郭新送，丁方軍，宋付朋，陳士更，葛雨明

（1 土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；3 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安 271000）

質(zhì)量指數(shù)表征模擬降雨下土壤坡面養(yǎng)分的流失特性①

郭新送1，3，丁方軍1，2，3*，宋付朋1，2，陳士更1，3，葛雨明3

（1 土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；3 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安 271000）

通過(guò)室內(nèi)自動(dòng)模擬降雨系統(tǒng)，設(shè)置模擬降雨試驗(yàn)，運(yùn)用土壤單質(zhì)量指數(shù)（SSQI）和土壤綜合質(zhì)量指數(shù)（SSCI），研究了模擬降雨對(duì)3種類(lèi)型土壤（棕壤、褐土與紅壤）坡面養(yǎng)分流失及土壤質(zhì)量變化的影響。結(jié)果顯示：降雨造成了3種類(lèi)型土壤坡面不同程度的氮素流失，土壤全氮指數(shù)均有所降低，并以坡下部降低最多；表下層坡面土壤全氮指數(shù)以棕壤降低最多，分別為褐土的1.33倍和1.79倍、紅壤的9.28倍和3.45倍。降雨均提高了3種類(lèi)型土壤坡面有效磷的含量，有效磷指數(shù)除棕壤下層坡面降低了3.98% 外，其余土壤坡面升高了4.00% ～ 47.73%，并以紅壤表下層坡面的升高幅度最大。模擬降雨下，土壤速效鉀含量變化受土壤類(lèi)型影響較大，3種類(lèi)型土壤中，紅壤坡面的速效鉀指數(shù)有較大幅度升高，褐土坡面降雨前后基本持平，而棕壤坡面有小幅降低。模擬降雨后，棕壤與褐土表下層坡面綜合指數(shù)分別降低了33.62%、35.34% 與 22.53%、11.73%，而紅壤反而升高了18.93% 與7.00%。

質(zhì)量指數(shù)；模擬降雨；土壤類(lèi)型；養(yǎng)分流失

近年來(lái)，因降雨造成的養(yǎng)分流失、土壤質(zhì)量下降等問(wèn)題成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。降雨條件下，土壤質(zhì)量下降是指土壤養(yǎng)分流失，而土壤養(yǎng)分流失是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，涉及的影響因素眾多，如降雨強(qiáng)度、土壤類(lèi)型、坡面幅度等［1-2］。國(guó)內(nèi)外研究一致表明，降雨條件下的土壤養(yǎng)分損失主要有兩個(gè)途徑，一是土壤養(yǎng)分的淋失，即養(yǎng)分隨土壤下滲水遷移進(jìn)入水體；二是土壤養(yǎng)分流失，即養(yǎng)分隨地表徑流和土粒移動(dòng)，遷出耕地，進(jìn)入河流水域的自然輸出［3-6］。針對(duì)降雨下，土壤養(yǎng)分流失規(guī)律及其影響因素的研究已有較多報(bào)道［7-9］，而降雨條件下，對(duì)養(yǎng)分損失與潛在養(yǎng)分的活化和釋放結(jié)合起來(lái)的研究未見(jiàn)報(bào)道，這就使全面評(píng)估降雨對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分損失及土壤質(zhì)量的變化受到限制。土壤質(zhì)量指數(shù)是一種表征土壤養(yǎng)分含量變化，評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要方法。如今以土壤質(zhì)量指數(shù)的形式進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)與管理越來(lái)越普遍，其包括單質(zhì)量指數(shù)和綜合質(zhì)量指數(shù)［10］。單質(zhì)量指數(shù)最大特點(diǎn)就是等價(jià)性，可將某一養(yǎng)分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后與其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，從而獲得此養(yǎng)分的豐缺級(jí)別；而綜合質(zhì)量指數(shù)則是根據(jù)各養(yǎng)分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)，估算整個(gè)土壤質(zhì)量，其能突出土壤屬性因子中最差因子對(duì)土壤質(zhì)量的影響［11］。

