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《湖北農(nóng)業(yè)科學雜志》2014年第十一期
1試驗設計與分析方法
1．1試驗設計試驗在室內(nèi)進行，試驗裝置由試驗槽、不銹鋼鋼架、降雨器組成。試驗槽由厚為1cm的有機玻璃板制成，內(nèi)部長85cm，寬18cm，高50cm，實際填土體積85cm×18cm×45cm。試驗槽兩側(cè)設有取樣孔，底部設置排水孔，具體設置見圖1。試驗槽上方用不銹鋼鋼架支撐平行排列的PVC水管，水管距離實驗槽上方70cm，水管下方均勻扎有細孔，以保證降雨均勻，降雨投影面積為0．16m2。水管兩側(cè)設置水表，以便測定降雨強度和降雨量。
1．2降雨模擬試驗在試驗槽內(nèi)按1．3g／cm3容重分層填裝供試土壤，填土深度45cm。墊起試驗槽一端，用地質(zhì)羅盤儀測定使其達到設計坡度，本試驗設置0°、15°、30°、45°四個坡度。設定好坡度后打開降雨裝置開始降雨，降雨強度為1．3mm／min，連續(xù)降雨3h后關(guān)閉該裝置。
1．3采樣分析方法降雨后每隔48h進行一次采樣，共采集4次土壤樣品。依照與坡面垂直的方向設計剖面，進行土樣采集。不同坡度的降雨試驗中，第一個采樣點距坡頂?shù)拇怪本嚯x均為8．5cm。自第一個采樣點起，沿與坡面平行方向每隔17cm設計一個采樣點，共計5個采樣點，依次記為點A、B、C、D、E。同時為了能反映降水的滲透、淋溶等作用對土壤養(yǎng)分流失的影響，在每個采樣點距地表10、25、40cm處，自上而下采集3個土樣，共計采集土樣240個。試驗測定項目有速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)，分別采用堿解擴散法、碳酸氫鈉浸提法、乙酸銨浸提法和重鉻酸鉀容量法測定。試驗數(shù)據(jù)采用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行處理。
2結(jié)果與分析
2．1坡度對土壤養(yǎng)分含量的影響土壤養(yǎng)分主要通過徑流和徑流中攜帶的泥沙流失。其中水是土壤溶質(zhì)的溶劑和載體，也是溶質(zhì)隨地表遷移的驅(qū)動者，它不僅使土壤溶質(zhì)隨徑流水遷移，而且使溶質(zhì)隨侵蝕泥沙而遷移［12］。降雨過程中，隨著土壤由濕潤到水分飽和，入滲量逐漸減少，雨水對地表沖刷能力增強，表層徑流量增大，侵蝕作用逐漸明顯。坡地在雨水的沖刷下，表土極易流失，土壤侵蝕量較大，特別是在細顆粒的吸附作用下，流失土壤表面的養(yǎng)分物質(zhì)成為養(yǎng)分流失的主體。圖2為降雨后48h距地表10cm處的土壤分含量變化情況。土壤養(yǎng)分含量隨坡度的增加而減少。該層土壤中速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量隨坡度的變化有較大不同。坡度由0°增加到15°，土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量減少幅度最小，坡度由15°增加到30°，土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量減少幅度居中，坡度由30°增加到45°，四種土壤養(yǎng)分含量減少幅度最大。說明在一定的坡度范圍內(nèi)，隨著坡度的增加，土壤養(yǎng)分減少幅度會不斷增大。對土壤養(yǎng)分含量與坡度進行相關(guān)性分析可知，速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量與坡度的決定系數(shù)分別為0．9903、1．0000、0．9968、0．9927，四種土壤養(yǎng)分含量與坡度相關(guān)顯著，其回歸方程如。
