王帥兵，劉 華，朱朝輝，趙普天，趙云永

(1.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224;2.云南省富源縣水務(wù)局，云南 富源 655500;3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000)

1 引言

中國是個多山的國家，坡地在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位。坡地水土流失和土壤侵蝕直接導(dǎo)致養(yǎng)分最為豐富的表土流失，使土地退化、生產(chǎn)力水平降低，另外徑流所攜帶的泥沙淤積河道與水庫，泥沙中的養(yǎng)分會導(dǎo)致受納水體的富營養(yǎng)化［1～3］，造成面源污染。人們?yōu)榱诉_到增產(chǎn)的目的，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用過量的化肥，這些化肥在耕地表面大量釋放和遷移，不僅是經(jīng)濟上的浪費，而且也對地表水和地下水的水質(zhì)構(gòu)成嚴重的威脅。因此，研究坡地養(yǎng)分流失不僅是一個農(nóng)業(yè)問題，而且還是一個生態(tài)環(huán)境問題［4］。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計，發(fā)展中國家施肥可使糧食作物單產(chǎn)提高 35% ～57%，總產(chǎn)提高 30% ～50%［5］。目前，我國大部分耕地都需補充氮素，1/2以上耕地需補充磷肥，但農(nóng)田土壤對養(yǎng)分的利用率均較低，損失率較大［6］。

2 坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙研究現(xiàn)狀

降雨是地表徑流的本源，坡地表面徑流及侵蝕產(chǎn)沙在很大程度上取決于降雨強度［7］。地表徑流的形成是坡面供水與下滲的矛盾產(chǎn)物［8］，它反映了流域植被、土壤、氣候和其他一些綜合水文特征，是衡量植被保持水土、涵養(yǎng)水分、減少洪峰等效益的一個基本指標［9］。影響地表徑流的因素復(fù)雜多樣，植被類型、降水特征、覆蓋層的厚度及其持水能力、土壤攔蓄入滲能力等都直接或間接影響著產(chǎn)流與否和產(chǎn)流的多少［10］。

我國學(xué)者在產(chǎn)沙和產(chǎn)流方面進行了很多的研究。陳奇伯，王克勤等［11］運用坡面徑流泥沙小區(qū)定位觀測方法，2003年雨季對金沙江元謀干熱河谷水土流失封禁管護措施的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征進行了對比研究，結(jié)果顯示:封禁管護措施有較好的調(diào)節(jié)徑流和減少土壤流失的作用。徐秋寧等［12］對陜北、渭北多個小型積水區(qū)降雨徑流量進行了分析與計算，袁藝、史培軍等［13］對深圳市部分流域進行降雨－徑流過程的模擬，E.Klaghofer等［14］研究了影響水土流失的主要因子，都一致認為降雨是產(chǎn)生徑流和泥沙的重要因素。

我國20世紀90年代初以來也對等高植物籬模式在坡耕地土壤氮、磷、經(jīng)濟效益和水土保持等方面進行了一些研究。申元村［15］指出，三峽庫區(qū)紫色土陡坡地徑流小區(qū)大雨模擬降雨實驗表明，以等高植物籬為代表的坡地能有效地減少坡面侵蝕量、徑流量，明顯提高控制坡面產(chǎn)沙、產(chǎn)流和氮、磷流失。在黃壤旱坡耕地通過種植香根草植物籬發(fā)展橫坡種植，對防治土壤侵蝕和維持耕地土壤肥力具有良好的效應(yīng)［16］。

裸露地與草地的土壤侵蝕跟地表徑流的情況不同，即使裸露地和長期草地在模擬降雨時地表徑流幾乎相同，但土壤侵蝕卻有很大的差別，在長期草地上土壤侵蝕幾乎為零［17］。秦富倉等［18］從坡面水動力學(xué)角度研究了坡面喬木林、草本植物和林地枯落物對坡面徑流流速和動能的影響機理，結(jié)果表明:林草植被在小流域中的涵養(yǎng)水源、保持水土的作用明顯。