在降雨過(guò)程中，土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分較易隨著降雨損失，但一些養(yǎng)分在損失的同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)一些活化和釋放，如紅壤有效磷含量在降雨后較降雨前有所升高［12］，故單一養(yǎng)分的升高或降低不能代表土壤綜合質(zhì)量的變化。為明確降雨前后土壤單一養(yǎng)分指標(biāo)及土壤綜合養(yǎng)分指標(biāo)的變化趨勢(shì)，本研究通過(guò)模擬降雨試驗(yàn)，采用單質(zhì)量指數(shù)和綜合質(zhì)量指數(shù)法表征降雨對(duì)棕壤、褐土和紅壤3種類(lèi)型土壤坡面養(yǎng)分的影響，旨在揭示相同降雨條件下不同類(lèi)型土壤坡地養(yǎng)分及土壤質(zhì)量的變化規(guī)律，為防治農(nóng)田坡地土壤養(yǎng)分流失提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 模擬降雨試驗(yàn)設(shè)計(jì)

模擬降雨試驗(yàn)于2013年在山東省土壤侵蝕與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室降雨大廳進(jìn)行，降雨采用自動(dòng)模擬降雨系統(tǒng)，設(shè)置降雨高度為20 m，降雨強(qiáng)度恒定為72 mm/h，模擬降雨歷時(shí)90 min/次，降雨均勻度大于80%，雨滴降落終速可達(dá)到自然雨滴的98% 以上，降雨特性接近于天然降雨。模擬降雨共9次，以接近于土壤采集區(qū)的年均降雨量范圍。

1.2 供試土壤

3種類(lèi)型土壤分別為棕壤、褐土和紅壤，其中棕壤采自山東省泰安市普照寺附近，系統(tǒng)分類(lèi)為普通簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土；褐土采自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海玉米種植中心，系統(tǒng)分類(lèi)為普通簡(jiǎn)育干潤(rùn)淋溶土；紅壤采自江西鷹潭中國(guó)科學(xué)院紅壤生態(tài)試驗(yàn)站，系統(tǒng)分類(lèi)為普通黏化濕潤(rùn)富鐵土。所取的試驗(yàn)土樣均為0 ～ 20 cm的農(nóng)田耕層土壤，經(jīng)過(guò)風(fēng)干后過(guò)4 mm篩，除去石塊、植物根茬等混勻備用。其基本養(yǎng)分指標(biāo)如表1所示。

表1 3種類(lèi)型土壤養(yǎng)分及質(zhì)量指數(shù)Table1 Soil nutrients and quality indices of three tested soil types

1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)基本裝置為自行設(shè)計(jì)的木制土槽，用于盛放土樣，其長(zhǎng)、寬、高依次分別為200、50、28 cm。供試3種類(lèi)型土壤均設(shè)置3個(gè)重復(fù)，土樣按照體積質(zhì)量（容重）1.25 g/cm3進(jìn)行裝槽，土槽底部預(yù)先鋪設(shè)5 cm厚洗凈細(xì)沙，所裝土樣的有效高度定為20 cm，土壤平均初始質(zhì)量含水量控制在（22±2）%，裝填完畢后用塑料薄膜覆蓋防止土壤水分蒸發(fā)。試驗(yàn)土槽坡度設(shè)為7°。

模擬降雨結(jié)束后，在每個(gè)槽內(nèi)的沿坡面方位17條等分線和垂直坡面方位5條等分線交點(diǎn)處用小型土鉆10 cm/層取土，取土兩層（表層為0 ～ 10 cm，下層為10 ～ 20 cm），每個(gè)坡面共85個(gè)點(diǎn)，計(jì)170個(gè)樣品。土樣經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩備用。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與分析方法

