坡耕地作為山區(qū)落后生產(chǎn)條件下人口與資源矛盾沖突中出現(xiàn)的產(chǎn)物,是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源,其養(yǎng)分隨水土流失進(jìn)入河流及湖泊,使得水體富營(yíng)養(yǎng)化。到20世紀(jì)70年代初坡耕地養(yǎng)分流失問(wèn)題才引起人們的重視。湖泊的嚴(yán)重污染和肥料投入的增加都是養(yǎng)分遷移造成的,據(jù)統(tǒng)計(jì),農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染已占中國(guó)全部污染的1/3,并有繼續(xù)惡化的趨勢(shì),研究發(fā)現(xiàn)造成水體污染的真正根源是土壤養(yǎng)分的流失。前人利用土壤養(yǎng)分速測(cè)儀對(duì)養(yǎng)分隨地表徑流流失做了大量的研究工作,而對(duì)土壤養(yǎng)分隨地下徑流流失研究則較少,對(duì)優(yōu)先流、壤中流等水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程影響?zhàn)B分流失的研究還處于探索階段。因此全面認(rèn)識(shí)水分運(yùn)動(dòng)對(duì)養(yǎng)分流失的影響,能夠有效減少土壤養(yǎng)分流失,防止面源污染。
坡耕地養(yǎng)分流失特征、途徑及影響因素研究
降雨作用于表土,從而引起坡耕地養(yǎng)分流失,其與區(qū)域降雨過(guò)程密切相關(guān)而具有隨機(jī)性,養(yǎng)分流失隨徑流進(jìn)入水體且遍及廣大地區(qū)而具有廣泛性,養(yǎng)分流失在某個(gè)固定點(diǎn)無(wú)法監(jiān)測(cè)到而具不確定性,隨時(shí)間空間變化幅度大而具時(shí)空性,因養(yǎng)分流失達(dá)到一定數(shù)量,才反映土壤的貧瘠和退化而具滯后性與潛在威脅性,養(yǎng)分伴隨徑流產(chǎn)生分布于徑流和泥沙中,使得監(jiān)測(cè)、控制和處理的難度增加而具復(fù)雜性。
土壤養(yǎng)分流失是受降雨特征及下墊面因素綜合影響的物理化學(xué)過(guò)程,土壤養(yǎng)分淋失,土壤養(yǎng)分流失及通過(guò)氣態(tài)揮發(fā)或粉塵進(jìn)入大氣是其3個(gè)主要途徑。李俊波認(rèn)為土壤養(yǎng)分流失途徑為徑流泥沙攜帶和徑流水?dāng)y帶。前人從不同角度認(rèn)識(shí)養(yǎng)分流失途徑,得到大量研究成果。近年來(lái)氮素淋失的研究受到眾研究者廣泛關(guān)注,國(guó)外采用同位素示蹤等技術(shù)研究氮素淋失很多,氮素流失較少,二者相結(jié)合的研究更少。我國(guó)北方主要集中在降水條件和灌溉水對(duì)土壤氮磷淋失影響的研究,南方地區(qū)主要集中在紅壤養(yǎng)分淋失規(guī)律及水稻土氮素流失的研究。
養(yǎng)分流失的特征及途徑?jīng)Q定了其影響因素的多面性。降水是產(chǎn)流和產(chǎn)沙的原動(dòng)力,徑流又是攜帶養(yǎng)分的介質(zhì),所以降雨強(qiáng)度是坡耕地養(yǎng)分流失的主要影響因素之一,而降雨時(shí)間、地面坡度、坡長(zhǎng)、土壤的理化性質(zhì)、作物覆蓋度、土地利用方式、整地方式等下墊面因素直接影響到坡面徑流,故也是影響?zhàn)B分流失的主要因素。前人在人工降雨法或自然降雨條件下就不同影響因素展開(kāi)地表徑流造成的養(yǎng)分淋失、流失規(guī)律的研究,但通常把淋失與流失分開(kāi)研究,使全面評(píng)估農(nóng)田養(yǎng)分流失對(duì)面源污染的影響受到局限。
土壤水分運(yùn)動(dòng)對(duì)坡耕地養(yǎng)分流失影響研究
