草被覆盖对养分迁移机制的影响.DOC

1、Comment 微微微微1: 背景知识、自我评论性描述请不要出现在中英文摘要中。【说明】已修改。草被覆盖对养分迁移机制的影响 1戴矜君，程金花，张洪江，相莹敏，周柱栋（北京林业大学，水土保持学院，北京，100083）摘要：养分随土壤侵蚀和径流发生迁移是非点源污染和养分损失的重要因素，草被覆盖是影响养分流失的主要因子。为探讨草被覆盖对养分流失机制的影响，采用室内模拟降雨试验，在 30mm/h雨强下，对不同水土保持先锋植物种（紫花苜蓿、狗尾草） 、四种植株密度（0、80、120、160 株/m 2） 、两种处理方式（保留整株植物、仅保留地下部分）下养分随泥沙和径流流失浓度与流失总量进行研究。结果表

2、明：草被覆盖能有效控制坡面侵蚀，其中紫花苜蓿和狗尾草植株控制土壤侵蚀作用与地下部分关系密切，地上部分作用不明显。裸坡养分随泥沙的流失量是有植被坡面的 1.495.90 倍（全氮） 、1.248.61 倍（全磷） 、1.171.82 倍（速效钾） ，但两者的流失浓度差异不显著，表明草被控制养分随泥沙流失作用主要来源于控制侵蚀量，其中狗尾草地下部分减少养分随泥沙流失的作用强于紫花苜蓿，紫花苜蓿地上部分减少养分流失的作用强于狗尾草；同时随植株密度增加，草被地下部分减少养分随泥沙流失的作用逐步增强。草被覆盖能有效减少坡面养分随径流流失，地下部分坡面与全株坡面的全氮流失量比值为 1.021.05（狗尾草

3、）、1.101.14（紫花苜蓿） ，表明草被控制养分随径流流失作用主要来源于地下部分，其中狗尾草地下部分作用较紫花苜蓿明显；同时随植株密度增加，地下生物量控制全氮和全磷养分随径流流失的作用逐步强化；，但地下部分控制速效钾流失作用的权重没有明显的定向变化。径流养分浓度动态变化前期不断下降，后期趋于稳定，其中幂函数对养分浓度动态变化的拟合效果最佳；同时全氮和全磷动态变化与植株状况关系密切，而全磷对植株状况变化响应不明显。关键词：模拟降雨试验；全株植物；地下部分；养分迁移；动态变化 中图分类号：S157.1 文献标识码： 文章编号：Impact of vegetation cover on nutr

4、ient transportation mechanismDAI Jinjun，CHENG Jinhua，ZHANG Hongjiang，XIANG Yingming, ，ZHOU Zhudong（College of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing,100083) Abstract: Nutrient transportation with soil erosion and runoff is an important factor of non-point source pollution

5、and nutrient losses. The study onIn order to revealing mechanism of nutrient transfer for, two plant (alfalfa and green foxtail), four plant density (0, 80, 120,160 plants square metre), two treatment（complete plantlet and underground biomass）was carried out by simulated rainfall experiment. The res

6、ults showed that: grass could control erosion effectively, which the effect of plant to reduce erosion was related to the underground biomass closely and the effect of aboveground biomass was not significant. Nutrient Loss with erosion of Bare bare slope was 1.495.90 times (total nitrogen), 1.248.61

7、 times (total phosphorus), 1.171.82 times (available potassium) than vegetated slopes, however, concentration difference of nutrient loss with erosion between bare slope and vegetated slopes was not obvious. Grass controlled nutrient loss with erosion by reducing the amount of sediment mainly, which

8、 underground part of foxtail was more effective than alfalfa and aboveground biomass of alfalfa was more effective than foxtail. Meanwhile the role of underground part to reduce nutrient loss was 收稿日期：（请补充投稿成功后系统回执日期）2016-01-18基金项目：林业公益性行业科研专项经费（201404209）基于生态安全的水土保持措施空间配置技术，北京高等学校青年英才计划（YETP0750）北方

