降雨坡面土壤養(yǎng)分流失影響因素研究綜述

隋毓儉

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

降雨不僅是造成水土流失的驅(qū)動力，也是造成坡面土壤養(yǎng)分流失的主要因素。降雨條件下，土壤養(yǎng)分的運移包含兩個過程：土壤內(nèi)部的可溶性物質(zhì)隨入滲的水分沿垂直方向遷移和土壤入滲養(yǎng)分隨地表徑流遷移。土壤表層養(yǎng)分隨徑流遷移的過程十分復(fù)雜，其影響因素很多，主要有降雨強、降雨歷時、地面坡度、土壤特性、地表植被等。

1 降雨特征對土壤養(yǎng)分流失的影響

降雨條件下土壤養(yǎng)分的流失過程可分為以下階段：一是降雨初始，表層土壤含水率較低，在雨滴打擊下使干燥土粒濺起；二是隨著土壤顆粒漸漸被水分飽和，土壤中養(yǎng)分被水溶解；三是在擊濺進行的同時，土壤團粒結(jié)構(gòu)被粉碎和分散；四是隨著降雨的繼續(xù)進行，地表出現(xiàn)泥漿，土壤細(xì)顆粒移動或下滲，阻塞土壤空隙，促使地表徑流的產(chǎn)生，雨滴打擊使泥漿濺散。在以上過程中，土壤養(yǎng)分中的可溶性養(yǎng)分向雨水中釋放，吸附于土壤顆粒中的養(yǎng)分也同時進行擴散，結(jié)合在土粒表面中的養(yǎng)分隨不同粒徑的濺蝕而分離于土體，濺蝕是土壤養(yǎng)分流失起始階段。而后出現(xiàn)面狀水流沖刷，進而發(fā)展為細(xì)溝淺溝侵蝕。最終表現(xiàn)為土壤層狀剝蝕，直接導(dǎo)致土層減薄，土壤肥力降低。

降雨特征包括雨強、雨滴動能、雨型、降雨歷時、暴雨中心以及降雨量等。考慮到試驗觀測和定量方便以及影響程度的不同，在實際研究中，以雨強、雨量以及雨滴動能等降雨特征等作為主要研究對象，其中有關(guān)雨強與養(yǎng)分流失的關(guān)系研究較多。張亞麗等[1]在研究黃土區(qū)土壤礦質(zhì)氮素流失表現(xiàn)為雨強增大，土壤礦質(zhì)氮素流失量與徑流作用深度（EDI）和土壤硝態(tài)氮入滲峰值深度均增加，徑流累計量、流失養(yǎng)分累計量和泥沙累計量與雨強呈冪函數(shù)增長。王全九等[2]通過改變降雨高度方式，研究了有效雨滴動能對土壤鉀隨地表徑流遷移的影響。結(jié)果表明：隨著有效雨滴動能的增加，土壤入滲量逐漸減少，徑流量、土壤侵蝕量和養(yǎng)分流失量顯著增加。

2 地形條件對土壤養(yǎng)分流失的影響

地形條件包括坡度、坡長、坡型、坡向等，其中坡度和坡長是影響坡地土壤侵蝕的兩個重要因素。

坡面坡度對侵蝕的影響最終通過坡面徑流量和流速體現(xiàn)，表現(xiàn)在降雨產(chǎn)生的凈雨量、坡面徑流水深、坡面流速度和坡面流切應(yīng)力等方面。靳長興[3]指出坡面土壤的不穩(wěn)定性與坡度的大小成正比，坡度愈大，土體的不穩(wěn)定性愈強，在外力作用下發(fā)生下移的可能性愈大，在人為干擾較大的坡耕地上表現(xiàn)尤為突出。在一定范圍和條件下，土壤侵蝕量與坡度成正比。大量人工降雨試驗和野外觀測資料表明：在斜面坡度超過一定限度時，其侵蝕量與坡度成反比，說明存在坡度臨界值，稱為“侵蝕轉(zhuǎn)折坡度值”，許多學(xué)者認(rèn)為是25°左右。唐克麗等[4]研究提出發(fā)生淺溝侵蝕的臨界坡度為15°～20°，大于25°的陡坡地淺溝發(fā)生的頻率最高，其侵蝕量占坡耕地總侵蝕量的70%。陳永宗[5]提出在黃土丘陵溝壑區(qū)，侵蝕轉(zhuǎn)折坡度大約在25°～28.5°之間。趙曉光等[6]提出土壤的臨界坡度不是一個定值，是各因子相互作用的結(jié)果，在黃土高原，其值介于21.4°～45°之間，黃綿土約為28°。劉青泉[7]在運動波理論基礎(chǔ)上通過對土壤侵蝕與坡度關(guān)系的分析表明：坡面土壤侵蝕具有坡度界限，且土壤侵蝕的界限坡度是一個變量，隨顆粒粒徑、容重、坡面糙率、徑流長度、降雨入滲差值（凈雨量）以及土壤摩擦系數(shù)等因素的不同而改變，但一般情況下土壤侵蝕的坡度界限應(yīng)在41.5°～50°范圍內(nèi)。

坡長為坡面水土流失的主要因素。孔亞平等[8]通過室內(nèi)人工模擬降雨研究坡長對侵蝕產(chǎn)沙過程的影響，表明坡長對徑流與侵蝕產(chǎn)沙的影響程度隨雨強的不同有明顯差異。在小雨強下，侵蝕產(chǎn)沙受坡長的影響并不明顯，隨著雨強的增大，坡長的影響愈加明顯。也就是說，短歷時或小強度的模擬試驗降雨，坡長的影響并不明顯，隨著降雨歷時的延長或降雨強度的增加，坡長的影響會越來越大。在同一雨強下，徑流和侵蝕產(chǎn)沙的增量隨坡長的增大而增大；同一坡長小區(qū)，徑流和侵蝕產(chǎn)沙的增量隨雨強的增大而增大。

