沉陷区土壤养分迁移范文

《湖北农业科学杂志》2014年第十一期

1试验设计与分析方法

1．1试验设计试验在室内进行，试验装置由试验槽、不锈钢钢架、降雨器组成。试验槽由厚为1cm的有机玻璃板制成，内部长85cm，宽18cm，高50cm，实际填土体积85cm×18cm×45cm。试验槽两侧设有取样孔，底部设置排水孔，具体设置见图1。试验槽上方用不锈钢钢架支撑平行排列的PVC水管，水管距离实验槽上方70cm，水管下方均匀扎有细孔，以保证降雨均匀，降雨投影面积为0．16m2。水管两侧设置水表，以便测定降雨强度和降雨量。

1．2降雨模拟试验在试验槽内按1．3g／cm3容重分层填装供试土壤，填土深度45cm。垫起试验槽一端，用地质罗盘仪测定使其达到设计坡度，本试验设置0°、15°、30°、45°四个坡度。设定好坡度后打开降雨装置开始降雨，降雨强度为1．3mm／min，连续降雨3h后关闭该装置。

1．3采样分析方法降雨后每隔48h进行一次采样，共采集4次土壤样品。依照与坡面垂直的方向设计剖面，进行土样采集。不同坡度的降雨试验中，第一个采样点距坡顶的垂直距离均为8．5cm。自第一个采样点起，沿与坡面平行方向每隔17cm设计一个采样点，共计5个采样点，依次记为点A、B、C、D、E。同时为了能反映降水的渗透、淋溶等作用对土壤养分流失的影响，在每个采样点距地表10、25、40cm处，自上而下采集3个土样，共计采集土样240个。试验测定项目有速效氮、速效磷、速效钾、有机质，分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提法、乙酸铵浸提法和重铬酸钾容量法测定。试验数据采用SPSS数据分析软件进行处理。

2结果与分析

2．1坡度对土壤养分含量的影响土壤养分主要通过径流和径流中携带的泥沙流失。其中水是土壤溶质的溶剂和载体，也是溶质随地表迁移的驱动者，它不仅使土壤溶质随径流水迁移，而且使溶质随侵蚀泥沙而迁移［12］。降雨过程中，随着土壤由湿润到水分饱和，入渗量逐渐减少，雨水对地表冲刷能力增强，表层径流量增大，侵蚀作用逐渐明显。坡地在雨水的冲刷下，表土极易流失，土壤侵蚀量较大，特别是在细颗粒的吸附作用下，流失土壤表面的养分物质成为养分流失的主体。图2为降雨后48h距地表10cm处的土壤分含量变化情况。土壤养分含量随坡度的增加而减少。该层土壤中速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量随坡度的变化有较大不同。坡度由0°增加到15°，土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量减少幅度最小，坡度由15°增加到30°，土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量减少幅度居中，坡度由30°增加到45°，四种土壤养分含量减少幅度最大。说明在一定的坡度范围内，随着坡度的增加，土壤养分减少幅度会不断增大。对土壤养分含量与坡度进行相关性分析可知，速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量与坡度的决定系数分别为0．9903、1．0000、0．9968、0．9927，四种土壤养分含量与坡度相关显著，其回归方程如。

2．2土壤养分的空间分布状况图3为降雨48h后土壤养分含量分布情况。总的趋势是随着坡度的增加土壤养分含量减小，同一坡度下土壤层越深，土壤养分含量越高，例如速效氮在距坡顶8．5cm处，四种坡度下，10cm土壤层土壤样本速效氮含量分别为38．9、17．7、9．9、3．8mg／kg，变异系数为87％；而40cm土壤层土壤样本速效氮含量则分别为51．1、48．2、47．6、46．3mg／kg，变异系数为4％。分析原因是伴随坡地土壤侵蚀过程的发生，泥沙与径流水是养分流失的主要载体和途径。土壤侵蚀过程主要发生在地表，对深层土壤的影响不大［15］，因此地表土壤养分含量随坡度的增加大幅度减小，深层土壤养分含量受坡度变化的影响并不显著。坡面土壤养分迁移方式可分为两种，一是易溶于水的土壤养分沿垂直方向随水分入渗至深层土壤中，部分随径流沿坡面向坡底迁移；二是不易溶于水并吸附在土壤颗粒表面的土壤养分在径流的作用下向坡底迁移，而泥沙中含有颗粒细小、比表面积大的黏粒，能够吸附大量的土壤养分［16］。由图3可知，四种不同坡度条件下，各养分在坡底附近的含量均高于坡顶附近含量，如15°坡面10cm土壤层采样点E处土壤速效氮含量36．9mg／kg，高于0°坡度相应位置处（可以类比坡顶）土壤速效氮含量。说明两种迁移方式均可导致土壤养分在坡底附近富集。

2．3土壤养分随时间的变化规律由图4可知，四种坡面土壤养分含量随时间变化规律基本一致，四种坡面10cm土壤层的土壤速效氮和有机质含量随时间的变化呈减少的趋势，25、40cm土壤层上述两种土壤养分则没有明显变化。分析原因是部分速效氮挥发至空气中［17］，导致表层土壤速效氮含量随时间的增加呈减少的趋势；随着时间推移，有机质中部分物质分解［18］，导致表层土壤有机质含量随时间的变化而减少。建议在农业生产中及时补充氮肥和有机肥，以保证农作物的正常生长发育。各坡面各土层速效磷含量无明显变化。四种坡面10cm土层的土壤速效钾含量随时间的变化呈增加的趋势，中土层和底土层有缓慢减少的趋势。其原因是速效钾易溶于水［19］，其迁移方式受水分运动的影响较大，下层土壤速效钾在毛管水的作用下向地表迁移，导致10cm土层的土壤速效钾含量随时间的变化呈增加的趋势，而25、40cm土壤层的土壤速效钾含量随时间的变化呈减少的趋势。

3结论

1）降雨条件下，在一定的沉陷区坡度范围内，土壤养分随着坡度增大而减少。距地表10cm土层的土壤养分含量总体上随坡度的增加而大幅度减小，而深层土壤养分含量随坡度变化较小。2）不同土壤层的土壤养分含量从沉陷区坡顶到坡底的变化幅度不同：接近地表处，土壤养分含量从坡顶到坡底增加幅度大，而深层土壤养分含量从坡顶到坡底增加缓慢。3）坡度大于0°的坡面土壤养分含量从坡顶到坡底呈增加的趋势，其坡底附近区域出现了各土壤养分的富集现象。接近地表处土壤速效氮、有机质含量随时间的变化呈现减少的趋势，速效磷含量随时间的推移没有明显变化，接近地表处土壤速效钾含量随时间的变化而增加。

作者：王曦黄璨章如芹严家平单位：安徽理工大学地球与环境学院