9、土石山区坡面侵蚀水动力学机理研究作者简介：戴矜君（1992-），女，硕士研究生，主要研究方向：土壤侵蚀。E-mail:联系电话：18911909773通讯作者：程金花（1979-），女，博士，硕士生导师，主要研究方向：土壤侵蚀与植被恢复。E-mail:jinhua_gradually significant with the plant density increased. Grass could reduce the nutrient loss with runoff effectively, and the total nitrogen loss ratio of slope with u

10、nderground biomass and complete plants was 1.021.05 (green foxtail), 1.101.14 (alfalfa), indicated grass control nutrient losses with runoff mainly by underground parts, which underground biomass of foxtail was more effective than alfalfa. With the plant density increase, effect on controlling total

11、 nitrogen and total phosphorus loss with runoff by underground biomass gradually strengthened but the available potassium didnt have significant change. The dynamic change of runoff nutrient concentration decreased, than remain stable, which the power function best fit. The change process of total n

12、itrogen and total phosphorus were related to plant situation closely, and total phosphorus changed with plant was not obvious.Keywords: simulated rainfall experiment；complete plant；underground part；nutrient transportation；dynamic change土壤溶解态和吸附态的养分是非点源污染的重要物质来源，土壤氮磷钾随土壤侵蚀和径流向受纳水体迁移也是养分损失的重要因素 1，因此，研

13、究坡面养分迁移过程具有十分重要的意义。雨滴击溅和径流冲刷是华北土石山区土壤侵蚀和土壤养分迁移的主要动力因素 2。土 壤养分迁移主要包括三种途径：土壤养分随径流迁移、土壤养分随泥沙迁移、土壤养分随水分下渗向土壤深层迁移 3。雨滴击溅使土壤颗粒表面养分发生浸提和解吸 4，同时加剧养分的扩散，促进养分从土壤颗粒进入径流，进而随径流发生迁移 5；同时，雨滴击溅和坡面流对土壤颗粒的分散和输移过程具有粒径分选作用，侵蚀过程的粒径分选性造成坡面土壤颗粒的重新分布和侵蚀泥沙的粒径重组 6，这将改变坡面土壤的可蚀性和水文过程，从而影响养分随泥沙流失 7。Cao 等 8认为雨滴打击使吸附于土壤颗粒和团聚体上的养分

14、发生解吸进入径流，从而随径流流失；降雨击溅可以增强径流的紊动性，加剧径流与养分的混合，同时可以扰动下层土壤养分，加速土壤养分的流失和深层迁移。草被覆盖能有效降低击溅和径流侵蚀力，阻滞径流流速、增加坡面流阻力、降低雨滴击溅动能、提高土体抗蚀性、改善孔隙状况增强入渗 9。而养分迁移的主要载体是坡面流的径流和泥沙，因此植被能够通过控制侵蚀和径流从而减少养分流失 10。草被覆盖下养分迁移机制的研究已经取得一定的成果。王升 11等通过野外放水试验探讨植被覆盖度对养分流失的影响，结果表明植被能显著影响养分流失总量和迁移过程，植被覆盖度的增加能有效控制养分流失。梁丽 12等通过人工降雨试验研究表明植被能有效

15、减少坡面土壤铵态氮随泥沙流失总量，但会加剧径流养分流失总量。钱婧 13通过模拟降雨对红壤坡面养分流失特征进行研究，研究表明植被覆盖度对土壤氮磷钾和有机碳有显著影响，但对不同的养分影响效果不同。目前研究植被对养分迁移机制的影响主要集中于植被覆盖度对养分迁移的影响 14，尚缺乏植被种类和植被地上、地下部分分别对养分迁移机制的研究 15。本研究通过分析草被整株植物和地下部分对养分随径流和泥沙流失的影响，以期对土壤养分流失过程的模拟和合理选择坡面植被、控制面源污染提供理论依据。1 试验设计与方法1.1 试验材料与设置降雨试验于 2015 年 69 月在北京林业大学首都圈森林生态系统国家定位观测研究站的