土壤全氮采用濃硫酸-催化劑消煮，凱氏法測(cè)定；有效磷采用鉬藍(lán)比色法，紫外分光光度計(jì)測(cè)定；速效鉀采用NH4OAC浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定。具體方法參考鮑士旦（2000）版《土壤農(nóng)化分析》［13］。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

1.5.1 土壤質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 參考曹志洪和周健民［14］、Li等［15］、單奇華等［16］和闞文杰和吳啟堂［17］的研究結(jié)果，確定土壤全氮、有效磷、速效鉀的質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 土壤質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Gradation standard of indicators for soil quality assessment

1.5.2 土壤單質(zhì)量指數(shù)（SSQI）計(jì)算 土壤單質(zhì)量指數(shù)是依據(jù)土壤指標(biāo)與植物生長(zhǎng)的關(guān)系，將土壤單個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)按照其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。土壤單質(zhì)量指數(shù)最大特點(diǎn)就是等價(jià)性，便于對(duì)比，計(jì)算簡(jiǎn)單，能較直觀明確地指出各檢測(cè)養(yǎng)分的豐缺級(jí)別及排序。在標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中，養(yǎng)分指標(biāo)與植物生長(zhǎng)的關(guān)系曲線通常主要分為兩種類(lèi)型：“S”形、反“S”形［13］。滿(mǎn)足“S”形、反“S”形標(biāo)準(zhǔn)化的公式如表3。

表3 土壤質(zhì)量指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式Table3 Standardized formula of soil quality index

1.5.3 土壤綜合量指數(shù)（SCQI）計(jì)算 土壤綜合質(zhì)量指數(shù)（SCQI）是指在給定的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)每一種元素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)，然后估計(jì)整個(gè)土壤質(zhì)量。綜合質(zhì)量指數(shù)在減少評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量主觀因素影響的同時(shí)，能突出土壤屬性因子中最差因子對(duì)土壤質(zhì)量的影響，該評(píng)價(jià)方法反映了生態(tài)學(xué)中作物生長(zhǎng)的最小因子定律，也提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度。計(jì)算方法采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅（Nemoro）綜合指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算［16-18］，土壤綜合質(zhì)量指的計(jì)算公式：

式中：Q為土壤質(zhì)量指數(shù)；pi為土壤養(yǎng)分單質(zhì)量指數(shù)的平均值；Pimin為土壤養(yǎng)分單質(zhì)量指數(shù)最小值；n為養(yǎng)分個(gè)數(shù)。

本研究中，先對(duì)模擬降雨后土壤全氮、有效磷及速效鉀（n=3）3個(gè)養(yǎng)分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后即為某養(yǎng)分的單質(zhì)量指數(shù)，與模擬降雨前的單質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行比較，若某養(yǎng)分質(zhì)量指數(shù)下降，表明該養(yǎng)分在降雨過(guò)程存在一定程度流失，且下降幅度越大，其流失程度越大；若較降雨前升高，表明降雨可活化無(wú)效養(yǎng)分或促進(jìn)土壤固定養(yǎng)分的釋放。將獲得的模擬降雨后土壤養(yǎng)分單質(zhì)量指數(shù)平均值與最小值按照土壤綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算得到土壤綜合質(zhì)量指數(shù)，與模擬降雨前土壤綜合質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行比較，若土壤綜合質(zhì)量指數(shù)較模擬降雨前下降，表明降雨造成土壤養(yǎng)分綜合流失，下降幅度越大，即流失程度越大；若較降雨前升高，表明降雨對(duì)土壤綜合養(yǎng)分具有一定提升作用，但具體是哪一土壤養(yǎng)分含量升高要結(jié)合土壤單質(zhì)量指數(shù)分析。

文中數(shù)據(jù)處理采用Excel、SAS軟件進(jìn)行。

圖1 模擬降雨后土壤坡面全氮的質(zhì)量指數(shù)Fig. 1 Soil TN indices of soil slopes after simulated rainfall （same as fllows）

