不同雨強(qiáng)和植被蓋度對(duì)稻田徑流及氮素流失的影響

嚴(yán)磊，鄧旭哲，薛利紅，，侯朋福，*，徐德福，楊林章

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；2.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210044；3.江蘇大學(xué)環(huán)境安全與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

長(zhǎng)江中下游地區(qū)是我國(guó)重要的稻米生產(chǎn)基地，素有“魚米之鄉(xiāng)”之稱，亦為我國(guó)水資源最豐富的地區(qū)。長(zhǎng)江天然水系及縱橫交錯(cuò)的人工河渠使該區(qū)域成為我國(guó)河網(wǎng)密度最大的地區(qū)。由于大量工業(yè)廢水和生活污水的人為排放及農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥的隨水流失，河流湖泊水污染難以有效控制，引起水環(huán)境惡化、水生態(tài)系統(tǒng)退化，水質(zhì)型缺水普遍存在。廢污水大量排放引起的水質(zhì)性缺水問(wèn)題是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)在及未來(lái)可持續(xù)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。

以太湖地區(qū)為例，胡開(kāi)明等[2]的研究指出氮磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要驅(qū)動(dòng)因子，而外源輸入是湖體水質(zhì)污染的主要原因。大量研究顯示農(nóng)業(yè)源污染是造成太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子[3?5]?！笆晃濉眹?guó)家水專項(xiàng)課題研究表明，農(nóng)村面源污染貢獻(xiàn)的總氮占太湖流域污染負(fù)荷來(lái)源的58%，是重要的污染排放源[6]。劉莊等[7]對(duì)太湖流域污染負(fù)荷的調(diào)研分析表明，流域內(nèi)（江蘇省、浙江省、上海市）農(nóng)田總氮年輸出量為6.76 萬(wàn)t，占面源污染年總排放量的18%?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)氣候變化引起的極端降水事件頻次和強(qiáng)度增加的前提下，如不采取必要措施，農(nóng)田徑流氮損失和污染規(guī)模也將呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[8]。因此，除采取必要的養(yǎng)分管理優(yōu)化措施外，明確農(nóng)田徑流發(fā)生特征，是精準(zhǔn)制定徑流蓄存策略、降低面源污染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的重要一環(huán)。

除主動(dòng)排水，降雨是農(nóng)田徑流發(fā)生的前驅(qū)因子，降雨強(qiáng)度顯著影響徑流發(fā)生和養(yǎng)分流失[9-11]。當(dāng)前，有較多學(xué)者基于降雨的前提對(duì)不同利用方式的土地進(jìn)行產(chǎn)流特征的研究。李瑞玲等[12]的研究表明丘陵地區(qū)徑流和氮素流失特征受降雨強(qiáng)度和降雨量的綜合影響。WU等[13]則發(fā)現(xiàn)坡耕地氮素流失量不受降雨強(qiáng)度和坡度的顯著影響。而LIN 等[14]的研究指出，旱地徑流及養(yǎng)分流失受植被蓋度及前期土壤含水量影響較大。向速林[15]的研究也表明，設(shè)施菜地養(yǎng)分流失峰值對(duì)降雨強(qiáng)度有較好的響應(yīng)。這說(shuō)明，不同類型農(nóng)田的徑流和養(yǎng)分流失特征并不一致，地形條件、植被蓋度和土壤水分含量等也是徑流發(fā)生的重要驅(qū)動(dòng)因素。水稻是長(zhǎng)江中下游地區(qū)的主要種植作物。與旱地、坡地、菜地等不同，稻田是一種封閉的徑流體系，只有降雨超過(guò)田面蓄存高度時(shí)才會(huì)發(fā)生徑流。除受田面水背景濃度影響，雨強(qiáng)引起的降雨擾動(dòng)也會(huì)顯著影響稻田養(yǎng)分流失[16]。已有研究表明，徑流發(fā)生初期是稻田氮素流失的高濃度時(shí)期[17]，且雨強(qiáng)顯著影響稻田氮素流失[18]。值得一提的是，植被蓋度對(duì)雨強(qiáng)的削減作用必然會(huì)顯著影響稻田產(chǎn)流過(guò)程及養(yǎng)分流失，然而目前對(duì)不同植被蓋度下稻田氮素流失特征缺乏定量研究。

