韓佩江, 李衛(wèi)平, 于玲紅, 桂滿全, 楊文煥, 殷震育, 陳阿輝, 樊才睿

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭 014000; 2.內(nèi)蒙古達(dá)賚湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,內(nèi)蒙古 海拉爾 021000; 3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 呼和浩特 010018)

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不同放牧強(qiáng)度對(duì)流域降雨徑流中氮磷流失的影響

韓佩江1, 李衛(wèi)平1, 于玲紅1, 桂滿全2, 楊文煥1, 殷震育1, 陳阿輝1, 樊才睿3

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭 014000; 2.內(nèi)蒙古達(dá)賚湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,內(nèi)蒙古 海拉爾 021000; 3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 呼和浩特 010018)

在呼倫貝爾草原克魯倫河流域選取輕度放牧、重度放牧及不放牧草場(chǎng)，利用降雨模擬器進(jìn)行降雨模擬試驗(yàn)，研究了不同放牧強(qiáng)度草場(chǎng)的地表物理性質(zhì)、植被類型對(duì)降雨產(chǎn)流、營(yíng)養(yǎng)元素流失等因素的影響。結(jié)果表明：在20，45，65 mm/h降雨強(qiáng)度下重度放牧草場(chǎng)產(chǎn)流時(shí)間最短，不放牧草場(chǎng)產(chǎn)流時(shí)間最長(zhǎng)。徑流量及徑流系數(shù)總體規(guī)律顯示為重度放牧草場(chǎng)>輕度放牧草場(chǎng)>不放牧草場(chǎng)。3種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)的氮磷流失量均隨雨強(qiáng)的增加而增大。降雨產(chǎn)流初期氮磷濃度相對(duì)較高，隨徑流時(shí)間增加逐步下降，最后達(dá)到穩(wěn)定。徑流量與氮磷含量之間存在二項(xiàng)式顯著相關(guān)關(guān)系。

不同放牧強(qiáng)度; 氮; 磷; 水土流失; 降雨模擬

水土流失是自然資源破壞的主要發(fā)生形式，而流失過(guò)程中所攜帶的泥沙、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素更是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染途徑之一[1-4]，降雨作為引發(fā)水土流失的主要發(fā)生因素之一，對(duì)環(huán)境水土污染產(chǎn)生要重要的影響，因此降雨徑流中土壤及氮、磷元素遷移規(guī)律及流失特征研究對(duì)防治面源污染、緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義[5-7]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水土徑流損失的研究手段主要有兩種：一種是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的野外實(shí)際觀測(cè)與定量分析，建立地表徑流量與氮、磷含量的關(guān)系[8]；另一種是通過(guò)降雨試驗(yàn)?zāi)M器，在野外或室內(nèi)進(jìn)行人工降雨試驗(yàn)，獲取相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)[9]。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)徑流中氮磷流失規(guī)律進(jìn)行了研究，得出不同土地利用方式及其覆被情況下土壤流失和氮磷元素流失的程度，合理的土地利用方式及較好覆被狀況具有明顯減少水土流失的效果[10-15]。但大多數(shù)研究主要集中在溫帶地區(qū)農(nóng)田及人工林地、草地[16-18]，對(duì)于天然草地不同使用狀況的水土流失研究較少，而針對(duì)寒旱區(qū)草原土壤及氮、磷流失狀況的研究更為少見(jiàn)。

呼倫貝爾草原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，是世界現(xiàn)存面積最大的天然草原?？唆攤惡恿饔虿菰靥幒魝愗悹柌菰暮诵膮^(qū)，作為呼倫貝爾草原的主要組成部分，在呼倫貝爾草原的生態(tài)重要性是無(wú)可替代的，克魯倫河作為呼倫湖的主要補(bǔ)給水源之一，對(duì)草原民族的繁衍生息提供著便利，對(duì)保護(hù)我國(guó)北方鳥(niǎo)類遷徙以及繁衍的生態(tài)安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展起到了不可忽視的作用。

本文以內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原的核心區(qū)克魯倫河流域草原為研究對(duì)象，在該區(qū)域選取輕度放牧、重度放牧以及不放牧的3種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)，進(jìn)行野外降雨模擬試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)流、產(chǎn)沙以及氮磷元素的定量分析，得到不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤及營(yíng)養(yǎng)元素流失特征的影響，為呼倫湖流域草原的合理開(kāi)發(fā)利用、水體環(huán)境的保護(hù)提供基礎(chǔ)資料。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

