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控制坡地水土养分流失是防控黄土高原土壤侵蚀和面源污染的关键。本文采用室内人工模拟降雨试验,选择3种雨强(60、90、120 mm/h),3种坡度(10°、15°、20°),3种生物炭含量(BC,0%、3%、6%),2种耕作方式(平作P、横垄H)和2类下垫面(裸地L、植被Z),共设置裸地:LP0(平作),LH0(横垄)、LP3(3%BC)、LH3(横垄+3%BC)、LP6(6%BC)、LH6(横垄+6%BC),植被:ZP0(平作)、ZH0(横垄)、ZP3(3%BC)、ZH3(横垄+3%BC)、ZP6(6%BC)、ZH6(横垄+6%BC)等12种处理,研究模拟暴雨下坡面径流总氮(TN)、溶解性总氮(DN)、吸附性总氮(PN)和铵态氮(NH4+-N)流失特征,分析不同处理对坡地侵蚀和氮素流失的影响,量化不同处理下氮素流失形态比例构成关系,以期为黄土高原坡耕地农业面源污染治理提供科学依据。主要结论如下:(1)在90 mm/h雨强及不同坡度条件下,不同措施裸坡和植被坡面氮素流失过程差异显著。坡面TN和DN流失率随降雨历时的变化过程基本一致,均在产流前20 min迅速减少,随后趋于稳定。坡面PN流失率随降雨历时的的变化过程呈显著性差异,ZH0、ZH3、LH0下PN流失率随降雨历时呈平稳波动趋势,LH3呈先上升后平稳趋势,而ZH6呈下降趋势;不同措施下NH4+-N与泥沙流失率随降雨历时变化规律基本一致,均在产流前20 min上升,随后趋于稳定。LH0、ZH0、ZH3下不同形态氮素流失均稳定在较低区域,表明单设横垄(LH0),或植被与横垄组合(ZH0),或植被、横垄与3%生物炭组合(ZH3)均能有效减缓坡面土壤侵蚀和氮素流失。(2)坡度和雨强:不同坡度和雨强条件下裸坡和植被坡面累积氮素(TN、DN、PN)流失量和总产沙量趋势存在差异性。60 mm/h雨强条件下裸坡和植被坡面累积TN、PN流失量均随坡度增大呈先减后增的趋势,累积DN流失量随坡度增大而增大;90 mm/h雨强条件下裸坡和植被坡面TN、DN流失量随坡度增大呈先增后减的趋势,裸坡PN流失量随坡度增加呈先增后减的趋势,而植被坡面PN流失量随坡度增大呈先增后稳的趋势;60 mm/h和90 mm/h雨强条件下裸坡和植被坡面总产沙量均随坡度无明显规律;综上可知在60 mm/h雨强条件下裸坡坡面在15°附近可能存在TN、PN临界坡度值,在90 mm/h雨强条件下裸地和植被坡面在20°附近可能存在氮素临界坡度值。(3)植被:不同坡度和雨强条件下植被措施表现出明显的减沙固氮效应。总体来看,植被坡面累积氮素流失量和总产沙量均小于裸坡。不同坡度下植被坡面PN/TN比例范围如下:9.64%~64.50%、27.69%~51.33%和17.88%~44.10%,小于同坡度下裸坡坡面PN/TN范围42.62%~79.04%、31.46%~83.99%和51.71%~78.10%,不同雨强下植被坡面PN/TN比例范围为29.64%~38.82%、13.50%~34.73%、33.27%~56.86%,小于同雨强下裸坡坡面PN/TN范围30.60%~64.01%、17.34%~63.02%、42.62%~79.04%,表明不同坡度和雨强下植被措施均能有效降低PN/TN比例。(4)生物炭:不同坡度和雨强条件下裸坡和植被坡面氮素和总产沙量随生物炭增加的规律一致。裸坡下,6%BC≈3%BC>0%BC,表明施加本实验范围内的生物炭均会加剧裸坡坡面氮素流失和土壤侵蚀;植被下,6%BC>3%BC≈0%BC,表明单设植被措施或植被+3%BC均有良好的减沙固氮效果,但当植被与6%BC结合时,坡面氮素泥沙流失急剧增加。推测裸坡坡面3%BC和6%BC均属于过量生物炭,而植被坡面3~6%BC属于过量生物炭,因此实际农业生产中不建议在裸坡施加生物炭,但在植被坡面可施用0%~3%范围内的生物炭(ZP0~ZP3)以期达到进一步减沙固氮的效果。(5)横垄:不同坡度和雨强条件下裸坡设置横垄对减缓坡面侵蚀和氮素流失的效应呈显著性变化,但植被坡面设置横垄对减缓坡面土壤侵蚀和氮素流失的变化规律一致。裸坡设置横垄对氮素和泥沙的消减效应随坡度和雨强的增大而减弱,在特大暴雨、陡条件下易失效;而植被坡面设置横垄对氮素和泥沙的消减效应随坡度和雨强的增大而增强,在特大暴雨、陡坡条件下仍能起到明显的减沙固氮作用,氮素消减率和减沙率最优均达55%以上,表明植被+横垄更能有效控制坡地氮素流失。因此在实际农业生产中建议将植被与横垄措施(ZH0)搭配进行布设以减缓雨强和坡度增大引起的氮素和泥沙流失风险。(6)溶解态与吸附态氮素:不同坡度和雨强条件下,不同措施裸坡和植被坡面PN/TN比例存在较大变化。不同坡度下,裸坡氮素流失以PN流失为主,植被坡面以DN流失为主,且坡度增大会显著增大裸坡PN/TN比例;不同雨强下,裸坡氮素流失在60~90 mm/h下主要以DN流失为主,在120 mm/h下以PN流失为主,整体来看PN/TN比例随雨强的增大而增大;而植被坡面施加0%和3%BC在不同雨强下主要以DN流失为主,施加6%BC主要以PN为主。除此之外横垄对降低不同生物炭裸坡PN/TN比例的作用失效,而横垄可有效降低未施或施加3%BC的植被坡面的PN/TN比例。因此在实际农业生产中建议将0%~3%生物炭、横垄与植被措施三者综合布设,不建议在裸坡单设生物炭、横垄或二者搭配布设。