全 文 ：合肥近郊旱地土壤养分径流流失途径的研究*
周 俊* * 朱 江 (安徽农业大学土化系, 合肥 230036)
摘要 以合肥近郊旱作平地为实验观测区, 选择土壤类型为黄褐土, 地面坡度在 3!以内,粮、油、棉、菜等不同
作物组合和不同覆盖率的旱作耕地, 对不同降雨强度下径流产生的时间、径流量及其中携带泥沙量进行长期实
地观测和连续 3 年采样(水样和土样)分析, 初步查明合肥近郊旱作平地表土和养分的流失与山地和坡地的流
失行为显然不同, N、P、K 有效养分流失量 98%以上是通过∀ 化学侵蚀#流失的; ∀ 物理侵蚀#是表土和土壤有机
质流失的主要途径(占有机质流失总量的 96. 14%) .
关键词 合肥近郊 旱作平地 土壤养分流失途径 物理侵蚀 化学侵蚀
文章编号 10019332( 2001) 03039104 中图分类号 S157 1 文献标识码 A
Runof f loss ways of nutrients in nonirrigated farmland in Hefei outskirts. ZHOU Jun and ZHU Jiang ( Depar tment
of Soil Agr ochemistry , Anhui Agr icultural Univ er sity , H ef ei 230036) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2001, 12( 3) : 391~
394.
Taking nonirr igated flatlands in Hefei outskirts as experiment observation ar eas, yellow brown soil as selected soil
type, and < 3!as ground slope, the time of runoff development, runoff quantit ies, and silt carry ing capacity under dif
ferent rainfall intensity w ere obser ved on t he nonirr igated farmlands with differ ent kinds of crops such as g rain, oil,
co tton and vegetables, and with different coverage for continuous 3 years. Based on the observation, water and soil
samples w ere collected and analyzed. The r esults show ed that the loss way of the sur face so il and nutrients in nonirri
gated flatlands was obviously different fr om that on the sloping fields and on the upland. Over 98% of available N, P ,
and K nutrient loss w ere run off by chemical erosion. Physical erosion w as the main way of the surface soil and or ganic
matter loss, and 96. 14% of to tal o rganic loss was caused by physical erosion.
Key words Hefei outskirts, Nonirr igated flatland, Soil nutr ient loss ways, Physical erosion, Chemical erosion.
* 安徽省教育厅自然科学基金资助项目.
* * 通讯联系人.
2000- 07- 16收稿, 2000- 10- 19接受.
1 引 言
旱地水土流失是造成耕地沙化和荒漠化的直接原
因,是主要农业地质灾害之一[ 3] . 当前人们对山地和
坡地的水土流失问题很重视,但对旱作平地这样的水
平或近于水平耕地上的水土流失问题却很少关注, 有
关研究报道也极为少见. 为了研究平原区和丘陵高岗
地区平整旱地表层的养分流失问题, 笔者在合肥近郊
选择了具有代表性的旱作平地作为实验观测区,进行
连续 3年( 1997~ 1999)的跟踪观测和采样分析[ 4] , 旨
在查明水平或近水平旱地土壤养分的流失情况,为旱
作耕地的水土保持提供科学依据.
2 材料与方法
21 供试材料
211 观测区选定 为了保证雨中和雨后能及时方便地采集
水样,就近在合肥近郊选定 3 个不同区域进行跟踪观测和系统
采集土样与水样.其中, 1号观测与采样区为安徽农业大学实验
田; 2 号区为合肥市西北郊杏花村乡粮、油、棉作物耕地和菜地;
3 号区为合肥西郊蜀山乡粮、油、棉作物耕地和菜地.
212 样点选定 在各观测区分别选定 3~ 5 块耕地作为相对
固定的采样点. 选点主要根据地形、地块特点、有无作物、作物
种类和作物对地面的覆盖率等,选地要求: 地面起伏不大、比较
平整、坡度小于 3!、具有不同作物和不同覆盖率并相对封闭(雨
时无径流注入)的耕地, 能代表区内旱地的总体情况[ 2] ,如土壤
类型为区内广泛分布的黄褐土, 作物种类比较齐全, 包括本区
主要代表作物粮、油、棉、菜等.
213 土样采集 每年 3 月间, 在各观测区每个采样点分别采
集土样,进行基础分析. 然后根据水样的采集情况再补采土样,
一般每采三次水样后的无雨天内再采集一次土样, 3 年共采集
土样 76 个. 土样采集方法: 在采样地块网状布点 20 个, 采集
20cm 以内的耕作土. 由此采集的土样为∀背景土样# .
