红壤坡地水沙分配及其与氮磷的伴生迁移特征

Water environment pollution raised from agricultural activities is becoming one of the hot spots of common concern. In terms of the studies of water environment pollution generated by non-point source pollution, different soil layers have not been clearly defined by scholars at home and abroad when pollutants permeate ground with runoff, especially the spatial distribution pattern and migration mechanism of the permeating nitrogen(N) and phosphorus(P). In order to demonstrate the developement of N and P in the process of soil erosion and water loss, this study investigated the typical red-soil slopland in south China. Water balance tester on the slope was applied and observation method of runoff plots was employed in the experiment. Viewing from the perspective of layered migration of water and sediment, the migration path and spatial distribution variation of N and P permearing with sediment, surfaee runoff, interflow and subsurface runoff resulted by field natural rainfall were analysed. Besides, the grain size of the lost sediment and migration law between the runoff of different soil layers and the elements of N and P were also estimated. The study results would provide not only scientific basis for the obstruction of pollutants' pathway on the red soil slopeland and the control of non-point source pollution, but aslo scientific value and practical significance for the sustainable utilization of water and soil resources and the prevention of basin non-point source pollution.

由农业生产活动引发的水环境污染问题正成为各界普遍关注的热点问题之一。在农业面源导致的水环境污染问题相关研究中，国内外学者对污染物随径流在土壤不同深度层次，尤其是氮磷污染物随径流入渗至地下的空间分配规律和迁移机制的认识尚不清楚。为了阐明氮磷元素在水土流失过程中的发展演变过程，本项目以典型的南方红壤坡地为研究对象，采用坡地水量平衡试验装置和径流小区观测的方法，从水沙分层输移入手，研究野外天然降雨下氮磷随泥沙以及地表径流、壤中流、地下径流的迁移路径及其空间分异，探析坡面流失泥沙粒径、不同土壤层次径流与氮磷之间的迁移规律。研究成果不仅可为红壤坡地污染物的路径阻断及控制面源污染提供科学依据和参考，而且对于我国南方红壤坡地生态农业开发中水土资源的可持续利用以及流域面源污染防治都具有重要的科学价值和现实意义。

农业面源污染迁移规律研究的核心是污染物在降水或排水条件下从土壤向水体迁移的规律。目前，关于氮磷元素等污染物伴随径流及泥沙迁移过程大多针对地表径流泥沙开展，污染物随径流入渗至地下的垂直分配规律和迁移机制尚不清楚。本项目以第四纪红黏土发育的红壤坡耕地为研究对象，构筑坡地水量平衡试验平台，采用高频率和高精度的定位观测方法，从水沙分层输移入手，研究野外天然降雨下氮磷随泥沙以及地表径流、壤中流、地下径流的迁移路径及其空间分异，探析坡面流失泥沙粒径、不同土壤层次径流与氮磷之间的迁移规律。研究结果表明：（1）随着土壤深度的增加，试验小区土壤含水量变化对降雨的响应程度均程减弱趋势。土壤含水量在空间上的分布规律比在时间上更具稳定性，即土壤水分高处总为高，土壤水分低处总为低。坡耕地种植植物篱将会减少表层土壤水分含量，增加深层土壤水分含量。（2）地表径流和浅层壤中流（30cm）随着降雨的开始，其产流后流量快速上升，雨停后快速下降，呈“急升陡降”模式。而地下水输出明显滞后于降雨，且呈现“急升缓降”模式。地表径流量和壤中流量与降雨量均呈良好的幂函数关系，但地下径流量与降雨量的幂函数关系不显著。（3）试验期内发生土壤侵蚀主要为50~100mm的降雨事件，其次为25~50mm的降雨事件。试验小区的次降雨地表径流与泥沙输出均呈良好的幂函数递增关系。植物篱技术可有效拦截泥沙输出，且随着降雨等级的增加，泥沙拦截量逐渐增加，但拦截效率下降。（4）次降雨总泥沙中以小于0.2mm级配泥沙（细砂及以下颗粒）为主，约占总量的96%；降雨量和侵蚀泥沙级配无明显关系，I30直接影响泥沙粒径的分配；随着作物覆盖度的增大其侵蚀泥沙中小于0.02mm细颗粒比例增大，而粗颗粒比例减小；植物篱措施可以增加细颗粒比例，减少粗颗粒比例，其中对细砂、粘粒影响最大。（5）侵蚀泥沙干筛法>10、10-5、5-2、2-1、1-0.5、0.5-0.25、<0.25mm 7个等级土壤团聚体中全氮、碱解氮、全磷含量均无显著性差别。（6）氮磷浓度总体上与径流流量呈负相关，表现为径流稀释作用。壤中流是硝态氮输出的主要途径，而总磷的输出途径为地表径流。随着土层的加深，径流中总磷浓度逐渐降低。