用4個不同坡度與5個不同雨強的組合實驗來研究，表明雖總徑流量中壤中流總量比例不高，但其攜帶養分含量卻為地表徑流養分含量的4.362～63倍，這與賈海燕研究結果不一致。壤中流攜帶而流失的養分還不成熟，仍需進一步的研究。
　   紅壤區坡耕地壤中流養分流失特征尹忠東在紅壤緩坡面以地表植被覆蓋、死地被物敷蓋、裸地三類坡面和雨強的交互作用為研究對象，表明裸地壤中流量遠小于采取保水措施后的地塊，敷蓋地各層壤中流量及總量均大于覆蓋；覆蓋小區底層壤中流量小于表層，而其它兩小區則相反。王峰以不同土地利用類型為基點，結合不同的降雨類型表明紅壤區壤中流的形成因降雨類型不同而異。褚利平研究表明烤煙坡耕地不同坡位各層壤中流總氮和總磷濃度變化趨勢基本一致，但不同坡位壤中流中總磷濃度隨深度的變化呈波動遞減規律，隨深度的增加變異系數變小。
      前人對壤中流的形成對養分流失研究的范圍較小，且涉及到具體的養分流失量時，大多都與地表徑流相結合研究，對氮、磷養分的研究較多，但欠缺對鉀的研究。因此，在實踐生產中，不僅要控制地表徑流，更重要的是要提高土壤的持水能力，減少壤中流，從而能夠控制養分流失。
　   地下徑流對坡耕地養分流失的影響研究地下徑流是指滲入地下成為地下水，并以泉水或滲透水的形式泄入河道的那部分降水。國內對地下徑流的研究集中在數字模擬法預報地下徑流過程，其與地表徑流的關系，可以利用土壤水分記錄儀進行記錄研究，地表－地下徑流耦合模型在流域中的應用，以及對地下徑流退水過程規律等方面，而對地下徑流影響土壤養分流失的研究則很少。李新虎采用大型土壤滲漏裝置對百喜草覆蓋、百喜草敷蓋、裸露3種生態措施的地下徑流養分流失問題進行了研究，表明3種生態措施下敷蓋養分流失量最大，其次為覆蓋，裸露最小；地下徑流的養分主要來自上部土體養分的淋溶，淋溶作用越強則地下徑流越大，養分流失也越多。目前對地下徑流養分流失問題的研究很少且還處于探索階段，要掌握地下徑流對土壤養分流失影響需對養分隨地下徑流流失進行進一步的研究。
　　從目前的研究來看，對坡耕地養分流失的體系研究不夠完善，地表徑流影響養分流失的研究趨于成熟，而忽視了優先流、壤中流和地下徑流對養分流失影響的過程研究。優先流影響土壤養分流失還未定量化；對壤中流影響養分流失的研究較少，通常結合地表徑流來研究，而缺乏與地下徑流等其他過程的結合；對地下徑流影響養分流失的研究甚少，還存在較大研究空間。研究中注重坡耕地養分流失的機理，開展多重因素影響研究，能使目前定性的研究逐漸定量化，逐一解決尚未研究的方面，能有效掌握坡耕地養分流失的體系，減少水土流失，提高土壤質量，控制面源污染，實現坡耕地可持續發展。