克魯倫河(Kherlon River)發(fā)源于蒙古共和國(guó)肯特山東麓，自西向東流經(jīng)過(guò)肯特省和東方省的廣闊草原，經(jīng)新巴爾虎右旗克爾倫蘇木烏蘭恩格爾西端進(jìn)入我國(guó)境內(nèi)，經(jīng)阿拉坦額莫勒鎮(zhèn)東流注入呼倫湖。全長(zhǎng)1 264 km，境內(nèi)長(zhǎng)約206 km，流域面積92 000 km2，國(guó)內(nèi)面積5 486 km2[19]?？唆攤惡恿饔?國(guó)內(nèi)部分)地處歐亞大陸東南端中高維度地帶，屬溫帶大陸型氣候，四季分明，多風(fēng)少雨，冬長(zhǎng)夏短，冷熱變化劇烈。全年平均風(fēng)速4.2 m/s，年均日照時(shí)數(shù)3 100 h，多年平均氣溫0.5℃，無(wú)霜期128 d，多年平均降雨量245.00 mm，年均蒸發(fā)量1 873.5 mm，年溫差達(dá)70～80℃，存在季節(jié)性凍土[19]。

1.2樣地設(shè)置與樣品采集

本研究工作試驗(yàn)區(qū)選取在新巴爾虎右旗阿拉坦額莫勒鎮(zhèn)附近的其其格勒嘎查，其位置為116°51′35″E，48°36′13″N，在該區(qū)域草場(chǎng)選取輕度放牧、重度放牧、不放牧的3種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)。于2014年7月下旬在不同放牧強(qiáng)度進(jìn)行野外降雨模擬試驗(yàn)，測(cè)定草地表層0—20 cm土壤的理化性質(zhì)指標(biāo)含水率、全氮、全磷、pH等(表1)。采用隨機(jī)采樣法(1 m×1 m的樣方)采集植被樣品，測(cè)定其植被高度、種密度等指標(biāo)。確定該區(qū)域的主要優(yōu)勢(shì)植物為克氏針茅(Stipakrylovii)、羊草(Leymuschinensis)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、虎尾草(ChlorisvirgataSw.)等植被。

表1試驗(yàn)區(qū)基本狀況

樣地類型植被高度/cm種密度/(株·m-2)土壤含水率/%全氮/(g·kg-1)全磷/(g·kg-1)pH輕度放牧22.533910.352.650.7148.201重度放牧12.521312.322.830.6928.375不放牧37.05949.761.510.7228.422

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)研制的降雨模擬器的實(shí)際精度，在輕度放牧草場(chǎng)、重度放牧草場(chǎng)、不放牧草場(chǎng)，選取3種降雨強(qiáng)度：20，45，65 mm/h；在每種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)分別進(jìn)行3種雨強(qiáng)的降雨模擬試驗(yàn)，每場(chǎng)進(jìn)行2次重復(fù)試驗(yàn)，共進(jìn)行18場(chǎng)降雨模擬試驗(yàn)，區(qū)域坡度分布在4°～5°，降雨試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2降雨模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

降雨場(chǎng)次坡度/(°)降雨強(qiáng)度/(mm·h-1)放牧強(qiáng)度持續(xù)時(shí)間/min重復(fù)次數(shù)/次14.020輕度放牧30224.520重度放牧30234.020不放牧30245.045輕度放牧30254.045重度放牧30265.545不放牧30274.565輕度放牧30284.565重度放牧30295.065不放牧302

降雨模擬器主要由水箱、動(dòng)力系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)和水泵)、輸送管線、回流管線、降雨器等組成，降雨器是由均勻布滿小孔的PPR管構(gòu)成，呈豎狀排列[20]。首先由水泵將水經(jīng)管線輸送到降雨器內(nèi)部產(chǎn)生雨滴，然后調(diào)節(jié)輸送流量使降雨強(qiáng)度達(dá)到要求，降雨模擬器的有效降雨面積為2 m×1 m的矩形徑流小區(qū)域，在徑流小區(qū)域邊界用鐵板嵌入地表包圍，僅在下坡向留一出口，確保降雨過(guò)程中產(chǎn)生的徑流全部從出口流出，流入集水槽內(nèi)。

