全 文 ：不同农作方式红壤坡耕地土壤氮素流失特征 3
袁东海1 3 3 　王兆骞1 　陈　欣1 　郭新波1 　张如良2
(1 浙江大学农业生态研究所 ,杭州 310029 ;2 浙江省兰溪市水土保持监督站 ,兰溪 321100)
【摘要】　采用径流小区法研究了 6 种不同农作方式土壤 N 素的流失特征. 结果表明 ,同顺坡农作方式相
比 ,其它农作方式均有明显控制土壤 N 素流失的作用 ,水平草带、水平沟、等高耕种、休闲、等高土埂等农
作方式分别减少土壤 N 素流失量 43. 46 %、46. 55 %、71. 36 %、77. 05 %和 87. 92 % ,等高耕种、等高土埂、
休闲等农作方式控制土壤 N 素流失优于水平沟和水平草带农作方式. 坡耕地土壤 N 素的流失途径主要为
径流流失 ,约占土壤 N 素流失量 81. 9 %～93. 4 % ,径流流失的 N 素中又以水溶态 N 素为主 ,约占径流流
失 N 素的 78 %～87. 6 %. 坡耕地土壤 N 素流失主要集中在 5～8 月份 ,占全年流失量的 85 %～100 %.
关键词 　农作方式 　坡耕地 　红壤 　N 素流失
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 07 - 0863 - 04 　中图分类号 　S14311 　文献标识码 　A
Characteristics of nitrogen loss from sloping f ield in red soil area under different cultivation practices. YUAN
Donghai , WAN G Zhaoqian , CHEN Xin , GUO Xinbo , ZHAN G Ruliang (1 Institute of A groecology , Zhejiang
U niversity , Hangz hou 310029 ;) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (7) :863～866.
The characteristics of nitrogen loss under six types of cultivation practices were studied in Lanxi Water and Soil
Conservation Supervision Station of Zhejiang Province. The results showed that compared with the traditional
cultivation practice (treatment 5 , straight farming) , the other cultivation practices including grass strip , contour
ditch , contour farming , contour dam , and fallow decreased soil nitrogen loss significantly , and the percentages of
nitrogen loss under the 5 types of cultivation practices decreased by 43. 46 % , 46. 55 % , 71. 36 % , 77. 05 % ,
and 87. 92 % , respectively. Soil nitrogen lost mainly with runoff , and it accounted for 81. 9～93. 4 % of total
soil nitrogen loss. Dissolved nitrogen was the major form of lost nitrogen and accounted for 78～87. 6 % of total
lost nitrogen in runoff . Nitrogen loss was occurred mainly during May to August , and it accounted for 85～
100 % of total annual nitrogen loss.
Key words 　Cultivated practice , Sloping field , Red soil , Nitrogen loss.
3 国家自然科学基金重点资助项目 (30030030) .3 3 通讯联系人. 现在安徽农业大学土化系 ,合肥 230036.
2001 - 08 - 23 收稿 ,2002 - 02 - 28 接受.
1 　引 　　言
低丘缓坡宜农耕地 (坡度 < 25°) 是我国重要的
耕地资源 ,长期以来由于不合理的利用 ,水土流失严
重 ,导致土壤养分流失 ,并引起人们普遍关注 ,一方
面坡耕地养分流失导致土壤肥力下降 ,另一方面导
致水环境的污染 ,水体质量恶化[13 ] . N 素是土壤养
分的重要元素 ,由于土壤中普遍缺 N ,施用 N 肥是
补充土壤 N 素和满足农作物需要的重要手段 ,受不
合理的施用方式和其它因素 (如地形、降雨等因素)
的影响 ,N 素的流失现象也较为严重. 一些学者通过
模拟试验和野外观测试验研究了不同类型土壤 N
素坡面流失途径、形态和过程[5 ,14 ,16 ] 、施用 N 肥后
土壤 N 素的流失特征[6 ]以及水保型农作方式水土
保持[1 ,2 ]和养分保持的效应[4 ,5 ,9 ,12 ] ,取得了较多的
研究结果 ,对于初步揭示土壤 N 素流失机理起到了
推动作用 ,为推广合适的农作方式控制水土流失和
由此引起的土壤养分流失提供了实践依据. 南方红
壤丘陵地区是继我国西北黄土高原地区又一严重的
水土流失地区 ,对南方水土流失和养分流失特征的
研究虽然有一些报道[8 ,14 ] ,但系统地研究不同农作
方式水土流失和养分流失特征的报道较少. 为此 ,研
究红壤低丘缓坡宜农耕地不同农作方式土壤 N 素
流失特征以及具有水保效应的农作方式土壤 N 素
的保持机制 ,对于揭示红壤地区土壤 N 素流失规
律 ,采用合适的农作方式控制红壤低丘缓坡宜农耕
地土壤 N 素流失 ,防止土壤肥力下降和水体污染有
着重要的理论和实践意义.
