喀斯特紅壤鹽基離子及硅鋁鐵隨徑流流失研究

熊佰煉, 張進(jìn)忠, 彭 韜, 宋賢威2,

(1.遵義師范學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院, 貴州 遵義 563006; 2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所/生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101; 3.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400716; 4.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴陽(yáng) 550002; 5.普定喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站, 貴州 普定 562100)

以貴州為中心的西南地區(qū)是全球面積最大、發(fā)育最成熟、生態(tài)環(huán)境最復(fù)雜的喀斯特集中連片分布區(qū)?？λ固氐貐^(qū)巖溶作用強(qiáng)烈，地下水與巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成裂隙、空腔和管道，塑造出獨(dú)特的地表地下二元水文結(jié)構(gòu)[1]。貴州喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化成土速率低，土層普遍淺薄，加上降雨較為集中，土壤被降雨侵蝕后通過地表與地下兩條途徑流失，造成了較為嚴(yán)重的石漠化現(xiàn)象。紅壤是西南地區(qū)重要的土壤類型，由紅色風(fēng)化殼經(jīng)過漫長(zhǎng)的脫硅富鋁化和生物富集過程發(fā)育而成[2]，在貴州地形平緩的喀斯特低山丘陵和臺(tái)地上分布較為廣泛，是支撐貴州農(nóng)林業(yè)發(fā)展的主要土壤資源之一。貴州紅壤分布區(qū)往往也是人口稠密區(qū)，高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)活動(dòng)加上紅壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、抗蝕性弱的特點(diǎn)[3]，出現(xiàn)了明顯的水土流失和退化現(xiàn)象[4]。目前，有關(guān)喀斯特紅壤退化過程中土壤表層團(tuán)聚體變化規(guī)律[3]、土壤剖面有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分變異[5]等方面的研究較多，但降雨條件下喀斯特紅壤物質(zhì)流失及其環(huán)境效應(yīng)的研究鮮見報(bào)道。

土壤鹽基離子Ca2+，K+，Mg2+和Na+是植物生長(zhǎng)所須的營(yíng)養(yǎng)元素，也是衡量土壤質(zhì)量的重要方面，其淋溶流失可導(dǎo)致土壤養(yǎng)分耗損及酸中和能力下降，促進(jìn)土壤酸化。Si，Al，F(xiàn)e是重要的成土元素，也是地殼中除O以外含量最豐富的3種元素，其遷移轉(zhuǎn)化對(duì)土壤發(fā)生、土壤生態(tài)有重要意義。本文選取黔中喀斯特坡地紅壤為研究對(duì)象，通過原位徑流小區(qū)模擬降雨試驗(yàn)，探討不同降雨強(qiáng)度(以下簡(jiǎn)稱“雨強(qiáng)”)下紅壤Ca2+，K+，Mg2+，Na+，Al，F(xiàn)e，Si和堿度隨地表徑流和壤中流遷移流失的特征，分析由此產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)，以期為喀斯特地區(qū)紅壤降雨侵蝕環(huán)境效應(yīng)評(píng)估和治理提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于中國(guó)科學(xué)院普定喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站營(yíng)盤村(26°15′23″N；105°44′35″E)，海拔1 294 m，亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫15.1℃，年降水量1 396 mm，主要集中于5—8月。普定處于貴州喀斯特高原中心區(qū)域，喀斯特地貌占全縣國(guó)土面積的84%，石漠化面積超過35%，在南方喀斯特地區(qū)極具典型性和研究?jī)r(jià)值。

普定紅壤多分布于地形較為平緩、坡度15°左右的低山丘陵，大多種植果樹、玉米或煙草。試驗(yàn)小區(qū)所在田塊稀疏種有樹齡3 a左右的梨樹，無(wú)人耕種管理，為半撂荒狀態(tài)。紅壤的基本理化性質(zhì)列于表1。

表1　試驗(yàn)樣地土壤的基本性質(zhì)

