全 文 ：不同农作措施下红壤坡耕地土壤钾素
流失特征的研究 3
袁东海1 3 3 　王兆骞1 3 3 　陈　欣1 　郭新波1 　张如良2
(浙江大学农业生态研究所 ,杭州 310029 ;浙江兰溪水土保持监督站 ,兰溪 321100)
【摘要】　研究了 6 种农作措施下红壤坡耕地土壤钾素的流失特征. 结果表明 ,红壤坡耕地土壤钾素的地表
流失主要是以推移质形式和径流形式流失的 ;在泥砂流失量较小的等高农作、等高土埂处理的坡耕地 ,土
壤钾素主要以径流形式流失 ;休闲处理的坡耕地通过径流流失的钾素和推移质流失的钾素基本相当 ,而在
泥砂流失量较大的顺坡农作处、水平草带、水平沟处理的坡耕地土壤钾素主要以推移质形式流失. 在径流
流失的钾素中 ,又以泥砂结合态为主. 除顺坡农作处理以外 ,其它农作措施均有控制土壤钾素流失的作用 ,
等高农作、休闲、等高土埂等农作措施优于水平草带和水平沟农作措施. 2000 年红壤坡耕地土壤钾素的流
失时间主要集中在 5～8 月份.
关键词 　红壤 　坡耕地 　钾素流失 　农作措施
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 08 - 1257 - 04 　中图分类号 　153. 6 　文献标识码 　A
Properties of potassium loss from red soil slope land in different farming systems. YUAN Donghai1 , WAN G
Zhaoqian1 , CHEN Xin1 , GUO Xinbo1 , ZHAN G Ruliang2 (1 Institute of A groecology , Zhejiang U niversity ,
Hangz hou 310029 ;2 L anxi Soil and W ater Conservation S upervision S tation , Zhejiang Province , L anxi
321100) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (8) :1257～1260.
The properties of potassium loss in red soil slope field under six cultivations were studied. The results showed
that potassium lost mainly with bed load and runoff on surface of soil. The potassium lost mostly with runoff in
slope field under contour , contour dam cultivated ways with less sediment except the fallow , under which the
loss of potassium with bed load equaled to the loss of potassium with runoff . The potassium lost mostly with bed
load in slope field under straight , grass strip and contour ditch cultivated ways with more sediment , and particu2
late potassium was the main form of potassium lost in runoff . Compared with straight cultivated way , other cul2
tivated ways reduced soil potassium loss significantly. Contour , fallow , and contour dam cultivated ways were
better than straight and grass stripe cultivated ways on controlling potassium loss. In the year of 2000 , the
potassium loss was mainly occurred during May to August accounting for 87. 24～100 % of total annual lost .
Key words 　Red soil , Slope field , Potassium loss , Cultivation.3 国家自然科学基金重点资助项目 (30030030) .3 3 通信联系人.
2001 - 08 - 23 收稿 ,2002 - 02 - 24 接受.
1 　引 　　言
钾素是植物生长必需的营养元素 ,对于植物光
合作用产物2碳水化合物的运移和储存有着重要作
用[11 ] .南方地区土壤普遍缺钾 ,一方面由于高温多
雨等因素 ,长石、云母等硅酸盐土壤矿物极易以脱硅
富铝化过程进行风化 ,形成粘细的次生粘土矿物 ,释
放出大量盐基离子. 这些盐基离子极易随水流失 ,造
成土壤中有效钾含量水平较低. 另一方面南方红壤
地区土壤因母质风化作用 ,铁铝矿物含量较高 ,富含
钾素的土壤次生矿物含量普遍较低[3 ,5 ,8 ,14 ] . 一些学
者研究了坡耕地水土流失和养分流失状况和控制水
土流失和养分流失的农作措施的水土保持和养分保
持效应 ,但主要集中在对湖泊产生富营养化作用的
非点源污染物 ———N、P 流失方面[2 ,12 ] ,对红壤地区
土壤养分元素流失特别是钾素流失的状况及影响因
素研究较少. 有的学者指出 ,红壤地区土壤矿物元素
包括钾素流失是造成土壤矿质含量过低、植物缺钾
的重要原因[6 ,8 ,9 ] . 防止水土流失过程中钾的流失和
施用钾肥是维持土壤钾素水平和满足农作物对钾素
的需求的重要手段. 基于这种目的 ,本研究通过不同
农作措施的试验 ,研究红壤坡耕地土壤钾素的流失
特征和具有水保效应的农作措施对土壤钾素的保持
效应 ,为筛选具有水保效应和控制土壤钾素流失的
农作系统 ,提供理论依据和实践措施.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
试验区设在浙江省兰溪市水土保持监督站径流场 . 该径
流场位于浙江省中部偏西 ,金衢盆地北缘 ,钱塘江上游 ,属亚
应 用 生 态 学 报 　2003 年 8 月 　第 14 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2003 ,14 (8)∶1257～1260
热带季风气候区 ,年平均降雨量 1 400～1 600 mm ,降雨量分
布极不均匀 ,主要集中在 4～8 月份 ,年平均温度为 17. 7 ℃,
大于 10 ℃的年均积温为 5 600 ℃. 低丘红壤是该地区主要
的地带性土壤.
