降雨条件下沉陷区土壤养分迁移响应(2)

　　对土壤养分含量与坡度进行相关性分析可知,速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量与坡度的决定系数分别为0.990 3、1.000 0、0.996 8、0.992 7,四种土壤养分含量与坡度相关显著,其回归方程如下:

　　=63.775e-0.465 1x,R2=0.990 3(x:坡度,y:速效氮含量)

　　=-0.35x2-10.79x+59.30,R2=1.000 0(x:坡度,y:速效磷含量)

　　=-0.625x2-50.325x+256.830,R2=0.996 8(x:坡度,y:速效钾含量)

　　=-8.980 9lnx+17.210 0,R2=0.992 7(x:坡度,y:有机质含量)

　　2.2土壤养分的空间分布状况

　　图3为降雨48 h后土壤养分含量分布情况。总的趋势是随着坡度的增加土壤养分含量减小,同一坡度下土壤层越深,土壤养分含量越高,例如速效氮在距坡顶8.5 cm处,四种坡度下,10 cm土壤层土壤样本速效氮含量分别为38.9、17.7、9.9、3.8 mg/kg,变异系数为87%;而40 cm土壤层土壤样本速效氮含量则分别为51.1、48.2、47.6、46.3 mg/kg,变异系数为4%。分析原因是伴随坡地土壤侵蚀过程的发生,泥沙与径流水是养分流失的主要载体和途径。土壤侵蚀过程主要发生在地表,对深层土壤的影响不大[15],因此地表土壤养分含量随坡度的增加大幅度减小,深层土壤养分含量受坡度变化的影响并不显著。

　　坡面土壤养分迁移方式可分为两种,一是易溶于水的土壤养分沿垂直方向随水分入渗至深层土壤中,部分随径流沿坡面向坡底迁移;二是不易溶于水并吸附在土壤颗粒表面的土壤养分在径流的作用下向坡底迁移,而泥沙中含有颗粒细小、比表面积大的黏粒,能够吸附大量的土壤养分[16]。由图3可知,四种不同坡度条件下,各养分在坡底附近的含量均高于坡顶附近含量,如15°坡面10 cm土壤层采样点E处土壤速效氮含量36.9 mg/kg,高于0°坡度相应位置处(可以类比坡顶)土壤速效氮含量。说明两种迁移方式均可导致土壤养分在坡底附近富集。

　　2.3土壤养分随时间的变化规律

　　由图4可知,四种坡面土壤养分含量随时间变化规律基本一致,四种坡面10 cm土壤层的土壤速效氮和有机质含量随时间的变化呈减少的趋势,25、40 cm土壤层上述两种土壤养分则没有明显变化。分析原因是部分速效氮挥发至空气中[17],导致表层土壤速效氮含量随时间的增加呈减少的趋势;随着时间推移,有机质中部分物质分解[18],导致表层土壤有机质含量随时间的变化而减少。建议在农业生产中及时补充氮肥和有机肥,以保证农作物的正常生长发育。各坡面各土层速效磷含量无明显变化。四种坡面10 cm土层的土壤速效钾含量随时间的变化呈增加的趋势,中土层和底土层有缓慢减少的趋势。其原因是速效钾易溶于水[19],其迁移方式受水分运动的影响较大,下层土壤速效钾在毛管水的作用下向地表迁移,导致10 cm土层的土壤速效钾含量随时间的变化呈增加的趋势,而25、40 cm土壤层的土壤速效钾含量随时间的变化呈减少的趋势。

　　3结论

　　1)降雨条件下,在一定的沉陷区坡度范围内,土壤养分随着坡度增大而减少。距地表10 cm土层的土壤养分含量总体上随坡度的增加而大幅度减小,而深层土壤养分含量随坡度变化较小。

　　2)不同土壤层的土壤养分含量从沉陷区坡顶到坡底的变化幅度不同:接近地表处,土壤养分含量从坡顶到坡底增加幅度大,而深层土壤养分含量从坡顶到坡底增加缓慢。

　　3)坡度大于0°的坡面土壤养分含量从坡顶到坡底呈增加的趋势,其坡底附近区域出现了各土壤养分的富集现象。接近地表处土壤速效氮、有机质含量随时间的变化呈现减少的趋势,速效磷含量随时间的推移没有明显变化,接近地表处土壤速效钾含量随时间的变化而增加。

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