紫色土坡耕地溶解态氮淋失的时空分布特性研究

摘要

紫色土是库区重要的耕地资源,大约占库区总耕地面积的78.7％,且以坡耕地形式为主。由于紫色土土壤自身性质的影响,壤中流在紫色土地区普遍存在,使得库区养分流失与其它地区有着显著不同,营养物质沿壤中流的迁移占有着重要地位。因此,研究坡耕地壤中流溶解态养分的淋失对于库区耕地水土流失的治理和水环境保护有重要现实意义。本文采用室内试验和数值模拟两种分析手段对在雨强、坡度、上方汇水、施肥措施影响因素下库区紫色土坡耕地的硝态氮养分淋失情况进行了研究,主要结果和结论如下:
　　随着雨强的增大,坡面壤中流产流时间与降雨强度呈正相关关系,坡面各坡位壤中流产流时间均提前。在中小雨强下紫色土坡地各坡位硝态氮淋失比重关系为:坡下>坡中>坡上;而随雨强增大为暴雨时,坡面下方迅速汇集成股沟流,土壤水分入渗受到限制,坡下壤中流产流和硝态氮淋失显著减少。
　　与雨强的作用不同,坡度的增加只是改变了土壤中水分分配的比例,并未使壤中流产流过程线出现较明显的波动。坡耕地各坡位硝态氮淋失量随坡度增加变化趋势不同。坡下位置硝态氮淋失量随坡度增加一直减少,而坡中,坡上位置的淋失先增加再减少,存在临界坡度,坡中、坡上位置硝态氮淋失量在坡度为15°时最大。
　　上方汇水对壤中流产流有促进作用,随着上方汇水的增加,坡耕地各坡位壤中流产流逐渐增多而各坡位间产流差异逐渐缩小。与坡度影响相似,坡面不同坡位的硝态氮淋失情况不同。坡下位置,随着上方汇水的增加,坡下硝态氮淋失逐渐减少,而坡中和坡上位置随上方汇水的增加均为先增后减,坡中位置硝态氮淋失量在上方汇水为400ml/min时达到最大,坡上位置硝态氮淋失量在上方汇水为600ml/min时达到最大。
　　在试验研究的基础上,对不同施肥措施的紫色土坡耕地硝态氮淋失的时空分布特性进行数值模拟研究,结果表明:不同施肥方式下,硝态氮在土壤中的淋失虽然有所差异,但硝态氮迁移趋势相似,均在向土层深处迁移的同时,沿坡向向下运移,而且耕作层硝态氮迁移快于非耕作层。相同施肥量(150kg/m2),自然降雨结束后,表层施肥的耕作层硝态氮浓度维持在0.155~0.16kg/m3,而基穴施肥下硝态氮浓度维持在0.08~0.105kg/m3左右,基穴施肥淋失到非耕作层的养分要多于表层施肥。各坡段典型点的表层施肥和基穴施肥硝态氮淋失浓度都在降雨初期达到最大,表层施肥坡面各位置淋失浓度在35min左右达到最大,为0.2216kg/m3,而基穴施肥淋失浓度在27min左右达到最大,为0.188kg/m3。