2 結(jié)果與分析

2.1 單質(zhì)量指數(shù)法表征模擬降雨對(duì)土壤坡面養(yǎng)分的影響

2.1.1 全氮 降雨是造成坡面氮素流失的主要因素之一。模擬降雨后，棕壤表層坡面坡上、坡中和坡下部的全氮指數(shù)分別變?yōu)?.82 ± 0.02、0.83 ± 0.01和0.82 ± 0.02，沿坡面向下均整體呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)（圖1A）；下層坡面坡上、坡中和坡下部的全氮指數(shù)分別變?yōu)?.79 ± 0.01、0.78 ± 0.01和0.77 ± 0.01，沿坡面向下均整體呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)。整個(gè)棕壤坡面的全氮指數(shù)變?yōu)榻涤昵暗?8.24%，其中表層與下層的土壤全氮指數(shù)分別比模擬降雨前降低了61.93%和63.21%，全氮指數(shù)顯著降低，即降雨造成了棕壤坡面氮素的嚴(yán)重流失。

模擬降雨后，整個(gè)褐土坡面的平均全氮指數(shù)變?yōu)榻涤昵暗?9.76%，降雨造成的褐土坡面氮素流失嚴(yán)重。整個(gè)表層坡面全氮指數(shù)變?yōu)?.26 ± 0.89，比模擬降雨前降低了46.70%，沿坡面向下全氮指數(shù)大體呈先升高后降低趨勢(shì)，以坡上部（尤以0 ～ 40 cm坡位）和坡下部（尤以150 ～ 200 cm坡位）的全氮指數(shù)較?。▓D1B）；下層坡面全氮指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的64.72%，全氮指數(shù)變化幅度在1.08 ～ 2.08，其變化趨勢(shì)同表層坡面，也以坡上部和坡下部的全氮指數(shù)較小。相對(duì)于下層坡面，表層氮素流失受降雨影響程度較大，全氮指數(shù)低于下層坡面16.77%。

模擬降雨后，整個(gè)紅壤坡面的平均全氮指數(shù)變?yōu)榻涤昵暗?7.50%，全氮總量有小幅降低。表層坡面的全氮指數(shù)變?yōu)?.55 ± 0.05，比模擬降雨前降低了6.67%，沿坡面向下全氮指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)（圖1C）；下層坡面的全氮指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的81.67%，全氮指數(shù)變化幅度在0.44 ～ 0.52，其變化趨勢(shì)與表層坡面相似。相對(duì)于下層坡面，表層氮素流失受降雨影響程度較大，全氮指數(shù)比下層坡面降低0.01 ～0.16。

模擬降雨造成了3種類(lèi)型土壤坡面不同程度的氮素流失，從3種類(lèi)型土壤的全氮指數(shù)指標(biāo)來(lái)看，模擬降雨后，棕壤坡面的全氮指數(shù)降低最多，褐土次之，紅壤最少，也即3種類(lèi)型土壤坡面的氮素流失量為棕壤坡面＞褐土坡面＞紅壤坡面。

2.1.2 有效磷 降雨會(huì)引起坡面土壤有效磷含量的變化。模擬降雨后，棕壤表層坡面有效磷指數(shù)升高了11.93%，并沿坡面向下呈先升高后降低趨勢(shì)（圖2A）；而下層坡面有效磷指數(shù)小幅降低（有效磷指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的96.02%），沿坡面向下有效磷指數(shù)呈先逐漸升高趨勢(shì)。整個(gè)棕壤坡面的有效磷指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的103.98%，稍高于模擬降雨前，即降雨會(huì)在一定程度上增加棕壤坡面土壤有效磷的含量。