明確農(nóng)田徑流發(fā)生特征對(duì)因時(shí)因地制定養(yǎng)分削減策略具有重要指導(dǎo)意義，如在徑流易發(fā)期調(diào)整灌溉策略、僅攔截高濃度徑流等。長(zhǎng)江下游地區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水資源豐富，雨熱同期，水稻季是農(nóng)田徑流損失的高發(fā)季節(jié)。已有研究利用降雨發(fā)生概率和日均降水量對(duì)本地區(qū)的稻田徑流易發(fā)期進(jìn)行了定性研究[19]。在此基礎(chǔ)上，對(duì)養(yǎng)分徑流發(fā)生特征進(jìn)行解析不僅有助于進(jìn)一步闡明稻田徑流發(fā)生機(jī)制，研究結(jié)果還將為本地區(qū)精準(zhǔn)制定稻田養(yǎng)分削減策略提供重要依據(jù)。為此，本研究采用人工降雨裝置在不同植被蓋度下對(duì)稻田徑流特征進(jìn)行研究，闡明不同植被蓋度和降雨強(qiáng)度下氮素徑流遷移特征，量化稻田徑流發(fā)生與養(yǎng)分流失的關(guān)系，為該地區(qū)農(nóng)田面源污染防控提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2020 年6—10 月在江蘇省南京市江寧區(qū)阜莊村水稻田進(jìn)行。該地區(qū)為典型亞熱帶季風(fēng)氣候，稻季年均降水量為629.1 mm。試驗(yàn)田土壤為長(zhǎng)期水旱輪作水稻土，土壤類型為馬肝土，其理化性質(zhì)如下：pH5.93，有機(jī)質(zhì)29.22 g·kg?1，全氮1.95 g·kg?1，堿解氮196.81 mg·kg?1，有效磷6.87 mg·kg?1，速效鉀83.78 mg·kg?1。

1.2 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用室外人工模擬降雨系統(tǒng)，該系統(tǒng)由人工模擬降雨裝置和徑流收集裝置構(gòu)成，人工模擬降雨裝置為南林電子有限公司人工降雨系統(tǒng)NLJY?10。該裝置由降雨器、供水管、儲(chǔ)水箱、雨量計(jì)等部分組成，其安裝高度為4 m，有效降雨面積為4 m×3 m，雨滴直徑介于1.0～5.0 mm，降雨均勻度約86%。通過(guò)降雨控制軟件參數(shù)的改變可實(shí)現(xiàn)降雨強(qiáng)度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，可調(diào)降雨強(qiáng)度范圍為15～150 mm·h?1。徑流收集裝置主要由PVC 隔板和徑流收集桶組成。在試驗(yàn)小區(qū)四周用PVC 隔板圍擋并用土埂砌圍，PVC 隔板高出地面10 cm，入土30 cm，其中一塊PVC 隔板開(kāi)孔連接徑流溢出管道，以保證徑流發(fā)生后所有地面徑流可匯入集流桶中。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)太湖流域多年水文資料記錄的暴雨特點(diǎn)，本試驗(yàn)設(shè)置30（低雨強(qiáng)，SI）、60 mm·h?1（中雨強(qiáng)，MI）和90 mm·h?1（高雨強(qiáng)，LI）3 個(gè)降雨強(qiáng)度。由于徑流樣品按徑流發(fā)生分階段采集，因此累積降雨量越大，能夠代表的范圍越廣。以60 mm·h?1降雨強(qiáng)度為例，降雨后20 min 內(nèi)累積降雨量為20 mm，此階段徑流流失量同時(shí)可代表20 mm 降雨量分級(jí)下的徑流流失量。據(jù)此，為保證徑流產(chǎn)流過(guò)程更具代表性，并對(duì)不同降雨強(qiáng)度進(jìn)行直接比較，本研究將3 種降雨強(qiáng)度的降水量統(tǒng)一設(shè)定為60 mm（暴雨級(jí)別），降雨歷時(shí)分別為120、60 min 和40 min。每個(gè)處理重復(fù)3 次，共9 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)×寬為4 m×3 m。所有處理磷鉀肥均在基肥時(shí)一次性施入，其中磷肥和鉀肥的用量分別是108 kg·hm?2和216 kg·hm?2。氮肥分3 次施入，即基肥（移栽前1 d）、分蘗肥（移栽后8 d）、拔節(jié)肥（移栽后58 d），施加量分別為94.5、81.0 kg·hm?2和94.5 kg·hm?2。試驗(yàn)水稻品種為南粳3908，移栽密度30 cm×14 cm，移栽時(shí)間為6月14日。根據(jù)水稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，分別在水稻生長(zhǎng)前期（分蘗期）[低植被蓋度（LVC）：NDVI=0.6]和生長(zhǎng)后期（抽穗后）[高植被蓋度（HVC）：NDVI=0.8]進(jìn)行模擬降雨試驗(yàn)。

