养分流失（共3篇）
养分流失 篇1
摘要：指出了早期对坡耕地养分流失的研究主要集中于地表径流对其的影响,目前关注于壤中流、地下径流对其的研究。在总结坡耕地养分流失危害、影响因素、过程及特征的基础上,重点综合分析了优先流、壤中流、地下径流3种土壤水分运动对养分流失的影响。
关键词：坡耕地,养分流失,优先流,壤中流,地下径流
1 引言
坡耕地作为山区落后生产条件下人口与资源矛盾冲突中出现的产物,是重要的农业生产资源,其养分随水土流失进入河流及湖泊,使得水体富营养化。到20 世纪70 年代初坡耕地养分流失问题才引起人们的重视。湖泊的严重污染和肥料投入的增加都是养分迁移造成的,据统计,农业非点源污染已占中国全部污染的1/3,并有继续恶化的趋势[1],研究发现造成水体污染的真正根源是土壤养分的流失[2]。前人对养分随地表径流流失做了大量的研究工作,而对土壤养分随地下径流流失研究则较少,对优先流、壤中流等水分运动过程影响养分流失的研究还处于探索阶段。因此全面认识水分运动对养分流失的影响,能够有效减少土壤养分流失,防止面源污染。
2 坡耕地养分流失特征、途径及影响因素研究
降雨作用于表土,从而引起坡耕地养分流失,其与区域降雨过程密切相关而具有随机性,养分流失随径流进入水体且遍及广大地区而具有广泛性,养分流失在某个固定点无法监测到而具不确定性,随时间空间变化幅度大而具时空性,因养分流失达到一定数量,才反映土壤的贫瘠和退化而具滞后性与潜在威胁性,养分伴随径流产生分布于径流和泥沙中,使得监测、控制和处理的难度增加而具复杂性[3,4]。
土壤养分流失是受降雨特征及下垫面因素综合影响的物理化学过程,土壤养分淋失,土壤养分流失及通过气态挥发或粉尘进入大气是其3个主要途径。李俊波认为土壤养分流失途径为径流泥沙携带和径流水携带[5]。前人从不同角度认识养分流失途径,得到大量研究成果。近年来氮素淋失的研究受到众研究者广泛关注,国外采用同位素示踪等技术研究氮素淋失很多,氮素流失较少,二者相结合的研究更少。我国北方主要集中在降水条件和灌溉水对土壤氮磷淋失影响的研究,南方地区主要集中在红壤养分淋失规律及水稻土氮素流失的研究。
养分流失的特征及途径决定了其影响因素的多面性。降水是产流和产沙的原动力,径流又是携带养分的介质,所以降雨强度是坡耕地养分流失的主要影响因素之一[3,6],而降雨时间、地面坡度、坡长、土壤的理化性质、作物覆盖度、土地利用方式、整地方式等下垫面因素直接影响到坡面径流,故也是影响养分流失的主要因素。前人在人工降雨法或自然降雨条件下就不同影响因素展开地表径流造成的养分淋失、流失规律的研究[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27],但通常把淋失与流失分开研究,使全面评估农田养分流失对面源污染的影响受到局限。
3 土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究
3.1 优先流对坡耕地养分流失的影响研究
优先流是近年来针对土壤水运动所提出的术语,是一种较为常见的快速非平衡的土壤水分运动形式[28,29],作为快速到达深层土壤甚至地下的非均匀流,极大地影响了地表径流、地下径流的形成和运动过程与养分流失过程,诱发泥石流、滑坡及崩塌等灾害事件形成,其所运移的溶质会造成严重的地下水质恶化[29]。优先流现象作为土壤水分一种特殊运动形式成为当今世界水文学研究的重点和难点问题之一[30]。