模擬降雨后，褐土表層坡面有效磷指數(shù)有小幅升高，較模擬降雨前升高了4.00%，沿坡面向下有效磷指數(shù)呈先升高后降低趨勢(shì)（圖2B）；下層坡面基本持平，但坡上部（0 ～ 40 cm坡位）的有效磷指數(shù)較模擬降雨前有較大幅度的降低。整個(gè)褐土坡面的有效磷指數(shù)稍高于模擬降雨前，比模擬降雨前升高了2.00%，即降雨也會(huì)小幅提高褐土坡面有效磷的含量。

圖2 模擬降雨后土壤坡面有效磷的質(zhì)量指數(shù)Fig. 2 Soilavailable P indices of soil slopes after simulated rainfall

模擬降雨后，紅壤坡面的有效磷指數(shù)比模擬降雨前有較大幅度升高，平均高出模擬降雨前32.10%。其中表層坡面的有效磷指數(shù)升高了47.73%，沿坡面向下有效磷指數(shù)呈先升高后降低趨勢(shì)（圖2C）；下層坡面的有效磷指數(shù)升高了16.48%，沿坡面向下有效磷指數(shù)的變化趨勢(shì)與表層坡面基本一致。表明降雨能顯著提高紅壤坡面有效磷的含量，并以表層坡面的提高幅度大于下層坡面。

模擬降雨均會(huì)提高3種類(lèi)型土壤坡面有效磷的含量，從3種類(lèi)型土壤的有效磷指數(shù)指標(biāo)來(lái)看，模擬降雨后，紅壤坡面的有效磷指數(shù)升高最大，棕壤次之，褐土最小，也即3種類(lèi)型土壤坡面的磷素增加量為紅壤坡面＞棕壤坡面＞褐土坡面，這是由于紅壤富含鐵鋁氧化物并與有效態(tài)磷結(jié)合形成閉蓄態(tài)磷，而在降雨作用下經(jīng)過(guò)雨滴沖刷和水淹后閉蓄態(tài)磷又大量轉(zhuǎn)化為有效態(tài)磷。3種類(lèi)型土壤有效磷指數(shù)在不同坡位的變化趨勢(shì)不同表明，降雨過(guò)程中存在有效磷的流失與淋溶，且不同類(lèi)型土壤的有效磷損失情況不同。

2.1.3 速效鉀 降雨會(huì)引起坡面土壤速效鉀含量的變化，并能改變速效鉀在坡面不同坡位的分布狀況。模擬降雨后，整個(gè)棕壤坡面的速效鉀指數(shù)變?yōu)榻涤昵暗?7.52%，較模擬降雨前有小幅降低。其中表層坡面速效鉀指數(shù)比模擬降雨前降低了8.70%，速效鉀含量有小幅減少，沿坡面向下速效鉀指數(shù)整體大致呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)（圖3A）；而下層坡面的速效鉀指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的103.73%，速效鉀含量有小幅升高，沿坡面向下速效鉀指數(shù)大體呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。表明降雨能導(dǎo)致棕壤表層坡面速效鉀含量的減少和下層坡面速效鉀含量的小幅提升，且減少幅度大于提升幅度。

模擬降雨后，褐土表層坡面速效鉀指數(shù)比模擬降雨前降低了0.78%，速效鉀含量有小幅減少，沿坡面向下速效鉀指數(shù)大致呈現(xiàn)先降低后升高趨勢(shì)（圖3B）；下層坡面的速效鉀指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的101.18%，速效鉀含量有小幅升高，沿坡面向下速效鉀指數(shù)大體呈現(xiàn)與表層互補(bǔ)的變化趨勢(shì)。整個(gè)褐土坡面的平均速效鉀指數(shù)變?yōu)?.56，基本與降雨前（2.55）持平，即降雨條對(duì)褐土坡面速效鉀含量影響程度較小。

圖3 模擬降雨后土壤坡面速效鉀的質(zhì)量指數(shù)Fig. 3 Soilavailable K indices of soil slopes after simulated rainfall

