全 文 ：模拟降雨条件下施肥方法对坡面磷素
流失的影响 3
李裕元 3 3 　邵明安　(中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ,杨凌 712100)
【摘要】　采用模拟降雨的方法研究了 3 种施肥方法对 P 素流失形态与流失过程的影响. 结果表明 ,P 肥在
土壤中的混匀程度越高 ,则越容易导致生物有效 P (BAP) 的流失. 混施条件下 ,径流中水溶态 P (DP) 与
BAP 含量、DP/ BAP 与 BAP/ TP(总 P)比值均较高 ;其次为穴施 ;条施条件下 DP、BAP 含量最低 ,DP/ BAP
与 BAP/ TP 比值也相对较低 ,与对照间的差异不明显. 施肥方法对径流中 TP 含量影响较小. 从减少 P 素
肥料流失的角度来讲 ,3 种施肥方法作用大小顺序为 :条施 > 穴施 > 混施.
关键词 　施 P 方法 　P 素形态 　P 素流失 　模拟降雨
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 11 - 1421 - 04 　中图分类号 　S157. 4 ,X501 　文献标识码 　A
Effects of phosphorus application methods on phosphorus loss on sloping land under simulated rainfall. L I
Yuyuan , SHAO Ming’an ( S tate Key L aboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the L oess Plateau ,
Institute of Soil and W ater Conservation , Chinese Academy of Sciences , Yangling 712100) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2002 ,13 (11) :1421～1424.
A simulated rainfall experiment was conducted to study the effects of three phosphorus application methods on
phosphorus loss and its forms in loss process. The results showed that the bio2available P (BAP) loss in runoff
was positively correlated to the mixed intensity of P applied into soil. Under mixed application (MA) , the dis2
solved phosphorus (DP) concentration , BAP concentration , DP/ BAP and BAP/ TP ratio in runoff were all the
highest , and those under point application ( PA) were the second. Under line application (LA) , DP and BAP
concentrations were low , DP/ BAP and BAP/ TP ratio were also relatively low , and the difference compared with
control was insignificant . According to the reduction of P loss , the order of the three P application methods was
LA > PA > MA.
Key words 　Phosphorus application method , P form , P loss , Simulated rainfall.
3 国家重点基础研究发展规划项目 ( G2000018605) 和国家杰出青年
基金资助项目 (40025106) .3 3 通讯联系人.
2001 - 02 - 07 收稿 ,2001 - 04 - 26 接受.
1 　引 　　言
坡面水土流失不仅直接导致土壤质量退化与河
流、湖泊及水库的淤积 ,同时径流所携带的大量泥沙
与养分还导致了受纳水体的非点源污染[1 ,5 ,11 ] . 根
据发达国家的经验 ,当点源污染得到有效控制以后 ,
非点源污染就成为水环境污染的主要原因. 在美国
水体污染有 2/ 3 来源于非点源污染 ,其中农业非点
源污染的贡献率为 75 %[7 ] . 在我国 ,自 20 世纪 50
年代以来 ,长江、黄河和松花江等主要江河的水质已
出现明显的恶化趋势[5 ] ,这在很大程度上与我国在
工业化进程中出现的点源污染有关. 但随着治污力
度的加大 ,非点源污染及其控制将成为我国环境保
护的主题.
土壤侵蚀与坡面径流是一种主要的非点源污染
形式. 大量的研究表明 ,农田 N、P 的流失是造成水
体富营养化的主要原因[3 ,11 ,14 ,18 ] . 由于引起富营养
化的蓝绿藻本身具有固 N 能力 ,因此 P 就成为水体
富营养化的主要影响因素[19 ] . 农田中 N 素的损失
主要以淋失为主[22 ] ,而由于大部分土壤均具有较高
的 P 固定能力 ,故 P 在土壤剖面上的垂直迁移非常
微弱[10 ] ,即使在施肥条件下 P 迁移也仅局限于施肥
点附近[13 ] ,坡面 P 的损失主要以随径流流失为主.
因此 ,减少坡面 P 的流失对于遏制土壤质量退化、
控制非点源污染和保护水环境具有十分重要的意
义. 农田 P 肥的施用主要有混施、条施与穴施 3 种方
法 ,为探讨不同施肥方法对 P 流失的影响 ,我们以
黄土高原水土流失最为严重地区 (陕北安塞)的黄绵
土为试验材料 ,进行了室内模拟降雨试验 ,观测了 P
流失的动力学过程.