16、降雨大厅中进行，试验采用喷射型人工模拟仿真降雨系统（QYJY-503T） ，有效降雨高度12m，系统采用旋转式叠加下喷喷头和闭环自动控制技术，同时配备高灵敏度雨量计和多参量数据采集器，降雨均匀度0.85，下落雨滴可达终点速度，系统包括 4 个独立降雨区，降雨实际总控制面积 256m2，该系统能够较好地模拟天然降雨。试验采用小型变坡式土槽（2.0m 长0.5m 宽0.3m 高） ，土槽边缘增高 10cm 防止土壤颗粒溅出，底部保持排水孔通畅以模拟自由下渗的水文条件，土槽的出流断面设置梯形集水槽以收集径流和侵蚀泥沙。土槽土壤采自北京市延庆县高庙屯小流域水土保持示范基地（116311116419E，

17、402619402726N ） ，属典型华北山区土壤（普通褐土） ，土壤粘粒含量(0.002 mm)所占比例为 9.8 (1.5）% ，粉粒(0.0020.02 mm)含量为 78 (8.1）% ，砂粒(0.022 mm)含量为 12.2 (2.7)%，有机质质量比为 1.61%。试验采用水土保持先锋植物种紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和狗尾草（Setaria viridis (L.) Beauv.） ，实验共设计 4 种植株密度（0，80，120，160 株/m 2） ，于 2015 年 3 月依据试验设计条带状种植，定期养护，适时间苗。1.2 试验设计试验共设计布设两种植

18、株（紫花苜蓿、狗尾草） ，四种植株密度（0，80，120，160 株/m2） ，两种处理方式（保留完整植株坡面、仅保留植株地下部分坡面）共 15 组试验，其中仅留地下部分坡面植物种植和抚育方式和与保留完整植株坡面一致，仅在试验前将地上部分去除。根据华北土石山区降雨和地形特征，试验雨强设定为 30 mm/h、降雨历时为 60 min、坡面坡度为 10。1.3 试验方法依据试验设计采集研究区土壤，过 10mm 土筛，自然风干，分层填土，每 10cm 一层，共三层，每层填土后刮毛表面，防止土层滑动，控制土壤容重为 1.35 g/cm。条带状种植植株，控制一致的水肥条件，定期抚育、适时间苗。试验前进行

19、预降雨，用 30 mm/h 雨强降雨 30 min，预降雨结束后，依据试验设计处理坡面，去除坡面地上生物量，随后静置24h，保证初始试验土壤状况一致。降雨试验过程中收集泥沙、径流样，计算径流量、泥沙量和含沙量；取泥沙样和径流样，使用全自动化学分析仪（smartchem ）室内测定全氮、全磷浓度，使用火焰分光光度计（FP640）测定速效钾浓度，同时计算全氮、全磷、速效钾的流失量。考虑降雨前期不稳定，降雨历时 010 min，每 2 min 测定一次上述指标，降雨历时 1060 min，每 5 min 测定一次。每次降雨收集 50 ml 雨水，用于测定雨水养分浓度背景值。1.4 数据处理养分随泥沙

20、流失量由公式（1）计算：（1）1niiiLCA式中，L降雨过程内养分随泥沙流失总量（mg） ；C i第 i 个降雨时段内泥沙养分浓度（mg/g） ；A i第 i 个降雨时段内泥沙侵蚀量（ g） 。养分随径流流失量由公式（2）计算：（2）1njiiiLSP式中，L j降雨过程内养分随径流流失总量 （mg） ；S i第 i 个降雨时段内径流养分浓度（mg/L ） ；P i第 i 个降雨时段内径流量（L） 。养分随泥沙流失浓度由公式（3）计算：（3）LCA式中， 养分随泥沙流失平均浓度（mg/g） ；L降雨过程内养分随泥沙流失总量C（mg） ；A泥沙侵蚀总量（g） 。养分随径流流失浓度由公式（4）计

21、算：（4）jjCPComment 微微微微2: 图中信息过于凌乱，建议将图 1改为表格体现。【说明】已修改。式中， j养分随径流流失平均浓度（mg/L） ；L j降雨过程内养分随径流流失总量C（mg） ；P径流总量（L ） 。2 结果与分析2.1 草被覆盖对侵蚀的影响将全株植株的减蚀效果视为植被地上部分与地下部分减蚀效果的总和，分别计算得出地上部分、地下部分、全株植物覆盖坡面相较于裸坡的减蚀效果（g/min） ，如图表 1。图表 1所示，紫花苜蓿地上部分减蚀率为 3.35 g/min（80 株 /m） ，1.48 g/min（120 株/m ） ，0.11 g/min（160 株/m） ，地下

