三峡库区优先流影响土壤养分流失机制研究

控制养分流失是提高农产品产量、减少地下水污染的重要途径，优先流是近年来人们逐步认识到的一种非遵从达西定律的快速土壤水分运动形式。优先流的存在使得养分在优先路径中的迁移速度远大于其在一般土壤介质中的迁移速度，因此在土壤养分流失过程研究中，优先流对于土壤养分流失的影响就显得异常重要。本项目以长江三峡库区柑橘地为对象，研究该地区柑橘地优先流对养分流失的作用过程，主要研究内容包括柑橘地养分优先迁移路径确定，优先流运移养分方式、运移速度和优先流运移养分比率等，土壤物理性状、降雨及施肥状况（包括施肥浓度、施肥频率、肥料种类、肥料形态等）等对优先流运移养分的影响，分析优先流运移养分特征及其与地表径流和一般壤中流运移养分的区别，最终得到优先流运移养分规律。本研究对于进一步认识养分流失机理，丰富农业水土资源利用学研究内容具有重要的理论意义，对于采取适当管理措施，控制养分流失具有较大的实践指导价值。

本研究以长江三峡库区柑橘地为研究对象，采用染色示踪法及数学分析方法，深入探讨优先流对柑橘地养分深层流失的作用机制。研究结果表明，大孔隙使染色区的水分渗透速率较非染色区提高了1.48倍以上，随着土层深度增加，其提高程度有增大的趋势。柑橘地土壤大孔隙率在1.5~19.5%之间，孔径范围0.3~1.7 mm，半径大于0.7 mm的土壤大孔隙是形成优先流路径的主要孔径范围，决定了稳定出流速率90.9%的变异。20年林龄柑橘地10-20 cm土层有效大孔隙数量高于10年林龄柑橘地。柑橘地土壤中的优先路径改变了水分和溶质入渗过程，使得优先流染色面积较均匀下渗的基质流染色面积小，20-30cm土层水平剖面染色面积和垂直剖面染色面积都在7%以下。优先路径与饱和导水率之间有显著正相关关系（P<0.05），1-3mm径级范围内根系长度是影响优先路径分布的主要因素。相较于填充土柱，存在优先流的原状土柱土壤中养分运移的速率更快、数量更多，其穿透曲线下降初期较陡并表现出了较长的拖尾特征。存在优先路径的土体水分出流速率达到平衡入渗过程的3.5倍，且波动程度较大。优先流作用使溶质相对浓度到达峰值的时间缩短了37.7%，而此时的溶质运移量却是平衡基质流溶质运移量的2.5倍，表明优先流能够导致土壤溶质的快速大量迁移。本研究可为采取措施防治养分深层流失及由此引起的地下水污染提供理论依据。