2 　材料与方法
211 供试土壤与施肥方法
21111 供试土壤 　试验所用土壤为黄绵土 ,采自黄土高原水
土流失最为严重地区之一的陕北安塞 ,质地为轻壤 ,其基本
应 用 生 态 学 报 　2002 年 11 月 　第 13 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2002 ,13 (11)∶1421～1424
理化性状见表 1. 供试土壤经风干以后 ,除去砂礓、石块、植
物根茬等杂质 ,过 2cm 筛备用.
21112 施肥方法 　本试验设置混施 (M) 、条施 (L) 、穴施 ( P)
和不施肥对照 (CK) 4 个处理. 肥料采用水溶性 P 肥 ,以便于
肥料施用量与均匀性的控制. 施肥量为 40mg P kg - 1干土 ,
相当于大田施肥量 90kg P hm - 2 . 装槽土壤无论施肥与否含
水量均控制在 7 %左右. 1) 混施 :将 KH2 PO4溶于水中 ,然后
用喷雾器施入风干土 ,经充分混匀后分层 (每层 5cm) 装入土
槽并压实 ,控制容重为 1. 28 g·cm - 3 . 土槽下部 20cm 为不施
肥的心土层土壤 ,上部 20cm 为施肥的耕层土壤 ;2)条施 :先
表 1 　供试土壤基本理化性状
Table 1 Basic physical and chemical properties of studied soil
土壤
Soil type
土层
Layer
(cm)
容重 3
Bulk density
(g·cm - 3)
田间持水量 3 [16 ]
Field water
capacity( %)
有机质
O. M( %)
有效 P
Olsen2P
(mg·kg - 1)
全 P
TP
%
pH
黄绵土 0～20 1. 287 21. 3 0. 413 2. 37 0. 04921 8. 47
Loess soil 20～40 1. 262 21. 6 0. 386 1. 28 0. 05253 8. 353为原位土壤测定值.
把未施肥的土壤按上述方法装槽 ,然后把肥料喷施到约 3kg
风干土中 ,混匀后 ,沿坡面间隔 50cm 等高线开沟 ,施肥并覆
土、压实 ,沟深 10～15cm ;3)穴施 :操作程序与条施法基本相
同 ,但肥料施入时采用挖穴施入法 ,穴深 10～15cm ,沿坡面
间距为 50cm ,沿等高线间距为 25cm.
212 　仪器设备与试验条件
　　试验于 2000 年 6～10 月在黄土高原土壤侵蚀与旱地农
业国家重点实验室模拟降雨大厅进行 ,采用侧喷式自动模拟
降雨系统 ,喷头高度 16m ,雨滴降落终速根据有关公式 [24 ]计
算 ,可达到自然雨滴降落终速的 98 %以上. 试验雨强设定为
1. 2mm·min - 1左右 ,降雨历时 1h ,产流时间为 50min 左右 ;
坡面坡度为 15°. 装土槽采用实验室自行研制的移动变坡式
钢槽 ,规格为 :长 ×宽 ×深 = 5. 0m ×0. 5m ×0. 5 m ,并排 2
个 ,下端设集流装置 ,可定时采集径流样.
213 　测定内容与方法
　　本试验主要研究坡面产流过程中水溶性 P ( dissolved
phosphorus , DP) 、泥沙浸提态 P ( sediment extractable phos2
phorus , SEP) 、总 P(total phosphorus , TP) 的动态变化 ,因而
测定内容主要包括 :1)坡面产流后 2～5min 间隔的径流量与
产沙量 ;2) 径流样经静置 48h 以后 ,取上清液测定 DP 含量 ,
然后弃去上清液并把泥沙样风干 ,测定 SEP 与泥沙全 P
(sediment total phosphorus , STP)含量. SEP 采用 Olsen 法 ,即
0. 5mol·L - 1 NaHCO3浸提 , STP 采用 HClO42H2 SO4 消煮法 ,
DP、SEP 与 STP 均采用钼锑抗比色法测定 [15 ,16 ] . 浸提与显
色均在恒温室 ( 20～ 25 ℃) 进行. 生物有效 P ( bio2available
phosphorus , BAP) 与 TP 由计算获得 ,计算公式为 :BAP =
SEP + DP , TP = STP + DP.