22、部分减蚀率为 0.20 g/min（80 株/m） ，2.07 g/min（120 株/m） ，3.49 g/min（160 株/m） ，表明紫花苜蓿地上生物量减蚀作用随植株密度的增加而减少，地下生物量的作用随植株密度增加而增加；同时，相对于地上部分和地下部分减蚀效果随植株密度变化趋势来说，紫花苜蓿全株覆盖坡面变化较为平缓，狗尾草坡面也呈现同一变化趋势。比较两种植物减蚀作用，狗尾草全株覆盖的减蚀率是紫花苜蓿全株覆盖的1.932.13 倍，表明全株狗尾草减少侵蚀的作用优于全株紫花苜蓿；同时，须根系狗尾草地下部分减蚀率为 3.99 g/min（80 株/m） 、6.17 g/min（ 120株/m

23、） 、6.63 g/min（160 株/m） ，减蚀效果优于直根系的紫花苜蓿；狗尾草地上部分减蚀率为 2.36 g/min（80 株/m） ，1.38 g/min（120 株/m） ，0.31 g/min（160 株/m ） ，与紫花苜蓿地上部分减蚀效果差距不大，表明草被减少侵蚀的作用与植物根系形态紧密相关，与植株地上部分关系不大。表 1不同坡面处理下草被减蚀效果植株完整状况 植株完整状况坡面覆盖情况(MX) 地下部分 地下部分 全株坡面覆盖情况(GW) 地下部分 地下部分 全株MX80 3.35 0.20 3.55 GW80 2.36 3.99 6.35 MX120 1.48 2.07 3.

24、55 GW120 1.38 6.17 7.55 MX160 0.11 3.49 3.60 GW160 0.31 6.63 6.94 图表中各坡面处理：裸坡（LP） 、紫花苜蓿种植密度 80 株/m 2（MX80 ） 、紫花苜蓿种植密度 120 株/ m2（MX120） 、紫花苜蓿种植密度 160 株/ m 2（MX160） 、狗尾草种植密度 80 株/ m 2（GW80） 、狗尾草种植密度 120株/ m2（GW120） 、狗尾草种植密度 160 株/ m 2（GW160 ） ，下同。2.2草被覆盖对养分随泥沙迁移的影响为探讨草被对坡面养分流失的影响，本文分析不同植被覆盖条件下养分随泥沙流失的

25、浓度和总量，如表 12。表 12所示，裸坡的养分流失浓度为保留地下部分坡面的 0.951.25倍（全氮） 、0.941.20 倍（全磷） 、0.831.11 倍（速效钾） ，为保留全株植物坡面流失浓度的 1.031.26 倍（全氮） 、1.041.24 倍（全磷） 、0.901.11 倍（速效钾） ；同时，裸坡条件下养分流失总量为只保留地下部分坡面的 1.494.15 倍（全氮） 、1.242.70 倍（全磷）、1.171.60 倍（速效钾） ，为保留全株植物坡面养分流失总量的 2.985.90 倍（全氮） 、3.88.16 倍（全磷） 、1.401.82 倍（速效钾） ，草被覆盖坡面养分流失

26、量均低于裸坡坡面的流失量，相对养分流失总量来说，养分随泥沙流失浓度与裸坡差异不明显，结合侵蚀量变化趋势分析，说明坡面草被减少养分随泥沙流失的作用主要是来源于控制侵蚀量，草被对控制养分随泥沙流失浓度作用并不显著，其中两种植物固持全氮作用明显优于固持全磷、速效钾的作用。 表 1 2 冲刷泥沙中养分浓度和流失量浓度（ mg/g) 流失量（mg）坡面覆盖情况处理方式 全氮 全磷 速效钾 全氮 全磷 速效钾LP 1.55 1.12 0.10 640.40 369.81 40.91 地下部分 1.24 0.93 0.12 428.75 297.60 34.85 MX80全株 1.23 0.94 0.10