目前优先流对坡耕地养分流失的影响的研究在国内报道较少,众学者从优先流的特征及影响因素进行研究[29,30,31,32],认为由于入渗水没有充分时间与土壤基质缓慢运移的其他部分保持平衡,使优先流在流动路径具有非平衡性。影响优先流的静态因素主要是土壤理化性质、生物因素和土壤初始含水量,动态因素为降雨强度、灌溉方法、耕作方式及干湿和冻融交替4个方面。一般呈聚集状分布的土壤大孔隙作为土壤中优先路径,一定区域内其数量、联通状况及分布特征影响优先流现象的发生[30];土壤初始含水量反映层状土壤上层物理特征,对优先流产生具有重要作用;Edwards和Essington研究表明土壤初始含水量较高时,施加农药,短时间的降雨使得农药的迁移路径很深[33,34]。降雨强度和灌溉方法影响优先流运动过程,耕作方式、冻融和干湿交替过程改变土壤的结构和孔隙度,从而导致优先流的形成。Gish认为免耕方式在增加土壤渗透性的同时,使得流向地下水中的污染物增加[35],牛健植也认为免耕地中的大型脊髓动物能够极大地驱动优先流产生[31]。区自清采用环割PVC土柱研究表明冻融和干湿交替过程造成土壤大孔隙及由此形成优先流[36]。秦耀东对关于土壤中大孔隙流方面的研究现状与进展做了详细论述[37]。何凡认为优先流流量主要决定于产流次雨量及前期影响雨量,当优先流与地表径流流量过程线为单峰时,二者线性关系随着产流次雨量及前期影响雨量的不同而有所差异[38]。牛健植研究表明土壤松散、多孔、孔隙度较大,低强度、低雨量级和长历时降雨,并具有较厚的地被物层和丰富的根系层这些诱发因素的存在,是优先流形成的条件[39]。王伟使用亮蓝染色法划分林地优先流发生区域,结果表明随土壤深度增加,大孔隙呈现出聚集态的分布且数量逐渐减少,“漏斗”状的孔隙有利于水分优先运移[40]。掌握优先流产生的影响因素,结合养分流失的特征,从而研究优先流对养分流失的影响对全面认识坡耕地养分流失有重要意义。
3.2 壤中流对坡耕地养分流失的影响研究
壤中流的形成源于土壤水在土壤内的流动,其与地表径流、地下径流一起构成流域的径流过程[41],也坡地径流的重要组成部分,对径流产生与养分流失等都有重要影响[42]。对壤中流的研究,国外集中于壤中流模型的研究,国内侧重于紫壤、红壤这两类土质坡耕地壤中流的形成、影响因素、产流特征及养分输出特征。
3.2.1 紫壤区坡耕地壤中流养分流失特征
壤中流的存在使得地表侵蚀状况发生变化,对养分输出特征产生影响。徐佩利用模拟降雨对紫色土坡耕地壤中产流特征进行研究,表明壤中流增大的主导因素在于土层较浅,耕作改善了土壤结构,增加水分入渗,以及缓坡条件,同时壤中流峰值流量随雨强增大而显著增加[43]。丁文峰,贾海燕采用人工降雨法研究三峡库区紫壤坡耕地壤中流形成,表明壤中流活跃,且土质越松散壤中流越大。在重力侵蚀中活跃的壤中流起到相当重要的促发作用,甚至由此促发的侵蚀量要远远高于片蚀、沟蚀等坡面侵蚀形式[44,45],这与以往研究的长江流域坡面侵蚀以面蚀为主的结论有所不同。郑侃应用坡面流-壤中流的耦合产流模型表明坡度对壤中流流量的影响也不明显[46],这与丁文峰等的研究有所不同。丁文峰采用4个不同坡度与5个不同雨强的组合实验来研究,表明虽总径流量中壤中流总量比例不高,但其携带养分含量却为地表径流养分含量的4.32～63倍[47],这与贾海燕研究结果不一致。壤中流携带而流失的养分还不成熟,仍需进一步的研究。
3.2.2 红壤区坡耕地壤中流养分流失特征
尹忠东在红壤缓坡面以地表植被覆盖、死地被物敷盖、裸地三类坡面和雨强的交互作用为研究对象,表明裸地壤中流量远小于采取保水措施后的地块,敷盖地各层壤中流量及总量均大于覆盖;覆盖小区底层壤中流量小于表层,而其它两小区则相反[48,49]。王峰以不同土地利用类型为基点,结合不同的降雨类型表明红壤区壤中流的形成因降雨类型不同而异[50]。褚利平研究表明烤烟坡耕地不同坡位各层壤中流总氮和总磷浓度变化趋势基本一致,但不同坡位壤中流中总磷浓度随深度的变化呈波动递减规律,随深度的增加变异系数变小[51]。