試驗(yàn)開(kāi)始后，用秒表計(jì)時(shí)，記錄產(chǎn)流時(shí)間，產(chǎn)流后每3 min取一次徑流水樣，用量筒測(cè)定其體積后，裝入水樣瓶，帶回試驗(yàn)室測(cè)定總氮(參照GB11894—1989的堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法)、總磷(參照GB11893—1989的鉬酸銨分光光度法)、pH值(采用玻璃電極法測(cè)定，參考NY/T1121.2—2006)、泥沙含量(采用烘干稱重法測(cè)定)等指標(biāo)。

2　結(jié)果與分析

2.1不同放牧強(qiáng)度草場(chǎng)徑流量特征

由表3可知，在3種放牧制度草場(chǎng)進(jìn)行降雨模擬試驗(yàn)，輕度放牧和不放牧草場(chǎng)的試驗(yàn)區(qū)在20 mm/h的雨強(qiáng)下，未產(chǎn)生徑流，主要是由于輕度放牧草場(chǎng)和不放牧草場(chǎng)植被生長(zhǎng)狀況較重度放牧草場(chǎng)差異非常顯著(p<0.01)，重度放牧草場(chǎng)植被稀疏對(duì)降雨的攔截作用較小，容易產(chǎn)生徑流。在45，65 mm/h兩種降雨強(qiáng)度下，重度放牧草場(chǎng)產(chǎn)流時(shí)間最短，不放牧草場(chǎng)產(chǎn)流時(shí)間最長(zhǎng)，在45 mm/h時(shí)，重度放牧草場(chǎng)的徑流量是輕度放牧草場(chǎng)及不放牧草場(chǎng)的1.46，1.79倍，在65 mm/h時(shí)產(chǎn)流量是1.45，1.72倍，表明雨強(qiáng)的增加對(duì)徑流量的大小具有極顯著的正效應(yīng)，在降雨強(qiáng)度增大時(shí)，降雨速度增加，相同時(shí)間內(nèi)到達(dá)地表的降雨量變大，導(dǎo)致在土壤實(shí)際入滲能力恒定的情況下，透水性下降，降雨轉(zhuǎn)換為地表徑流。

對(duì)3種放牧強(qiáng)度相同雨強(qiáng)下的徑流量進(jìn)行方差分析及顯著性分析，可以看出，各種雨強(qiáng)下3種放牧草場(chǎng)間徑流量差異極顯著(p<0.01)，放牧強(qiáng)度與徑流量的大小存在極顯著的正效應(yīng)(p<0.01)，相同雨強(qiáng)下隨著放牧強(qiáng)度的增加，徑流量呈明顯的增加趨勢(shì)，重度放牧草場(chǎng)的徑流量明顯高于較輕度及不放牧草場(chǎng)(p<0.01)。

表3不同放牧強(qiáng)度草場(chǎng)產(chǎn)流特征

樣地類型雨強(qiáng)/(mm·h-1)降雨歷時(shí)/min徑流量/ml產(chǎn)流時(shí)間/min徑流系數(shù)2031.27186013.270.093重度放牧4530.86481012.860.1076530.30727010.240.112輕度放牧4530.01329513.310.0736530.50503011.470.077不放牧4533.50268514.940.0606530.50423012.350.065

3種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)徑流系數(shù)總體規(guī)律為：重度放牧草場(chǎng)>輕度放牧草場(chǎng)>不放牧草場(chǎng)。主要是由于重度放牧草場(chǎng)植被生長(zhǎng)狀況較差，表層土壤的團(tuán)粒穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)差，降雨后地表產(chǎn)生結(jié)皮現(xiàn)象，表層土壤含水率飽和，減小降雨入滲率，不放牧草場(chǎng)和輕度放牧草場(chǎng)植被生長(zhǎng)狀況較好，植被生長(zhǎng)狀況有效地減少了雨水到達(dá)地表的動(dòng)能，減緩地表結(jié)皮，加之表層土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，土壤持水性能較好[14]，有利于土壤水分入滲[17]。對(duì)3種放牧強(qiáng)度各雨強(qiáng)下的徑流系數(shù)進(jìn)行方差分析及顯著性分析，可以看出：各種雨強(qiáng)下的徑流系數(shù)差異顯著(p<0.01)，放牧強(qiáng)度與徑流系數(shù)的大小存在極顯著的正效應(yīng)，相同雨強(qiáng)下隨著放牧強(qiáng)度的增加，徑流系數(shù)呈明顯的增加趨勢(shì)，其變化趨勢(shì)與徑流量變化相同。