212 　研究方法
径流小区设置在同一坡面上 ,长 20 m ,宽 10 m ,面积为
200 m2 ,坡度 15°,坡向东偏南 ,有界 ,下设室内沉沙池. 其出
口处安装一个“V”型薄壁三角堰 ,高度 40 cm ,最大流量为
0. 025 m3·s - 1 ,并安装 SW40 型日自记水位计和水准尺. 试
验时间为 2000 年 1～12 月.
试验共设 6 个处理 :1)休闲 ,其上植被为草本植被 ,植被
状况良好 ;2) 等高土埂 ,在坡长方向每隔 5 m 设一土埂 ,宽
60 cm ,高 30 cm ,并夯实 ;3) 水平草带 ,于坡长方向每隔 5 m
设一草带种植区 ,宽度为 1 m ,用于种植百喜草 ( Paspalum
notatum) ;4)水平沟 ,在坡长方向每隔 5 m 设一水沟 ,宽 50
cm ,深 30 cm ;5)对照区 ,顺坡农作 ;6) 等高农作 ,在坡长方向
每隔 5 m 设一等高坡面.
供试径流小区土壤理化性质基本相近 :有机质平均14. 8
±0. 6 g·kg - 1 ,全 N 为 1. 00 ±0. 07 g·kg - 1 ,速效氮为 108. 2
±13 mg·kg - 1 ,全 P(以 P2O5 计) 为 518 ±26 mg·kg - 1 ,速效
磷 (以 P 计) 为 3. 73 ±0. 14 mg·kg - 1 ,全钾 (以 K2O 计) 为
8. 75 ±0. 12 g·kg - 1 ,缓效钾 (以 K计) 为 172. 5 ±13. 4 mg·
kg - 1 ,速效钾为 (以 K计) 54 ±4 mg·kg - 1 ,土壤质地为壤质
粘土. 除休闲处理径流小区不种农作物以外 ,其它径流小区
农作物种植方式为油菜～大豆轮作. 油菜播种时间为 1999
年 11 月中旬 ,中耕后穴播. 按 325 kg·hm - 2用量 ,将尿素与
土杂粪掺和 ,用于覆盖. 水平草带处理径流小区 2000 年 4 月
20 日左右播种百喜草. 5 月中旬油菜收割后播种大豆 ,穴播 ,
按 900 kg·hm - 2过磷酸钙用量 ,将过磷酸钙与土杂粪混和 ,
用于覆盖 ,苗齐后于 7 月上旬锄草 1 次.
213 　测定方法
21311 径流量 　用 SW40 型日自记水位计观测径流量. 根据
日自记水位计记录及水池面积、三角堰出口高度 ,以 1 次降
雨过程为单位 ,测定逐次降雨的径流量和径流历时.