優(yōu)先流對(duì)坡耕地養(yǎng)分流失的影響研究?jī)?yōu)先流是近年來(lái)針對(duì)土壤水運(yùn)動(dòng)所提出的術(shù)語(yǔ),是一種較為常見(jiàn)的快速非平衡的土壤水分運(yùn)動(dòng)形式,作為快速到達(dá)深層土壤甚至地下的非均勻流,土壤水分測(cè)定儀測(cè)試結(jié)果顯示極大地影響了地表徑流、地下徑流的形成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程與養(yǎng)分流失過(guò)程,誘發(fā)泥石流、滑坡及崩塌等災(zāi)害事件形成,其所運(yùn)移的溶質(zhì)會(huì)造成嚴(yán)重的地下水質(zhì)惡化。優(yōu)先流現(xiàn)象作為土壤水分一種特殊運(yùn)動(dòng)形式成為當(dāng)今世界水文學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。
目前優(yōu)先流對(duì)坡耕地養(yǎng)分流失的影響的研究在國(guó)內(nèi)報(bào)道較少,眾學(xué)者從優(yōu)先流的特征及影響因素進(jìn)行研究,認(rèn)為由于入滲水沒(méi)有充分時(shí)間與土壤基質(zhì)緩慢運(yùn)移的其他部分保持平衡,使優(yōu)先流在流動(dòng)路徑具有非平衡性。影響優(yōu)先流的靜態(tài)因素主要是土壤理化性質(zhì)、生物因素和土壤初始含水量,動(dòng)態(tài)因素為降雨強(qiáng)度、灌溉方法、耕作方式及干濕和凍融交替4個(gè)方面。一般呈聚集狀分布的土壤大孔隙作為土壤中優(yōu)先路徑,一定區(qū)域內(nèi)其數(shù)量、聯(lián)通狀況及分布特征影響優(yōu)先流現(xiàn)象的發(fā)生;土壤初始含水量反映層狀土壤上層物理特征,對(duì)優(yōu)先流產(chǎn)生具有重要作用;研究表明土壤初始含水量較高時(shí),施加農(nóng)藥,短時(shí)間的降雨使得農(nóng)藥的遷移路徑很深。降雨強(qiáng)度和灌溉方法影響優(yōu)先流運(yùn)動(dòng)過(guò)程,耕作方式、凍融和干濕交替過(guò)程改變土壤的結(jié)構(gòu)和孔隙度,從而導(dǎo)致優(yōu)先流的形成。
免耕方式在增加土壤滲透性的同時(shí),使得流向地下水中的污染物增加,牛健植也認(rèn)為免耕地中的大型脊髓動(dòng)物能夠極大地驅(qū)動(dòng)優(yōu)先流產(chǎn)生。區(qū)自清采用環(huán)割PVC土柱研究表明凍融和干濕交替過(guò)程造成土壤大孔隙及由此形成優(yōu)先流。秦耀東對(duì)關(guān)于土壤中大孔隙流方面的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展做了詳細(xì)論述。何凡認(rèn)為優(yōu)先流流量主要決定于產(chǎn)流次雨量及前期影響雨量,當(dāng)優(yōu)先流與地表徑流流量過(guò)程線為單峰時(shí),二者線性關(guān)系隨著產(chǎn)流次雨量及前期影響雨量的不同而有所差異。牛健植研究表明土壤松散、多孔、孔隙度較大,低強(qiáng)度、低雨量級(jí)和長(zhǎng)歷時(shí)降雨,并具有較厚的地被物層和豐富的根系層這些誘發(fā)因素的存在,是優(yōu)先流形成的條件。王偉使用亮藍(lán)染色法劃分林地優(yōu)先流發(fā)生區(qū)域,結(jié)果表明隨土壤深度增加,大孔隙呈現(xiàn)出聚集態(tài)的分布且數(shù)量逐漸減少,“漏斗”狀的孔隙有利于水分優(yōu)先運(yùn)移。掌握優(yōu)先流產(chǎn)生的影響因素,結(jié)合養(yǎng)分流失的特征,從而研究?jī)?yōu)先流對(duì)養(yǎng)分流失的影響對(duì)全面認(rèn)識(shí)坡耕地養(yǎng)分流失有重要意義。
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