水體富營(yíng)養(yǎng)化污染主要是由于降雨過(guò)程中徑流所攜帶的氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素造成的。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)3種放牧草場(chǎng)的降雨產(chǎn)流過(guò)程均為徑流量先增加后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，由圖1可以看出，重度放牧草場(chǎng)開(kāi)始產(chǎn)流時(shí)流量增加較快，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后流量趨于穩(wěn)定，不同降雨強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)流時(shí)間存在一定影響，20 mm/h雨強(qiáng)下重度放牧草場(chǎng)產(chǎn)生徑流的穩(wěn)定時(shí)間明顯小于45，65 mm/h雨強(qiáng)。3種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)在45，65 mm/h雨強(qiáng)下的產(chǎn)流穩(wěn)定時(shí)間略有不同(圖2)，在45 mm/h雨強(qiáng)下，重度放牧草場(chǎng)和不放牧草場(chǎng)從產(chǎn)流后9～12 min開(kāi)始穩(wěn)定產(chǎn)流，輕度放牧草場(chǎng)從產(chǎn)流后12～15 min開(kāi)始穩(wěn)定產(chǎn)流，產(chǎn)流后差異不顯著(p>0.05)，重度放牧草場(chǎng)產(chǎn)流開(kāi)始流量增加較快，是輕度放牧草場(chǎng)和不放牧草場(chǎng)的2.08，2.47倍；在65 mm/h雨強(qiáng)下，重度放牧草場(chǎng)和不放牧草場(chǎng)從產(chǎn)流后12～15 min開(kāi)始穩(wěn)定產(chǎn)流，穩(wěn)定產(chǎn)流差異不顯著(p>0.05)，輕度放牧草場(chǎng)未達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)流，重度放牧草場(chǎng)產(chǎn)流增加速率是輕度放牧草場(chǎng)和不放牧草場(chǎng)的2.07，3.73倍，輕度放牧草場(chǎng)是不放牧草場(chǎng)的1.79倍。降雨產(chǎn)流特征不但與降雨特征密切相關(guān)，還與植被生長(zhǎng)狀況及表層土壤特性相關(guān)，植被覆蓋密度大的區(qū)域水土流失相對(duì)較小。重度放牧草場(chǎng)由于常年過(guò)度放牧，植被稀疏，導(dǎo)致其水土流失較為嚴(yán)重。

圖1　重度放牧草場(chǎng)3種雨強(qiáng)產(chǎn)流過(guò)程曲線

圖2　不同雨強(qiáng)下3種放牧制度草場(chǎng)產(chǎn)流過(guò)程曲線

2.2不同放牧制度草場(chǎng)氮磷流失特征

3種放牧制度草場(chǎng)的氮磷流失量均隨雨強(qiáng)的增加而增大，對(duì)各雨強(qiáng)下3種放牧草場(chǎng)降雨過(guò)程中的氮磷流失量進(jìn)行方差分析及顯著性分析，由表4可以看出：各種雨強(qiáng)下3種放牧草場(chǎng)間氮、磷流量及流失負(fù)荷差異極顯著(p<0.01)，相同雨強(qiáng)下放牧強(qiáng)度對(duì)氮、磷元素的流失量影響顯著，重度放牧草場(chǎng)的氮、磷流失量明顯高于其他兩種放牧草場(chǎng)(p<0.01)，而輕度放牧草場(chǎng)的氮、磷流失量略高于不放牧草場(chǎng)(p<0.05)，沒(méi)達(dá)到極顯著水平。主要是由于3種放牧強(qiáng)度草場(chǎng)的總磷含量相差不大，重度放牧草場(chǎng)和輕度放牧草場(chǎng)表層土壤的總氮含量差異一般顯著(p<0.05)，而與不放牧草場(chǎng)的差異非常顯著(p<0.01)。降雨過(guò)程中由于重度放牧草場(chǎng)的植被稀疏，降雨對(duì)地表土壤沖刷嚴(yán)重，徑流中攜帶的泥沙較多，造成重度放牧草場(chǎng)氮磷流失量較大，而輕度放牧及不放牧草場(chǎng)中地表植被對(duì)降雨起到一定的緩沖作用。

表4不同放牧強(qiáng)度草場(chǎng)氮磷流失特征

樣地類型雨強(qiáng)/(mm·h-1)總氮濃度/(mg·L-1)總氮流失負(fù)荷/(mg·m-2)總磷濃度/(mg·L-1)總磷流失負(fù)荷/(mg·m-2)pH200.9110.7730.3570.3108.075重度放牧451.4853.3950.4050.9358.055651.5994.4520.3901.0938.123輕度放牧451.3551.9100.3500.5468.207651.3893.2040.3680.7318.201不放牧451.2011.6780.3380.4708.286651.2111.9780.3510.5908.241