1.4 樣品采集

模擬降雨試驗(yàn)前，將田面水補(bǔ)充至與徑流溢出管齊平處。收集徑流發(fā)生后每5 min 及徑流發(fā)生40 min 后每10 min 的各時(shí)段混合徑流樣并記錄徑流量。此外，為便于分析，對(duì)徑流發(fā)生過(guò)程中不同的階段進(jìn)行定義，即徑流初期（0～20 min）、徑流中期（20～40 min）、徑流中后期（40～60 min）和徑流后期（＞60 min）。每次試驗(yàn)前皆收集模擬雨水，以扣除雨水中養(yǎng)分背景值。試驗(yàn)結(jié)束后將徑流樣帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)測(cè)定。

1.5 分析方法與數(shù)據(jù)處理

植被覆蓋指數(shù)（NDVI）采用Trimble GreenSeeker光譜分析儀測(cè)定。徑流水樣過(guò)0.45 μm 濾紙后使用AA3 流動(dòng)分析儀測(cè)定總氮（TN）、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮濃度。溶解性有機(jī)氮（DON）濃度為TN濃度減去濃度。

不同生育期受水稻養(yǎng)分吸收能力和施肥策略等影響，田面水氮素濃度背景值差異較大，因此未對(duì)氮素流失特征進(jìn)行不同植被蓋度的直接比較。采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan 檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05）。使用Pearson 系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析（P＜0.05），使用Canoco 5.0 進(jìn)行指標(biāo)間PCA 分析。使用Origin 8.0和Excel 2016軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 徑流率

圖1 為不同降雨強(qiáng)度下稻田徑流率動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，不同植被蓋度和雨強(qiáng)下徑流率隨徑流持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)，且兩種植被蓋度下徑流率峰值均隨雨強(qiáng)增加而明顯增加。中、高雨強(qiáng)下徑流率峰值分別出現(xiàn)在徑流發(fā)生后的15 min 和20 min，而低雨強(qiáng)下峰值則出現(xiàn)在徑流發(fā)生后40 min 左右。植被蓋度明顯改變了徑流率峰值和振幅變化。低植被蓋度的徑流率峰值和振幅變化（圖1a）明顯高于高植被蓋度（圖1b）。低植被蓋度下SI、MI、LI雨強(qiáng)的徑流率峰值分別為72.58、126.45、234.90 m3·hm?2·h?1，高植被蓋度下分別為41.94、70.02、83.30 m3·hm?2·h?1。

