土壤養分向環境遷移及其控制途徑

侯 偉

(西藏自治區林業調查規劃研究院，西藏 拉薩 850000)

1 引言

土壤侵蝕導致水土流失，從而導致養分流失。據辛樹幟推算，我國每平方公里流失8～15 t氮、15～40 t磷、200～300 t鉀[1]。土壤養分遷移、流失受多種因素影響，過程復雜。當前，研究的焦點集中在降雨強度、地表特征、土壤理化性質、地形條件、耕作方式、化肥施用方法因素影響方面。土壤養分遷移受各種因素影響定量分析，揭示遷移和流失的本質[2]。

2 養分遷移的基本途徑

2.1 “水溶態”淋溶

土壤養分的地下流失主要受孔隙率、地層結構、肥料品種與用量、入滲能力、理化性質等因素影響。該種方式流失的養分主要有氮、磷，其中以氮素移動能力最大。

在干旱、半干旱區域以地表徑流攜帶為主，在濕潤地區則還包括了地下徑流、壤中流，通常攜帶溶解態污染物。紅壤旱坡地的“水溶態”淋溶是氮素損失的主要途徑[2]。

2.2 徑流遷移

土壤養分徑流遷移主要是養分隨地表徑流、地下徑流、泥沙攜帶等途徑搬運離原土壤環境，沉積于河流、湖泊等水體。目前，研究多集中在地表徑流和泥沙攜帶流失過程。水土流失、養分流失、土壤肥力下降是同時發生的過程。根據侵蝕強度的不同，免耕土壤流失量遠小于耕作土壤[2]。

通常認為，土壤養分隨徑流遷移的主要途徑是泥沙攜帶。蔡強國等認為，泥沙攜帶是養分遷移和流失的主要途徑。唐克麗等研究認為，粒徑<0.012的土壤顆粒(泥沙)與養分含量呈顯著正相關直線關系。康玲玲等采用模擬降雨的方式研究土壤養分遷移過程，也顯示出與泥沙遷移的正相關關系。黃麗等認為，三峽庫區紫色土坡耕地上，土壤養分與土壤顆粒(粒徑<0.022)存在一致性變化關系。

陳皓等研究表明，在黃土高原坡地上，磷素較易隨泥沙遷移，溶解態的磷素較少，且易發生淋失性沉積[4]。

2.3 氣態遷移

隨著工業革命后，化石燃料燃燒、化肥施用、畜禽產業發展、生活垃圾增多，人為活動向大氣中排放氮素越來越多，大氣氮沉降已呈劇增態勢。氮沉降方面的研究也成為焦點。研究方式包括固定樣地自然發生的氮沉降和模擬氮沉降。氮沉降是地球生物化學循環的重要一環，其較快增加深刻影響著地球生態系統的變化和穩定。大氣氮沉降對水體環境、土壤、建筑物、森林生態、物種多樣性均會造成不同程度的不利影響[5]。

人為活動中，施用氮素化肥影響較大。農業生產中，氮素化肥施用后，僅一部分被農作物吸收，相當部分以揮發物流失至大氣中，一方面導致大氣中氮的增加，同時又使得土壤中養分流失。有機肥料使用不當，不合理的堆肥，導致厭氧條件釋放出氮素、硫素導致污染和養分流失。

2.4 風蝕遷移

在我國，每年起沙量大約可達到0.8 Gt。進入大氣中的沙性粒子，不僅會直接污染環境，影響人民的生活環境，更會凝結在霧、雨、雪中，甚至形成沙塵氣溶膠，并攜帶養分遷移。風蝕遷移途徑導致土壤養分流失主要集中在我國的東北黑土地、黃土高原、沙漠綠洲等區域。以耕地為主，還包括退化生態區域(草地、林地)。風蝕遷移作用下，剝蝕土壤表面的養分結合態沙粒，吹走有機質，改變土壤物理化學性質及結構[6]。