模擬降雨后，整個(gè)紅壤坡面的速效鉀指數(shù)升高了11.24%。表層坡面速效鉀指數(shù)比模擬降雨前升高了10.44%，速效鉀含量有較大幅度升高，沿坡面向下速效鉀指數(shù)呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)（圖3C）；下層坡面的速效鉀指數(shù)變?yōu)槟M降雨前的112.05%，速效鉀含量也有較大幅度升高，沿坡面向下速效鉀指數(shù)呈先升高后降低的趨勢(shì)，并在100 cm坡位達(dá)到峰值。與表層坡面相比，下層坡面速效鉀指數(shù)升高幅度較大。

從3種類(lèi)型土壤的速效鉀指數(shù)指標(biāo)來(lái)看，模擬降雨后，紅壤坡面的速效鉀指數(shù)有較大幅度升高，褐土坡面降雨前后基本持平，棕壤坡面有小幅降低，3種類(lèi)型土壤坡面的鉀素增量為紅壤坡面＞褐土坡面＞棕壤坡面，這是由于土壤的干濕交替能夠提高土壤速效鉀的含量，雨水能促進(jìn)礦物鉀的釋放，而降雨造成的泥沙流會(huì)引起土壤速效鉀損失，加之土壤類(lèi)型不同，故速效鉀指數(shù)出現(xiàn)各異的變化。

2.2 綜合質(zhì)量指數(shù)法表征模擬降雨對(duì)土壤坡面養(yǎng)分的影響

2.2.1 表層坡面養(yǎng)分 模擬降雨下，采用單質(zhì)量指數(shù)法可明確表征一種養(yǎng)分在降雨前后的變化規(guī)律，但某一養(yǎng)分均不能代表土壤的整體質(zhì)量狀況，故對(duì)整個(gè)坡面的總體養(yǎng)分質(zhì)量情況還需通過(guò)綜合質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

模擬降雨后，棕壤表層坡面坡上、坡中和坡下部的綜合指數(shù)分別變?yōu)榻涤昵暗?3.79% ～ 69.83%、67.27% ～ 69.94% 和58.62% ～ 66.40%；褐土表層坡面分別變?yōu)?54.63% ～ 96.30%、91.67% ～ 95.37% 和59.26% ～ 79.63%；紅壤表層坡面分別變?yōu)?17.28% ～119.75%、119.78% ～ 125.93% 和109.88% ～ 123.46%。3種類(lèi)型土壤表層坡面綜合指數(shù)沿坡面向下均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)（圖4）。

與模擬降雨前相比，棕壤與褐土整個(gè)表層坡面綜合指數(shù)降低了33.62% 和22.53%，其中褐土在0 ～40 cm坡位的綜合指數(shù)極低，而紅壤升高了18.93%。表明降雨在一定程度上降低了棕壤與褐土表層坡面的養(yǎng)分總量，造成了坡面養(yǎng)分的流失；而對(duì)紅壤，降雨卻提高了紅壤表層坡面的土壤質(zhì)量，有效磷和速效鉀總量較降雨前有所升高。

圖4 模擬降雨后3種類(lèi)型土壤表層坡面養(yǎng)分的綜合質(zhì)量指數(shù)Fig. 4 SCQI of surface slopes of three tested soil types after simulated rainfall

2.2.2 下層坡面養(yǎng)分 模擬降雨后，棕壤下層坡面坡上、坡中和坡下部的綜合指數(shù)分別比降雨前降低了37.07% ～ 58.00%、31.90% ～ 36.21% 和31.03% ～31.90%，沿坡面向下呈逐漸升高趨勢(shì)；褐土下層坡面坡上、坡中及坡下部的綜合指數(shù)分別比降雨前降低了7.41% ～ 21.30%、7.37% ～ 12.04% 和8.33% ～17.28%，而紅壤下層坡面坡上、坡中及坡下部的綜合指數(shù)分別比降雨前升高了0.10% ～ 7.41%、11.11% ～13.58%及3.93% ～ 11.11%，褐土與紅壤下層坡面綜合指數(shù)沿坡面向下均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)（圖5）。