27、215.25 249.23 29.12 地下部分 1.35 1.09 0.10 408.23 222.50 31.74 MX120全株 1.26 1.07 0.10 198.31 178.26 27.92 地下部分 1.58 1.07 0.09 310.63 200.83 26.66 MX160全株 1.24 1.03 0.11 194.85 154.28 24.58 地下部分 1.41 1.19 0.09 271.10 306.97 30.94 GW80全株 1.31 0.97 0.11 245.95 290.54 22.77 地下部分 1.55 1.16 0.09 193.04 207.0

28、7 28.56 GW120全株 1.50 0.96 0.11 160.63 173.66 24.82 地下部分 1.62 0.97 0.09 154.13 136.88 25.57 GW160全株 1.48 0.90 0.09 108.47 109.80 24.45 图中各坡面处理：裸坡（LP） 、紫花苜蓿种植密度 80 株/m 2（MX80） 、紫花苜蓿种植密度 120 株/ m 2（MX120） 、紫花苜蓿种植密度 160 株/ m 2（MX160） 、狗尾草种植密度 80 株/ m 2（GW80） 、狗尾草种植密度 80 株/ m 2（GW120） 、狗尾草种植密度 80 株/ m 2（

29、GW160 ） ，下同。对于全氮流失浓度，当坡面只保留地下部分时，全氮随泥沙流失浓度（mg/g ）为1.24（MX80） 、1.35（MX120） 、1.58（MX160 ） 、1.41（GW80） 、1.55（GW120） 、1.62（GW160） ，表明有植被坡面随植株密度增加，侵蚀泥沙黏粒和粉粒组分更容易发生富集，养分随泥沙流失浓度有所增加，其中狗尾草坡面全氮流失浓度随植株密度的变化趋势较紫花苜蓿坡面平缓。坡面保留全株植物时，全氮浓度（mg/L）为 1.55（裸坡） 、1.23（MX80） 、1.26（MX120） 、1.24（MX160 ） 、1.31（GW80） 、1.50（GW12

30、0） 、1.48（GW160） ，全氮流失浓度最高出现在植株密度为 120 株/m时，表明在该植株密度下侵蚀泥沙全氮养分最容易发生富集，同时保留全株植物坡面的全氮流失浓度较只保留地下部分浓度小，表明地上部分屏蔽雨滴打击作用后，全氮随泥沙流失浓度有所降低。全磷随泥沙流失浓度变化规律与全氮流失浓度规律一致。探讨全氮随泥沙流失总量，仅保留地下部分坡面的全氮流失总量（mg ）为别为 640.40(裸坡) 、428.75（MX80 ） 、408.23（MX120） 、310.63（MX80） 、271.10（GW80） 、193.04（GW120） 、154.13（GW160 ） ，表明随植株密度的增加

31、，养分流失总量降低，其中狗尾草地下生物量减少养分流失总量的能力显著优于紫花苜蓿；保留全株植株的坡面，全氮随泥沙流失总量（mg）分别为 215.25（MX80） 、198.31（MX80） 、194.85（MX80） 、245.95（GW80 ） 、160.63（GW120 ） 、108.47（GW160） ，表明有植被坡面全氮流失总量明显小于裸坡，且随植株密度增加，全氮的流失量降低。紫花苜蓿地下部分坡面全氮流失量为裸坡 0.490.67倍，全株坡面为裸坡的 0.240.42 倍；狗尾草地下部分坡面全氮流失量为裸坡 0.420.24倍，全株坡面为裸坡的 0.330.34 倍，表明不同植株密度下狗

32、尾草只保留地下生物量坡面和全株坡面全氮流失量的差距显著小于紫花苜蓿，说明狗尾草减少全氮流失的作用主要来源于地下生物量，紫花苜蓿减少全氮流失量的作用来源于地上生物量和地下生物量共同作用。全磷随泥沙流失总量的变化趋势与全氮总量变化趋势一致。对于速效钾随泥沙流失，侵蚀泥沙速效钾浓度变化于 0.090.11 mg/L，与裸坡侵蚀泥沙浓度 0.10 mg/L 无显著差异。对于速效钾随泥沙的流失量，保留地下部分坡面流失量（mg）为 40.91 (裸坡)、34.85（MX80） 、31.74（MX120） 、26.66（MX80 ） 、30.94（GW80） 、28.56（GW120） 、25.57（GW1