2 　研究地区与方法
211 　试验区概况
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 ,属亚热带季风气
候区 ,年平均降雨量 1400～1600mm ,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
应 用 生 态 学 报 　2002 年 7 月 　第 13 卷 　第 7 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J ul. 2002 ,13 (7)∶863～866
年均积温为 5600 ℃,低丘红壤是该地区主要的地带性土壤.
212 　试验设计
21211 径流小区设计 　径流小区设置在同一坡面上 ,长
20m ,宽 10m ,面积为 200m2 ,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
40cm ,最大流量为 0. 025m3·s - 1 ,并安装 SW40 型日自记水
位计和搪瓷水准尺 ,试验时间为 2000 年 1～12 月.
21212 试验处理 　试验共设 6 个处理 :处理 1 ,休闲 ,其上植
被为草本植被 ,植被状况良好 ;处理 2 ,等高土埂 ,于坡长方
向每隔 5m 设一土埂 ,宽 60cm ,高 30cm ,并夯实 ;处理 3 ,水平
草带 ,于坡长方向每隔 5m 设一草带种植区 ,宽 1m ,用于种
植百喜草 ( Paspalum notatum ) ;处理 4 ,水平沟 ,于坡长方向
每隔 5m 设一水沟 ,宽 50cm ,深 30cm ;处理 5 ,对照区 ,顺坡农
作 ;处理 6 ,等高农作 ,于坡长方向每隔 5m 设一等高坡面.
21213 供试材料 　供试径流小区土壤为第四纪红色黏土发
育的红壤 ,土壤理化性质基本相近 ,有机质平均值 14. 8g·
kg - 1 ,全 N 1. 00g·kg - 1 ,碱解 N 108. 2mg·kg - 1 ,全 P (以
P2O5 计)为 518mg·kg - 1 ,速效 P (以 P 计) 3. 73mg·kg - 1 ,全
K(以 K2O 计) 8. 75g·kg - 1 ,缓效 K (以 K 计) 172. 5mg·
kg - 1 ,速效 K(以 K 计) 54mg·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和不施肥料以外 ,其它径流
小区农作物种植方式为油菜2大豆轮作 ,油菜播种时间为于
1999 年 11 月中旬 ,中耕后穴播 ,按 325kg·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 900kg·hm - 2用量将过磷酸钙与土杂粪混和 ,用于覆
盖 ,苗齐后 ,于 7 月上旬锄草一次.
213 　测定方法
21311 径流量测定 　用 SW40 型日自记水位计观测 ,根据日
自记水位计记录 ,水池面积 ,三角堰出口高度 ,以一次降雨过
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
1000ml 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 500ml 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 降雨量的测定 　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. 降雨侵蚀力则根据自记
雨量记录结果求出 30min 最大雨强 ( I30 ) ,采用 Wischmeier
降雨侵蚀力的求算公式计算 [15 ] .
21315 养分测定 　土壤含水量采用烘干法 [7 ] ,植被覆盖度用
垂直投影法[3 ] ,推移质中全 N、碱解 N 含量均按土壤理化常
规分析方法测定 [7 ] ,径流液中全 N 含量测定需用浓 H2 SO42
水杨酸消煮后用开氏半微量定 N 法测定 [7 ] ,径流中水溶性
N (铵态 N 和硝态 N 之和) 的含量测定经用 0. 45μm 滤膜过
滤后 ,用浓 H2 SO42水杨酸消煮后用开氏半微量定 N 法测
定[4 ,7 ] ,径流中泥沙结合态 N 素用差减法计算出. 径流小区
所在地 2000 年降雨量 ( P)和降雨侵蚀力 (R)见表 1.
