橫坡壟作和秸稈覆蓋對紅壤坡耕地氮磷流失的影響

程鵬，廖超林，肖其亮，彭華，簡燕，胥愛平，朱堅*

（1.湖南農業(yè)大學資源環(huán)境學院，長沙 410128；2.湖南省農業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所/農業(yè)農村部長江中游平原農業(yè)環(huán)境重點實驗室/洞庭湖農業(yè)面源污染防治技術研究中心，長沙 410125；3.湖南省南縣農業(yè)農村局，湖南 南縣 413200）

坡耕地是我國重要的耕地類型，其中南方紅壤坡耕地面積約289 萬hm，占紅壤耕地面積的11.5%。紅壤坡耕地因具有水資源優(yōu)越、土地再生能力強等特點成為我國重要的農產品生產基地。然而密集的人類活動、長期不合理的生產方式，極易導致坡耕地水土及氮磷養(yǎng)分的流失，使土壤生產力下降，嚴重制約了紅壤丘陵地區(qū)農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。與此同時，氮磷養(yǎng)分的流失也成為農業(yè)面源污染的重要來源，據統(tǒng)計紅壤坡耕地的土壤流失量占紅壤區(qū)水土流失總量的40%，由此可見，減少南方紅壤坡耕地的水土及氮磷養(yǎng)分流失成為當前農業(yè)發(fā)展中亟待解決的重要問題。

研究發(fā)現(xiàn)，不同強度等級的降雨是造成地表徑流、泥沙及養(yǎng)分流失的關鍵因素。在南方紅壤坡耕地，強降雨和正常降雨貢獻了68%～89%的總徑流深度和94%～98%的總土壤流失。降雨強度對徑流產生起主導作用，徑流累積是影響土壤流失的主要因素。改變起壟方式、增加覆蓋措施等對增加水土保持、降低氮磷養(yǎng)分流失具有一定效果，在實行輪作的坡耕地，橫坡壟作在降雨前期或強降雨時期對減少徑流和土壤流失的效果最為顯著。與裸坡地相比，橫坡壟作年徑流深度平均減少62.0%，年土壤流失量平均減少86.3%。秸稈覆蓋可減緩雨水對表層土壤的沖擊、增加雨水入滲，從而減少地表徑流及徑流中泥沙含量，進而降低土壤養(yǎng)分流失。然而，相關研究結果表明，單一的措施不足以解決坡耕地氮磷的流失。因此，本研究通過設置野外徑流小區(qū)試驗，連續(xù)監(jiān)測油菜-玉米輪作模式下地表徑流產流特征和各次徑流不同氮磷形態(tài)的濃度變化特征，并結合4 種不同耕作處理下的紅壤坡耕地氮磷流失規(guī)律，探討紅壤坡耕地氮磷養(yǎng)分流失對橫坡壟作和秸稈覆蓋的響應，以期為控制紅壤坡耕地養(yǎng)分流失提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗為長期定位試驗（2014 年至今），試驗區(qū)為湖南省長沙縣高橋鎮(zhèn)（113°35'E，28°48'N），屬亞熱帶季風濕潤氣候。全年平均降雨量1 500 mm，多年平均氣溫為17 ℃，無霜期270～310 d。供試土壤類型為第四紀紅土母質發(fā)育的紅壤，供試0～20 cm 耕層土壤理化性質：pH 4.45，土壤有機質含量23.04 g·kg，全氮含量1.34 g·kg，全磷含量0.68 g·kg，全鉀含量16.60 g·kg，有效磷含量56.47 mg·kg，速效鉀含量205.26 mg·kg。

1.2 試驗設計與樣品采集

本試驗地坡度為14°，設4 個處理，每個處理3 次重復，共計12 個小區(qū)。每個小區(qū)面積30 m，內徑長10 m、寬3 m；每個小區(qū)設置1 個3 m×1 m×1 m 徑流池用以收集小區(qū)徑流液。試驗小區(qū)采用磚混結構澆砌而成，小區(qū)間用水泥漿砌磚間隔0.2 m，砌磚上部高出地面0.3 m，下部深埋地下0.3 m。徑流小區(qū)布置PVC管接收徑流液排入徑流池。試驗種植模式采用“油菜-玉米兩熟”制，均為當地普遍適應栽種的高產優(yōu)質品種。種植時間見表1。