由圖3可以看出，降雨產(chǎn)流初期總氮、總磷濃度相對(duì)較高，但隨著徑流時(shí)間的推移，氮、磷濃度呈下降趨勢(shì)，最后達(dá)到穩(wěn)定。各雨強(qiáng)下徑流中總氮、總磷流失過(guò)程顯示為波動(dòng)式下降，總氮的流失過(guò)程較總磷流失波動(dòng)更為劇烈。主要由于降雨開(kāi)始產(chǎn)流時(shí)，降雨侵蝕土壤表層，將土壤表層中容易流失的可溶性氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素?cái)y帶在徑流中，導(dǎo)致初期降雨徑流的氮、磷濃度較高，降雨產(chǎn)流的后期，降雨的侵蝕作用及稀釋作用并存導(dǎo)致徑流中氮、磷濃度逐漸下降，呈波動(dòng)式起伏，主要由于地表氮、磷元素分布不均造成徑流中氮磷元素濃度的變化較大。總磷流失中，20 mm/h雨強(qiáng)下的重度放牧草場(chǎng)和45 mm/h雨強(qiáng)下輕度放牧草場(chǎng)流曲線較為平緩，65 mm/h雨強(qiáng)下的重度放牧草場(chǎng)和輕度放牧草場(chǎng)的流失曲線較為陡峭。總氮流失中，45 mm/h雨強(qiáng)下輕度放牧草場(chǎng)流失曲線較為平緩，65 mm/h雨強(qiáng)下的重度放牧草場(chǎng)的流失曲線較為陡峭。通過(guò)對(duì)重度放牧草場(chǎng)3種降雨強(qiáng)度的氮磷流失過(guò)程對(duì)比，可以看出降雨強(qiáng)度的增加可以明顯增加對(duì)土壤氮磷流失的貢獻(xiàn)，但對(duì)流失的變化趨勢(shì)不產(chǎn)生影響。

圖3　3種放牧制度草場(chǎng)氮磷流失過(guò)程曲線

如表5所示，分別對(duì)3種放牧制度草場(chǎng)的徑流量及氮、磷含量進(jìn)行線性方程、指數(shù)方程及二項(xiàng)式方程擬合，結(jié)果表明徑流量與氮磷含量間進(jìn)行二項(xiàng)式擬合效果最好，決定系數(shù)最高，R2均達(dá)到0.7以上，線性擬合稍差，指數(shù)擬合效果最差。氮、磷含量與徑流量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，符合二項(xiàng)式相關(guān)。3種放牧草場(chǎng)的總氮流失方程的相關(guān)性為：重度方放草場(chǎng)<輕度放牧草場(chǎng)<不放牧草場(chǎng)；總磷流失方程的相關(guān)性顯示與總氮完全相反，可以看出重度放牧草場(chǎng)對(duì)總磷的流失影響最為嚴(yán)重，而對(duì)總氮的影響相對(duì)最小，不放牧草場(chǎng)對(duì)總磷影響最小，對(duì)總氮影響較大。同時(shí)用2013年8月進(jìn)行的降雨模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：重度放牧草場(chǎng)的實(shí)測(cè)值與模擬值的相對(duì)誤差為11%，輕度放牧草場(chǎng)實(shí)測(cè)值與模擬值的相對(duì)誤差為7%，不放牧草場(chǎng)的實(shí)測(cè)值與模擬值的相對(duì)誤差為13%，可以看出模型的實(shí)際模擬效果較好，與野外試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際觀測(cè)氮、磷含量基本一致。模型基本可以實(shí)現(xiàn)呼倫貝爾草原克魯倫河流域污染物的降雨徑流預(yù)測(cè)，為保護(hù)呼倫貝爾草原生態(tài)環(huán)境，監(jiān)測(cè)降雨過(guò)程中面源污染提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但該模型只能應(yīng)用于呼倫貝爾克魯倫河流域地區(qū)，在我國(guó)其他地區(qū)研究人員通過(guò)試驗(yàn)得到該區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)方程，研究結(jié)果顯示各區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)方程各有不同，主要是由于面源污染物的排放與該地區(qū)的土壤理化指標(biāo)、植被類型及生長(zhǎng)狀況、土地利用方式密切相關(guān)。所以該經(jīng)驗(yàn)方程只能利用在相似條件下的降雨產(chǎn)流分析。

