土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究综述
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究综述范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
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。
作者简介：刘 海（1984―），女,山西榆社人,西南林业大学环境与工程学院硕士研究生。
通讯作者：陈奇伯(1965―)，男,甘肃通渭人,博士,教授,主要从事土壤侵蚀与流域管理方向的科研与教学工作研究。
中图分类号：S152.7
文献标识码：A
文章编号：16749944(2011)10009904
お
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。オ
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[7-27],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。オ
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[29~32],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、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,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。
参考文献：
［1］
郭鸿鹏,朱静雅,杨印生.农业非点源污染防治技术的研究现状及进展［J］.农业工程学报,2008,24(4):290~295.
［2］ Kuylenstierna J L,Bjorklund G,Najlis P.Sustainable waterfuture with global implications:everyone's responsibility［J］.Natural Resources Forum,1997,21(3):181~190.
［3］ 许书军,魏世强,谢德林.非点源污染影响因素及区域差异［J］.长江流域资源与环境,2004,13(4):389~392.
［4］ 杨以翠.坡耕地养分流失研究进展［J］,企业科技与发展,2010(2):30~31.
［5］ 李俊波,华 珞,冯 琰.坡地土壤养分流失研究概况［J］.土壤通报,2005,36(5):753~759.
［6］ 陈奇伯.花岗岩坡面降雨产流产沙相互关系的研究［J］.水土保持科技情报,1997(4):34~36.
［7］ Mclay C D,Drageten R,Sparling G,et al.Predicting groundwater nitrate concentrations in a region of mixes agricultural land use:a comparion of three approach［J］.Environmental Pollution,2001(115):191~204.
［8］ Alberts E E,Moldenhauer W C.Nitrogen and phos~phorted by eroded soil aggregates［J］.Soil Sci Soc A mJ,1981(45):391~395.
［9］ 罗春燕,涂仕华,庞良玉,等.降雨强度对紫色土坡耕地养分流失的影响［J］,水土保持学报,2009,23(4):24~27.
［10］ 徐泰平,朱 波,王 涛,等.不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失［J］,水土保持研究,2006,6(13):139~141.
［11］ 彭 浩,张兴昌,绍明安,等.雨强对黄土区土壤钾素径流流失的影响［J］.生态环境,2004.13(3):369~372.
［12］ 傅 涛,倪九派,魏朝富,等.不同雨强和坡度条件下紫色土养分流失规律研究［J］.植物营养与肥料学报,2003,9(1):71~74.
［13］ 马 琨,王兆骞,陈 欣,等.不同雨强条件下红壤坡地养分流失特征研究［J］.水土保持学报,2002,16(3):16~19.
［14］ 贾洪文.降雨与土壤养分流失关系分析［J］.水土保持应用技术,2000(1):21~23.
［15］ 康玲玲,朱小勇,王云璋,等.不同雨强条件下黄土性土壤养分流失规律研究［J］.土壤学报,1999,36(4):536~543.
［16］ 周 Z,何炳辉,刘立志,等.坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究［J］.中国生态农业学报,2009,17(2):239~243.
［17］ 蔡强国.坡长对坡耕地侵蚀产沙过程的影响［J］.云南地理环境研究,1998,10 (1):34~42.
［18］ 刘 方,黄昌勇,何腾兵,等.不同类型黄壤早地的磷素流失及其影响因素分析［J］.水土保持学报,2001,15(2):37~40.
［19］ 王洪杰,李宪文,史学正,杨金玲.四川紫色土区小流域土壤养分流失初步研究［J］.土壤通报,2002,33(6):441~444.
［20］ 马 琨,王兆骞,陈 欣.红壤坡面产流产沙与养分流失特征研究［J］.宁夏农学院学报,2003,24(2):3~7.
［21］ 黄 丽,丁树文,董 舟,等.三峡库区紫色土养分流失的试验研究［J］.土壤侵蚀与水土保持学报,1998,4(1):8~14.
［22］ 佘 雕,吴发启,刘丽莉.黄土养分流失规律初探［J］.西北林学院学报,2003,18(3):19~21.
［23］ 张丽娟,毕淑芹,袁丽金,等.不同土地利用方式土壤侵蚀与养分流失的模拟试验［J］.林业科学,2007,43(1):17~21.
［24］ 刘 洋,张展羽,张国华,等.天然降雨条件下不同水土保持措施红壤坡地养分流失特征［J］.中国水土保持,2002,20(12):14~16.
［25］ 杨红薇,张建强,唐家良,等.紫色土坡地不同种植模式下水土和养分流失动态特征［J］.中国生态农业学报,2008,16(3 ):615~619.
［26］ 林超文,庞良玉,罗春燕,等.平衡施肥及雨强对紫色土养分流失的影响.［J］.生态学报,2009 29(10):5 552~5 560.
［27］ 褚利平,王克勤,白文忠,等.水平阶影响坡地产流产沙及氮磷流失的试验研究.［J］.水土保持学报,2010,24(4):1~4.
［28］ 刘亚平.土壤非饱和带中的优先流.［J］.水科学进展,1996,7(1):85~89.
［29］ 牛健植,余新晓.优先流问题研究及其科学意义［J］.中国水土保持科学,2005,3(3):110 ~116.
［30］ 程金华.长江三峡花岗岩区林地坡面优先流模型研究.［D］.北京：北京林业大学,2005.