3 　结果与分析
311 　径流中 DP、SEP 与 TP 的动态变化
　　坡地养分的流失受多种因素的影响 ,如表层土
壤养分状况、植被覆盖程度、降雨状况等. 本试验设
置一定的降雨条件与坡面地表状况 ,研究了混施、穴
施与条施 3 种施肥方法对 P 流失的影响. 结果表明 ,
施肥方法对产流过程中 P 浓度的变化具有较大影
响. 由图 1 可见 ,混施与穴施的 DP 浓度显著高于条
施与对照 ,混施的平均 DP 浓度要比对照高出 10 倍
以上. 条施与对照相比差别不大 ,DP 浓度为0. 007
mg·L - 1左右 ,这可能与混施条件下表层土壤含有较
多养分有关. 从产流过程中 DP 浓度的变化来看 ,在
产流初期的 15min 内 ,径流的 DP 浓度有一个较小
幅度的下降过程 ,但随着产流时间的延长又逐渐呈
现出增加的趋势. 由于 DP 与土壤表层 (0～2cm) 的
有效 P 含量呈线性相关[17 ] ,因此 DP 的这一变化特
图 1 　施 P 方法对径流泥沙中不同形态 P 含量动态变化的影响.
Fig. 1 Impact of P application methods on the content dynamics of dif2
ferent P forms in the loss runoff and sediment .
P :穴施 Point application ,M :混施 Mixed application ,L :条施 Line ap2
plication ,CK:对照 Control. 下同 The same below.
征可能与坡面产流初期径流对土壤表层溶解态养分
的浓缩作用有关 ,随着产流时间的延长和产流量的
增加 ,浓缩作用迅速减弱 ,但径流的侵蚀能力增强 ,
含沙量增多 ,土壤与坡面径流的作用时间延长 ,向径
流中释放的养分增多 ,因而 DP 浓度又表现出增加
的趋势. 当土壤中有效 P 含量较低或降雨时间较长
时 ,如果坡面不出现明显的细沟侵蚀 ,DP 浓度最终
会逐渐降低 ,因为产流速度随降雨时间延长而增大 ,
而 DP 的释放强度在逐渐减小. SEP 的变化趋势与
DP 基本一致 ,但其波动幅度明显较小 (图 1) .
　　施肥方法对 STP 含量的影响较弱 ,施肥与对照
的差异也不太明显 ,因为 STP 含量主要与泥沙中的
2241 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
粘粒含量有关 ,二者间一般呈正相关. 径流对坡面土
壤颗粒的选择性侵蚀是导致产流过程中 STP 含量
变化的主导因素[21 ] .
　　从 4 个处理的产沙量来看 ,变化趋势基本一致 ,
其中穴施处理可能由于实际雨强偏大 (穴施、条施
混施 对照的雨强分别为 1. 39、1. 21、1. 27 和1. 23
mm·min - 1) ,故产沙量略高于其它 3 个处理 (图 3) .
但总的来讲 ,流失径流的养分含量变化基本反映了
施肥方法对养分流失的影响 ,其流失强度顺序为混
施 < 穴施 < 条施 < 对照 ,说明施入土壤的肥料其混
匀程度越高 ,流失越严重.
312 　径流中 DP、SEP 与 TP 的相互关系
　　径流中流失 P 素的形态与数量特征对水环境
图 2 　施 P 方法对产流过程中不同形态 P 流失比例的影响
Fig. 2 Impact of P application methods on the ratios of different P forms
in runoff2yielding process.
图 3 　不同施 P 处理的累积产沙量.
Fig. 3 Cumulative amount of sediment for different P application treat2
ments.
具有直接影响. 由于 DP 是对水生生物 (藻类) 直接
有效的 ,因而对水环境的影响最大 ;其次是 SEP ,而
TP 在水体中仅为部分有效[25 ] ,因而用 DP 与 SEP
(合称为生物有效 P)能够更好地反映 P 素流失对水
环境的影响. 试验结果表明 ,施 P 方法对 DP/ BAP
比值具有显著影响 (图 2) ,其中穴施条件下曲线波
动最大 ,比值最高达近 90 % ,平均为 50. 7 % ;混施条
件下 ,曲线波动较为平缓 ,DP/ BAP 平均为33. 4 %左
右 ;条施与对照的 DP/ BAP 比值相对较低 ,分别为
7. 48 %和 19. 5 %. 由 BAP、TP 随时间的变化可知 ,
混施条件下流失的 BAP 最多 (表 2) , TP 中 BAP 的
比例也最大 (图 2) ,平均为 2. 7 % ;其次是穴施 ,为
1. 8 % ;条施与对照的 BAP/ TP 比值无明显差异 ,分
别为 0. 30 %和 0. 37 %. 由此可见 ,混施方法最容易
导致有效 P 的流失 , 对水环境的影响最大. 采用条
施法可有效减少坡面有效 P 的流失 ,也有利于减少
肥料流失和对水环境的负面影响.