3 坡耕地養(yǎng)分流失特征研究現(xiàn)狀

坡耕地氮、磷的流失是伴隨著降雨產(chǎn)流產(chǎn)生，因此坡耕地氮、磷流失具有隨機性，與區(qū)域降水過程密切相關(guān)。坡耕地氮、磷流失隨時間變化(降雨徑流過程、季節(jié)間和年際間降雨)和空間(不同地點)變化幅度大，具有時空性。坡耕地中的氮磷主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入使用，所以坡耕地氮、磷流失遍及廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)，具有廣泛性。坡耕地氮、磷流失的過程是一個量的積累過程，只有達到一定數(shù)量才反映出土壤的貧瘩和退化，因此具有滯后性。坡耕地流失的氮、磷分散在徑流和泥沙中，增加了監(jiān)測和處理的困難，又具有復(fù)雜性［19］。由于農(nóng)業(yè)面源污染的隨機性、污染負荷的時空差異性大、污染范圍大、污染物排放及污染途徑的不確定性和復(fù)雜性的特點，加大了農(nóng)業(yè)面源污染控制的難度［20］。

徑流是坡面土壤泥沙流失的動力和載體，沖刷過程是徑流與坡面土壤顆粒相互作用的過程［21］。在此過程中，徑流先選擇攜帶土壤細顆粒，使侵蝕泥沙中細顆粒特別是黏粒的含量明顯增加，結(jié)果導(dǎo)致了泥沙黏粒的富集。而土壤養(yǎng)分氮、磷、有機質(zhì)與土壤細顆粒結(jié)合，又導(dǎo)致泥沙養(yǎng)分的富集［22］。李光錄等［23］的研究表明，同一徑流小區(qū)的同次徑流過程中，泥沙養(yǎng)分含量是徑流養(yǎng)分濃度的若干倍，其中全磷高出1.3倍，全氮最高為50.8倍，其它(有機質(zhì)%、堿解氮mg/kg、速效磷mg/kg)高出兩個數(shù)量級。比較泥沙與表土(0～20cm)養(yǎng)分含量，可知氮素和有機質(zhì)在流失泥沙中含量均高于表土，稱為“富集現(xiàn)象”，但磷素“富集現(xiàn)象”不明顯。邵明安、張興昌等［24］的研究也表明:泥沙全氮和有機質(zhì)在泥沙中的富集現(xiàn)象主要由侵蝕泥沙黏粒富集造成，而坡面水蝕動力學(xué)特征決定了侵蝕徑流優(yōu)先搬運較細土粒，侵蝕是泥沙養(yǎng)分富集的動力和條件。

4 坡面養(yǎng)分流失控制技術(shù)

4.1 耕作措施

在山區(qū)和丘陵地區(qū)，在坡耕地上進行耕作，極易造成嚴重的水土流失，但是不同的耕作方式可能導(dǎo)致的水土流失強度不同。袁東海等［25，26］2000年在浙江省蘭溪市的研究表明:與順坡耕作處理土壤氮磷年流失總量相比，水平草帶處理能減少土壤氮素流失總量的43.46%和磷素流失總量40.73%，等高處理能減少土壤氮素流失總量的71.36%和磷素流失總量的73.84%，休閑處理能減少土壤氮素流失總量的77.05%和磷素流失總量的84.70%，等高土埂處理能減少土壤氮素流失總量的87.92%和磷素流失總量的84.33%，由此可見，水平溝、等高處理、休閑、等高土埂等農(nóng)作方式均具有明顯減少土壤氮磷養(yǎng)分流失的效果。

吳發(fā)啟等［27］報道:在黃土高原地區(qū)，水平梯田具有明顯的蓄水保土作用。次降雨條件下水平梯田蓄水效益的最大值為97.5%，最小值為70.5%，平均值為86.7%;其保土效益最大值為98.4%，最小值為71.3% ，平均值為 87.7% 。