表 1 　径流小区所在地 2000 年降雨量和降雨侵蚀力季节分配
Table 1 Seasonal distribution of precipitation and R2value at experimental sites
项目 Item
月　份 Month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
降雨量 Precipitation (mm) 112. 4 128. 3 133. 9 127. 3 151. 44 349. 9 58. 6 201. 4 7. 8 168 122. 1 31. 6
降雨侵蚀力 (R) 259 684. 8 670. 9 1824 6917 19799 1714 14704 0 2988 568. 2 0
(m. t . cm·hm - 2·h - 1)
3 　结果与分析
311 　不同农作方式下土壤 N 素年流失量的差异
土壤 N 素的坡面流失途径为推移质流失和径
流流失 ,从表 2 可以看出 ,不同处理的土壤 N 素流
失总量差异显著 ,以顺坡农作方式最高 ,其次为水平
草带和水平沟农作方式 ,再次为等高农作和休闲处
理农作方式 ,最低的为等高土埂农作方式 ;推移质流
失的全 N 和径流流失的全 N 存在着同样的趋势. 与
顺坡农作方式处理的坡耕地径流小区土壤 N 素年
流失总量相比 ,水平草带、水平沟、等高、休闲和等高
土埂等农作方式分别能减少土壤 N 素流失总量的
43146 %、46. 55 %、71. 36 %、77. 05 %和 87. 92 % ,由
此可见 ,水平沟、水平草带、等高耕作、等高土埂、休
闲等农作方式均具有明显减少土壤 N 素流失的效
果 ,以等高处理、休闲处理和等高土埂处理效果较
好 ,其主要原因是这些处理能有效地减少泥砂和径
流流失量 ,随径流流失和泥砂流失的 N 素也相应地
减少. 不同处理的坡耕地径流流失的全 N 约占土壤
N 素流失总量的比例 :休闲处理为 91. 49 % ,等高土
埂处理为 93. 90 % ,水平草带处理为 81. 90 % ,顺坡
农作处理 88. 20 % ,等高农作处理 93. 4 % ,表明红壤
坡耕地土壤 N 素主要是以径流形式流失的 ,这与王
兴祥[14 ]等的研究报道基本一致 ,由此可见 ,控制水
土流失 ,特别是控制径流流失是控制土壤 N 素流失
的关键.
312 　不同农作方式下土壤 N 素流失时间变化规律
从土壤 N 素流失的时间变化规律来看 (表 3) ,
土壤 N 素流失主要发生在 5～8 月份 ,这一季节不
同农作方式处理径流小区土壤 N 素流失总量占全
年流失总量的比例 :休闲处理为 85. 63 % ,等高土埂
处理为100 % ,水平草带处理为85 . 15 % ,水平沟处
468 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 2 　不同农作方式坡耕地径流小区土壤 N素年流失量
Table 2 Losses of N from slope f ield under different cultivated ways
流失量
Amount
of loss
休闲
Fallow
等高土埂
Contour
dam
水平草带
Grass
strip
水平沟
Contour
ditch
顺坡农作
Straight
等高农作
Contour
径流量 76. 5 39. 9 90. 5 72. 7 133. 7 58. 4
Runoff (mm)
推移质 BL . 45. 4 19. 4 195. 5 125. 7 391. 6 38. 2
(t·km - 2)
悬移质 SL N 29. 5 25. 4 75. 2 59. 3 108. 5 43. 3
(t·km - 2)
总 N TN 1083. 9 570. 7 2670. 8 2524. 4 4723. 4 1353. 8
(kg·km - 2)
推移质全 N 92. 2 34. 8 483. 3 298 909. 8 89. 3
BLN (kg·km - 2)
径流全 N RN 991. 7 535. 9 2187. 5 2226. 4 3813. 6 1264. 5
(kg·km - 2)
BLN : Bed load N , SL : Suspended load N , TN : Total N ; BLN : Bed load N ;
RN : Runoff N. 下同 The same below.
表 3 　不同农作方式坡耕地土壤 N素流失的时间变异
Table 3 Temporal distribution of nitrogen loss under different cultivat2
ed ways( kg·km - 2)
处理
Treatment
流失量
Loss amount
1～4 月
Jan. - Apr.
5～8 月
May - Aug.
9～12 月
Sep. - Dec.