33、60 ） ，表明随植株密度的增加，速效钾随泥沙的流失量减少，其中紫花苜蓿控制速效钾养分流失的效果差于狗尾草；保留植株全株坡面的流失量（mg）为 29.12（ MX80） 、27.92（MX120） 、24.58（MX80） 、22.77（GW80 ） 、24.82（GW120 ） 、24.45（GW160） ，相较于保留地下部分的坡面，全株坡面减少速效钾流失能力更显著，同时随植株密度增加，速效钾流失量降低，其中狗尾草减少速效钾流失的作用优于紫花苜蓿，这与全氮、全磷的变化特征相类似。同一植被类型和密度下，仅保留地下部分坡面速效钾流失量与全株坡面流失量的比值为 1.19（MX80） 、1.13（M

34、X120） 、1.08（MX160） 、1.24（GW80） 、1.19（GW120） 、1.13（GW160） ，表明随植被密度的增加，仅保留地下部分坡面速效钾随泥沙的流失量逐步接近全株坡面流失量，说明随植株密度增加，地上生物量屏蔽雨滴打击减少速效钾流失的作用相对地下部分的作用来说越来越微弱，即地下生物量随密度增加逐渐成为控制全磷流失作用的主导因素；同时随植株密度增加，狗尾草该比例下降速率较紫花苜蓿坡面大，进一步表明狗尾草的地下部分对速效钾流失的影响强于紫花苜蓿。全氮、全磷流失呈相似规律。2.3 草被对养分随径流迁移的影响2.3.1 草被对径流中养分浓度和流失量的影响图 2 表 3 为 30

35、 mm/h 雨强、60min 降雨历时下，不同坡面径流中全氮、全磷、速效钾的浓度和养分随径流的流失量， （已扣除雨水背景值，雨水中全氮、全磷、速效钾浓度分别为 0.127 mg/L、0.012 mg/L、0.002 mg/L） 。裸坡条件下，径流中全氮浓度为 0.440 mg/L，有植被坡面全氮浓度变化于 0.4230.449 mg/L，有植被覆盖坡面径流全氮养分浓度与裸坡坡面的差异并不显著，说明植株密度变化对养分随径流流失浓度影响较小，全磷和速效钾呈现一致规律。裸坡全氮流失量为 27.801 mg，为仅保留地下生物量坡面流失量（mg ）的1.06 倍（MX80） 、1.15 倍（MX120）

36、 、1.20 倍（MX160 ） 、 1.10 倍（GW80） 、1.12 倍（GW120） 、1.16 倍（GW160） ；为全株坡面流失量（mg ）的 1.19 倍（MX80 ） 、1.28 倍（MX120） 、1.37 倍（MX160） 、1.12 倍（GW80） 、1.15 倍（GW120） 、1.24 倍（GW160 ） ，不同坡面覆盖情况下，径流中养分浓度无显著差异（p0.05） ；有植被覆盖坡面养分随径流的流失量明显较裸坡流失量少，表明植物能有效减少坡面养分随径流流失，且随植株密度增加植物减少养分流失的作用更明显；同一植株密度下，全株植物坡面的径流养分流失量较只保留地下部分坡面的

37、流失量少，表明地上部分屏蔽雨滴击溅能有效减少养分随径流流失，全磷和速效钾呈现一致规律。表 2 3 冲刷径流中养分浓度和流失量浓度（ mg/L) 流失量（mg）坡面覆盖情况 处理方式 全氮 全磷 速效钾 全氮 全磷 速效钾LP 0.440 0.183 0.085 27.801 11.606 4.959地下部分 0.423 0.18 0.078 25.687 11.335 4.407MX80全株 0.414 0.187 0.083 23.329 10.652 4.373地下部分 0.440 0.176 0.069 24.241 10.038 4.189MX120全株 0.423 0.166 0.0

38、77 21.663 9.124 3.997MX160 地下部分 0.449 0.177 0.073 23.207 9.127 3.918全株 0.424 0.172 0.075 20.305 8.065 3.758地下部分 0.436 0.163 0.09 25.313 10.512 4.466GW80全株 0.439 0.168 0.083 24.814 10.464 4.332地下部分 0.436 0.166 0.081 24.868 9.778 4.358GW120全株 0.433 0.188 0.071 24.057 9.461 4.183地下部分 0.447 0.15 0.094 2