前人对壤中流的形成对养分流失研究的范围较小,且涉及到具体的养分流失量时,大多都与地表径流相结合研究,对氮、磷养分的研究较多,但欠缺对钾的研究。因此,在实践生产中,不仅要控制地表径流,更重要的是要提高土壤的持水能力,减少壤中流,从而能够控制养分流失。
3.3 地下径流对坡耕地养分流失的影响研究
地下径流是指渗入地下成为地下水,并以泉水或渗透水的形式泄入河道的那部分降水。国内对地下径流的研究集中在数字模拟法预报地下径流过程[52],其与地表径流的关系[53],地表-地下径流耦合模型在流域中的应用[54],以及对地下径流退水过程规律[55]等方面,而对地下径流影响土壤养分流失的研究则很少。李新虎采用大型土壤渗漏装置对百喜草覆盖、百喜草敷盖、裸露3种生态措施的地下径流养分流失问题进行了研究[56],表明3种生态措施下敷盖养分流失量最大,其次为覆盖,裸露最小;地下径流的养分主要来自上部土体养分的淋溶,淋溶作用越强则地下径流越大,养分流失也越多。目前对地下径流养分流失问题的研究很少且还处于探索阶段,要掌握地下径流对土壤养分流失影响需对养分随地下径流流失进行进一步的研究。
4 结语
从目前的研究来看,对坡耕地养分流失的体系研究不够完善,地表径流影响养分流失的研究趋于成熟,而忽视了优先流、壤中流和地下径流对养分流失影响的过程研究。优先流影响土壤养分流失还未定量化;对壤中流影响养分流失的研究较少,通常结合地表径流来研究,而缺乏与地下径流等其他过程的结合;对地下径流影响养分流失的研究甚少,还存在较大研究空间。
研究中注重坡耕地养分流失的机理,开展多重因素影响研究,能使目前定性的研究逐渐定量化,逐一解决尚未研究的方面,能有效掌握坡耕地养分流失的体系,减少水土流失,提高土壤质量,控制面源污染,实现坡耕地可持续发展。
养分流失 篇2
土壤养分流失与土壤侵蚀发生过程及面源污染的产生息息相关。伴随着土壤侵蚀, 附着在土壤颗粒表面上的各种养分随之流失。土壤养分流失途径主要表现为两种形式, 径流泥沙携带和径流水携带, 氮磷流失的60%以上是通过泥沙带走的, 部分氮、磷以液态形式随地表径流迁移[1]。
土壤氮磷流失受地理、气候、土壤和人为活动等多种因素影响, 使得对土壤氮磷流失的控制和治理有很大难度。同时土壤氮磷的流失已经对生态环境造成了很大的压力[2]。随着化肥用量的不断增加, 土壤侵蚀导致养分流失所引起的环境问题将越来越严重。因此, 深入研究养分流失机理和影响因素, 建立高效的肥料综合管理措施, 从而实现提高农业产量和减轻环境污染的目的, 已成为迫在眉睫的课题。本试验旨在研究影响不同耕作方式和植被覆盖条件下水土流失及土壤养分流失的规律, 以促进我国在农业非点源污染的研究。
二、研究区概况
研究区位于辽河铁岭段一级支流寇河上游的泉河沟流域。该区域全流域面积18km2, 流域地势东高西低, 河道长8.5公里, 有较大支沟22条, 小侵蚀沟378条。该流域为低山丘陵区, 坡度在5°~40°之间, 在铁岭市东部山区具有较好的代表性。根据西丰县气象资料统计在多年平均降雨量为750毫米, 分布极不平衡。6、7、8月或7、8、9月三个月的降雨量可占全年降雨量的70%以上, 多年平均气温为5.1℃, 相对湿度为68%, 年蒸发量为1385毫米, 无霜期137天。该流域为石质山区, 土层厚度30~60厘米, 多为轻壤土。农作物以玉米为主。
三、试验方法
1. 径流小区设计
试验在辽宁泉河水土保持试验站进行, 试验标准小区位于铁岭市西丰县泉河村北山南坡的坡面上。坡耕地试验区, 设有20米×5米的试验小区20个, 由上向下依次为15°、10°和6°三种坡度, 对不同坡度、不同耕作方式的径流小区分别设置3~4个重复, 小区内种植玉米。自然坡地试验标准小区2个, 20米×5米, 坡度为30°。试验小区两侧各设3米宽的隔离区, 用砌石做埂, 水泥砂浆抹面, 坡面上侧设置排水沟, 防止上方来水造成试验误差, 下部直接与浆砌石的集水池相接。各径流小区坡度及耕作方式见表1。