注：土壤有效Si含量用SiO2表示。

1.2　模擬降雨試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置3個(gè)緊鄰的重復(fù)降雨小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的坡度15°、長(zhǎng)1.7 m、寬1.2 m、有效降雨面積1.89 m2，四邊挖深70 cm至緊實(shí)的母質(zhì)層，邊框混凝土澆筑。地表徑流和壤中流集水槽用水泥澆筑后涂刷防水材料。壤中流集水槽中填充卵石，對(duì)上層地表集水槽起支撐作用，同時(shí)防止中層土壤垮塌進(jìn)入地下水。模擬降雨裝置購(gòu)自南京南林電子科技有限公司，型號(hào)為NLJY-10。下噴式降雨，降雨高度3 m，降雨均勻度系數(shù)>0.86。降雨支架四周采用吸水絨布包圍，消除風(fēng)對(duì)降雨的影響，小區(qū)四周用防水篷布遮蓋，防止邊緣處雨水滲透。根據(jù)普定降雨特點(diǎn)，設(shè)5種雨強(qiáng)梯度：30，45，70，90，120 mm/h，單次降雨時(shí)長(zhǎng)為60 min，間隔48～72 h。雨量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以確保雨強(qiáng)穩(wěn)定，其占用面積不計(jì)入有效降雨面積。在集水槽處連接導(dǎo)管，塑料容器收集降雨產(chǎn)生的全部徑流，取100 ml水樣待測(cè)。

1.3　土樣和水樣的測(cè)定

土壤交換性Ca2+，K+，Mg2+，Na+采用乙酸銨浸提，土壤有效Si含量(以SiO2表示)采用檸檬酸溶液提取，土壤交換性Al采用KCl溶液提取，土壤有效Fe采用二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提劑提取，以上提取液用0.45 μm微孔濾膜抽濾后用ICP-OES(PerkinElmer Optima 5300 DV)測(cè)定。地表徑流和壤中流測(cè)定的指標(biāo)有：Ca2+，K+，Mg2+，Na+，Al，F(xiàn)e、以SiO2表示的Si和以CaCO3表示的總堿度，水樣用0.45 μm微孔濾膜抽濾后用ICP-OES測(cè)定。水樣總堿度用便攜式光度計(jì)(Palintest 7500)測(cè)定。流失負(fù)荷以單位面積土地上的徑流量乘以徑流中溶質(zhì)濃度獲得。

1.4　土壤臨界堿度淋溶評(píng)價(jià)

根據(jù)文獻(xiàn)[6-7]可知，以不允許耗盡土壤中的次生鋁化物、防止導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變化為標(biāo)準(zhǔn)的臨界堿度淋溶(ANCL,crit)估算公式為：

(1)

(2)

2　結(jié)果與分析

2.1　產(chǎn)流特征

不同雨強(qiáng)下地表徑流與壤中流產(chǎn)流量變化見圖1A所示。從中可知，地表徑流和壤中流的產(chǎn)流量均隨雨強(qiáng)的增加而持續(xù)增大。其中，雨強(qiáng)為30 mm/h時(shí)地表不產(chǎn)生徑流，45 mm/h時(shí)地表徑流產(chǎn)流量為3.64 L，120 mm/h時(shí)增大至174.85 L；雨強(qiáng)為30 mm/h時(shí)壤中流產(chǎn)流量為10.82 L，120 mm/h時(shí)增大至33.61 L。研究表明，地表徑流具有臨界雨強(qiáng)，雨強(qiáng)小于該值時(shí)，無(wú)地表徑流產(chǎn)生[9]。胡奕等[9]的研究表明，80 mm/h是典型喀斯特坡地地表產(chǎn)流臨界雨強(qiáng)。Peng等[10]對(duì)普定陳旗喀斯特小流域的觀測(cè)也表明超過60 mm的降雨才可導(dǎo)致典型喀斯特坡地產(chǎn)生明顯的地表徑流。從圖1A可知，本研究中坡度為15°的黔中紅壤產(chǎn)生地表徑流的雨強(qiáng)閾值在30～45 mm/h范圍之內(nèi)，小于典型喀斯特坡地的臨界雨強(qiáng)。其原因可能是：土壤性質(zhì)、坡度、地表—地下二元水文結(jié)構(gòu)和巖石裸露度等因素可對(duì)喀斯特地區(qū)地表與地下徑流的分配產(chǎn)生重要影響[9-10]，典型喀斯特坡地土壤以石灰土和黃壤為主，土層薄，坡度大，巖石裸露度較大，巖溶裂隙發(fā)育充分，相比之下，本研究的對(duì)象黔中喀斯特紅壤是由紅色風(fēng)化殼發(fā)育而來(lái)，質(zhì)地粘重，土層較厚，且主要分布在緩坡與臺(tái)地上，更易形成地表徑流。