休闲 总 N TN 90. 8 928. 1 65
Fallow 推移质全 N BLN 0 83. 5 8. 7
径流全 NRN 90. 8 844. 6 56. 3
等高土埂 总 N TN 0 570. 7 0
Contour dam 推移质全 N BLN 0 34. 8 0
径流全 N RN 0 535. 9 0
水平草带 总 N TN 314. 9 2274. 1 81. 8
Grass strip 推移质全 N BLN 48. 8 417. 6 16. 9
径流全 N RN 266. 4 1856. 5 64. 6
水平沟 总 N TN 155. 4 2270 99
Contour ditch 推移质全 N BLN 17. 7 265 15. 3
径流全 N RN 137. 7 2005 83. 7
顺坡农作 总 N TN 193 4396. 5 133. 9
Straight 推移质全 N BLN 49. 7 808. 6 51. 5
径流全 N RN 143. 1 3588 82. 5
等高农作 总 N TN 88. 5 1218. 2 47. 1
Contour 推移质全 N BLN 0 89. 3 0
径流全 N RN 88. 3 1129 47. 2
理为 85 % ,顺坡农作处理为 93. 08 % ,等高农作处理
为 89. 98 % ,推移质流失的全 N 和径流液流失的全
N 表现出同样的趋势 ,原因是在这一地区 5～6 月分
为梅雨季节 ,8 月份又为台风雨季节 ,降雨量集中 ,
降雨强度大 (表 1) ,坡耕地的径流和泥砂流失主要
发生在这两个降雨季节 ,以径流和泥砂形式流失土
壤 N 素的流失也主要发生在这两个降雨季节. 不论
是少雨季节 (1～4 月、9～12 月)还是多雨季节 (5～8
月份) 径流流失的 N 素所占比例较大 ,约占土壤流
失总 N 的 80 %以上 ,可见红壤坡耕地流失的 N 素
主要是以径流形式流失的. 不同农作方式处理坡耕
地径流小区土壤 N 素流失总量、推移质 N 素流失
量、径流液 N 素流失量有明显的不同 ,其中以顺坡
耕作处理的坡耕地径流小区流失量最大 ,其次为水
平草带和水平沟耕作处理的坡耕地径流小区 ,再次
为等高耕作和休闲处理的坡耕地径流小区 ,最小的
为等高土埂处理小区. 可见除顺坡耕作以外 ,其它农
作方式均有控制土壤 N 素流失的作用 ,其中以等高
处理、土埂处理和休闲处理效果较好.
313 　不同农作方式下坡耕地径流流失 N 素形态
径流流失的土壤 N 素物理形态为水溶态 N 素
和泥沙结合态 N 素 (径流流失的全 N - 水溶性 N
素) ,测定结果表明 (表 4) ,不同农作方式处理的坡
耕地径流流失的 N 素中水溶态 N 素所占比例 :休
闲、等高土埂、水平草带、水平沟、顺坡农作和等高农
作处理平均分别为 82. 85 %、78 %、86. 05 %、
87115 %、87. 64 %和 82. 75 %. 与坡耕地 N 素流失
总量 (推移质流失的 N 素与径流流失的 N 素之和)
相比 ,水溶态 N 素所占比例 : 休闲处理平均 75.
74 % ,等高土埂处理平均 73. 32 % ,水平草带处理
70. 48 % ,水平沟处理平均 76. 8 % ,顺坡农作处理平
均 70. 76 % ,等高耕作处理平均 77. 3 % ,表明红壤坡
耕地土壤 N 素流失的形态主要是水溶态.
表 4 　不同农作方式坡耕地径流流失 N素形态
Table 4 Nitrogen forms in runoff under different cultivated ways ( kg·
km - 2)
处理
Treatment
流失量
Loss amount
1～4 月
Jan. - Apr.
5～8 月
May - Aug.
9～12 月
Sep. - Dec.
休闲 全 N TN 90. 8 844. 6 56. 3
Fallow 水溶态 N DN 76 698. 4 46. 5
泥沙态 N SN 14. 8 146. 2 9. 8
等高土埂 全 N TN 0 535. 9 0
Contour dam 水溶态 N DN 0 418. 1 0
泥沙态 N SN 0 117. 8 0
水平草带 全 N TN 266. 4 1856. 5 64. 6
Grass strip 水溶态 N DN 245. 1 1580. 8 56. 7
泥沙态 N SN 21. 3 275. 7 7. 9
水平沟 全 N TN 137. 7 2005 83. 7
Contour ditch 水溶态 N DN 124. 9 1737. 7 76. 4
泥沙态 N SN 12. 8 267. 3 7. 3
顺坡农作 全 N TN 143. 1 3588 82. 5
Straight 水溶态 N DN 127. 3 3147. 4 67. 5
泥沙态 N SN 15. 8 440. 6 15
等高农作 全 N TN 88. 3 1129 47. 2
Contour 水溶态 N DN 78. 3 925. 2 42. 5
泥沙态 N SN 10. 0 203. 8 4. 7
TN : Total N , DN : Dissolved N , SN :Silty N.