2.2 徑流氮濃度

不同降雨強(qiáng)度下徑流TN 濃度的時(shí)序變化見(jiàn)圖2。如圖所示，不同植被蓋度下均表現(xiàn)為徑流初始氮素濃度較高，隨徑流的持續(xù)而逐漸下降的趨勢(shì)。擬合結(jié)果表明，不同植被蓋度和雨強(qiáng)下徑流氮素流失濃度隨徑流持續(xù)時(shí)間的變化可以用對(duì)數(shù)函數(shù)方程進(jìn)行描述，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平（表1）。

表1 不同雨強(qiáng)下徑流氮素濃度與產(chǎn)流時(shí)間的擬合關(guān)系Table 1 The fitting relationship between nitrogen concentration in runoff water and runoff time under different rainfall intensities

低植被蓋度下雨強(qiáng)對(duì)稻田系統(tǒng)的擾動(dòng)明顯，且高雨強(qiáng)的徑流氮素峰值濃度明顯高于中、低雨強(qiáng)，而中、低雨強(qiáng)間無(wú)明顯差異。SI、MI、LI 降雨強(qiáng)度下徑流氮素流失濃度峰值分別為1.35、1.32、1.72 mg·L?1。此外，隨著徑流的持續(xù)發(fā)生，中、高雨強(qiáng)下的氮素濃度在徑流中后期產(chǎn)生了一定的波動(dòng)，而低雨強(qiáng)下的氮素濃度隨著徑流的發(fā)生持續(xù)下降。與低植被蓋度表現(xiàn)不同，高植被蓋度的雨強(qiáng)削減作用明顯，SI、MI、LI 降雨強(qiáng)度下的徑流氮素峰值濃度相當(dāng)，分別為0.96、1.00、1.03 mg·L?1。此外，不同雨強(qiáng)下徑流氮素流失濃度差異隨徑流持續(xù)而逐漸減小。

2.3 氮素流失率

不同雨強(qiáng)下徑流氮素流失率隨產(chǎn)流時(shí)間的變化規(guī)律結(jié)果表明，與徑流氮素濃度表現(xiàn)一致，低植被蓋度下，徑流氮素流失率受雨強(qiáng)影響明顯（圖3a），且高雨強(qiáng)下氮素流失率變化波動(dòng)明顯，整體呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，其峰值出現(xiàn)在徑流中期（25 min，0.27 kg·hm?2·h?1）。而中、低雨強(qiáng)下氮素流失率呈“波浪”形波動(dòng)變化，峰值較低，峰值出現(xiàn)時(shí)間和速率分別為20 min 和0.07 kg·hm?2·h?1（SI）、30 min 和0.10 kg·hm?2·h?1（MI）。此外，不同雨強(qiáng)下徑流氮素流失速率在中后期整體較低。由圖3b 可見(jiàn)，受植被蓋度影響，徑流氮素流失率在高植被蓋度下受降雨強(qiáng)度影響較小。SI、MI、LI 降雨強(qiáng)度下氮素流失率均呈“波浪”形波動(dòng)變化，峰值較低，分別為0.05、0.04 kg·hm?2·h?1和0.06kg·hm?2·h?1。

2.4 氮素流失量及流失形態(tài)

表2 為降雨過(guò)程中氮素總流失量及不同形態(tài)占比。結(jié)果表明，低植被蓋度下，降雨強(qiáng)度對(duì)稻田徑流氮素流失量影響顯著。高雨強(qiáng)下的氮素流失量顯著高于中低雨強(qiáng)，達(dá)10.02 mg·m?2。中、低雨強(qiáng)下氮素流失量差異不顯著，分別為6.97 mg·m?2和4.85 mg·m?2。高植被蓋度下氮素流失量同樣表現(xiàn)為隨雨強(qiáng)的增大而增加，但差異未達(dá)到顯著水平。此外，形態(tài)占比結(jié)果表明，不同植被蓋度和降雨強(qiáng)度下氮素徑流損失均以為主，LVC 下占比為47%～52%，HVC下占比為41%～47%。