研究發(fā)現(xiàn)，雨強(qiáng)與地表產(chǎn)流總量呈顯著正相關(guān)[9]，本研究也證實(shí)了這一結(jié)論。從圖1A可知，雨強(qiáng)從45 mm/h增加到120 mm/h，地表徑流量增長(zhǎng)了47倍，地表徑流量與壤中流量的比值由0.36增加至5.20，而壤中流產(chǎn)流量在23.67～33.61 L之間變動(dòng)，無(wú)顯著性差異(n=3，p>0.05)。這表明，當(dāng)降雨量超過臨界雨強(qiáng)后，壤中流產(chǎn)流量相對(duì)穩(wěn)定，受雨強(qiáng)的影響較小。研究表明，典型喀斯特坡地降水主要以壤中流的形式流失[10]，而黔中喀斯特紅壤坡地雨強(qiáng)達(dá)到70 mm/h后以地表徑流為主，其原因與前面分析的紅壤坡地產(chǎn)生地表徑流的雨強(qiáng)小于典型喀斯特坡地臨界雨強(qiáng)的原因一致。

圖1不同雨強(qiáng)下的產(chǎn)流量(A)和初始產(chǎn)流時(shí)間(B)的變化

初始產(chǎn)流時(shí)間是指從降雨開始到小區(qū)中出現(xiàn)徑流并從集水槽流出所經(jīng)歷的時(shí)間，是衡量土壤侵蝕產(chǎn)流過程的一個(gè)重要指標(biāo)。不同雨強(qiáng)下初始產(chǎn)流時(shí)間變化見圖1B所示。從中可知，地表徑流的初始產(chǎn)流時(shí)間為3.7～0.4 min，壤中流的初始產(chǎn)流時(shí)間為25.90～3.9 min，均隨雨強(qiáng)的增加而減少，與前人研究結(jié)果一致[11-12]。

2.2　地表徑流物質(zhì)濃度流失特征

不同雨強(qiáng)下地表徑流中各物質(zhì)濃度變化見圖2。Ca2+和Mg2+的濃度范圍分別為4.70 ～29.86 mg/L，8.06～18.46 mg/L，均隨雨強(qiáng)的增加而增大，與關(guān)共湊等[13]對(duì)粵北喀斯特石灰土Ca2+，Mg2+流失的研究結(jié)果相一致。巖溶土壤中的鈣、鎂離子有85%以水溶態(tài)和交換態(tài)存在[14]。雨強(qiáng)由45 mm/h增加至120 mm/h，雨滴對(duì)紅壤表面擊打與沖蝕力增大，地表徑流攜帶流失的土粒增加，水與土粒相互作用更加充分，有利于土粒中水溶態(tài)和交換態(tài)鈣、鎂溶出進(jìn)入到地表徑流中。K+，Na+濃度對(duì)雨強(qiáng)的響應(yīng)具有一致性，均表現(xiàn)為：45 mm/h時(shí)濃度最大，分別為265.47 mg/L，33.23 mg/L；雨強(qiáng)增大至70 mm/h時(shí)濃度大幅下降至21.53 mg/L，1.89 mg/L；90 mm/h，120 mm/h時(shí)濃度繼續(xù)下降，但降幅明顯減小。K，Na為易溶元素，土壤膠體中交換性K+，Na+和土壤溶液中的K+，Na+在雨水的侵蝕淋溶下可快速進(jìn)入地表徑流，較小雨強(qiáng)即可造成K+，Na+大量流失。雨強(qiáng)較大時(shí)，K+，Na+流失量增加較少，降水量快速增加，導(dǎo)致流失濃度反而減小。Yan等[15]對(duì)1987—2008年普定后寨巖溶小流域地表徑流監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，K+和Na+的總濃度范圍為1.2 ～8.9 mg/L，明顯小于本研究的試驗(yàn)結(jié)果。后寨巖溶小流域土壤類型主要為石灰土、水稻土和黃壤，可以推測(cè)在地表徑流的侵蝕作用下黔中喀斯特紅壤保持K+，Na+的能力可能弱于這3種土壤。