圖5 模擬降雨后3種類(lèi)型土壤下層坡面養(yǎng)分的綜合質(zhì)量指數(shù)Fig. 5 SCQI of lower slopes of three soil types after simulated rainfall

與模擬降雨前相比，棕壤與褐土整個(gè)下層坡面綜合指數(shù)降低了35.34% 和11.73%，而紅壤升高了7.00%，即降雨在一定程度上也造成了棕壤與褐土下層坡面的養(yǎng)分流失，降低了土壤質(zhì)量，且以降雨對(duì)棕壤的影響較大；相對(duì)于棕壤與褐土，降雨反而提高了紅壤下層坡面的土壤質(zhì)量，其中以提高土壤有效磷總量為主。

3 結(jié)論

1） 模擬降雨下，3種類(lèi)型土壤坡面全氮指數(shù)均有所降低，并以坡下部全氮指數(shù)降低最多，氮素流失嚴(yán)重。3種類(lèi)型土壤中，棕壤坡面全氮指數(shù)降低最多，分別為褐土和紅壤的1.56倍和6.37倍。

2） 降雨不僅造成土壤有效磷的淋溶與流失，同時(shí)還引起其活化與釋放，除棕壤下層坡面有效磷指數(shù)降低3.98% 外，其余土壤坡面升高4.00% ～ 47.73%，并以紅壤表下層坡面升高幅度最大。

3） 模擬降雨下，土壤速效鉀含量受土壤類(lèi)型影響較大。3種類(lèi)型土壤中，紅壤坡面的速效鉀指數(shù)有較大幅度升高，褐土坡面降雨前后基本持平，而棕壤坡面有小幅降低。

4） 與模擬降雨前相比，棕壤與褐土表下層坡面綜合指數(shù)分別降低了33.62%、35.34% 與22.53%、11.73%，而紅壤反而升高了18.93% 與7.00%，即棕壤土壤質(zhì)量因降雨下降最嚴(yán)重，褐土次之，紅壤因降雨而使土壤質(zhì)量提升，但應(yīng)重視氮素的流失。

［1］ 王輝， 王全九， 邵明安. PAM 對(duì)黃土坡地水分養(yǎng)分遷移特性影響的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2008， 24（6）：85-88

［2］ 王輝， 王全九， 邵明安. 人工降雨條件下黃土坡面養(yǎng)分隨徑流遷移試驗(yàn)［J］. 水土保持學(xué)報(bào)， 2006， 22（6）： 39-43

［3］ Havis R N， Alberts E E. Nutrient leaching from fielddecomposed corn and soybean residue under simulated rainfall［J］. Soil Science Society of America Journal， 1993，6： 211-218

［4］ Torstensson G， Aronsson H. Nitrogen leaching and crop availability in manured catch crop system in Sweden［J］. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2000， 56： 139-152

［5］ 陳志良， 程炯， 劉平， 等. 暴雨徑流對(duì)流域不同土地利用土壤氮磷流失的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)， 2008， 22（5）：30-33

［6］ 孫佳美， 余新曉， 樊登星. 模擬降雨條件下黑麥草對(duì)土壤水分入滲的影響［J］. 土壤， 2014， 46（6）： 1 115-1 120

［7］ 呂玉娟， 彭新華， 高磊， 等. 紅壤丘陵崗地區(qū)坡地地表徑流氮磷流失特征研究［J］. 土壤， 2015， 47（2）： 297-304

［8］ 譚德水， 江麗華， 譚淑櫻， 等.湖區(qū)小麥-玉米輪作模式下不同施肥措施調(diào)控氮磷養(yǎng)分流失研究［J］. 土壤學(xué)報(bào)，2015， 52（1）： 128-137

［9］ 紀(jì)雄輝， 鄭圣先， 魯艷紅， 等. 施用尿素和控釋氮肥的雙季稻田表層水氮素動(dòng)態(tài)及其徑流損失規(guī)律［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2006， 39（12）： 2 521-2 530