表2 不同降雨強(qiáng)度對(duì)氮素流失量及形態(tài)占比的影響Table 2 Effects of different rainfall intensities on nitrogen loss volume and proportion of lost form

2.5 氮素累積流失量與階段徑流流失參數(shù)之間的關(guān)系

由于流失過(guò)程中不同變量均為氮素累積流失量的直接驅(qū)動(dòng)因素，且變量間在計(jì)算過(guò)程中相互引用（如，氮素流失率由徑流率和徑流氮素濃度決定），為便于分組和直觀展示，本部分主要利用主成分分析（PCA）對(duì)氮素累積流失量的關(guān)鍵影響過(guò)程和變量進(jìn)行分析。對(duì)徑流率、氮素濃度、氮素流失率和徑流量、氮素流失量及降雨開(kāi)始前田面水氮素濃度的PCA 分析結(jié)果表明，植被蓋度對(duì)氮素累積流失量影響較大，高植被蓋度和低植被蓋度在第一軸被區(qū)分開(kāi)。氮素流失量與徑流發(fā)生初期氮素流失率密切相關(guān)。此外，氮素流失量也與徑流初期徑流率、氮素濃度和徑流中期徑流率、氮素流失率及氮素濃度密切相關(guān)，但與徑流后期各參數(shù)相關(guān)性較弱。

3 討論

3.1 徑流率

稻田徑流的發(fā)生主要受降雨驅(qū)動(dòng)[20-22]，當(dāng)降雨發(fā)生后，雨水受淹水層緩沖作用后仍有一部分在淹水層表面轉(zhuǎn)化成勢(shì)能[23]，產(chǎn)生間歇性的壓力擾動(dòng)，引起水土界面土壤孔隙水的釋放[24]。隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，田埂內(nèi)累積水量逐漸增多。在孔隙水、淹水層和降雨的疊加影響下形成水平推流，徑流迅速產(chǎn)生[25]。因此，不同雨強(qiáng)下高植被蓋度與低植被蓋度的產(chǎn)流速率均表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，徑流率峰值也隨雨強(qiáng)增大而增加。這與徐愛(ài)國(guó)[26]、李玖穎等[21]和RAN等[27]的研究結(jié)果一致，這可能與水分運(yùn)移途徑的改變有關(guān)。稻田犁底層的存在會(huì)減緩水分下移（滲漏）速率[28]，因此降雨發(fā)生后即迅速產(chǎn)生徑流，徑流率迅速增加[21，26?27]。但隨降雨進(jìn)行，在降雨擾動(dòng)（雨滴動(dòng)能）和水壓增強(qiáng)（重力作用）等的共同作用下，土壤入滲速率加快[25，29]，這可能是降雨后期徑流率降低的主要原因。

本研究還發(fā)現(xiàn)植被蓋度明顯改變了徑流率變化。低植被蓋度的徑流流失速率峰值和振幅變化明顯較強(qiáng)，尤其在中、高雨強(qiáng)下。這主要是由于此時(shí)期水稻植株群體較小，對(duì)雨滴的攔截能力較弱；隨著雨強(qiáng)的增加，雨滴的動(dòng)能也增大，導(dǎo)致水土界面土壤孔隙水的釋放速率加快[28?29]。而高植被蓋度下，當(dāng)降雨強(qiáng)度較小時(shí)水稻冠層可能通過(guò)合并小雨滴導(dǎo)致更大的雨滴動(dòng)能[30]，而在高雨強(qiáng)時(shí)攔截并吸收雨滴動(dòng)能[31]，導(dǎo)致不同雨強(qiáng)下雨滴動(dòng)能造成的差異減小，因此高植被蓋度下不同雨強(qiáng)的徑流率較為接近，也更為平緩。此外，高植被蓋度下的水稻生長(zhǎng)發(fā)育處于后期，其根系較為發(fā)達(dá)[32?33]，這也導(dǎo)致了此時(shí)的水分遷移中垂直運(yùn)動(dòng)的占比較前期增大，因此高植被蓋度下（生育后期）不同雨強(qiáng)的徑流率峰值明顯低于低植被蓋度（生育前期）。