39、4.908 9.147 4.214GW160全株 0.431 0.177 0.077 23.821 8.649 4.054地下部分覆盖坡面与全株植物覆盖坡面的全氮流失量比值分别为 1.10（MX80） 、1.12（MX120） 、1.14（MX160） 、1.02（GW80） 、1.03（GW120） 、1.05（GW160 ） ，该比值变化于 1.021.14 之间，接近于 1，表明植株控制全氮随径流流失作用中，两种植物的地下部分占主导地位，植株地上部分控制全氮流失作用微弱；随着植被密度的增加，该比值逐步增加，表明随着植株密度增加，地下部分对全氮养分随径流流失的控制作用逐步弱化，地上部分对全

40、氮养分流失的控制作用逐步增强，这与地下部分随植株密度增加，对养分随泥沙流失作用增强的趋势相反；同植株密度下，该比值紫花苜蓿大于狗尾草，表明紫花苜蓿地上部分减少全氮养分随径流流失的作用较狗尾草明显。综上表明，狗尾草和紫花苜蓿控制全氮养分随径流流失作用主要来源于地下部分的作用，地上部分作用较小，紫花苜蓿地上部分控制全氮养分随径流流失的作用相对优于狗尾草地上部分。全磷养分随径流流失表现一致规律。对比不同坡面覆盖情况下速效钾随径流的流失量，全株植物覆盖坡面与地下部分覆盖坡面全氮流失量的比值分别为 1.01（MX80） 、1.05（MX120） 、1.04（MX160 ） 、1.03（GW80） 、 1

41、.04（GW120） 、1.04（GW160 ） ，不同植株密度下，该比例变化于1.011.04，接近于 1，表明植株控制速效钾随径流流失作用中，狗尾草和紫花苜蓿的地下生物量占主导地位，植株地上部分控制速效钾流失作用微弱；同时随植株密度增加，该比例没有明显定向变化趋势，表明植株密度增加不会改变地下生物量对植株控制速效钾流失作用的权重，这一点与全氮和全磷养分随径流流失变化不同。2.3.2 径流养分浓度动态变化0.00.20.40.60.81.05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60裸 坡全氮浓度/ gL-18降 雨 历 时 /min0.00.20.40.60.81.

42、05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60MX80地 下 部 分MX80全 株GW80地 下 部 分GW80全 株全氮浓度/ gL-1降 雨 历 时 /min（a ） （b）Comment 微微微微3: 请发来在 word文档中也能打开并修改的文中所有的图文件（如 excel 2003文件）【说明】已修改。0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 1015202530354045505560MX120地 下 部 分MX120全 株GW120地 下 部 分GW120全 株全氮浓度/ gL-1降 雨 历 时 /min0.00.20.40.60.81.05 10

43、 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60MX160地 下 部 分MX160全 株GW160地 下 部 分GW160全 株全氮浓度/ gL-1降 雨 历 时 /min（c ） （d）图 2 1 径流全氮浓度随时间变化图中各坡面处理：裸坡（LP） 、紫花苜蓿种植密度 80 株/m 2（MX80 ） 、紫花苜蓿种植密度 120 株/ m2（MX120） 、紫花苜蓿种植密度 160 株/ m 2（MX160） 、狗尾草种植密度 80 株/ m 2（GW80 ） 、狗尾草种植密度 120株/ m 2（GW120 ） 、狗尾草种植密度160 株/ m 2（GW160 ） ，下同。图 2

44、1分别描述了植被密度为 0，80，120，160 株/m下坡面径流全氮养分流失浓度随降雨历时的变化趋势。图中所示，不同植被覆盖情况下径流养分动态变化前期不断下降，后期趋于稳定，说明植株覆盖情况不能改变径流养分动态变化的总体趋势。其中植株密度80株/m 坡面达到稳定点的降雨历时分别为 15 min(MX80地下部分) 、20 min(MX80全株) 、18 min(GW80地下部分) 、30 min(GW80全株)；植株密度 120株/m坡面达到稳定点的降雨历时分别为 20 min(MX120地下部分) 、25 min(MX120全株)、25 min(GW120地下部分) 、32 min(GW1