雨強(qiáng)為45 mm/h時(shí)地表徑流中的Al的濃度為86.67 μg/L，70～120 mm/h時(shí)已檢測(cè)不出Al。研究表明，土壤鋁的釋出存在一個(gè)pH值閾值，降雨或淋溶液pH值降低至4.0左右時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致非水溶性Al的大量釋出[16]。本研究降雨pH值為7.61，非水溶性Al難以隨降雨產(chǎn)生的地表徑流流失。70～120 mm/h時(shí)檢測(cè)不出Al可能的原因有兩點(diǎn)：一是本研究中同一降雨小區(qū)降雨場(chǎng)次間隔只有48～72 h，紅壤中含量較低的交換性Al(0.11 mg/kg)在30 mm/h，45 mm/h的降雨場(chǎng)次中已基本流失且未得到恢復(fù)；二是雨強(qiáng)增加使地表徑流量急劇增大，帶來(lái)了較強(qiáng)的稀釋效應(yīng)。研究表明，亞熱帶地區(qū)土壤Fe可發(fā)生較強(qiáng)烈的淋溶遷移[17]。本研究中，45 mm/h時(shí)地表徑流中Fe的濃度已達(dá)最大值181.43 μg/L，70，90，120 mm/h時(shí)的濃度在0.23～0.90 μg/L之間變動(dòng)。

土壤硅除石英外，主要以硅酸鹽礦物的形態(tài)存在，通過水解作用釋放出可隨水分移動(dòng)的Si(OH)4。從圖2可知，地表徑流中SiO2的濃度在雨強(qiáng)為45 mm/h時(shí)最大，達(dá)到16.54 mg/L；雨強(qiáng)70、90、120 mm/h時(shí)SiO2的濃度分別為6.32，5.77，6.55 mg/L，無(wú)顯著性差異(n=3，p>0.05)，表明在降雨沖蝕作用下表層土壤中的Si可持續(xù)釋出并進(jìn)入到地表徑流中。

圖2不同雨強(qiáng)下地表徑流中溶質(zhì)的濃度變化

圖3A為地表徑流中K+，Na+，SiO2，Ca2+，Mg2+的濃度占7種無(wú)機(jī)成分總濃度的比率(以下簡(jiǎn)稱濃度比率)隨雨強(qiáng)的變化。Fe和Al濃度比率之和不足0.1%，未在圖中進(jìn)行表示。從圖3A可知，雨強(qiáng)為45 mm/h時(shí)地表徑流物質(zhì)的流失以K+，Na+為主，二者濃度比率之和達(dá)到了90.91%(分別為80.8%和10.11%)，但由于K+和Na+的濃度比率隨著雨強(qiáng)的增加而大幅下降，120 mm/h時(shí)濃度比率已分別降至7.79%和0.43%。Ca2+，Mg2+濃度比率隨著雨強(qiáng)的增加而大幅上升，45 mm/h時(shí)分別為1.43%，2.45%，70 mm/h時(shí)二者濃度比率之和已增至53.78%(分別為31.02%和22.76%)，120 mm/h時(shí)分別增至49.93%，30.88%。有研究表明，Ca2+，Mg2+是地表徑流中最主要的陽(yáng)離子[18]，本研究結(jié)果則表明雨強(qiáng)達(dá)到70 mm/h后Ca2+，Mg2+成為黔中紅壤隨地表徑流流失量最多的兩種鹽基陽(yáng)離子。從圖3A還可知，SiO2的濃度比率由45 mm/h時(shí)的5.04%增至70 mm/h時(shí)的9.81%，之后隨降雨量的增加無(wú)明顯變化。各雨強(qiáng)下SiO2的濃度比率均較大，降雨可能是造成黔中表層紅壤Si流失的重要原因。

2.3　壤中流物質(zhì)濃度流失特征

從圖4可知，壤中流K+，Na+的濃度對(duì)雨強(qiáng)的響應(yīng)具有一致性，均表現(xiàn)為：30 mm/h時(shí)的濃度最大，分別為63.34 mg/L，7.92 mg/L；雨強(qiáng)增大至45 mm/h時(shí)濃度分別下降至31.37，39.45 mg/L，70～120 mm/h時(shí)濃度有所起伏，但相對(duì)于45 mm/h時(shí)均有進(jìn)一步下降。30 mm/h時(shí)壤中流Al的濃度為1.80 μg/L，45 mm/h時(shí)增至6.97 μg/L，70 mm/h降至0.2μg/L，90，120 mm/h時(shí)已檢測(cè)不出Al。Fe濃度隨雨強(qiáng)的變化與Al一致，30 mm/h，45 mm/h時(shí)濃度為3.45 μg/L，6.10 μg/L，70～120 mm/h時(shí)下降至0.63～0.2 μg/L。各雨強(qiáng)下壤中流Ca2+濃度在11.29～13.57 mg/L變動(dòng)，無(wú)顯著性差異(n=3，p>0.05)。Mg2+的濃度隨雨強(qiáng)的增加而增大，濃度范圍為3.16 ～10.96 mg/L。壤中流SiO2的濃度變化范圍為5.58～7.79 mg/L，受雨強(qiáng)的影響并不顯著。