3.2 徑流氮素流失

降雨形成的地表徑流是稻田氮素遷移的重要載體。研究表明，不同植被蓋度下徑流初始氮素濃度較高，且隨徑流的持續(xù)而呈下降趨勢(shì)。張繼宗等[17]在開(kāi)展太湖地區(qū)稻田養(yǎng)分流失規(guī)律研究時(shí)也得出相同的結(jié)論。這主要是由于降雨發(fā)生后，在雨滴的沖擊作用下，淹水層發(fā)生擾動(dòng)，土壤表層氮素在水體壓力下釋放出來(lái)[25]，并與水體混合進(jìn)行遷移；隨雨強(qiáng)增加，初期徑流氮素濃度受到淹水層、初期徑流率及土壤中氮素釋放的聯(lián)合效應(yīng)可能增加。陳育超等[18]也指出，土壤顆粒表面或土壤間隙水、上覆水中的養(yǎng)分可在雨滴擾動(dòng)下進(jìn)入上覆水而隨徑流流失，降雨強(qiáng)度對(duì)稻田淹水層的擾動(dòng)隨雨強(qiáng)增大而增加。因此高雨強(qiáng)下的徑流初期氮素濃度明顯高于中、低雨強(qiáng)。隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，氮素可能通過(guò)吸附解析作用再次沉淀，并且由于降雨過(guò)程中雨水不斷進(jìn)入稻田生態(tài)系統(tǒng)，徑流中養(yǎng)分進(jìn)一步被稀釋[34?35]，徑流氮素濃度隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)。本研究同時(shí)表明，與低植被蓋度下雨強(qiáng)對(duì)稻田系統(tǒng)的擾動(dòng)不同，高植被蓋度的雨強(qiáng)削減作用明顯，不同降雨強(qiáng)度下的徑流氮素峰值濃度相當(dāng)。這可能主要與生育后期水稻高植被冠層對(duì)雨滴動(dòng)能的介導(dǎo)有關(guān)。如前所述，高植被蓋度下，不同雨強(qiáng)下雨滴動(dòng)能造成的差異減小，因此徑流氮素峰值濃度相當(dāng)。此外，降雨前田面水氮素濃度差異也可能是不同植被蓋度下氮素濃度表現(xiàn)差異的原因之一（高、低植被蓋度下降雨前田面水氮素濃度均值分別為1.35 mg·L?1和1.18 mg·L?1）。本研究還表明氮素流失濃度隨徑流時(shí)間的變化可以較好地用對(duì)數(shù)函數(shù)描述，這與楊瑞等[23]的研究存在一定的差異，可能與試驗(yàn)條件及土壤質(zhì)地不同等有關(guān)。本試驗(yàn)在野外田間原位條件下開(kāi)展，且試驗(yàn)地土壤為長(zhǎng)期水旱輪作水稻土，具有典型的犁底層結(jié)構(gòu)。