21312 悬移质测定 　于沉沙池出口处 (或沉沙池中) 取出
1 000 ml 径流液 ,置于试剂瓶中 ,加盖 ,静置 1 周 ,倒去上部
清液 ,洗出悬移质 ,烘干称重 ,计算悬移质浓度 ,然后根据径
流量的测定结果 ,计算悬移质的流失量. 与此同时 ,取出 500
ml 径流液 ,置于塑料瓶中 ,加 2ml 浓硫酸带回实验室用于分
析.
21313 推移质测定 　于径流结束后 ,放完径流液 ,取出推移
质 ,风干 ,称重 ,测其含水量 ,计算推移质流失量.
21314 降雨量测定用 　ST 型自记虹吸式雨量计自行测定 ,
并辅以 SMI 型人工雨量计人工测定降雨量. 降雨侵蚀力则
根据自记雨量记录结果 ,求出 30 min 最大雨强 ( I30 ) ,采用
Wischmeier 降雨侵蚀力的求算公式计算出 [13 ] . 2000 年月降
雨量和降雨侵蚀力见表 1.
21315 其它 　土壤含水量用烘干法测定 [4 ] ,植被覆盖度用垂
直投影法[1 ]测定 ,推移质全钾用 NaOH 熔融火焰分光比色
法[4 ]测定. 推移质缓效钾用 1 mol·L - 1 HNO3 浸提 ,火焰分
光比色法[4 ]测定. 速效钾用 1 mol·L - 1 NH4Ac 浸提 ,火焰分
光比色法[4 ]测定. 径流全钾用浓硝酸消解后 ,火焰分光比色
法[7 ]测定 . 径流液用0 . 45μm滤膜过滤后 ,水溶性钾用火焰
分光比色法[7 ]测定径流中水溶性钾.
表 1 　径流小区所在地 2000 年降雨量( P)和降雨侵蚀力( R)
Table 1 Seasonable distribution of precipitation and R2value at experimental sites in 2000
项目
Item
月份 Month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
降雨量 112. 4 128. 3 133. 9 127. 3 151. 44 349. 9 58. 6 201. 4 7. 8 168 122. 1 31. 6
Precipitation (mm)
降雨侵蚀力 R 259 684. 8 670. 9 1 824 6 917 19 799 1 714 14 704 0 2 988 568. 20 0
(m·t·cm·hm - 2·h - 1)
3 　结果与讨论
311 　不同农作坡耕地土壤钾素流失量
　　钾的地表流失途径为推移质流失和径流流失 ,
表 2 　不同农作措施坡耕地土壤钾素的流失量
Table 2 Amount of K lost from slope land under different cultivated
ways
项目 Item
流失量 Loss amount
休闲
Fallow
等高土埂
Contour dam
水平草带
Grass strip
水平沟
Level ditch
顺坡农作
Straight
等高农作
Contour
径流量 Runoffmm 76. 5 39. 9 90. 5 72. 7 133. 7 58. 4
推移质 BL (t·km - 2) 45. 4 19. 4 195. 5 125. 7 391. 6 38. 2
悬移质 SL (t·km - 2) 29. 5 25. 4 75. 2 59. 3 108. 5 43. 3
总钾 TK(kg·km - 2) 1722. 8 1665. 9 6583. 6 4622. 1 11304. 3 2069. 5
推移质全钾BL K(kg·km - 2) 854. 3 834 4099. 3 2566. 1 7959. 7 708
径流全钾 RK(kg·km - 2) 868. 5 831. 9 2484. 3 2056 3344. 7 1361. 5
BL :Bed load;SL :Suspended load ; TK: Total K; BL K:Bed load K; RK:Runoff K.下同 The same below.