314 　不同农作方式下推移质土壤 N 素富集
一些研究结果报道 ,坡耕地水土流失形成的推
移质中养分元素有不同程度的富集现象[10 ,11 ] ,本研
究中也有这种现象的存在. 与径流小区土壤相比 ,不
同农作方式处理的坡耕地径流小区流失的推移质全
N 富集系数 (推移质全 N 含量/ 径流小区土壤全 N
含量)休闲、等高土埂、水平草带、水平沟、顺坡农作
和等高农作处理平均值分别为 2. 03、1. 79、2. 47、
2. 37、2. 32 和 2. 34. 碱解 N 的富集系数 (推移质碱
解 N 含量/ 径流小区土壤碱解 N 含量)休闲、等高土
埂、水平草带、水平沟、顺坡耕作和等高农作等处理
分别为 2. 17、1. 63、2. 22、2. 04、1. 86 和 1. 90. 主要
5687 期 　　　　　　　　　　　　　袁东海等 :不同农作方式红壤坡耕地土壤氮素流失特征 　　　　　　　　
原因是土壤在发生侵蚀时 ,往往表层土壤发生剥离
运移 ,而表层土壤受施肥和农作及植被因素的影响 ,
养分含量较高 ,和原状土壤相比 ,这些剥离运移的土
壤形成的侵蚀泥沙 (推移质和随后沉淀的悬移质)往
往会养分富集 ,富集系数的大小还会受降雨量、降雨
强度和推移质的沉积特征 (颗粒组成)影响.
表 5 　不同农作方式坡耕地推移质土壤 N素富集系数
Table 5 Enrichment ratio of nitrogen in bed load under different culti2
vated ways
富集系数
Enrichmont
休闲
Fallow
等高土埂
Contour
dam
水平草带
Grass
strip
水平沟
Contour
ditch
顺坡农作
Straight
等高农作
Contour
全 N TN 2. 03 1. 79 2. 47 2. 37 2. 32 2. 34
碱解 N AN 2. 17 1. 63 2. 22 2. 04 1. 86 1. 90
TN : Total N , AN : Alkali2hydrolyzable N.
4 　结 　　语
一些研究报道了单一的具有水土保持和养分保
持效应的农作方式应用情况 ,但对其机理的报道较
少 ,本研究通过系统研究几种不同农作方式土壤 N
素流失状况 ,并与传统农作方式进行了比较 ,结果表
明 ,其它农作方式均有养分保持效应 ,其原因是这些
农作方式具有增加降雨入渗和拦截径流和推移质的
作用 ,因而减轻了以推移质和径流形式流失的土壤
N 素的流失. 土壤 N 素的坡面流失是一个比较复杂
的过程 ,虽然有一些研究报道土壤 N 素的坡面流失
主要通过推移质流失 ,并且流失的形态主要为泥沙
结合态 ,而本研究的径流小区红壤坡耕地的土壤 N
素的坡面流失途径主要为径流流失 ,且流失的主要
形态为水溶态 ,尽管与王兴祥等[14 ]在红壤地区的研
究结论有所接近 ,但与其他人的研究结论有矛盾之
处. 问题要做具体分析 ,本研究中除休闲处理未施肥
以外 ,其他处理均施了化学 N 肥 ,红壤中的胶体主
要为高岭石和铁铝氧化物胶体 ,其所带的负电荷少 ,
阳离子交换量低 ,不利于吸附土壤和化学 N 肥中的
带正电荷的铵离子 ,造成铵离子和硝酸根离子极易
随径流流失 ,径流中水溶性 N 素含量增高. 另外 ,除
了顺坡农作处理径流小区推移质流失量较大以外 ,
其它处理的农作方式均有较大程度截流推移质的作
用 ,推移质的减少在一定程度上也减少了通过推移
质途径流失的土壤 N 素. 在休闲处理的径流小区中
虽然施肥未对径流中 N 素含量产生影响 ,但因休闲
地表未扰动 ,且因地表植被的保护 ,推移质流失量较
小 ,随径流流失的是地表有机质含量较高的土粒 ,这
些土粒往往较细 ,悬浮于径流中 ,养分含量较高 ,相
对增加了随径流流失的 N 素含量. 这表明除了施肥
因素以外 ,土壤侵蚀过程中推移质和径流中悬移质
的多少、它们的相对比例、径流量、侵蚀程度、植被的
类型和农作方式对土壤 N 素的流失途径和形态都
产生重要的影响 ,这些都是值得进一步探讨的问题 ,
对于揭示土壤 N 素的流失机制有着重要的作用.
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作者简介 　袁东海 ,男 ,1964 年生 ,副教授 ,博士研究生 ,现
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. E2mail :donghaiyuan @163. com
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