214 水样采集 水样与土样采集时的网状布点不同, 系采自
雨中或雨后地块出水口处汇集的径流水, 即采样地块流出的径
流,称为∀ 旱地径流水样# , 一次降雨每个采样地块的不同时间
段所采集的所有水样均混合作为一个标准水样, 称为∀ 综合
样# .如果是降雨时间很短, 所形成的径流量不足, 以致在每个
选定地块未能采集到足够量的水样,则将同一观测区内几个采
样地块所采集的水样合并,作为一个综合样. 3 年共采集 173 个
综合样,年均 57. 7个 .
应 用 生 态 学 报 2001 年 6 月 第 12 卷 第 3 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jun. 2001, 12( 3)∃391~ 394
22 研究方法
221 观测 连续 3 年对测区水土流失情况进行跟踪观测, 主
要内容有:地面情况、降雨强度及历时长短、雨后径流形成和保
持的时间、实际径流量的大小、耕地作物种类及其对地面的覆
盖率、雨滴直接击溅地面的概率、径流中夹带泥沙量的多少, 并
据此确定水样采集的时间、地点和采样数.
222 样品的处理与分析方法 1)为了便于对比研究, 根据降
雨强度标准[ 1]将每次降雨所采径流水样分别按小到中雨、中到
大雨、大到暴雨、暴到大暴雨等级别归类, 分析结果也以此分类
进行统计; 2)每个综合水样核定体积为 2L , 称重、装瓶 ,静放沉
淀 15d, 待澄清后倒出上层清水,再将剩下含泥沙较多的浊水进
行过滤,滤出的清水与先前沉淀后倒出的清水混合作为分析水
样,称为∀净水样# .滤去水分的泥土为随径流流失的∀ 土样# , 风
干,经检测其粒径绝大多数为粘土级, 为了区别于雨前采集的
背景土壤样,特称为∀ 泥样# . 由于径流中含泥量通常很少,故常
将同一观测区、同一次降雨中采集的不同综合样中滤出的泥样
合并,作为一个样本来处理. 3年间共分析泥样 58 个.
经过上述处理得到 3 类分析样品, 其成分测定采用土壤农
化常规分析方法[ 2] .
3 结果与分析
31 样品分析
311背景土样分析 背景土样经农化分析和数据处
理,所得结果代表流失区背景土壤的养分含量(平均值
和离差情况) (表 1) .
表 1 实测区背景土壤养分含量( X% S)
Table 1 Nutrient content in background soil of sample plot
背景土样来源
Background soil sam ple
样品数
Sample
number
有机质
Organic mat ter
( g&kg- 1)
全N
Total N
(g&kg- 1)
全 P
Total P
( g&kg- 1)
全 K
Total K
( g&kg- 1)
速效 N
Available N
(m g&kg- 1)
速效 P
Available P
( mg&kg- 1)
速效 K
Available K
( mg&kg- 1)
1号区 No. 1 31 21. 72 % 1. 76 1. 38 % 0. 11 0. 89 % 0. 07 23. 73 % 1. 87 91. 32% 8. 13 18. 38 % 0. 84 132. 02 % 9. 75
2号区 No. 2 22 19. 30 % 1. 83 1. 21 % 0. 12 0. 78 % 0. 08 19. 14 % 1. 85 86. 79% 8. 51 17. 30 % 1. 12 108. 73 % 8. 47
3号区 No. 3 23 17. 51 % 1. 58 1. 17 % 0. 10 0. 59 % 0. 05 18. 37 % 1. 58 83. 27% 7. 32 15. 92 % 1. 31 99. 55 % 8. 13
全区平均Total area average 76 19. 51 % 2. 11 1. 25 % 0. 11 0. 75 % 0. 15 20. 41 % 2. 89 87. 13% 4. 04 17. 20 % 1. 23 113. 43 % 16. 74
312径流水样(综合样)检测 综合样检测内容有:
1)含泥量的测定, 将泥样烘干后称重, 得出径流含泥
量; 2) ∀净水样#中有机质和 N、P、K 等有效养分含量
的测定.两项分析测定结果分测区再按降雨强度级别
分类统计, 数据处理结果列于表 2, 表中数据表明各项
的平均值及实测数据的离散性.
313泥样检测 综合样经处理所得泥样的检测结
果,代表流失泥土中夹带的养分含量.将其与背景土壤
的养分含量进行比较, 得出流失中有效养分的富集情
况 ∋ ∋ ∋ 富集比. 统计及计算结果列于表 3.
