红壤坡面径流及溶质垂向分层输出过程观测与模拟研究

在自然条件下的农业生态系统水和物质循环过程及其调控研究方面，我国红壤丘陵区研究还存在许多薄弱环节，坡地降雨产流规律、土壤水分和营养盐运移规律及其调控机制还有待于深入研究。坡面径流和溶质垂向分层输出是水土流失及其面源污染的一个重要过程，也是水土流失与其养分流失过程的耦合机之一。研究以江西省水土保持科学研究所"南方红壤区土壤侵蚀与防治技术重点实验室"为依托，以国家级水土保持科技示范园- - 江西水土保持生态科技园为野外试验基地，对红壤坡面径流及溶质垂向分层输出过程进行现场实地观测和室内化学分析。在此基础上，研究坡面土壤各层径流、泥沙、养分之间的耦合关系，建立红壤侵蚀区坡面水分及溶质分层输出模型。课题对探讨坡地水分养分迁移和输出规律具有重要的理论价值，并为坡地农业的水分、养分管理提供科学依据。

在红壤坡面径流及溶质垂向分层输出过程现场实地观测和室内化学分析的基础上，通过3a的自然降雨观测，分别从种草覆盖（A）、枯落物敷盖（B）和裸露对照（C）3种处理的红壤坡面垂向分层（即0cm<地表>、30cm、60cm和105cm<地下>）的产流、氮磷元素输出特征进行了研究。结果表明：①红壤坡地的径流输出均以基流（壤中流和地下径流）为主，占径流输出的2/3以上，采取水土保持措施则可达90%以上，且基流又以地下径流为主。②与对地表径流的影响不同，雨强对壤中流的起始产流时间和产流量影响不明显，但对壤中流峰值影响显著，土壤前期含水量是影响壤中流的重要因素。③3种处理在施肥后，不同垂向深度（地表、30cm、60cm、地下）的径流输出中，随土壤深度的增加，迁移的磷素浓度呈递减趋势，而氮素浓度除A小区外均呈现递增趋势，说明活地被物措施可以有效调控在坡地分层径流的氮素输出分布，但对磷素在土壤不同深度的输出影响不大。④3种覆盖处理土壤60cm深径流输出量与30cm深径流输出量成显著性的线性响应关系，可用上层径流输出量来预测下层径流输出量；各层径流溶质浓度和径流量的关系可采用Rational函数近似表达，且溶质浓度随径流流量增加呈先升高后降低趋势。⑤依据试验观测数据率定有关土壤水力学和溶质运移参数，基于HYDRUS-2D 平台构建红壤坡面裸地降水过程中土壤水分和溶质运移模型，且运用模型模拟硝态氮运移过程。计算结果显示，降雨对硝态氮的淋溶作用明显，尤其是30cm层土壤，其淋溶作用可达82.86%。