从 2000 年实测的汇总数据表 2 可以看出 ,泥砂流失
量较大的顺坡农作、水平草带和水平沟处理的坡耕
地 ,推移质形式流失的钾素大于以径流形式流失的
钾素 ,流失量分别占土壤钾素流失量的 70. 41 % ,
62. 27 % ,55. 52 %. 其原因是这些处理的坡耕地泥砂
流失量较大 ,推移质流失量较多 ,以推移质形式流失
的钾素所占的比例也较多. 在泥砂流失量较小的等
高土埂和等高农作处理的坡耕地 ,由于等高土埂和
等高坡面对推移质有截留作用 ,推移质在泥砂流失
量中所占的比例较小 ,因而以推移质形式流失的钾
素所占的比例较低 ,主要是以径流形式流失 ,其流失
量分别占土壤钾素流失量的 71. 35 %和65. 79 %. 休
闲处理坡耕地推移质流失的钾素和径流流失的钾素
8521 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
基本相当. 不同农作方式坡耕地钾素流失总量的大
小顺序为 :顺坡农作 > 水平草带 > 水平沟 > 等高农
作 > 休闲 > 等高土埂. 其中推移质形式流失的钾素
大小顺序为 :顺坡农作 > 水平草带 > 水平沟 > 休闲
> 等高土埂 > 等高农作. 径流形式流失的钾素大小
顺序为 :顺坡农作 > 水平草带 > 水平沟 > 等高农作
> 休闲 > 等高土埂. 由此可见 ,不同农作措施坡耕地
土壤钾素流失量差异较大 ,具有水保作用的农作措
施能减轻土壤钾素的流失. 本研究中水平草带、水平
沟、等高农作、休闲和等高土埂减轻土壤钾素的作用
显著 ,其中等高农作、休闲和等高土埂效果较好. 主
要原因是这些措施能有效地控制坡耕地的水土流
失 ,因而可以控制随泥沙和径流流失的钾素流失量.
312 　不同农作方式坡耕地的钾形态
　　土壤钾素的坡面流失形态主要为泥沙结合态和
水溶态. 从 2000 年实测的数据汇总值 (表 2) 中可以
看出 ,在流失的钾素中泥沙结合态钾所占的比例 :休
闲小区为 97. 20 % ,等高土埂处理为 89. 77 % ,水平
草带处理为 96. 38 % ,水平沟处理为 95. 73 % ,顺坡
农作处理为 97. 36 % ,等高农作处理为 94. 09 % ,表
明红壤坡耕地土壤钾素的流失主要是以泥砂结合态
形式流失的. 在不同处理的坡耕地泥砂结合态钾流
失量的顺序为 :顺坡农作 > 水平草带 > 水平沟 > 等
高农作 > 休闲 > 等高土埂 ;水溶态钾流失量顺序为
顺坡农作 > 水平草带 > 水平沟 > 等高农作 > 等高土
埂 > 休闲. 控制水土流失特别是控制泥沙流失可以
有效地控制土壤钾素的流失.
表 3 　不同农作方式坡耕地不同形态钾素流失量
Table 3 Amount of different forms of K lost in runoff under different
cultivated ways( kg·km - 2)
项目
Item
流失量 Amount of loss
休闲
Fallow
等高土埂
Contour dam
平草带
Grass strip
水平沟
Level ditch
顺坡农作
Straight
等高农作
Contour
总钾 TK 1722. 8 1665. 9 6583. 6 4622. 1 11304. 3 2069. 5
泥沙结合态钾 PK 48. 2 119. 2 238. 3 197. 4 298. 8 122. 3
水溶态钾 DK 1674. 6 1046. 7 6345. 3 4424. 8 11005. 8 1947. 2
PK:Particulate K,DK:Dissolved K.
313 　不同处理坡耕地推移质流失钾素有效性和富
集状况
　　尽管推移质中的缓效钾和速效钾所占比例很
低 ,但缓效钾和速效钾是农作物钾素营养的直接来
源. 缓效钾和速效钾的流失直接导致土壤钾素营养
下降 ,土壤肥力降低. 研究结果表明 ,不同处理的坡
耕地推移质全钾、缓效钾和速效钾和原状土壤相比
均有富集现象 (表 4) . 全钾富集系数 (推移质全钾含
量/ 原状土壤全钾含量) :休闲处理为 2. 15 ,等高土
埂处理为 1. 97 ,水平草带处理为 2. 4 ,水平沟处理为
表 4 　不同处理坡耕地推移质流失钾素有效性
Table 4 Loss of available K in bed load from bed load under different
cultivated ways( kg·km - 2)
项目
Item
流失量 Amount of loss
休闲
Fallow
等高土埂
Contour dam
水平草带
Grass strip
水平沟
Level ditch
顺坡农作
Straight
等高农作
Contour
全钾 TK 854. 3 834 4099. 3 2566. 1 7959. 7 708
缓效钾 NEK 31. 6 9. 05 33. 1 79. 1 284 17. 5
速效钾 AK 15. 5 4. 54 69. 6 43. 4 129. 6 10
NEK:Non2exchange K(1 mol·L - 1HNO3 extraction) ,AK:Available K.