表 2 实测区旱地径流含泥量与有效养分含量( X % S)
Table 2 Soil and available nutrient contents in the runoff of non irrigated farmlands sample plot
样区 Plot 降水强度 Rainfall intensity ( mm&d- 1)
小到中雨
Small to
middle rain
( ( 15. 0)
中到大雨
M iddle to
h eavy rain
( 15. 1~ 35. 0)
大到暴雨
Heavy rain
to rainstorm
( 35. 1~ 65. 0)
暴到大暴雨
Rainstorm to
big rainstorm
( )65. 1)
平均流失量
Average loss
quant ity
1号区No. 1样品数 Sample number 23 22 15 7 67
平均含泥量 Average mud content (kg&m- 3) 0. 67 % 0. 06 0. 83 % 0. 07 0. 87 % 0. 09 0. 94 % 0. 11 0. 83 % 0. 11
净水样中养分含量 有机质 Organic mat ter 0. 77 % 0. 07 0. 84 % 0. 07 0. 85 % 0. 09 0. 89 % 0. 10 0. 84 % 0. 09
Nut rient content in 速效 N Available N 12. 03 % 0. 91 14. 35 % 1. 02 14. 11 % 1. 14 13. 67 % 1. 45 13. 54 % 1. 05
the net w ater sample 速效 P Available P 4. 69 % 0. 38 5. 16 % 0. 43 5. 33 % 0. 47 5. 22 % 0. 51 5. 10 % 0. 28
( mg&L- 1) 速效 K Available K 6. 43 % 0. 51 7. 14 % 0. 56 7. 39 % 0. 66 7. 23 % 0. 69 7. 05 % 0. 42
2号区No. 2样品数 Sample number 18 17 11 5 51
平均含泥量 Average mud content (kg&m- 3) 0. 79 % 0. 08 0. 87 % 0. 08 0. 93 % 0. 10 0. 97 % 0. 13 0. 89 % 0. 08
净水样中养分含量 有机质 Organic mat ter 0. 67 % 0. 07 0. 78 % 0. 07 0. 81 % 0. 09 0. 86 % 0. 10 0. 78 % 0. 11
Nut rient content in 速效 N Available N 12. 21 % 0. 11 14. 13 % 1. 13 13. 83 % 1. 21 12. 97 % 1. 18 13. 29 % 0. 87
the net w ater sample 速效 P Available P 4. 37 % 0. 39 5. 17 % 0. 49 5. 30 % 0. 57 5. 13 % 0. 49 4. 99 % 0. 42
( mg&L- 1) 速效 K Available K 5. 39 % 0. 47 6. 74 % 0. 52 6. 93 % 0. 63 6. 84 % 0. 73 6. 48 % 0. 73
3号区No. 3样品数 Sample number 19 19 13 4 55
平均含泥量 Average mud content (kg&m- 3) 0. 70 % 0. 07 0. 81 % 0. 07 0. 85 % 0. 11 0. 96 % 0. 12 0. 83 % 0. 11
净水样中养分含量 有机质 Organic mat ter 0. 75 % 0. 07 0. 80 % 0. 08 0. 83 % 0. 09 0. 88 % 0. 11 0. 82 % 0. 05
Nut rient content in 速效 N Available N 11. 71 % 1. 09 13. 84 % 1. 11 13. 72 % 1. 17 13. 37 % 1. 25 13. 16 % 0. 99
the net w ater sample 速效 P Available P 4. 37 % 0. 37 4. 61 % 0. 38 4. 83 % 0. 51 4. 74 % 0. 56 4. 64 % 0. 20
( mg&L- 1) 速效 K Available K 6. 13 % 0. 52 6. 86 % 0. 54 6. 93 % 0. 68 6. 89 % 0. 67 6. 70 % 0. 43
表 3 实测区流失泥土(泥样)中的养分含量( X % S)
Table 3 Nutrient content in runoff soil s( mudsample) of sample plot
项目
Item
样品数
S ample
number
有机质
Organic mat ter
( g&kg- 1)
全N
Total N
( g&kg- 1)
全 P
Total P
( g&kg- 1)
全 K
Total K
( g&kg- 1)
速效 N
Available N
(m g&kg- 1)
速效 P
Available P
( mg&kg- 1)
速效 K
Available K
( mg&kg- 1)
泥样 Mudsample 58 23. 74 % 2. 02 1. 85 % 0. 17 1. 07 % 0. 07 25. 83 % 1. 94 112. 61 % 9. 82 21. 52 % 1. 87 147. 65 % 13. 7
背景土样Background soil sample 76 19. 51 % 2. 11 1. 25 % 0. 11 0. 75 % 0. 15 20. 41 % 2. 89 87. 13% 4. 04 17. 20 % 1. 23 113. 43 % 16. 74
富集比 Enrichment rat io 1. 22 1. 48 1. 43 1. 27 1. 29 1. 25 1. 30
392 应 用 生 态 学 报 12卷
从表 3可知,流失泥土中的养分含量较土壤背景
值有一定的富集( 1. 22~ 1. 48倍不等) ,说明养分在流
失过程中, 随径流流失的∀泥土#对其有一定的吸附作
用,其中全 N、全 P和速效 K 吸附较强.