表53種放牧草場(chǎng)徑流量與氮磷濃度回歸分析

樣地類型污染物回歸方程R2p重度放牧總氮y=-0.1049x2+0.1253x+0.36710.711<0.05總磷y=1.8218x2-2.9133x+1.17040.763<0.05輕度放牧總氮y=-0.1718x2+0.3805x+0.02290.713<0.05總磷y=2.2373x2-2.7997x+0.93630.707<0.05不放牧總氮y=-0.3094x2+0.5687x-0.04470.716<0.05總磷y=-11.985x2+7.0166x-0.80130.705<0.05

3　結(jié) 論

(1) 在3種放牧制度草場(chǎng)進(jìn)行降雨模擬試驗(yàn)，重度放牧草場(chǎng)產(chǎn)流時(shí)間最短，不放牧草場(chǎng)產(chǎn)流時(shí)間最長(zhǎng)。徑流量及徑流系數(shù)總體規(guī)律為重度放牧草場(chǎng)>輕度放牧草場(chǎng)>不放牧草場(chǎng)，3種放牧草場(chǎng)的降雨產(chǎn)流過(guò)程均為徑流量先增加后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，重度放牧草場(chǎng)開(kāi)始產(chǎn)流時(shí)流量增加較快，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后流量趨于穩(wěn)定，重度放牧草場(chǎng)由于常年過(guò)度放牧，植被稀疏，導(dǎo)致其水土流失較為嚴(yán)重。

(2) 3種放牧制度草場(chǎng)的氮、磷流失量均隨雨強(qiáng)的增加而增大。相同雨強(qiáng)條件下，氮、磷流失量為重度放牧草場(chǎng)>輕度放牧草場(chǎng)>不放牧草場(chǎng)?？偟?、總磷流失過(guò)程為降雨產(chǎn)流初期總氮、總磷濃度相對(duì)較高，隨徑流時(shí)間的推移，氮、磷濃度呈下降趨勢(shì)，最后達(dá)到穩(wěn)定。雨強(qiáng)的增加可以增大對(duì)氮、磷流失的貢獻(xiàn)，但不影響流失規(guī)律。

(3) 氮、磷含量與徑流量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，符合二項(xiàng)式相關(guān)，且相關(guān)性較好，通過(guò)驗(yàn)證模型的模擬效果較好，與野外試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際觀測(cè)氮磷含量基本一致。

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Effects of Different Grazing Systems on Nitrogen and Phosphorus Losses Along the Rainfall Runoff

HAN Peijiang1, LI Weiping1, YU Linghong1, GUI Manquan2,YANG Wenhuan1, YIN Zhenyu1, CHEN Ahui1, FAN Cairui3

(1.SchoolofEnergyandEnvironment,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou,InnerMongolia014010,China; 2.HulunLakeNationalNatureReserveBureau,Hailar,InnerMongolia021000,China; 3.InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010018,China)

A rainfall simulator was used to determine the influence of the surface physical properties and vegetation types as well as three systems of grazing (light, heavy and no grazing) on the rainfall infiltration and runoff yield in pastures in the Kherlen basin of Hulun Buir. The results showed that, under three rainfall intensities: 20, 45, 65 mm/h, the runoff duration in the heavy grazing pasture was the shortest, while runoff duration in the no grazing pasture was the longest. The runoff volume and runoff coefficient showed a general trend: heavy grazing pasture>light grazing pasture>no grazing pasture. As the rainfall intensity increased in the three grassland grazing systems, the losses of nitrogen and phosphorus from these systems also increased. The levels of nitrogen and phosphorus in the initial rainfall runoff were quite high, and then declined gradually and tended to become stable with the increase of runoff duration. There was a significant binomial correlation between runoff volume and the levels of nitrogen and phosphorus in runoff.

different grazing system; nitrogen; phosphorus; soil and water loss; rainfall infiltration

2014-12-15

2015-02-05

國(guó)家自然科學(xué)基金(41263010);內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金(2011NCL028)

韓佩江(1986—),男,吉林通化人,碩士研究生,研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)生態(tài)環(huán)境污染。E-mail:nkdhpj@163.com

李衛(wèi)平(1973—),男,陜西神木人,博士,副教授,主要從事干旱區(qū)水環(huán)境分析與水污染控制研究。E-mail:sjlwp@163.com

S153.6; S157.1

A

1005-3409(2016)01-0008-05