2.5 生物力途徑

過度放牧引起草原退化，形成草原害鼠最適棲息地。據農業部統計,全國草地鼠害發生面積在2001年已達4.62×107hm2，占草地總面積的11.8%。鼢鼠、鼠兔等是農田和草地常見的害鼠之一，主要通過挖掘洞穴、堆成土丘、覆蓋植物、啃食牧草根莖、破壞植被、洞道塌陷、土丘流瀉等多個途徑和過程形成禿斑[7]。

除鼠害的直接遷移外，間接方式遷移也不可小視，其它諸如鳥類，各種畜牧的遷移。但在其中發揮作用最大的還是人為因素。各種開礦、開山、修路、燒磚等等無不深刻改變著土壤原貌，好的情況是遷移，甚至徹底破壞。

3 影響遷移的因素

3.1 降雨

降雨的激濺作用，直接作用于地表，促使形成地表徑流，從而導致坡地土壤的位移。因而不同程度的導致養分隨之遷移。地表徑流攜帶養分濃度隨著雨滴動能的增加而隨之增加，隨著入滲率的增加而隨之減少。泥沙攜帶養分的含量在降雨沖刷的過程中變化不大，但泥沙的附和富集會有明顯增大。降雨導致的水土流失，不僅會帶走泥沙，還會導致養分流失，從而引起土地肥力下降，土地退化[2]。

降雨強度與土壤養分流失量呈正相關關系，與徑流養分濃度關系不顯著。雨量、雨型對養分流失量影響明顯，坡面產流方面，降雨強度越大、歷時越長，磷素、氮素的流失量也隨之增大。泥沙吸附態和土壤溶解態的農藥流失量，當土壤初始含水量大時，雨鋒出現愈早時，流失量越大[8]。

3.2 土壤物理性質及地形條件

土壤物理結構較好的土壤，由于起團聚性質穩定，土壤孔隙較發育，入滲性能良好，地表產流、產沙較遲緩，并相比較少，相應的養分流失減少[9]。降雨侵蝕過程中，地形條件與降雨對養分流失具有負面的協同影響。在黃土坡耕地中，氮素主要隨泥沙移動，并且隨著坡度的增大而增大，隨徑流流失的堿解氮變化不大，當坡度<12°時，土壤養分遷移流失量與坡度呈正相關關系，坡度>12°時，則呈冪函數關系。養分流失均伴隨著徑流而發生，因此，影響產沙的因素均會影響土壤養分的流失。有研究表明，坡改梯后，可有效減少地表徑流，減緩徑流速度，從而降低了土壤寢室量。當土壤顆粒隨水體遷移時，侵蝕沉積物吸附作用下，土壤養分流失減少[4]。

3.3 管理措施

從管理角度，減少水土流失、減少產沙、控制非點源污染研究較多。研究表明，較傳統耕作方法，免耕等對土壤擾動較少的水土保持耕作方法，可較大幅度減少氮素、磷素、鉀素的流失。營造林實踐中，穴狀整地方式較帶狀整地、全面整地，較好的控制養分遷移和損失。主要因為穴狀整地并不會全部擾動原地表、破壞原地貌，并且其蓄水坑具有一定攔蓄作用，并在一定程度上提高土壤滲透性能。施肥實踐中，淺層施肥顯著增加了養分流失的可能，而深層施肥隨徑流流失養分相對較少[9]。

植被覆蓋措施有利于延緩徑流形成的時間，有效減少土壤侵蝕極其強度。土壤氮素多以吸附態或固定的方式結合在土壤顆粒上，植被在阻滯土壤顆粒流失的過程中，減少了氮素流失量。植被覆蓋與土壤養分流失呈顯著的負相關關系。采用秸稈還田，植物籬、撫育剩余物留存等多種方式延緩徑流、增加土壤滲透性，有效控制養分遷移出原土壤范圍[10]。