2．2土壤養(yǎng)分的空間分布狀況圖3為降雨48h后土壤養(yǎng)分含量分布情況。總的趨勢是隨著坡度的增加土壤養(yǎng)分含量減小，同一坡度下土壤層越深，土壤養(yǎng)分含量越高，例如速效氮在距坡頂8．5cm處，四種坡度下，10cm土壤層土壤樣本速效氮含量分別為38．9、17．7、9．9、3．8mg／kg，變異系數(shù)為87％；而40cm土壤層土壤樣本速效氮含量則分別為51．1、48．2、47．6、46．3mg／kg，變異系數(shù)為4％。分析原因是伴隨坡地土壤侵蝕過程的發(fā)生，泥沙與徑流水是養(yǎng)分流失的主要載體和途徑。土壤侵蝕過程主要發(fā)生在地表，對深層土壤的影響不大［15］，因此地表土壤養(yǎng)分含量隨坡度的增加大幅度減小，深層土壤養(yǎng)分含量受坡度變化的影響并不顯著。坡面土壤養(yǎng)分遷移方式可分為兩種，一是易溶于水的土壤養(yǎng)分沿垂直方向隨水分入滲至深層土壤中，部分隨徑流沿坡面向坡底遷移；二是不易溶于水并吸附在土壤顆粒表面的土壤養(yǎng)分在徑流的作用下向坡底遷移，而泥沙中含有顆粒細小、比表面積大的黏粒，能夠吸附大量的土壤養(yǎng)分［16］。由圖3可知，四種不同坡度條件下，各養(yǎng)分在坡底附近的含量均高于坡頂附近含量，如15°坡面10cm土壤層采樣點E處土壤速效氮含量36．9mg／kg，高于0°坡度相應位置處（可以類比坡頂）土壤速效氮含量。說明兩種遷移方式均可導致土壤養(yǎng)分在坡底附近富集。
2．3土壤養(yǎng)分隨時間的變化規(guī)律由圖4可知，四種坡面土壤養(yǎng)分含量隨時間變化規(guī)律基本一致，四種坡面10cm土壤層的土壤速效氮和有機質(zhì)含量隨時間的變化呈減少的趨勢，25、40cm土壤層上述兩種土壤養(yǎng)分則沒有明顯變化。分析原因是部分速效氮揮發(fā)至空氣中［17］，導致表層土壤速效氮含量隨時間的增加呈減少的趨勢；隨著時間推移，有機質(zhì)中部分物質(zhì)分解［18］，導致表層土壤有機質(zhì)含量隨時間的變化而減少。建議在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中及時補充氮肥和有機肥，以保證農(nóng)作物的正常生長發(fā)育。各坡面各土層速效磷含量無明顯變化。四種坡面10cm土層的土壤速效鉀含量隨時間的變化呈增加的趨勢，中土層和底土層有緩慢減少的趨勢。其原因是速效鉀易溶于水［19］，其遷移方式受水分運動的影響較大，下層土壤速效鉀在毛管水的作用下向地表遷移，導致10cm土層的土壤速效鉀含量隨時間的變化呈增加的趨勢，而25、40cm土壤層的土壤速效鉀含量隨時間的變化呈減少的趨勢。
3結(jié)論
1）降雨條件下，在一定的沉陷區(qū)坡度范圍內(nèi)，土壤養(yǎng)分隨著坡度增大而減少。距地表10cm土層的土壤養(yǎng)分含量總體上隨坡度的增加而大幅度減小，而深層土壤養(yǎng)分含量隨坡度變化較小。2）不同土壤層的土壤養(yǎng)分含量從沉陷區(qū)坡頂?shù)狡碌椎淖兓炔煌航咏乇硖?，土壤養(yǎng)分含量從坡頂?shù)狡碌自黾臃却螅顚油寥鲤B(yǎng)分含量從坡頂?shù)狡碌自黾泳徛?）坡度大于0°的坡面土壤養(yǎng)分含量從坡頂?shù)狡碌壮试黾拥内厔?，其坡底附近區(qū)域出現(xiàn)了各土壤養(yǎng)分的富集現(xiàn)象。接近地表處土壤速效氮、有機質(zhì)含量隨時間的變化呈現(xiàn)減少的趨勢，速效磷含量隨時間的推移沒有明顯變化，接近地表處土壤速效鉀含量隨時間的變化而增加。
作者：王曦黃璨章如芹嚴家平單位：安徽理工大學地球與環(huán)境學院