2. 试验设计
本试验在2008年观测记录全年出现的侵蚀性降雨, 选取典型降雨记录产流量和产沙量;同时对接取的坡面径流量进行检测分析, 检测p H、COD、TP、TN、NH3-N、高锰酸盐指数和悬浮物, 计算土壤养分的流失量, 以分析不同耕作方式下土壤养分流失量及其规律。
3. 试验区土壤性质
试验区土壤性质见表2。
四、结果与分析
1. 降雨特征分析
从上图可看出, 6月29日降雨强度开始逐渐增大, 至0:00雨强度达到最大时段, 坡面开始产流。随后雨强度减小, 直至降雨结束。7月11日降雨开始雨强度迅速升高, 坡面开始产流, 以后坡面产流逐渐趋于停止;22:00雨强度达到第二个峰值, 随后产流停止, 直至降雨结束。7月15日降雨和7月31日两次暴雨过程的规律相似:降雨历时长, 降雨量相差不大, 雨强度波动频率大。两次暴雨过程中坡面产流随降雨的变化表现多次中止现象, 产流历时长, 流量相对稳定。
2. 不同耕作方式及植被覆盖对水土流失量的影响
很多学者对顺垄耕作、横垄耕作条件下, 坡面土壤侵蚀的规律做了研究, 表明在相同的降雨条件下, 横垄耕作可有效降低坡耕地的土壤侵蚀量, 而顺垄耕作的保水、保土和保肥效果低。
本研究选取玉米顺垄、玉米横垄及天然植被三种不同坡面处理方式, 通过四次降雨过程中坡面侵蚀产沙量的对比, 分析不同耕作方式及植被覆盖对水土流失量的影响。见下图。
从上图可以看出, 相同降雨条件下, 玉米顺垄耕作和横垄耕作对坡面侵蚀产流的影响较大, 二者的侵蚀产沙量有明显差别。
6月29日降雨中, 玉米顺垄耕作 (6°、10°和15°) 坡面上, 土壤侵蚀产沙量为3.15千克、10.11千克和26.09千克, 玉米横垄耕作 (6°、10°和15°) 产沙量为2.76千克、5.9千克和24.93千克, 顺垄产沙量分别是横垄的1.14、1.71和1.05倍。
7月11日降雨中, 玉米顺垄耕作 (6°、10°和15°) 坡面上, 土壤平均侵蚀产沙量为6.43千克、15.36千克和28.35千克, 玉米横垄 (6°、10°和15°) 三个坡面上产沙量为3.39千克、2.78千克和15.50千克, 顺垄产沙量分别是横垄的1.90倍、5.52倍和1.83倍。
7月15日降雨中, 玉米顺垄耕作 (6°、10°和15°坡面上, 土壤平均侵蚀产沙量分别是横垄的2.17倍、1.60倍和1.38倍。7月31日降雨中, 玉米顺垄耕作三个坡面平均侵蚀产沙量分别是横垄的1.23倍、1.06倍和1.44倍。
综上, 玉米横垄处理可有效减少降雨对坡面的侵蚀。在小于强降雨及降雨初期, 玉米横垄对坡面产流的拦截蓄水作用最为明显。由于降落到坡面的雨滴, 经土埂拦截后, 蓄积在土埂内, 避免了坡面地表径流的产生, 延长了径流的入渗时间, 增大了径流入渗量。当土埂内水流蓄满后, 坡面径流开始向下坡流动, 受土埂的扰动阻滞, 径流流速同顺垄相比显著降低。
玉米顺垄小区由于土埂顺坡面修建, 利于降雨径流顺坡面下泄, 同时径流向土埂间的沟地汇集顺坡下泄, 水流流速在重力作用下逐渐增大, 径流的剥蚀能力和挟沙能力逐渐增强, 坡面侵蚀产沙升高。
对于30°自然坡面, 尽管坡度相对较大, 但由于坡面的天然植被及枯枝落叶层及地下根系的截留、蓄水和保土, 使该小区的侵蚀产沙量较低。因此对于大于25°的坡耕地实行退耕还田或封山育林, 对于防治水土流失, 降低坡耕地的面源污染是十分必要的。
3. 不同耕作方式及植被覆盖对水土流失中养分流失的影响