表1 試驗地種植記錄Table 1 Experimental planting records

肥料采用單質肥料，氮肥為尿素（46% N），磷肥為過磷酸鈣（16% PO），鉀肥為氯化鉀（60% KO）。油菜季氮肥分基肥和追肥兩次施用（基肥占60%），磷肥、鉀肥作基肥，采用與表土混施的方法一次性撒入，兩年基肥施用時間分別為2018 年10 月18 日和2019年10月18日，追肥在基肥施入半個月后施用，于小雨前后撒施。玉米季肥料分兩次施入，第一次于玉米移栽時各處理施入2.02 kg 尿素，其余肥料分別于2019年5 月18 日和2020 年5 月30 日一次性施入。灌溉采用滴灌方式，病蟲害管理與當地農民習慣保持一致。不同試驗處理如表2所示。

表2 不同處理施肥與秸稈覆蓋量（kg·hm-2）Table 2 Fertilization and straw returning amount under different treatments（kg·hm-2）

在觀測期內，每逢降雨產流后立即進行樣品采集。每次采樣前，先用卷尺在徑流池測定各個徑流小區(qū)地表徑流的水位，用以計算各小區(qū)地表徑流流量。測定完畢后將徑流池中的水樣充分攪拌，采集水樣保存于250 mL 聚乙烯塑料瓶中，并放置于冰箱冷凍保存。測定時采用分測取樣，每個指標取10 mL 樣品過0.45 μm 濾膜進行抽濾，其濾液用于測定總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和正磷酸根鹽。在每季作物成熟期，采用五點取樣法采取不同小區(qū)表層土（0～20 cm）大于500 g，一部分鮮樣用于測定土樣中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和土壤水分系數；另一部分土樣自然風干后測定其有機質、全氮、全磷和pH等指標含量。本試驗過程共采集土樣2 次，第一次是油菜收獲后采樣，第二次是玉米收獲后采樣。降雨量數據從試驗站人工氣象降雨觀測平臺獲取，觀測儀器為虹吸式雨量計。

1.3 分析和測定方法

1.4 數據處理

采用SPSS 26.0 軟件對數據進行統(tǒng)計分析，各處理間的差異顯著性采用Duncan 法（＜0.05）進行分析；數據基礎處理和做圖分別采用Excel 2016 和Origin 2019進行。

2 結果與分析

2.1 自然降雨對不同處理地表徑流產流量的影響

圖1為觀測期內自然降雨下的地表徑流產流量，觀測期內共產生降雨53 次，并非所有處理在每次降雨都會產生地表徑流，在53 次降雨中，CK、T1、T2、T3分別產生了16、15、15、16 次地表徑流。2019 年降雨量為1 339.2 mm，降雨主要集中在5 月份，降雨量峰值出現(xiàn)在5 月2 日，達到141.5 mm，不同處理的地表產流量大小順序為CK＞T3＞T1＞T2，其中，T2 較CK、T3、T1 處理分別降低了85.02%、67.56%、35.80%，地表徑流流失量變化趨勢與降雨量變化大體一致。2020 年降雨量為1 109.7 mm，降雨主要集中在5—6月和8—9 月，峰值出現(xiàn)在5 月18 日，為57 mm，不同處理間地表徑流產流量規(guī)律與2019 年有所差異，地表徑流流失量在8月14日達到了峰值，與降雨量變化不一致，這是由于土壤處于休閑期，土壤翻耕等農作活動往往集中于這個時期，土壤處于松散狀態(tài)，易引起水土流失。T2處理產流量最小，較CK、T3、T1處理分別降低了70.22%、54.90%、21.23%。T2 處理對降低坡耕地徑流量效果最優(yōu)。

圖1 自然降雨條件下不同耕作處理紅壤坡耕地地表徑流量Figure 1 Surface runoff of sloping farmland of red soil under different tillages under natural rainfall