32 旱地土壤养分流失途径
为了真实反映实际情况,尽量体现各种可能出现
的因素的影响, 又能避免由于个别峰值或低值的干扰,
表 1~ 3中实测数据的处理(统计、计算)采用所有分析
数据的平均值为基础, 以标准差(离差)来表示数据的
离散性,即分析结果用 3 年( 1997~ 1999)的均值及离
差( X % S )来表示.由分析数据的离差(大多数在 10%
以内,少数在 10%左右)可以推知,用均值( X )分析基
本可以代表本区的实际情况. 基于此, 将表 1~ 3统计
数据经再处理得出各测区和全区不同流失途径的养分
流失量,结果列于表 4.
从上述实测数据处理结果可以看出, 旱地土壤养
分流失主要有两大途径: 一为径流冲刷、剥蚀造成耕作
层表土及其中携带养分的流失, 即综合样中提取的泥
样及其所含养分,这类流失主要是因径流的机械搬运
而造成∀土粒#的流失,故此途径可称为∀物理侵蚀#;二
为地表径流对土壤养分的溶解带走而造成流失(溶
蚀) ,流失成分为净水样中所含 N、P、K 等有效养分,
可称之为∀化学侵蚀#.
表 4中∀径流侵蚀量#的数据来源为各测区径流侵
表 4 旱地土壤养分流失量统计与计算结果
Table 4 Statistics of the quantities of soil nutrient carried by runoff water in nonirrigated farmland
数据来源
Data sources
样品数
Sam ple number
平均含泥量
Average mud content
( kg&m- 3)
流失养分实测平均值 Factual survey average value of loss nut rient ( mg&L- 1)
有机质
Organic mat ter
速效 N
Available N
速效 P
Available P
速效 K
Available K
径流侵 1号区 No. 1 67 0. 83 0. 84 13. 54 5. 10 7. 05
蚀量 2号区 No. 2 51 0. 89 0. 78 13. 29 4. 99 6. 48
Runof f 3号区 No. 3 55 0. 83 0. 82 13. 16 4. 64 6. 70
erosion 全区平均 173 0. 85 % 0. 035 0. 81 % 0. 031 13. 33 % 0. 193 4. 91 % 0. 240 6. 74 % 0. 287
quant ity Average of total area( X% S)
流失泥土夹带养分 58 20. 18 % 1. 875 010 % 0007 002 % 0001 013 % 0008
Nut rient of mudcurring( X% S)
总计 T otal 231 0. 85 20. 99 13. 43 4. 93 6. 87
蚀泥土量(径流含泥量)和化学溶蚀养分量(净水样养
分含量) , 由综合样检测结果计算得出: ∀流失泥土夹带
养分#为∀泥样#中的养分含量, 与径流侵蚀泥土量(全
区平均)均属于∀物理侵蚀#;径流侵蚀中的化学溶失部
分则属于∀化学侵蚀#.
33 不同流失途径土壤养分流失量比较
以表 4的统计结果为基础, 将不同流失途径的流
失量分别进行统计、计算,作以对比,求出流失比. 所谓
∀流失比#即各流失过程(或途径,如物理侵蚀或化学侵
蚀)的流失量占总流失量的比例(表 5) .