在相同降雨条件下, 平作的地表径流量最大, 土壤侵蚀也最剧烈。横坡垄作在中小雨强条件下控制地表径流和侵蚀的效果非常明显, 但在大雨强条件下, 控制径流和泥沙的效果减弱。雨强及耕作方式对地表、地下径流的养分浓度影响不大, 总氮的流失在中小雨强时以速效水溶态为主, 并主要通过地下径流流失, 而通过地表径流损失的氮相对较小。磷的流失以颗粒态 (难溶性形态或紧密吸附于土壤) 为主, 载体是泥沙, 因而磷在地表及地下径流中的浓度都很低, 且差异不大, 表明磷在土壤中移动性很小, 不易被淋失。坡面不同耕作方式及植被覆盖下土壤平均养分流失量见表3。
从表3中可以看出, 雨强越大, 土壤侵蚀量越大, 流失泥沙带走的养分也越多。不同耕作方式中, 玉米顺垄平作造成的养分流失量最大, 横坡垄作能有效控制土壤侵蚀, 减少土壤养分流失, 特别是在中小雨强条件下效果非常显著。
雨强越大, 土壤总氮、总磷的损失量也越大, 总磷比总氮更易受雨强的影响。因为磷的流失途径主要是泥沙, 雨强增加, 泥沙量增加, 流失量随之增加。氮的流失在雨强较小时主要通过径流, 径流中又以地下径流为主;当雨强较大时, 通过泥沙流失的氮的数量也很大。要控制氮流失, 首先必须控制地下径流。要控制磷流失, 控制土壤流失即可。横坡垄作在中小雨强下可以很好的控制地表径流和土壤侵蚀, 也能控制磷的流失, 但增加了地下径流量, 加剧了氮的流失, 特别是施入土壤的可溶性氮肥的流失, 将造成氮的面源污染。
对于30°自然坡面, 由于天然植被的覆盖和枯枝落叶层的作用有效地起到了保水、保土和保肥的“三保”作用, 其土壤养分流失量低于其它三个坡度。
五、小结
通过在野外标准小区不同耕作方式及植被覆盖下降雨径流进行采集和检测, 计算出次降雨过程中水土流失中的养分流失量。结论如下: (1) 在相同降雨条件下, 顺垄耕作的坡面侵蚀产沙量大于横垄耕作。对于30°天然坡面, 其次降雨过程平均侵蚀产沙量远小于 (6°、10°、15°) 径流小区的平均侵蚀产沙量。 (2) 在次降雨过程中, 玉米顺垄耕作土壤养分的流失量大于横垄耕作, 对于30°自然坡面, 由于天然植被的覆盖和枯枝落叶层的作用有效地起到了保水、保土和保肥的“三保”作用, 其土壤养分流失量低于其它三个坡度。
参考文献
[1]王金九, 王力, 李世清.坡地土壤养分迁移与流失影响因素研究进展[J].西北农林科技大学学报, 2007, 35 (12) :109-119.
[2]刘青泉, 陈力, 李家春.坡度对坡面土壤侵蚀的影响分析.应用数学和力学, 2001, (5) :449-456.
养分流失 篇3
1 研究地点及方法
1.1 研究地点概况
试验区位于定西市安家沟流域内, 地理坐标104°37′10″E , 35°35′10″N, 气候属中温带半干旱区, 平均气温6.3℃, ≥10℃的年积温2239.1℃, 极端最高温 34.3℃, 极端最低温-27.1℃, 多年平均降水量427mm, 年最大降水量719.10mm, 最大雨强1.78mm/min, 空气相对湿度65.8 %, 日照时间2408.62 h, 无霜期141d, 年蒸发量1510mm。试验区1984-1998 年15年间总降水量6495.4mm, 总降水时间1478d, 日降水10mm以下的时间1274d, 占总降水时间的86.2%, 累计降水量占总降水量的45.42 %。表1为2004年退耕后试验区土壤基本性质。
1.2 供试材料
供试材料为1~3 年生沙打旺 (Astragelus adsurgens Pall) , 紫花苜蓿 (Medicago sativa L.) , 为使试验具有可比较性, 试验地选择上坡位退耕地, 二者在黄土丘陵地区均为典型牧草当家品种[3]。
1.3 试验方法
试验开始于2004年5月, 在径流小区中完成。小区四周用水泥挡板分隔, 坡度13°, 共有7个径流小区, 小区投影长20m, 宽7m。2004年5月20日在其中两个小区分别播种沙打旺和紫花苜蓿;2005年5月和2006年5月又分别在其余的四个小区撒播沙打旺和紫花苜蓿, , 当年以保苗为主;在2007年5月初开始每月定期观测土壤水分, 测量株高, 并且钻取0~30cm、30~60cm、60~100cm的土壤样品, 进行室内化学分析。整个试验过程人那个不施用任何肥料, 适时取出杂草。