2 . 33 ,顺坡农作处理为2. 32 ,等高农作处理为2. 12 ;缓
效钾富集系数 (推移质全钾含量/ 原状土壤全钾含
量) :休闲处理为 4. 03 ,等高土埂处理为2. 7 ,水平草
带处理为 3. 95 ,水平沟处理为 3. 65 ,顺坡农作处理
为 4. 21 ,等高农作处理为 2. 66 ;速效钾富集系数 :休
闲处理为 6. 33 ,等高土埂处理为 4. 33 ,水平草带处
理为 6. 59 ,水平沟处理为 6. 40 ,顺坡农作处理为
6. 13 ,等高农作处理为 4. 85 ,表明缓效钾和速效钾
更易随推移质流失. 这是因为地表产生径流时 ,径流
所携带的推移质往往是坡耕地的耕作层土壤较细的
土粒 ,有效养分含量较高的缘故[10 ] . 这一时期不同
处理坡耕地缓效钾和速效钾流失量的顺序均为 :顺
坡农作 > 水平草带 > 水平沟 > 休闲 > 等高农作 > 等
高土埂.
314 　不同农作处理土壤钾素流失的时间变化规律
　　从表 5 可以看出红壤坡耕地土壤钾素流失主要
集中在 5～8 月份. 这一时期土壤钾素流失总量占全
年钾素流失量的比例 :休闲处理为88. 98 % ,等高土
埂处理为 100 % ,水平草带处理为87. 24 % ,水平沟
处理为90 . 66 % ,顺坡农作处理为88 . 57 % ,等高农
表 5 　不同处理坡耕地土壤钾素流失的时间变异
Table 5 Temporal distribution of losses of K under different cultivated
ways( kg·km - 2)
处理
Treatment 流失量Amount of loss
月份 Month
1～4 5～8 9～12
休闲 Fallow 总钾 T K 63. 5 1 533 126. 3
推移质全钾 BL K 0 780. 0 74. 3
径流全钾 R K 63. 5 753. 0 52. 0
等高土埂 Contour dam 总钾 T K 0 1 165. 9 0
推移质全钾 BL K 0 334. 0 0
径流全钾 R K 0 831. 9 0
水平草带 Grass strip 总钾 T K 643. 1 5743. 6 196. 9
推移质全钾 BL K 428. 7 3 545. 5 125. 1
径流全钾 R K 214. 4 2 198. 1 71. 8
水平沟 Level ditch 总钾 T K 246. 6 4 190. 5 185. 0
推移质全钾 BL K 167. 6 2 270. 5 128. 0
径流全钾 R K 79. 0 1 920. 0 57. 0
顺坡农作 Straight 总钾 T K 660. 0 10 012. 0 632. 3
推移质全钾 BL K 499. 5 6 894. 2 566. 0
径流全钾 R K 160. 5 3 117. 8 66. 3
等高农作 Contour 总钾 T K 71. 8 1 954. 9 42. 8
推移质全钾 BL K 0 708. 0 0
径流全钾 R K 71. 8 1 246. 9 42. 8
95218 期 　　　　　　　　　　　袁东海等 :不同农作措施下红壤坡耕地土壤钾素流失特征的研究 　　　　　　　　
作处理为 94. 46 % ;推移质钾素流失量占全年推移
质全钾流失量的比例 :休闲处理为91. 29 % ,等高土
埂处理为 100 % ,水平草带处理为86. 49 % ,水平沟
处理为 88. 48 % ,顺坡农作处理为86. 61 % ,等高农
作处理为 100 % ;径流钾素流失量占全年钾素流失
量的比例 :休闲处理为 86. 71 % ,等高土埂处理为
100 % ,水平草带处理为 88. 48 % ,水平沟处理为
93. 38 % ,顺坡农作处理为 93. 21 % ,等高农作处理
为 91. 58 %. 这是因为 5～6 月份为当地梅雨季节 ,8
月份为当地台风雨季节 (表 1) . 这两个降雨季节 ,降
雨量多 ,降雨强度大 ,因而坡耕地径流多 ,泥沙流失
量也大 ,随径流和泥沙流失的钾素也多. 这一时期由
于采用了不同的农作措施 ,水平草带、水平沟、等高
农作、休闲和等高土埂等农作措施控制土壤钾素流
失作用明显 ,等高农作、休闲和等高土埂处理的效果
优于水平草带和水平沟. 其主要原因是在降雨季节
与顺坡农作相比 ,这些农作措施均能有效地增加降
雨入渗 ,减少径流和泥沙的产生 ,因而可以减少随径
流和泥沙流失的土壤钾素. 由此可见 ,在降雨季节采
取合适的农作措施 ,控制径流和泥沙流失 ,可以有效
地控制土壤钾素的流失.