2.2 不同處理對紅壤坡耕地地表徑流氮磷流失的影響

2.2.1 不同處理對紅壤坡耕地地表徑流總氮流失的影響從圖2（a）中可以看出，2019年4個處理總氮的濃度峰值在6 月10 日，表現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞CK，而在其他時間，4 個處理表現(xiàn)為T3＞CK＞T1＞T2。各處理地表徑流中總氮平均流失濃度大小順序為T2（4.62 mg·L）＜T1（4.74 mg·L）＜CK（5.28 mg·L）＜T3（6.04 mg·L）；T3 處理的總氮流失濃度變化范圍最大，為3.37～9.55 mg·L，T2 處理的變化范圍最小，為0～4.25 mg·L。在圖2（b）中，CK、T1、T2和T3處理的總氮流失通量大小分別為13.29、2.67、1.44 kg·hm·a和5.89 kg·hm·a，不同處理間總氮流失通量表現(xiàn)為T2＜T1＜T3＜CK，CK 處理流失通量顯著高于其他處理（＜0.05）。在2020 年，各處理在1 月和6 月出現(xiàn)兩次峰值。第一次峰值出現(xiàn)于1月9日，其中CK處理總氮流失濃度達到全年最高（6.47 mg·L），其他處理較CK處理流失濃度較低；在6 月28 日，各處理在不同次降雨中出現(xiàn)第2 次峰值，其中T3 處理的峰值最大，為5.21 mg·L；從濃度均值來看，CK 處理總氮流失濃度均值最大，為3.84 mg·L，T2 處理最小，為1.98 mg·L。從流失通量看，CK、T1、T2和T3處理的總氮流失通量分別為19.72、4.78、3.06 kg·hm·a和10.01 kg·hm·a，不同處理間總氮流失通量表現(xiàn)為T2＜T1＜T3＜CK，CK處理顯著高于其他處理，T3處理顯著高于T1和T2處理（＜0.05）。觀測期內不同處理總氮平均流失濃度表現(xiàn)為T2（3.30 mg·L）＜T1（3.77 mg·L）＜CK（4.56 mg·L）＜T3（4.59 mg·L）；CK、T1、T2 和T3處理的總氮流失通量分別為16.51、3.73、2.25 kg·hm·a和7.95 kg·hm·a，不同處理間總氮流失通量表現(xiàn)為T2＜T1＜T3＜CK。橫坡壟作+秸稈覆蓋對減少地表徑流總氮濃度和流失通量效果最好。

圖2 地表徑流總氮流失濃度變化情況及流失通量特征Figure 2 Changes of TN loss concentration in surface runoff and total flux

2.2.2 不同處理對紅壤坡耕地地表徑流硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失的影響

如圖3（a）所示，2019 年各處理地表徑流硝態(tài)氮流失濃度與總氮濃度相似，在6 月份較高。各處理在6 月10 日出現(xiàn)峰值，其中CK 處理最低，為5.74 mg·L，其他處理的硝態(tài)氮流失濃度均較高，變化范圍為7.22～8.77 mg·L；各處理地表徑流硝態(tài)氮平均流失濃度大小順序為CK（3.17 mg·L）＞T1（2.87 mg·L）＞T3（2.64 mg·L）＞T2（2.60 mg·L）。2020 年各處理在6月1日和6月28日出現(xiàn)了兩次峰值。在6月1日，T2處理的硝態(tài)氮流失濃度最低，為1.40 mg·L，CK、T1和T3 處理分別是T2 處理的2.97、2.45 倍和2.77 倍。不同處理地表徑流硝態(tài)氮平均流失濃度大小順序為CK（2.67 mg·L）＞T1（2.36 mg·L）＞T3（2.04 mg·L）＞T2（1.32 mg·L）。觀測期內不同處理硝態(tài)氮平均濃度呈現(xiàn)為T2（1.96 mg·L）＜T3（2.34 mg·L）＜T1（2.62 mg·L）＜CK（2.92 mg·L）。橫坡壟作+秸稈覆蓋處理可有效降低地表徑流硝態(tài)氮濃度。

由圖3（b）可知，2019 年5 月2 日各處理地表徑流銨態(tài)氮流失濃度達到峰值，其中CK處理濃度最大，為4.86 mg·L，分別是T1、T2 和T3 處理的2.10、7.25 倍和1.26 倍；從平均濃度來看，T2 處理也遠低于其他處理，各處理平均濃度大小順序為CK（1.45 mg·L）＞T3（1.01 mg·L）＞T1（0.67 mg·L）＞T2（0.28 mg·L）。2020年各處理地表徑流銨態(tài)氮流失濃度與2019年有較大差異，各處理平均濃度大小順序為CK（0.56 mg·L）＞T3（0.30 mg·L）＞T1（0.29 mg·L）＞T2（0.27 mg·L）。兩年間不同處理銨態(tài)氮濃度均值大小順序為T2（0.28 mg·L）＜T1（0.48 mg·L）＜T3（0.66 mg·L）＜CK（1.01 mg·L）。T2處理地表徑流銨態(tài)氮濃度最低。