圖3不同雨強(qiáng)下徑流中鉀、鈉、硅、鈣和鎂的濃度比率

圖4不同雨強(qiáng)下壤中流中溶質(zhì)的濃度

從圖3B中可知，雨強(qiáng)30 mm/h時(shí)K+的濃度比率為66.98%，45 mm/h，70 mm/h時(shí)分別降至49.47%和35.11%，90，120 mm/h有所增加但與70 mm/h時(shí)沒有顯著性差異(n=3，p>0.05)。壤中流Na+的濃度比率受雨強(qiáng)的影響較小，在4.06%～8.37%之間變動(dòng)，無(wú)明顯的規(guī)律性。30～70 mm/h時(shí)，Ca2+和Mg2+的濃度比率分別由11.93%和3.33%增加至24.23%和17.67%，表現(xiàn)出隨雨強(qiáng)增加而增大的趨勢(shì)。70～120 mm/h時(shí)，雨強(qiáng)對(duì)Ca2+和Mg2+的濃度比率的影響不大。壤中流中SiO2的濃度比率受雨強(qiáng)影響較小，在8.23%～14.84%變動(dòng)。對(duì)比圖3A和圖3B可知，不同雨強(qiáng)下，壤中流中鹽基離子及鐵、鋁、硅濃度比率相對(duì)于地表徑流而言更為穩(wěn)定。

2.4　雨強(qiáng)對(duì)鹽基離子及硅鋁鐵隨徑流流失負(fù)荷的影響

從表2可知，紅壤中7種無(wú)機(jī)成分隨地表徑流和壤中流流失總負(fù)荷呈現(xiàn)出Ca2+>Mg2+>K+>SiO2>Na+>Fe>Al的趨勢(shì)。其中，Ca2+，Mg2+和SiO2的徑流流失總負(fù)荷隨雨強(qiáng)的增加持續(xù)增大，分別由30 mm/h時(shí)的62.52，19.40，28.10 mg/m2增至120 mm/h時(shí)的3 000.96，1 901.30，722.55 mg/m2。關(guān)共湊等[13]發(fā)現(xiàn)，50 mm/h以上的大雨是造成粵北喀斯特石灰土Ca2+，Mg2+流失的主要降雨類型，本研究中45 mm/h以上的大雨是造成喀斯特紅壤Ca2+，Mg2+和SiO2流失的主要降雨類型。Tian等[19]研究表明，貴州開陽(yáng)縣喀斯特黃壤山林徑流中流失的陽(yáng)離子以Ca2+和Mg2+為主，流失量分別超過25 000 mg/m2/a，15 000 mg/m2/a；普定年降雨量約1 396 mm，超過80%的降雨集中在5—8月[10]，以此估算，本研究Ca2+和Mg2+隨徑流流失總負(fù)荷與其大體相當(dāng)。

從表2中可知，30～120 mm/h雨強(qiáng)下降雨1 h，地表徑流與壤中流K+流失總負(fù)荷達(dá)到了355.88～1 001.89 mg/m2。Alfaro等[20]的研究表明，英國(guó)North Wyke地區(qū)普通潮始成土(haplaquept)在1 231～1 266 mm/a降雨的淋溶作用下，K+的徑流流失負(fù)荷為500～3 100 mg/m2/a，對(duì)比可知由降雨徑流導(dǎo)致的黔中紅壤K+流失要遠(yuǎn)比這嚴(yán)重。我南方紅壤普遍缺鉀，袁東海等[21]認(rèn)為土壤鉀素的坡面徑流流失是造成紅壤缺鉀重要原因，本研究結(jié)果支持這一觀點(diǎn)。

