沉陷區土壤養分遷移范文

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《湖北農業科學雜志》2014年第十一期

1試驗設計與分析方法

1．1試驗設計試驗在室內進行，試驗裝置由試驗槽、不銹鋼鋼架、降雨器組成。試驗槽由厚為1cm的有機玻璃板制成，內部長85cm，寬18cm，高50cm，實際填土體積85cm×18cm×45cm。試驗槽兩側設有取樣孔，底部設置排水孔，具體設置見圖1。試驗槽上方用不銹鋼鋼架支撐平行排列的PVC水管，水管距離實驗槽上方70cm，水管下方均勻扎有細孔，以保證降雨均勻，降雨投影面積為0．16m2。水管兩側設置水表，以便測定降雨強度和降雨量。

1．2降雨模擬試驗在試驗槽內按1．3g／cm3容重分層填裝供試土壤，填土深度45cm。墊起試驗槽一端，用地質羅盤儀測定使其達到設計坡度，本試驗設置0°、15°、30°、45°四個坡度。設定好坡度后打開降雨裝置開始降雨，降雨強度為1．3mm／min，連續降雨3h后關閉該裝置。

1．3采樣分析方法降雨后每隔48h進行一次采樣，共采集4次土壤樣品。依照與坡面垂直的方向設計剖面，進行土樣采集。不同坡度的降雨試驗中，第一個采樣點距坡頂的垂直距離均為8．5cm。自第一個采樣點起，沿與坡面平行方向每隔17cm設計一個采樣點，共計5個采樣點，依次記為點A、B、C、D、E。同時為了能反映降水的滲透、淋溶等作用對土壤養分流失的影響，在每個采樣點距地表10、25、40cm處，自上而下采集3個土樣，共計采集土樣240個。試驗測定項目有速效氮、速效磷、速效鉀、有機質，分別采用堿解擴散法、碳酸氫鈉浸提法、乙酸銨浸提法和重鉻酸鉀容量法測定。試驗數據采用SPSS數據分析軟件進行處理。

2結果與分析

2．1坡度對土壤養分含量的影響土壤養分主要通過徑流和徑流中攜帶的泥沙流失。其中水是土壤溶質的溶劑和載體，也是溶質隨地表遷移的驅動者，它不僅使土壤溶質隨徑流水遷移，而且使溶質隨侵蝕泥沙而遷移［12］。降雨過程中，隨著土壤由濕潤到水分飽和，入滲量逐漸減少，雨水對地表沖刷能力增強，表層徑流量增大，侵蝕作用逐漸明顯。坡地在雨水的沖刷下，表土極易流失，土壤侵蝕量較大，特別是在細顆粒的吸附作用下，流失土壤表面的養分物質成為養分流失的主體。圖2為降雨后48h距地表10cm處的土壤分含量變化情況。土壤養分含量隨坡度的增加而減少。該層土壤中速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量隨坡度的變化有較大不同。坡度由0°增加到15°，土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量減少幅度最小，坡度由15°增加到30°，土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量減少幅度居中，坡度由30°增加到45°，四種土壤養分含量減少幅度最大。說明在一定的坡度范圍內，隨著坡度的增加，土壤養分減少幅度會不斷增大。對土壤養分含量與坡度進行相關性分析可知，速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量與坡度的決定系數分別為0．9903、1．0000、0．9968、0．9927，四種土壤養分含量與坡度相關顯著，其回歸方程如。

2．2土壤養分的空間分布狀況圖3為降雨48h后土壤養分含量分布情況。總的趨勢是隨著坡度的增加土壤養分含量減小，同一坡度下土壤層越深，土壤養分含量越高，例如速效氮在距坡頂8．5cm處，四種坡度下，10cm土壤層土壤樣本速效氮含量分別為38．9、17．7、9．9、3．8mg／kg，變異系數為87％；而40cm土壤層土壤樣本速效氮含量則分別為51．1、48．2、47．6、46．3mg／kg，變異系數為4％。分析原因是伴隨坡地土壤侵蝕過程的發生，泥沙與徑流水是養分流失的主要載體和途徑。土壤侵蝕過程主要發生在地表，對深層土壤的影響不大［15］，因此地表土壤養分含量隨坡度的增加大幅度減小，深層土壤養分含量受坡度變化的影響并不顯著。坡面土壤養分遷移方式可分為兩種，一是易溶于水的土壤養分沿垂直方向隨水分入滲至深層土壤中，部分隨徑流沿坡面向坡底遷移；二是不易溶于水并吸附在土壤顆粒表面的土壤養分在徑流的作用下向坡底遷移，而泥沙中含有顆粒細小、比表面積大的黏粒，能夠吸附大量的土壤養分［16］。由圖3可知，四種不同坡度條件下，各養分在坡底附近的含量均高于坡頂附近含量，如15°坡面10cm土壤層采樣點E處土壤速效氮含量36．9mg／kg，高于0°坡度相應位置處（可以類比坡頂）土壤速效氮含量。說明兩種遷移方式均可導致土壤養分在坡底附近富集。

2．3土壤養分隨時間的變化規律由圖4可知，四種坡面土壤養分含量隨時間變化規律基本一致，四種坡面10cm土壤層的土壤速效氮和有機質含量隨時間的變化呈減少的趨勢，25、40cm土壤層上述兩種土壤養分則沒有明顯變化。分析原因是部分速效氮揮發至空氣中［17］，導致表層土壤速效氮含量隨時間的增加呈減少的趨勢；隨著時間推移，有機質中部分物質分解［18］，導致表層土壤有機質含量隨時間的變化而減少。建議在農業生產中及時補充氮肥和有機肥，以保證農作物的正常生長發育。各坡面各土層速效磷含量無明顯變化。四種坡面10cm土層的土壤速效鉀含量隨時間的變化呈增加的趨勢，中土層和底土層有緩慢減少的趨勢。其原因是速效鉀易溶于水［19］，其遷移方式受水分運動的影響較大，下層土壤速效鉀在毛管水的作用下向地表遷移，導致10cm土層的土壤速效鉀含量隨時間的變化呈增加的趨勢，而25、40cm土壤層的土壤速效鉀含量隨時間的變化呈減少的趨勢。

3結論

1）降雨條件下，在一定的沉陷區坡度范圍內，土壤養分隨著坡度增大而減少。距地表10cm土層的土壤養分含量總體上隨坡度的增加而大幅度減小，而深層土壤養分含量隨坡度變化較小。2）不同土壤層的土壤養分含量從沉陷區坡頂到坡底的變化幅度不同：接近地表處，土壤養分含量從坡頂到坡底增加幅度大，而深層土壤養分含量從坡頂到坡底增加緩慢。3）坡度大于0°的坡面土壤養分含量從坡頂到坡底呈增加的趨勢，其坡底附近區域出現了各土壤養分的富集現象。接近地表處土壤速效氮、有機質含量隨時間的變化呈現減少的趨勢，速效磷含量隨時間的推移沒有明顯變化，接近地表處土壤速效鉀含量隨時間的變化而增加。

作者：王曦黃璨章如芹嚴家平單位：安徽理工大學地球與環境學院