表 5 不同流失途径土壤养分流失量比较
Table 5 Comparison of the loss quanti ties of soil nutrient by different loss way
流失途径
Loss w ay
表土
Surface soil
有机质
Organic mat ter
速效 N
Available N
速效 P
Available P
速效 K
Available K
流失比 物理侵蚀 Physical erosion 100 96. 14 0. 74 0. 42 1. 91
Loss ratio ( % ) 化学侵蚀 Chemical erosion 3. 86 99. 26 99. 58 98. 09
总流失量 Total loss quant ity( mg&L- 1) 0. 85∗ 103 20. 99 13. 43 4. 93 6. 87
由表 5可见,对于坡度< 3!的旱地而言, 化学侵蚀更为
突出, N、P、K 等有效养分的 98%即由此途径流失;物
理侵蚀作用则对表土和有机质的流失起主导作用, 有
机质流失量的 96%以上是通过此途径流失的. 各流失
途径对流失量的贡献可由流失比看出.
4 讨 论
41 物理侵蚀作用
降雨击溅、片流和细流的物理侵蚀作用直接造成
旱地表土的流失,流失表土中夹带的有机质是旱地有
机质流失的主要途径,占流失有机质总量的 96. 14%.
流失表土中夹带的有效 N、P、K 含量虽然仅占有效养
分流失量的极小一部分(不足 2% ) , 但与背景土壤的
养分含量相比, 却有一定的富集. 值得一提的是,通过
养分全分析得知,流失泥土中所含的全 N、全 P、全 K
量相当可观(表 3) .而且随着降雨强度增大, 表土流失
明显增强.由于流失泥土中夹带有大量有机质,所以随
着泥土流失量的增加, 有机质流失总量也随之显著增
加.因此可以说表土和有机质的流失主要成因于物理
侵蚀,与降雨强度具有正相关性[ 4] .
42 化学侵蚀作用
化学侵蚀作用是造成土壤中 N、P、K 等有效养分
流失的主要原因(见表 4、5) ,由此途径流失的有效养
分占土壤有效养分流失量的 98%以上.随着雨强增大
其流失量有相应的变化 (表 2) : 由小雨中到大雨阶
段,各养分流失量增加很快,当降雨强度增大到暴雨级
3933 期 周 俊等:合肥近郊旱地土壤养分径流流失途径的研究
后,随着径流量的明显加大,水样中养分含量便不再增
大,反而有所减少[ 4] . 这说明水平或近于水平旱地土
壤中 N、P、K等有效养分的流失主要是靠水的化学溶
蚀,即径流的化学侵蚀,而不是物理侵蚀.
43 物理侵蚀与化学侵蚀作用的关系
径流对耕地表面的物理侵蚀和化学侵蚀作用的关
系是复杂的,既有相互矛盾而消长的一面,又有互相促
进的一面. 如化学侵蚀是造成 N、P、K 等有效养分流
失的根本原因, 随着降雨强度增大到暴雨级, 径流对地
面的物理侵蚀作用明显加剧,水样中各养分含量降低
说明径流溶蚀的养分在减少,其原因一是径流加大对
水样中养分的稀释作用, 二是雨急形成的径流快速流
过地表,减少了对土壤中养分的溶解时间,从而也就减
少了溶蚀量.但表土流失也会造成土壤中养分加速流
失,如上层土壤和砂粒间的粘土被剥蚀冲走, 致使下层
土壤变得疏松, 其中养分也就比较易于溶离析出. 值得
强调的是,随着雨强增大, 总流失量虽有增加,但并不
象坡地或山地那样快速增加,说明不仅化学侵蚀增量
很小,而且物理侵蚀也没有相应的增量出现, 从径流含
泥量增加很小( < 1. 5倍,表 2)可以证明这一点.其原
因在于水平或近水平旱地流出的径流多是由于∀超渗#
或∀蓄满#而造成,因此径流在旱地表面产生并流出时,
并不能对耕地表层形成快速而剧烈的侵蚀作用,这也
说明水平或近水平旱地表面的物理侵蚀要弱于化学侵
蚀.
参考文献
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hui Climate. Hefei: Anhui Science and Technology Press. 25~ 26 ( in
Chinese)
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3 Zhou J (周 俊) , Zhu J (朱 江) . 2000. Research on agrogeologic
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学报) , 9( 2) : 182~ 187( in Ch inese)
4 Zhou J(周 俊) , Zhu J(朱 江) , Cai J( 蔡 俊) . 2000. Relat ionship
betw een soil nut rient loss and rainfall intensity in nonirrigated farm
land of Hefei outskirt s. J Soi l and Water Conser ( 水土保持学报) , 14
( 3) : 92~ 95( in Chinese)
作者简介 周 俊,男, 1957 年生,副教授, 主要从事农业地质、
环境地质和水土保持等方面的教学与科研工作, 发表论文 60
余篇.
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394 应 用 生 态 学 报 12卷