［10］ 曹志洪， 周健民. 中國(guó)土壤質(zhì)量［M］. 北京： 科學(xué)出版社，2008： 45-52

［11］ 郭新送， 宋付朋， 高楊， 等. 模擬降雨對(duì)3種類(lèi)型土壤氮、磷素空間分布及其顆粒組成的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)， 2013， 27（6）： 41-45

［12］ Wagenet R J， Hutson J S. Soil quality and its dependence and dynamic physical processes［J］. J. Environ. Qual.， 1997，26（1）： 41-48

［13］ 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析［M］. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000： 49-52， 263-268

［14］ 曹志洪， 周健民. 中國(guó)土壤質(zhì)量［M］. 北京： 科學(xué)出版社，2008： 45-52

［15］ Li J L， Li W F， Yang X P， et a1. The impact of land use change on quality evolution of soil genetic layer on the coastal plain of south Hangzhou ［J］. Bay. J. GeogrSci， 2008，18（4）： 469-482

［16］ 單奇華， 俞元春， 張建鋒， 等. 城市森林土壤肥力質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)［J］. 水土保持通報(bào)， 2009， 29（4）： 186-190

［17］ 闞文杰， 吳啟堂. 一個(gè)定量綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的方法初探［J］. 土壤通報(bào)， 1994， 25（6）： 245-247

［18］ 趙彥鋒， 程道全， 陳杰， 等. 耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建中的問(wèn)題與分析邏輯. 2015-07-09. http：//www.cnki. net/kcms/detail/32.1119.p.20150709.1059.005.html.

Quality Indices on Nutrient Loss Characteristics of Soil Slope Under Simulated Rainfall

GUO Xinsong1，3， DING Fangjun1，2，3*， SONG Fupeng1，2， CHEN Shigeng1，3， GE Yuming3
（1 National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources， Taian， Shandong 271018， China；2 College of Resources and Environment， Shandong Agricultural University， Taian， Shandong 271018， China； 3 Engineering Technology Research Center of Shandong Province， Efficient Utilization of Humic Acid， Shandong Agricultural University，F(xiàn)ertilizer Science Tech. Co. Ltd.， Taian， Shandong 271000， China）

The nutrient loss characteristics of three soils （brown soil， cinnamon soil and red soil） were studied by using indoor automatic rainfall simulation system， soil single quality index （SSQI） and soil comprehensive quality index（SCQI）.The results showed that the simulated rainfall caused the different loss levels of nitrogen on all three tested soil slopes， total nitrogen index all decreased， and decreased most at all the bottom slopes； total nitrogen indices on both surface and lower slope reduced most in brown soil， which was 1.33 times and 1.79 times of cinnamon soil， 9.28 times and 3.45 times of red soil， respectively. The available phosphorus content was increased by simulated rainfall， except brown soil’s available phosphorus index reduced by 3.98%， the available phosphorus index on other soils’ slopes increased from 4.00% to 47.73%， increased most in the surface lower slope of red soil. Under simulated rainfall， rapidly available potassium index of red soil increased significantly， that of cinnamon soil changed little， and that of brown soil decreased slightly. After simulated rainfall， surface and lower slope comprehensive indices of brown soil and cinnamon soil were reduced by 33.62%， 35.34% and 22.53%， 33.62%， respectively， while that of red soil increased by 18.93% and 7.00%.

Quality index； Simulated rainfall； Soil types； Nutrient loss

S153；S156.4

10.13758/j.cnki.tr.2016.05.023

山東省自主創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)（2014ZZCX07302）和山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013GNC21101）資助。

*通訊作者（dfj401@163.com）

郭新送（1987—），男，山東新泰人，碩士，工程師，主要從事土壤生態(tài)學(xué)研究。E-mail： guoxinsong1028@163.com