降雨坡面土壤养分流失影响因素研究综述

隋毓俭

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

降雨不仅是造成水土流失的驱动力，也是造成坡面土壤养分流失的主要因素。降雨条件下，土壤养分的运移包含两个过程：土壤内部的可溶性物质随入渗的水分沿垂直方向迁移和土壤入渗养分随地表径流迁移。土壤表层养分随径流迁移的过程十分复杂，其影响因素很多，主要有降雨强、降雨历时、地面坡度、土壤特性、地表植被等。

1 降雨特征对土壤养分流失的影响

降雨条件下土壤养分的流失过程可分为以下阶段：一是降雨初始，表层土壤含水率较低，在雨滴打击下使干燥土粒溅起；二是随着土壤颗粒渐渐被水分饱和，土壤中养分被水溶解；三是在击溅进行的同时，土壤团粒结构被粉碎和分散；四是随着降雨的继续进行，地表出现泥浆，土壤细颗粒移动或下渗，阻塞土壤空隙，促使地表径流的产生，雨滴打击使泥浆溅散。在以上过程中，土壤养分中的可溶性养分向雨水中释放，吸附于土壤颗粒中的养分也同时进行扩散，结合在土粒表面中的养分随不同粒径的溅蚀而分离于土体，溅蚀是土壤养分流失起始阶段。而后出现面状水流冲刷，进而发展为细沟浅沟侵蚀。最终表现为土壤层状剥蚀，直接导致土层减薄，土壤肥力降低。

降雨特征包括雨强、雨滴动能、雨型、降雨历时、暴雨中心以及降雨量等。考虑到试验观测和定量方便以及影响程度的不同，在实际研究中，以雨强、雨量以及雨滴动能等降雨特征等作为主要研究对象，其中有关雨强与养分流失的关系研究较多。张亚丽等[1]在研究黄土区土壤矿质氮素流失表现为雨强增大，土壤矿质氮素流失量与径流作用深度（EDI）和土壤硝态氮入渗峰值深度均增加，径流累计量、流失养分累计量和泥沙累计量与雨强呈幂函数增长。王全九等[2]通过改变降雨高度方式，研究了有效雨滴动能对土壤钾随地表径流迁移的影响。结果表明：随着有效雨滴动能的增加，土壤入渗量逐渐减少，径流量、土壤侵蚀量和养分流失量显著增加。

2 地形条件对土壤养分流失的影响

地形条件包括坡度、坡长、坡型、坡向等，其中坡度和坡长是影响坡地土壤侵蚀的两个重要因素。

坡面坡度对侵蚀的影响最终通过坡面径流量和流速体现，表现在降雨产生的净雨量、坡面径流水深、坡面流速度和坡面流切应力等方面。靳长兴[3]指出坡面土壤的不稳定性与坡度的大小成正比，坡度愈大，土体的不稳定性愈强，在外力作用下发生下移的可能性愈大，在人为干扰较大的坡耕地上表现尤为突出。在一定范围和条件下，土壤侵蚀量与坡度成正比。大量人工降雨试验和野外观测资料表明：在斜面坡度超过一定限度时，其侵蚀量与坡度成反比，说明存在坡度临界值，称为“侵蚀转折坡度值”，许多学者认为是25°左右。唐克丽等[4]研究提出发生浅沟侵蚀的临界坡度为15°～20°，大于25°的陡坡地浅沟发生的频率最高，其侵蚀量占坡耕地总侵蚀量的70%。陈永宗[5]提出在黄土丘陵沟壑区，侵蚀转折坡度大约在25°～28.5°之间。赵晓光等[6]提出土壤的临界坡度不是一个定值，是各因子相互作用的结果，在黄土高原，其值介于21.4°～45°之间，黄绵土约为28°。刘青泉[7]在运动波理论基础上通过对土壤侵蚀与坡度关系的分析表明：坡面土壤侵蚀具有坡度界限，且土壤侵蚀的界限坡度是一个变量，随颗粒粒径、容重、坡面糙率、径流长度、降雨入渗差值（净雨量）以及土壤摩擦系数等因素的不同而改变，但一般情况下土壤侵蚀的坡度界限应在41.5°～50°范围内。

坡长为坡面水土流失的主要因素。孔亚平等[8]通过室内人工模拟降雨研究坡长对侵蚀产沙过程的影响，表明坡长对径流与侵蚀产沙的影响程度随雨强的不同有明显差异。在小雨强下，侵蚀产沙受坡长的影响并不明显，随着雨强的增大，坡长的影响愈加明显。也就是说，短历时或小强度的模拟试验降雨，坡长的影响并不明显，随着降雨历时的延长或降雨强度的增加，坡长的影响会越来越大。在同一雨强下，径流和侵蚀产沙的增量随坡长的增大而增大；同一坡长小区，径流和侵蚀产沙的增量随雨强的增大而增大。

3 地表植被对土壤养分流失的影响

植被是影响土壤侵蚀及养分流失的重要因素。目前，植被类型、植被覆盖度、植被枯枝落叶层、植被根系等对土壤侵蚀及养分流失的影响研究较多，植被的垂直结构、形态结构更是影响土壤侵蚀的重要因素。

植被对土壤侵蚀及养分流失的影响主要表现在植物冠层截留降雨、植物的茎干和枯落物拦蓄分散地表径流、改良根系土壤增加土壤的抗冲性或抗蚀性和土壤渗透性等方面。植被覆盖的存在能有效降低雨滴动能，增加土壤入渗能力，减少地表径流量与泥沙量。