根據(jù)邢鵬遠等人［28］的研究，在坡耕地上布設(shè)反坡水平階，首先能夠有效地攔截地表徑流，攔截效率可達到34.14%;其次，有效控制土壤流失量，控制效率可達到57.17%。被攔蓄的地表徑流和泥沙為坡耕地上農(nóng)作物的生長提供了較為充足的水分和養(yǎng)分，減輕了對坡面的沖刷作用，更好的起到了水土保持和控制養(yǎng)分流失的功效。

4.2 等高植物籬

等高植物籬的主要作用是通過地表覆蓋和地下發(fā)達根系系統(tǒng)，改善土壤理化性質(zhì)，改變微地形，有效地攔擋坡面徑流，減緩坡面水流速度，增加入滲，有效攔截沙土，減少水土侵蝕量和養(yǎng)分流失量。

國內(nèi)外學(xué)者研究了等高植物籬對坡耕地土壤養(yǎng)分的影響，認為植物籬起到“養(yǎng)分泵”的作用，可促進養(yǎng)分循環(huán)，提高土壤有機質(zhì)、全氮和有效磷的含量［29］。另外，等高植物籬還能提供薪炭、綠肥、飼料等有經(jīng)濟價值的產(chǎn)品，這些特有的優(yōu)勢是工程措施無法比擬的。許峰等人在三峽庫區(qū)研究了植物籬帶間距對坡面表土養(yǎng)分流失的影響，得出等高植物籬－農(nóng)作系統(tǒng)能在較低的投入下顯著增加土地產(chǎn)出，并且能夠顯著減少坡面養(yǎng)分流失［30］。姚桂枝等人研究表明，紫穗槐、金銀花、黃花菜及龍須草4種植物籬均能有效減少坡耕地上的徑流泥沙流失量［31］。朱遠達等人則研究了植物籬對坡面局部地形、土壤顆?？臻g分布、土壤碳和養(yǎng)分含量的空間分布的影響，結(jié)果表明，植物籬對粒徑較大的顆粒流失的控制效果更加明顯，植物籬對土壤全氮、堿解氮、全磷、速效磷、速效鉀均有良好的攔截效應(yīng)，但對全鉀攔截效應(yīng)不明顯［32］。

4.3 化學(xué)措施

近年來，化學(xué)措施防治水土壤侵蝕和養(yǎng)分流失已成為一個新的研究領(lǐng)域，并且取得了一定的進展?；瘜W(xué)措施對于養(yǎng)分流失的控制作用在于使不良土壤結(jié)構(gòu)得以改善，進而使這種改善后的結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定。

Mostaghimietal在Virginia的壤土所做的試驗表明，施用結(jié)構(gòu)改良劑與對照相比，土壤產(chǎn)生的可推移泥沙由27.7kg減少到19.3kg，而徑流量則沒有顯著變化［33］。我國學(xué)者夏海江等在遼寧的坡地上施用聚丙烯酰胺，發(fā)現(xiàn)能使土壤侵蝕量減少56%以上，主要原因是聚丙烯酰胺能改善土壤結(jié)構(gòu)、促進土壤沉降、增強土壤水穩(wěn)性，提高土壤的持水性和抗蝕性［34］。據(jù)于素華報道，聚丙烯酰胺能夠有效減少徑流和控制水土流失［35］。

5 結(jié)語

坡耕地養(yǎng)分流失導(dǎo)致土地退化、養(yǎng)分流失、土地生存力下降等問題，進而靠補充化肥來補充耕地養(yǎng)分低。目前我國大部分耕地都需補充氮素，1/2以上耕地需補充磷肥，但農(nóng)田土壤對養(yǎng)分的利用率均較低，損失率較大，并引發(fā)一系列環(huán)境問題。國內(nèi)外學(xué)者通過對坡地養(yǎng)分流失成因制定相應(yīng)的養(yǎng)分流失控制措施，而對特定地區(qū)土壤的特性和降雨地區(qū)特性采取相應(yīng)的措失研究的不夠系統(tǒng)。對于國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究者如果能針對我國土壤和降雨的地區(qū)特性來研究更具有理論指導(dǎo)和應(yīng)用價值。

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