圖3 地表徑流硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失濃度變化情況Figure 3 Changes of and loss concentration in surface runoff

從圖4可以看出，2019—2020年不同處理硝態(tài)氮占總氮的百分比變化范圍為56.73%～73.89%，銨態(tài)氮占總氮的百分比變化范圍為10.28%～25.85%；從兩年均值來看，不同處理硝態(tài)氮占總氮比例大小順序為T3（67.34%）＞T1（65.31%）CK＞（63.74%）＞T2（63.44%）；銨態(tài)氮占總氮比例大小順序為CK（20.29%）＞T3（15.02%）＞T1（14.70%）＞T2（12.59%）；T2處理硝態(tài)氮、銨態(tài)氮占總氮比例均為最低，不同處理間差異較小。

圖4 地表徑流不同形態(tài)氮占總氮百分比Figure 4 Percentage of different forms of N in TN in surface runoff

2.2.3 不同處理對紅壤坡耕地地表徑流總磷流失的影響

由圖5（a）可知，2019 年各處理的總磷流失濃度共出現(xiàn)兩次峰值，第一次峰值出現(xiàn)在5 月2 日，其中T3 處理總磷流失濃度最大，為0.61 mg·L；第二次峰值出現(xiàn)在8 月16 日，其中T1 處理流失濃度最大，為0.52 mg·L，T2 處理和T3 處理較T1 處理分別降低了30.77%和7.69%；各處理流失濃度均值大小順序為T3（0.37 mg·L）＞T2（0.33 mg·L）＞T1（0.30 mg·L）＞CK（0.29 mg·L）；由圖5（b）可知，不同處理地表總磷流失通量大小呈現(xiàn)出CK＞T3＞T1＞T2，CK 處理顯著高于其他處理（＜0.05）。2020 年各處理流失濃度峰值除T3處理外均出現(xiàn)于6月28日，CK、T1、T3處理流失濃度較為接近，分別為0.367、0.379、0.378 mg·L，T2處理較CK、T1、T3 處理分別降低了38.69%、40.63%和40.74%；各處理流失濃度均值大小順序為T3（0.245 mg·L）＞CK（0.221 mg·L）＞T1（0.216 mg·L）＞T2（0.150 mg·L）。不同處理地表總磷流失通量大小順序為CK＞T3＞T1＞T2，CK 總磷流失通量最大，為1.001 kg·hm·a，T2處理的流失通量顯著低于CK和T3（0.05）。在觀測期內，T2 處理相比于其他處理地表徑流總磷流失通量最低，降低了36.84%～79.66%。

圖5 地表徑流總磷流失濃度變化情況及流失通量特征Figure 5 Changes of TP loss concentration and flux characteristics in surface runoff

2.2.4 不同處理對紅壤坡耕地地表徑流正磷酸鹽流失的影響

如圖6 所示，2019 年正磷酸鹽出現(xiàn)了兩次峰值，第一次在5 月2 日，T3 處理達到全年最高，為0.53 mg·L，在6 月24 日各處理除T3 外出現(xiàn)第二次峰值，T1 處理的流失濃度最高，為0.34 mg·L，CK 處理最低，為0.23 mg·L；各處理地表徑流正磷酸鹽平均流失濃度大小順序為T3（0.27 mg·L）＞T2（0.19 mg·L）＞T1（0.18 mg·L）＞CK（0.17 mg·L）。2020 年各處理正磷酸鹽流失濃度一共出現(xiàn)了3 次峰值，T2 處理均低于其他處理，各處理正磷酸鹽平均流失濃度大小順序 為T3（0.130 mg·L）＞T1（0.114 mg·L）＞CK（0.113 mg·L）＞T2（0.070 mg·L）。從兩年均值來看，不同處理正磷酸鹽平均流失濃度均值為T1（0.26 mg·L）＞T3（0.20 mg·L）＞CK（0.14 mg·L）＞T2（0.13 mg·L）。