3.4 土地利用方式

不同的土地利用方式對土壤梨花性質的影響具有顯著差異，從而影響土壤養分的遷移和損失。農田顯著大于草地，草地顯著大于林地，賦閑土地或種植玉米的土地顯著小于麥田。研究表明，在黃土丘陵地帶，自上而下，采用復合土地利用方式(農地-草地-林地)，具有較好水土保持功能，有效降低土壤養分損失。鄧紅兵[12]等研究發現，土壤養分遷移和損失方面，裸地、桔園、菜地、草地、林地貢獻率依次降低。裸地易于養分的遷移，較其他地類，養分輸出能力明顯高。實施表明，盡可能減少裸地，增加地表覆蓋，有利于減少養分向環境遷移。

不同林地水分、養分徑流損失隨著植被生長呈顯著負相關關系。土壤養分遷移和損失影響上，天然草地、馬尾松林地、針闊混交林、闊葉林依次降低。總的來講，各種土地利用方式中，農田耕作特別有利于發生養分土壤養分遷移和流失。秸稈還田等增加地表覆蓋及保護性耕作方式，有利于保水保肥，減少養分流失[11]。

4 控制途徑

4.1 覆蓋措施

增加地表覆蓋、退耕還林(草)、秸稈還田等措施，特別有利于控制水土流失，控制土壤養分遷移和流失。土壤養分流失與覆蓋度之間呈顯著的負相關關系。比如，青草物質覆蓋土地后，有效降低產流、產沙極其攜帶的養分。農作物間作也有利于提高蓋度，土壤養分流失相比也較少。退耕還林(草)中表現的非常顯著，坡耕地棄耕后、林草種植后，有效改善土壤環境，物理性狀得到逐步改善，逐步增加了土壤對養分的束縛。

研究表明：產流、產沙、養分遷移和損失方面，裸地流失最大，植物籬牧草活覆蓋區流失最小。天然草原，青草覆蓋度大，且地表具有一定的吸水能力。但當踐踏、過牧后，增加了徑流形成的時間和強度，土壤養分流失明顯且逆轉困難。在降雨強度大的地區，種植覆蓋度高、有利于增加地表覆蓋的措施能較好的減少土壤養分的遷移和損失[3]。

4.2 植物籬技術與保護性耕作

由于土壤養分流失，主要來源于農田。農田一方面通過施肥，增加了土壤養分流失的來源，再加上不斷的人為不利擾動，易于產生養分流失，植物籬技術與保護性耕作技術的推廣顯得尤為重要。植物籬控制養分的遷移，主要表現在控制泥沙搬運和位移，在植物籬的前方形成泥沙的堆積，尤其對粒徑較大的顆粒阻滯效益顯著。等高植物籬的建設，在減少土壤養分遷移和損失方面，特別有利。尤其在氮素、磷素方面[11]。

保護性耕作措施與秸稈覆蓋均表現出較好的水土保持效益。采取少耕作、低強度耕作、或免耕作，結合秸稈還田，有利于實現阻滯養分遷移和流失。免耕、局部耕作的方式，有利增加地表的枯落物覆蓋，提高土壤有機質含量，有效改善土壤物理性質，較好的攔蓄土壤養分。攔蓄養分時，也存在養分滲漏的風險[3]。

植物籬技術和保護性耕作措施存在的土壤養分滲漏遷移，值得進一步研究。探索有效控制養分遷移流失和有效降低滲漏損失風險。

4.3 工程措施

工程措施主要在土壤侵蝕嚴重地區較適用。主要包括等高堤、魚鱗坑、階式梯田、攔水壩等。有研究表明，在新開墾的茶園修筑梯田，降水量中的1.34%形成地表徑流，保水保土保肥效益顯著。修筑梯田后，5年后梯田內的土壤有機質、全氮等土壤養分均會有不同程度的增加[11]。坡耕地改梯田的方式是在山區較為常見的工程措施。坡改梯后，能較好的發揮水土保持功能，減少養分遷移和流失，提高土壤的肥力。但不當的工程措施也存在造成新的水土流失風險[3]。

5 結語

土壤養分向環境遷移的途徑、影響因素研究的較多。控制途徑研究方面，土壤吸附、滲漏等理論研究還有待進一步加強。降低農田土壤養分向環境的遷移方面，實用技術的探索和實現亟待研究。