45、20全株) ；植株密度 160株/m 坡面达到稳定点的降雨历时分别为 25 min(MX160地下部分)、25 min(MX160全株)、30 min(GW160地下部分) 、35 min(GW160全株) ，表明同植株密度下，只保留地下部分坡面比全株坡面能更早达到稳定；同处理条件下紫花苜蓿坡面较狗尾草坡面能更快达到稳定。对比 3种植株密度下径流全氮浓度达到稳定的降雨历时，随植株密度的增加径流养分浓度达到稳定的时间越长，说明植株密度虽然不能改变径流养分浓度变化趋势和变化的平均状态，但可以减缓径流养分的变化幅度。国内外学者对养分随径流流失的浓度进行了很多研究，建立了大量经验和物理模型，这些模型可

46、归纳为两类：指数函数模型和幂函数模型 3。本文分别利用指数函数和幂函数拟合不同植被覆盖条件下养分随径流流失浓度的变化特征，结果表明：幂函数比指数函数能更好地描述全氮、全磷、速效钾浓度的变化过程（表 4） ，这是由于前期实验土壤未饱和，降雨前期入渗较大，入渗速率变化明显，因此养分浓度变化较为明显；降雨持续一段时间后，入渗趋于稳定，养分浓度变化趋势较前期稍有平缓；当土壤达到饱和之后，养分随水分不断从土壤下层迁移至土壤表层，浓度增加趋势明显，指数函数很难较好地描述以上浓度变化过程，幂函数较指数函数能更好地描述养分随径流流失浓度动态变化过程，说明养分随径流流失浓度与土壤入渗关系密切。分别分析氮磷钾的浓

47、度变化规律，幂函数对速效钾浓度变化的描述效果明显差于幂函数对全氮和全磷的描述，速效钾浓度变化趋势较为平缓。对于紫花苜蓿坡面，地下部分拟合的指数项与全株坡面指数项的比值为 0.92(MX80)、0.83(MX120)、0.96(MX160)，对于狗尾草坡面，地下部分拟合的指数项与全株坡面指数项的比值为 0.71(MX80)、0.61(MX120)、0.68(MX160)，各坡面比值均小于 1，表明有植被坡面全氮养分流失浓度动态变化过程主要受地上和地下部分共同影响，地上部分存在使径流中全氮养分浓度减少更迅速；同时紫花苜蓿坡面该比值显著大于狗尾草坡面，表明狗尾草坡面地上部分对全氮流失动态变化影响较紫

48、花苜蓿地上部分大。全磷地下部分拟合的指数项的绝对值为 0.680（MX80） 、Comment 微微微微4: 表 3中所有方程式的因变量参数呢？请补充。【说明】已修改。0.653（MX120） 、0.673（MX160） 、0.460（GW80） 、0.421（GW120） 、0.195（GW160 ） ，全株坡面的指数项的绝对值为 0.406（MX80） 、0.387（MX120） 、0.378（MX160 ） 、0.225（GW80） 、0.195（GW120） 、0.174（GW160 ） ，表明同植株密度下，地下部分坡面指数项的绝对值较全株坡面大，说明坡面全磷养分随径流流失浓度的动态变

49、化过程主要受地上和地下部分共同作用，其中地上部分存在使径流中全磷养分浓度动态变化幅度趋缓，这与全氮变化趋势相反；同时，随植株密度增加，仅保留地下部分坡面幂函数的指数项绝对值减少，表明随植株密度增加，地下部分对全磷浓度动态变化的影响趋弱，而地上部分作用趋强。速效钾浓度动态变化对坡面覆盖情况变化并未发现明显定向变化趋势，说明植株种类、植株密度、植株完整状况对径流中速效钾浓度的动态变化影响较全氮全磷微弱。表 3 4 径流养分浓度动态变化全氮 全磷 速效钾坡面植被 处理方程式 R 方程式 R 方程式 R裸坡 295.076tC0.718* 490.5tC0.517* 3.08tC0.362*地下部分 4