3 地表植被對土壤養(yǎng)分流失的影響

植被是影響土壤侵蝕及養(yǎng)分流失的重要因素。目前，植被類型、植被覆蓋度、植被枯枝落葉層、植被根系等對土壤侵蝕及養(yǎng)分流失的影響研究較多，植被的垂直結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)更是影響土壤侵蝕的重要因素。

植被對土壤侵蝕及養(yǎng)分流失的影響主要表現(xiàn)在植物冠層截留降雨、植物的莖干和枯落物攔蓄分散地表徑流、改良根系土壤增加土壤的抗沖性或抗蝕性和土壤滲透性等方面。植被覆蓋的存在能有效降低雨滴動能，增加土壤入滲能力，減少地表徑流量與泥沙量。

李鵬等[9]采用野外模擬沖刷試驗，對不同處理條件下草類植被坡面徑流的水力學(xué)特性和侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律進行研究。結(jié)果表明：在相同的試驗條件下，植被覆蓋度越高，植被越完整，地表徑流運動所遇到的阻力也就越大，其阻滯和攔蓄徑流的能力也越強，因而表現(xiàn)出了坡面的徑流量隨著植被完整程度的增加而增加，徑流流速減緩，徑流含沙降低的趨勢。張興昌等[10]通過野外徑流小區(qū)對17種植被覆蓋對土壤侵蝕和氮素流失的影響進行研究。結(jié)果表明：不同植被類型覆蓋下，泥沙氮素富集率存在明顯差異，總的來看，作物覆蓋下泥沙氮素富集率小于牧草，牧草又小于草灌間作，而侵蝕量大小順序與此基本一致。同時指出不同植被類型對泥沙全氮富集的影響實際上是通過調(diào)節(jié)徑流的流速而間接影響泥沙全氮的富集。同時，張興昌等[11]在紙坊溝流域研究了不同植被覆蓋度對流域氮素流失的影響，得出小流域土壤氮素隨徑流流失規(guī)律。結(jié)果表明：當(dāng)流域的植被覆蓋度分別為60%，40%，20%和0%時，土壤中硝態(tài)氮的流失量分別為85.50 kg/km2，74.05 kg/km2，63.95 kg/km2和 56.23 kg/km2；銨態(tài)氮的流失量分別為87.08 kg/km2，44.31 kg/km2，25.16kg/km2和13.71 kg/km2；而流域的有機質(zhì)流失量分別為 15.67t/km2，24.02 t/km2，44.68 t/km2和 164.87t/km2；全氮的流失量為 0.81 t/km2，1.18 t/km2，1.98 t/km2和7.51 t/km2。降雨產(chǎn)流過程中，徑流及泥沙中的氮素含量隨產(chǎn)流時間的增大呈下降趨勢，而流失累積量呈逐步增大趨勢。植被覆蓋雖能有效減少土壤侵蝕量和全氮的流失量，但卻會增加土壤礦質(zhì)氮的流失。原因在于徑流中礦質(zhì)氮濃度的大小主要取決于徑流對土壤表層礦質(zhì)氮的稀釋作用和徑流在坡面?zhèn)鬟f過程中與礦質(zhì)氮的相互作用，植被覆蓋條件下，流域徑流與表層土壤礦質(zhì)氮的相互作用大于其稀釋作用，隨植被覆蓋度的增加，徑流礦質(zhì)氮濃度逐漸增加。

4 土壤特性對坡地養(yǎng)分流失的影響

土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)狀況、孔隙度、水分和溫度狀況等直接影響土壤的氧化還原性和通氣狀況，從而影響土壤水分運行規(guī)律以及土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化速率和存在狀態(tài)。

目前，有關(guān)土壤性質(zhì)對坡地養(yǎng)分流失的研究主要集中在土壤顆粒組成方面。黃麗等的研究結(jié)果表明泥沙中直徑小于0.002 mm的黏粒和直徑小于0.02 mm的微團聚體是土壤養(yǎng)分流失的主要載體。晏維金等對磷的富集機理研究得出，徑流流失的沉積物主要以0.25 mm以下的團聚體為主，80%以上的磷以顆粒態(tài)形式流失，而顆粒態(tài)磷的60%～90%隨0.1 mm以下的團聚體流失。地表徑流是坡面土壤流失的動力和載體，徑流在坡面?zhèn)鬟f過程實際上是徑流與坡面土壤顆粒相互作用的過程，在這個過程中，地表徑流首先選擇性地攜帶土壤細(xì)顆粒。因此，與原地土壤相比，泥沙中細(xì)顆粒特別是黏粒含量顯著增加，導(dǎo)致泥沙黏粒的富集。由于土壤有機質(zhì)和全氮（主要為有機氮）多與土壤細(xì)顆粒結(jié)合，泥沙黏粒的富集會導(dǎo)致泥沙有機質(zhì)和全氮的富集。國外不少學(xué)者對不同類型土壤和前期含水量條件下土壤溶質(zhì)徑流流失進行了研究。結(jié)果表明：全部溶質(zhì)流失量是施入溶質(zhì)的0.5%～62%，并且地面積水時間直接影響土壤溶質(zhì)流失的數(shù)量。

總之，降雨歷時、降雨雨強、地面坡度、地表植被以及土壤特性等綜合作用于坡地養(yǎng)分流失，在不同的條件下，發(fā)揮主導(dǎo)作用的因素各不相同，但它們共同影響著土壤侵蝕和養(yǎng)分流失。

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