径流泥沙测定方法 每个小区的径流泥沙通过集流槽收集到日记式水位计中, 通过水位流量关系计算每次降雨的径流量, 取样分析径流中泥沙含量计算泥沙量, 合计每次降雨的径流泥沙量即得年径流深和土壤流失量[7]。小区在初建时坡面平整, 坡度均匀为20° (如果有差异, 通过人工整理后达到试验要求) 。
土壤全磷用H2SO4-HClO4消煮, 钼兰比色, UV -2300 speetro photometer测定;土壤全氮用 H2SO4+ (Cu- Se) 催化剂消煮, 2300 Kjeltec Analyzer Unit 定氮仪测定;土壤有机质测定采用H2SO4-K2Cr7O4外加热容量法[3]。
数据用SAS统计分析软件和 Excel 2000进行分析处理。
2 研究结果
2.1 豆科牧草对黄土丘陵沟壑区退耕地水土流失的影响
表2是不同豆科牧草退耕地2007年径流深及土壤侵蚀量。从表2可以看出, 种植牧草可以显著减少径流量和土壤流失量。在栽种牧草的第2年, 径流减少 26.9%~33.3%, 泥沙减少 67.3%~71.3%, 在牧草种植3年后, 径流减少61.9%~70.6%, 泥沙减少85.1%~89.2%, 说明退耕地种植牧草控制水土流失的效果不仅好, 而且见效快。紫花苜蓿草地控制水土流失的效果比沙打旺的效果好, 紫花苜蓿牧草地小区的径流和泥沙分别比沙打旺小区减少了22.9%和26.7%。因为牧草的能拦截径流, 减缓径流速度, 使径流有更长时间入渗。且紫花苜蓿丛生形成的根系比沙打旺的更密集一些, 拦截效果更好。
2.2 豆科牧草对黄土丘陵沟壑区退耕地土壤有机质空间分布的影响
所有处理3个密度下土壤有机质剖面分布与对照裸地相同, 在2m深度范围内均呈典型的“s”形分布 (图1) 。这与该地区土壤形成条件及多年土地利用方式有关。试验开始前作物种植以冬小麦一夏玉米轮作为主, 连续多年很少施用有机肥, 土壤有机质的来源主要为归还的植物根茬和枯落物。30cm以上由于根茬输入较多, 土壤有机质处于向上相对积累状态;30~60cm根系相对上层较少, 土壤有机养分的物质循环在这一深度范围内处于相对稳定平衡状态;60cm以下随着根生物量补充的减少, 土壤有机质基本上处于不断消耗状态, 这与彭令发等的长期定位试验结果[8]相符。
在牧草种植前两年, 0~100cm土层有机质和对照基本接近。种植三年以后, 上层0~30cm 土壤有机质均高于对照, 沙打旺草地有机质含量最高 (14.26g/kg-1) , 比对照高7.6%;而30~100cm草地土壤有机质含量和对照相差不多。这些结果表明, 两种豆科牧草在0~30cm由于枯落物和根茬的输入对土壤有机质的积累作用较明显, 并且沙打旺对土壤有机质的累计贡献作用高于紫花苜蓿。从土壤有机质累积角度看, 本研究中沙打旺无论播种密度大小均能显著提高土壤有机质的积累, 生长3年可以使土壤有机质平均净增3.51%;苜蓿较差, 播种三年后土壤有机质平均净增2.61%, 而据李丽霞[9]在河西走廊的研究结果显示, 7年生苜蓿可使土壤有机碳含量增加25%, 在黄土丘陵地区是否如此有待我们进一步研究证实。
2.3 豆科牧草对黄土丘陵沟壑区退耕地土壤N空间分布的影响
土壤全氮剖面分布与有机质相似, 呈典型的“s”变化 (图2 ) 。土壤有机质和氮素的消长主要取决于生物积累和分解作用的强弱、气候、植被、耕作制度等, 尤其是水热条件。试验所在的黄土塬区属干旱半湿润气候, 蒸发大于降水, 淋溶作用不强, 土层深厚, 地下水不参与土壤水分循环, 这样的自然条件加上多年农业利用, 使得1m深度范围内土壤有机质和全氮的“s”形剖面变化较为典型。