表 2 　P素流失的变化过程与形态数量特征
Table 2 Change and quantitative characteristics of P formation in runoff( g·hm - 2)
施 P 方法
P application
method
P 素形态
P forms
产流时间 Time after runoff (min)
0～7 7～13 13～23 23～33 33～43 43～49. 7
合计
Total
与 SC 的相关系数
Correlation
coefficient (R)
混施 DP 0. 44 0. 66 2. 06 2. 74 4. 12 4. 25 14. 25 0. 5370
Mixed application SEP 0. 92 1. 38 2. 41 2. 67 7. 87 13. 13 28. 38 0. 8571 3 3
BAP 1. 36 2. 04 4. 46 5. 41 11. 98 17. 38 42. 63 0. 8097 3
TP 38. 34 85. 63 218. 37 231. 36 419. 22 581. 9 1574. 88 0. 7581 3
SC( V / V %) 0. 62 0. 66 0. 60 0. 41 0. 71 1. 62 0. 75 　　 -
条施 DP 0. 02 0. 01 0. 04 0. 20 0. 18 0. 52 0. 97 0. 8382 3 3
Line application SEP 0. 13 0. 32 0. 50 0. 60 2. 06 5. 73 9. 34 0. 9526 3 3
BAP 0. 15 0. 33 0. 53 0. 80 2. 24 6. 25 10. 30 0. 9470 3 3
TP 32. 15 95. 45 158. 95 198. 26 862. 41 1901. 68 3248. 90 0. 9544 3 3
SC( V / V %) 1. 17 1. 13 0. 69 0. 58 1. 86 3. 36 2. 28
穴施 Point application DP 1. 14 3. 65 7. 23 2. 64 0. 00 34. 90 49. 56 - 0. 0030
SEP 2. 41 1. 46 2. 07 4. 10 3. 97 20. 22 34. 23 0. 2414
BAP 3. 55 5. 11 9. 30 6. 73 3. 97 55. 12 83. 78 0. 0657
TP 304. 40 254. 72 361. 54 894. 95 983. 22 1303. 66 4102. 49 0. 5072
SC( V / V %) 1. 46 0. 64 0. 52 1. 21 1. 50 1. 21 1. 44
对照 CK DP 0. 01 0. 02 0. 03 0. 32 0. 17 0. 04 0. 59 - 0. 4000
SEP 0. 13 0. 32 0. 86 0. 56 0. 42 0. 12 2. 43 0. 5262
BAP 0. 14 0. 34 0. 90 0. 88 0. 60 0. 17 3. 03 0. 0601
TP 29. 74 91. 6 274. 38 209. 98 158. 83 49. 16 813. 69 0. 3707
SC(V/ V %) 0. 89 1. 02 1. 22 0. 66 0. 46 0. 35 0. 743 P < 0. 05 , 3 3 P < 0. 01.
324111 期 　　　　　　　　　　　　李裕元等 :模拟降雨条件下施肥方法对坡面磷素流失的影响 　　　　　　　
　　养分流失量来讲 ,DP 的流失量一般较小 ,而且
与产流量具有密切关系. 产流初期 DP/ BAP 比值较
高 ,但因径流量较小 DP 流失总量也较小 ,故对水体
P 负荷的增加影响较小 ,而泥沙 P ( SEP 与 STP) 或
称颗粒态 P 是坡面 P 流失的主要形式. 统计结果表
明 ,施肥条件下泥沙 P 的流失与径流含沙量具有较
强的相关性 (表 2) . 因此采取减少坡面土壤流失的
措施 ,如水平梯田[12 ] 、水土保持耕作法[1 ,2 ,4 ] 、植物
篱[23 ] 、植被过滤带[8 ]等方法均可有效遏制土壤颗粒
和养分的流失 ,而改善施肥方法只能起到减少坡耕
地肥料流失的作用 ,并不能从根本上解决问题.
致谢 　李秋芳实验师参加部分室内分析工作 ,张兴昌副研究
员、马炳召和赵允格等同志为试验提供许多帮助 ,谨此致谢.
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作者简介 　李裕元 ,男 ,1965 年出生 ,讲师 ,在读博士 ,主要
从事土壤物理与资源环境研究 ,发表论文 10 余篇. E2mail :
lyyuan65 @163. com
4241 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