從表2可知，紅壤Ca2+，Mg2+和SiO2地表徑流流失負(fù)荷隨雨強(qiáng)的變化表現(xiàn)出了較好的規(guī)律性，皆為：45 mm/h<70 mm/h<90 mm/h<120 mm/h。將3個(gè)降雨小區(qū)Ca2+，Mg2+和SiO2的地表徑流流失負(fù)荷數(shù)據(jù)與雨強(qiáng)做回歸分析發(fā)現(xiàn)，一元線性回歸相關(guān)系數(shù)R均大于0.97，都通過了F顯著性檢驗(yàn)，擬合效果好(表3)。因而，不同雨強(qiáng)下，Ca2+，Mg2+和SiO2的地表徑流流失負(fù)荷可運(yùn)用相對(duì)應(yīng)的一元回歸模型進(jìn)行估算。從表2還可知，除Na+和Al外，Ca2+，Mg2+，SiO2，F(xiàn)e和K+的流失負(fù)荷表現(xiàn)為地表徑流>壤中流，且雨強(qiáng)越大地表流失負(fù)荷所占比例越大，120 mm/h時(shí)分別達(dá)到了91.77%，89.98%，83.92%，96.84%和52.33%，其流失以地表徑流為主。

表2　不同雨強(qiáng)下地表徑流和壤中流中溶質(zhì)流失負(fù)荷　mg/m2

表3　地表徑流中物質(zhì)流失量(y)與雨強(qiáng)(x)的一元線性回歸分析

2.5　紅壤物質(zhì)隨降雨徑流流失的環(huán)境效應(yīng)

2.5.2Si，Al和Fe流失的環(huán)境效應(yīng)Si是地殼中含量第二的元素，約占土壤總重量的32%，但土壤中能被植物利用的有效Si甚微，約為50～250 mg/kg。在碳酸鹽巖地區(qū)，徑流可造成硅酸鹽溶質(zhì)的大量流失[22]。本研究中，土壤Si的流失負(fù)荷達(dá)28.10～722.55 mg/m2，接近易遷移元素Mg的19.40～1 901.30 mg/m2。陸地植物可將從土壤中吸收的Si轉(zhuǎn)化成植硅體，并將活細(xì)胞中的有機(jī)碳包裹在其中，形成植硅體閉蓄有機(jī)碳(PhytOC)。植硅體在土壤環(huán)境具有高度抗分解能力，PhytOC可以長(zhǎng)期封存在土壤剖面中，是陸地土壤長(zhǎng)期(萬(wàn)年尺度)固碳的重要機(jī)制[23]。降雨造成土壤Si大量流失會(huì)導(dǎo)致植物可吸收的Si減少，降低土壤生產(chǎn)力，減少PhytOC的產(chǎn)生。同時(shí)，隨徑流流失的Si中必定含有土壤封存的PhytOC。因而，Si隨徑流的大量流失會(huì)削弱紅壤的固碳能力。

圖5不同雨強(qiáng)下的堿度淋溶

脫硅富鋁化是亞熱帶地區(qū)紅壤形成的重要過程，其特點(diǎn)是土體中硅和鹽基淋失，鐵鋁聚積。西南喀斯特紅壤屬于古土壤，但在當(dāng)前的氣候條件下，仍在進(jìn)行著不同程度的脫硅與富鋁化過程[4]。本研究紅壤Si和鹽基隨徑流大量流失而Al和Fe流失量十分微小的試驗(yàn)結(jié)果可進(jìn)一步佐證這一點(diǎn)。

3　結(jié) 論

(1) 坡度為15°的黔中紅壤坡地產(chǎn)生地表徑流的雨強(qiáng)閾值小于典型喀斯特坡地的臨界雨強(qiáng)。雨強(qiáng)達(dá)到70 mm/h后，地表徑流產(chǎn)流量超過壤中流，成為降水的主要流失形式，壤中流產(chǎn)流量相對(duì)穩(wěn)定，受雨強(qiáng)的影響較小。

(2) 黔中紅壤中7種無(wú)機(jī)成分隨地表徑流和壤中流流失總負(fù)荷呈現(xiàn)出Ca2+>Mg2+>K+>SiO2>Na+>Fe>Al的趨勢(shì)，F(xiàn)e和Al隨徑流的流失量非常小。Ca2+，Mg2+，SiO2，F(xiàn)e和K+的流失以地表徑流為主，且雨強(qiáng)越大地表流失負(fù)荷所占比例越大，不同雨強(qiáng)下Ca2+，Mg2+和SiO2的地表徑流流失負(fù)荷可運(yùn)用相對(duì)應(yīng)的一元回歸模型進(jìn)行估算。

(3) 基于土壤穩(wěn)定態(tài)的黔中喀斯特紅壤臨界堿度淋溶量ANCL,crit為4.25 kmol/(hm2·a)。在30～120 mm/h雨強(qiáng)下，紅壤堿度淋溶流失量隨雨強(qiáng)的增加而增大，但低于紅壤ANCL,crit，不會(huì)造成紅壤酸化。

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