李鹏等[9]采用野外模拟冲刷试验，对不同处理条件下草类植被坡面径流的水力学特性和侵蚀产沙规律进行研究。结果表明：在相同的试验条件下，植被覆盖度越高，植被越完整，地表径流运动所遇到的阻力也就越大，其阻滞和拦蓄径流的能力也越强，因而表现出了坡面的径流量随着植被完整程度的增加而增加，径流流速减缓，径流含沙降低的趋势。张兴昌等[10]通过野外径流小区对17种植被覆盖对土壤侵蚀和氮素流失的影响进行研究。结果表明：不同植被类型覆盖下，泥沙氮素富集率存在明显差异，总的来看，作物覆盖下泥沙氮素富集率小于牧草，牧草又小于草灌间作，而侵蚀量大小顺序与此基本一致。同时指出不同植被类型对泥沙全氮富集的影响实际上是通过调节径流的流速而间接影响泥沙全氮的富集。同时，张兴昌等[11]在纸坊沟流域研究了不同植被覆盖度对流域氮素流失的影响，得出小流域土壤氮素随径流流失规律。结果表明：当流域的植被覆盖度分别为60%，40%，20%和0%时，土壤中硝态氮的流失量分别为85.50 kg/km2，74.05 kg/km2，63.95 kg/km2和 56.23 kg/km2；铵态氮的流失量分别为87.08 kg/km2，44.31 kg/km2，25.16kg/km2和13.71 kg/km2；而流域的有机质流失量分别为 15.67t/km2，24.02 t/km2，44.68 t/km2和 164.87t/km2；全氮的流失量为 0.81 t/km2，1.18 t/km2，1.98 t/km2和7.51 t/km2。降雨产流过程中，径流及泥沙中的氮素含量随产流时间的增大呈下降趋势，而流失累积量呈逐步增大趋势。植被覆盖虽能有效减少土壤侵蚀量和全氮的流失量，但却会增加土壤矿质氮的流失。原因在于径流中矿质氮浓度的大小主要取决于径流对土壤表层矿质氮的稀释作用和径流在坡面传递过程中与矿质氮的相互作用，植被覆盖条件下，流域径流与表层土壤矿质氮的相互作用大于其稀释作用，随植被覆盖度的增加，径流矿质氮浓度逐渐增加。

4 土壤特性对坡地养分流失的影响

土壤的质地、结构状况、孔隙度、水分和温度状况等直接影响土壤的氧化还原性和通气状况，从而影响土壤水分运行规律以及土壤中养分的转化速率和存在状态。

目前，有关土壤性质对坡地养分流失的研究主要集中在土壤颗粒组成方面。黄丽等的研究结果表明泥沙中直径小于0.002 mm的黏粒和直径小于0.02 mm的微团聚体是土壤养分流失的主要载体。晏维金等对磷的富集机理研究得出，径流流失的沉积物主要以0.25 mm以下的团聚体为主，80%以上的磷以颗粒态形式流失，而颗粒态磷的60%～90%随0.1 mm以下的团聚体流失。地表径流是坡面土壤流失的动力和载体，径流在坡面传递过程实际上是径流与坡面土壤颗粒相互作用的过程，在这个过程中，地表径流首先选择性地携带土壤细颗粒。因此，与原地土壤相比，泥沙中细颗粒特别是黏粒含量显著增加，导致泥沙黏粒的富集。由于土壤有机质和全氮（主要为有机氮）多与土壤细颗粒结合，泥沙黏粒的富集会导致泥沙有机质和全氮的富集。国外不少学者对不同类型土壤和前期含水量条件下土壤溶质径流流失进行了研究。结果表明：全部溶质流失量是施入溶质的0.5%～62%，并且地面积水时间直接影响土壤溶质流失的数量。

总之，降雨历时、降雨雨强、地面坡度、地表植被以及土壤特性等综合作用于坡地养分流失，在不同的条件下，发挥主导作用的因素各不相同，但它们共同影响着土壤侵蚀和养分流失。

[1]张亚丽，张兴昌，邵明安，等.降雨强度对黄土坡面矿质氮素流失的影响[J].农业工程学报，2004，20（3）：55-58.

[2]王全九，王辉.黄土坡面土壤溶质随径流迁移有效混合深度模型特征分析[J].水利学报，2010，41（6）：671-676.

[3]靳长兴.坡度在坡面侵蚀中的作用[J].地理研究，1996，15（3）：57-63.

[4]唐克丽，贺秀斌.黄土高原全新世黄土-古土壤演替及气候演变的再研讨[J].第四纪研究，2004，24（2）：129-139.

[5]陈永宗.黄土高原沟道流域产沙过程的初步分析 [J].地理研究，1983，2（1）：35-45.

[6]赵晓光.黄土高原细沟产生的动力基础分析 [J].中国水土保持，2003（8）：16-17.

[7]刘青泉，李家春.降雨坡面径流汇集模型及其在茅坪滑坡中的应用[J].自然科学进展，2006，16（6）：662-671.

[8]孔亚平，张科利，曹龙熹.土壤侵蚀研究中的坡长因子评价问题[J].水土保持研究，2008，15（4）：43-47.

[9]李鹏，李占斌，郑良勇.黄土坡面水蚀动力与侵蚀产沙临界关系试验研究[J].应用基础与工程科学学报，2010，18（3）：435-441.

[10]张兴昌，邵明安.植被覆盖度对流域有机质和氮素径流流失的影响[J].草地学报，2000，8（3）：198-203.

[11]张兴昌，刘国彬，付会芳.不同植被覆盖度对流域氮素径流流失的影响[J].环境科学，2000（6）：16-19.