试验期间没有施肥, 土壤氮素变化主要受植物生长和利用的影响。豆科植物均有固氮作用, 对土壤氮素的影响与其生长需求和固氮能力的相对强弱有关。在两种牧草中, 沙打旺和苜蓿60cm以下土壤氮含量均极显著低于对照和其他处理, 60cm以上含量明显偏高 (图2) , 说明这两种牧草上层根系固氮能力强于下层, 原因可能是下层根系多为当年的新生根, 根瘤菌形成较少, 固氮能力较弱, 主要起吸收水分和养分的作用。
2.4 豆科牧草对黄土丘陵沟壑区退耕地土壤P空间分布的影响
图3为两种豆科牧草在不同种植年限土壤全磷剖面分布情况。所有处理变化趋势相同, 上层0~30cm全磷含量最高, 平均0.70~0.72g·kg-1;最低含量出现在1m深度上, 平均0.52g·kg-1 (图3) 。沿剖面土壤全磷含量的整体变化呈抛物线形。总体来说, 各处理土壤剖面全磷含量均略低于对照, 但不显著, 且三年生比一年生明显。在无外加磷情况下, 土壤磷素循环主要在土壤、植物和微生物间进行[10], 其过程为植物吸收土壤有效磷, 动植物残体磷返回土壤再循环以及土壤有机磷和各种形态无机磷之间的转换。由于测定指标为全磷, 无法反映系统内发生的活跃循环过程, 但可以很好地反映循环结果。全磷剖面分布结果表明各处理上层土壤磷库变化微小, 中下层库存均有不同程度减少, 说明牧草在无外加磷源情况下吸收了下层土壤磷素, 并对土壤磷有表聚作用。杨玉海等也曾报道, 连续4年种植苜蓿且没有任何施肥情况下0~30cm耕层土壤全磷含量比每年施肥的传统耕作土壤高。这可能是深根性豆科牧草的又一优势, 即在不施肥情况下可以吸收利用深层土壤养分并通过生物表聚改善耕层土壤养分条件;而在传统耕作模式小麦一玉米轮作中, 尤其是长期施肥情况下, 作物吸磷量90%来自0~20cm土壤[11]。
3 结论
在黄土丘陵坡耕地栽种牧草可以显著减少径流量和泥沙流失量, 且见效快, 并且豆科牧草可提高土壤有机质, 培肥土壤。
两种牧草在不同生长年限土壤剖面有机质、全氮和全磷含量均呈典型的“s”形分布。各处理土壤有机质在上层均不同程度的累积;土壤全氮含量受不同处理种群生长对氮素的需求和本身固氮能力双重影响, 土壤上层含氮量偏高;沙打旺和苜蓿在60cm以上土壤固氮能力最强, 底层较弱。各处理土壤全磷含量全剖面均比对照略低, 多年生比一年生草地突出。
土壤有机质的累积与牧草生长年限呈正相关, 不同牧草对其贡献不同, 沙打旺表现最好, 两种牧草均能显著提高土壤有机质的累积量, 苜蓿和沙打旺低密度种植对土壤有机质的积累作用不明显。随着豆科牧草生长年限的增加, 不仅能够降低对土壤氮素的消耗, 还能显著提高群体固氮能力, 并且紫花苜蓿的固氮能力强于沙打旺。提高种植密度可降低土壤磷输出比率, 有利于土壤磷素的活化和有效利用。
摘要：利用长期定位小区试验, 研究了紫花苜蓿和沙打旺对黄土丘陵地区退耕地水土流失及土壤肥力的影响规律, 旨在弄清豆科牧草在黄土丘陵沟壑区退耕地上提高土壤肥力的作用与效果, 对不同比重年限的沙打旺和紫花苜蓿对土壤有机质、全氮、全磷剖面分布的影响进行了定量分析。研究发现, 退耕地种植豆科牧草3年后, 径流减少61.9%70.6%, 泥沙减少85.1%89.2%, 说明退耕地种植牧草控制水土流失的效果不仅好, 而且见效快。所有处理土壤全氮、全磷和有机质含量在土壤剖面1m深度范围内均呈典型的“s”形分布。两种豆科牧草均可显著提高土壤有机质累积, 紫花苜蓿的固氮能力强于沙打旺。提高种植密度可降低土壤磷输出比率, 有利于土壤磷素的活化和有效利用。
关键词：豆科牧草,土壤侵蚀,土壤养分,退耕地,黄土丘陵沟壑区
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