4 　结 　　语
　　土壤养分流失不仅仅是 N、P 流失的问题 ,还有
其它农作物必须的营养元素流失问题. 由于不同营
养元素之间存在的状态和理化性质不同 ,其流失的
途径和机制也不同. 土壤钾素是不同于土壤 N、P 的
植物必须的营养元素. 红壤地区土壤钾素普遍缺乏.
多数学者认为 ,这是由于其土壤母质钾含量较低的
缘故. 但本研究表明 ,土壤母质钾素含量较低是造成
红壤缺钾的一方面原因. 土壤钾素的坡面流失也是
造成红壤缺钾另一方面原因. 本研究中侵蚀模数较
大的农作措施处理的坡耕地上土壤钾素主要以推移
质形式流失. 其推移质具有富集土壤钾素现象 ,而且
推移质中的缓效钾和速效钾的富集系数高于全钾的
富集系数 ,说明缓效钾和速效钾易随推移质流失. 这
是因为在未发生沟蚀的条件下 ,坡地径流携带的推
移质大多数为坡地表层或耕作层养分含量较高、颗
粒较细的土粒. 其它农作措施处理的坡耕地土壤钾
素流失量低于顺坡农作措施处理的坡耕地 ,表明除
顺坡农作以外 ,其它农作措施均有控制土壤钾素流
失的作用 ,且等高农作、休闲和等高土埂农作措施优
于水平草带和水平沟. 这些农作措施能有效的截流
径流和泥沙 ,使随径流和推移质流失的土壤钾素流
失量明显下降. 等高坡面和土埂均明显截流径流和
泥沙 ,特别是推移质的流失量 ,土壤侵蚀量降低. 休
闲处理因地表未扰动 ,且地表植被较多 ,具有抵抗降
雨及径流的冲刷作用 ,推移质量较少. 对于水平草带
而言 ,5～6 月梅雨季节草带未完全形成 ,截流降雨
和径流的作用较弱 ,但在 8 月份台风雨季节草带完
全形成 ,实测结果能有效地截流降雨和径流 ,这一段
时间其产生的径流和泥沙流失量明显下降. 水平沟
也能明显地截流降雨和径流 ,其产生的径流和泥沙
也显著降低. 上述农作措施因有效地控制了水土流
失 ,从而减轻了土壤钾素的流失. 从理论和实践上来
讲这些措施都是确实可行的 ,但在农作措施的安排
上应结合当地降雨的特点 ,使这些农作措施在雨季
能发挥作用. 特别是水平草带的安排 ,要选择合适的
草种 ,使草带的形成与雨季同步. 另外 ,应加强土壤
钾素径流流失 (土体中径流流失) 和迁移流失的研
究 ,使土壤钾素的流失成为一个完整研究体系.
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作者简介 　袁东海 ,男 ,1964 年生 ,副教授 ,博士研究生 ,工作
单位 :安徽农业大学土化系 ,主要从事水土资源利用与管理
的教学与研究工作 ,发表论文 10 余篇.
0621 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