本研究表明，徑流發(fā)生后前40 min內(nèi)的氮素流失率較高，流失風(fēng)險(xiǎn)較大，流失率峰值出現(xiàn)在徑流發(fā)生后的20～30 min。氮素流失率是徑流氮素濃度與徑流率共同作用的結(jié)果。徑流率和氮素流失率動(dòng)態(tài)變化對(duì)比結(jié)果表明，氮素流失率峰型變化和峰值時(shí)間與徑流率變化較為一致。這說(shuō)明，徑流率是氮素流失率變化的主要影響因素。此外，不同于降雨后期的降水稀釋，降雨初期受降雨瞬時(shí)遷移和土壤表層氮素釋放等因素影響[25]，初始產(chǎn)流期的徑流氮素濃度較高，這同樣會(huì)增加氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。但從氮素流失率動(dòng)態(tài)變化結(jié)果來(lái)看，徑流率對(duì)氮素流失率的影響效應(yīng)要高于氮素濃度，是氮素流失率變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。研究同時(shí)表明，不同植被蓋度下徑流氮素流失率對(duì)雨強(qiáng)的響應(yīng)不同。低植被蓋度下，徑流氮素流失率受雨強(qiáng)影響明顯，且高雨強(qiáng)的氮素流失率峰值明顯高于中、低雨強(qiáng)。因此，高降雨強(qiáng)度下，徑流發(fā)生前、中期的高徑流率能快速攜帶氮素流出，增加了此時(shí)期氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。張繼宗等[17]通過(guò)模擬降雨試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，稻田徑流氮素流失率在產(chǎn)流初始階段直線上升，之后減緩并下降。值得一提的是，研究發(fā)現(xiàn)徑流氮素流失率在高植被蓋度下受降雨強(qiáng)度影響較小。這可能是由于隨著作物的生長(zhǎng)，植株高度和植被蓋度都產(chǎn)生變化，植被結(jié)構(gòu)改變了降雨過(guò)程中雨滴到達(dá)淹水層和土壤層的靈敏度[36?37]，進(jìn)而削弱了高植被蓋度下氮流失率對(duì)雨強(qiáng)的響應(yīng)。

徑流氮素流失負(fù)荷結(jié)果表明，不同植被蓋度下氮素流失量均隨雨強(qiáng)的增大而增加，低植被蓋度下差異顯著，這與LI等[38]的監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，即降雨強(qiáng)度越大，氮素流失越嚴(yán)重。這主要與降雨強(qiáng)度對(duì)田面水層的沖擊有關(guān)，而在高強(qiáng)度降雨擾動(dòng)和水體壓力下，土壤表層氮素釋放到田面水的過(guò)程中也會(huì)增加氮素流失負(fù)荷[39]。PCA 分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮素流失量與徑流發(fā)生前期和中期的徑流率、氮素流失率及徑流氮素濃度密切相關(guān)，但與徑流后期各參數(shù)相關(guān)性較弱。因此，與前述分析一致，徑流前、中期較高的徑流氮素濃度和徑流率可以攜帶大量氮素遷移，尤其在低植被蓋度下。而隨著作物的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)后期（高植被蓋度）作物氮素吸收、根系氮素固定和水分運(yùn)移能力變化的多重影響導(dǎo)致氮素對(duì)雨強(qiáng)的響應(yīng)減弱[40]；同時(shí)，此時(shí)期高植被蓋度對(duì)降雨動(dòng)能的介導(dǎo)也削弱了不同降雨強(qiáng)度的降雨沖刷差異，減少了降雨對(duì)淹水層和土壤表層的擾動(dòng)差異[16]。因此，高植被蓋度下不同雨強(qiáng)的氮素流失量差異不顯著。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，稻田氮素流失以為主，這與大部分研究相同[41-43]。這主要與水稻長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)，厭氧條件下硝化作用的受限有關(guān)[44]。

4 結(jié)論

（1）初始產(chǎn)流期（0～5 min）是稻田氮素流失的高濃度時(shí)期，中期（20～30 min）則是氮素快速流失時(shí)期。低植被蓋度下，稻田徑流和氮素流失更易受雨強(qiáng)的影響。

（2）低植被蓋度下氮素流失負(fù)荷受雨強(qiáng)影響顯著。氮素流失負(fù)荷與徑流發(fā)生前期徑流率、中期徑流率、徑流氮素濃度密切相關(guān)，但與徑流后期各參數(shù)相關(guān)性較弱。