［31］ 牛健植,余新晓,张志强.优先流研究现状及发展趋势［J］.生态学报,2006,26(1):231~243.
［32］ 盛 丰,王康,张仁铎,等.土壤优先流的理论分析和试验研究［J］.环境科学学报,2009,29(2):433~439.
［33］ Edwards WM,Shipitalo MJ,Owens L B,Dick WA.Factors affecting preferential flow of water and atrazine through earthworm burrows under continuous no~till corn［J］.J Environ Qual，1993,22:453~457.
［34］ Essington M E,Tyler D D,Witson GV.Fluometuron behavior in long 2 term tillage plots［J］.Soil Sci,1995,160(6):405~414.
［35］ Gish TJ,Coffman C B.Solute transport under no~till field corn［J］.Trans.ASAE,1987,30 (5):1 358~1 363.
［36］ 区自清,贾良清,金海燕,等.大孔隙和优先流及其对污染物在土壤中迁移行为的影响［J］.土壤学报,1999,36(3):341~347.
［37］ 秦耀东,任 理,王 济.土壤中大孔隙流研究进展与现状［J］.水科学进展,2000,11(2):203~207.
［38］ 何 凡,张洪江,程金华,等.长江三峡花岗岩坡面区林地优先流与地表径流关系［J］.水土保持学报,2005,19(2):9~12.
［39］ 牛健植,余新晓,赵玉涛.贡嘎山暗针叶林土壤优先流形成因素的初步研究［J］.植物生态学报,2006,30(5):732~742.
［40］ 王 伟,张洪江,程金华,等.四面山阔叶林土壤大孔隙特征与优先流的关系［J］.应用生态学报,2010,21(5):1 217~1 223.
［41］ 裴铁[,李金中.壤中流模型研究的现状及存在问题［J］.应用生态学报,1998,9(5):543~548.
［42］ 徐勤学,王天巍,李朝霞,等.紫色土坡地壤中流特征［J］.水科学进展,2010,21(2):229~233.
［43］ 徐 佩,王玉宽,傅 斌,等.紫色土坡耕地壤中产流特征及分析［J］.水土保持通报,2006,26(6):14~18.
［44］ 丁文峰,张平仓,王一峰.紫色土坡面壤中流形成与坡面侵蚀产沙关系试验研究［J］.长江科学院院报,2008,25(3):14~17.
［45］ 贾海燕,叶 闽,雷俊山.紫色土地区壤中流磷流失特征及其环境效应［J］.人民长江,2009,40(21):59~61.［46］ 郑 侃,金昌杰,王安志.森林流域坡面流与壤中流耦合模型的构建与应用［J］.应用生态学报,2008,19(5):936~941.
［47］ 丁文峰,张平仓.紫色土坡面壤中流养分输出特征［J］.水土保持学报,2009,23(4):15~19.
［48］ 尹忠东.江西红壤缓坡地壤中流特征研究［J］.西北林学院学报,2006,21 (4):47~49.
［49］ 尹忠东,左长清,高国雄,等.江西红壤缓坡地壤中流影响因素分析［J］.西北林学院学报,2006,21 (5):1~6.
［50］ 王 峰,沈阿林,陈洪松,等.红壤丘陵区坡地降雨壤中流产流过程试验研究［J］.水土保持学报,2007,21 (5):15~17.
［51］ 褚利平,王克勤,宋泽芬,等.烤烟坡耕地壤中流氮、磷浓度的动态特征［J］.农业环境科学学报,2010,29 (7):1346~1354.
［52］ 白学云,张贵军,李 强,等.数学模型法预报地下水径流过程［J］.国土与自然资源研究,1997,(2):40~43.
［53］ 刘玉洪,张一平,马友鑫,等.西双版纳橡胶人工林地地表径流与地下径流的关系［J］.南京林业大学学报:自然科学版,2002,26(1):75~77.
［54］ 李丽娇,张 奇.一个地表~地下径流耦合模型在西苕溪流域的应用［J］.水土保持学报,2008,22(4):56~61.
［55］ 李建柱,冯 平,王 勇.地下径流退水过程规律［J］.天津大学学报,2010,43(5):83~86.
［56］ 李新虎,张展羽,杨 洁,等.红壤坡地不同生态措施地下径流养分流失研究［J］.水资源与水工程学报,2010,21(2):400~405.
Review of the Impacts on Nutrient Loss of Sloped Farmland due to Soil water movement
Liu Hai1,Chen Qibo1,Zhou Ling2,Tang Zuoxin1
（1.The Faculty of Environment Science and Engineering,Southwest Forestry University,
Kunming 650224,China;2.Kunming Engineering & Reasearch Instltute of Nonferrous
Metallurgy Co.Ltd,Kunming 650051,China）
Abstract:The sloped farmland is one of the main lands in China.Its nutrient loss not only reduces soil fertility,but also causes the non-point source pollution.Early research on the sloped farmland nutrient loss mainly focused on surface runoff in the process.The present research emphasizes on the effect of subsurface runoff and underground runoff.This paper,based on the summary of the harm of the slope nutrient loss,influence factors,process and characteristics,analyses the preferential flow,subsurface runoff,underground runoff three kinds of soil water movement on the influence of the nutrient loss.
Key words:sloped farmland;nutrient loss;preferential flow;subsurface runoff;underground runoff