圖6 地表徑流正磷酸鹽流失濃度變化情況Figure 6 Changes of surface runoff concentration

2.3 不同處理對紅壤坡耕地地表徑流氮磷流失量的影響

如表3所示，通過連續(xù)2 a的觀察，橫坡組T1、T2處理地表徑流總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和正磷酸鹽流失總量均顯著低于CK（＜0.05），T3處理對地表徑流養(yǎng)分流失有一定的截留作用，但效果不及T1、T2處理。與CK相比，T1、T2和T3處理地表徑流總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和正磷酸鹽流失通量在油菜季分別平均降低了70.54%～94.64%、73.17%～93.90%、78.57%～92.86%、47.92%～85.42%和44.00%～84.00%，在玉米季分別平均降低了46.22%～88.29%、28.57%～84.69%、34.13%～96.93%、28.57%～79.85%和6.07%～84.11%。

表3 不同耕作處理下地表徑流氮磷流失量（kg·hm-2）Table 3 Nitrogen and phosphorus loss flux in surface runoff under different tillage treatments（kg·hm-2）

2.4 不同處理對紅壤坡耕地土壤氮、磷含量的影響

2.4.1 不同處理對土壤氮素含量的影響

如圖7（a）所示，不同處理2019 年土壤全氮含量大小順序為T3（1.50 g·kg）＞CK（1.45 g·kg）＞T2（1.39 g·kg）＞T1（1.35 g·kg），2020 年土壤全氮含量與2019 年有所差異，為T2（1.66 g·kg）＞T3（1.65 g·kg）＞T1（1.60 g·kg）＞CK（1.56 g·kg）。各處理2020年土壤全氮含量較2019 年均有所上升，T1、T2 和T3增幅較為明顯，分別增加了18.52%、19.42% 和10.00%。土壤總氮含量年際差異較大，主要與不同年際間的氣候、降雨條件有關。從兩年均值來看，不同處理土壤全氮含量大小順序為T3（1.58 g·kg）＞T2（1.53 g·kg）＞CK（1.51 g·kg）＞T1（1.48 g·kg）。秸稈覆蓋處理的土壤全氮含量較高。

如圖7（b）所示，2019 年土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均在CK 處理最低，分別為4.70 mg·kg和6.36 mg·kg，其中硝態(tài)氮含量在T1 處理最高，為5.35 mg·kg，銨態(tài)氮含量在T2 處理最高，為10.10 mg·kg；2020年土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均在T2處理最高，分別為4.57 mg·kg和3.69 mg·kg，CK 最低，分別為3.62 mg·kg和2.72 mg·kg。從兩年均值來看，不同處理土壤硝態(tài)氮含量大小順序為T2（4.47 mg·kg）＞T1（4.28 mg·kg）＞T3（3.93 mg·kg）＞CK（3.71 mg·kg），土壤銨態(tài)氮含量大小為T2（7.34 mg·kg）＞T1（5.69 mg·kg）＞T3（5.29 mg·kg）＞CK（4.99 mg·kg），觀測期內T2 處理土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均為最高。

圖7 不同處理下土壤氮素含量Figure 7 Soil nitrogen content under different treatments

2.4.2 不同處理對土壤磷素含量的影響

如圖8（a）所示，2019 年不同處理土壤全磷含量大小順序為T3（0.95 g·kg）＞CK（0.92 g·kg）＞T2（0.91 g·kg）＞T1（0.85 g·kg），2020 年土壤全磷大小順序為T2（1.11 g·kg）＞T3（1.05 g·kg）＞T1（0.99 g·kg）＞CK（0.98 g·kg）。各處理2020年土壤全磷含量較2019 年 均 有 所 上 升，T1、T2、T3 分 別 增 加 了16.47%、21.98%、10.53%。從兩年均值來看，不同處理土壤全磷含量大小順序為T2（1.01 g·kg）＞T3（1.00 g·kg）＞CK（0.95 g·kg）＞T1（0.92 g·kg）。

如圖8（b）所示，不同處理2019 年土壤有效磷含量與全磷含量變化一致，均為T3 處理含量最高，為40.63 mg·kg，T1 處理最低，為31.10 mg·kg。2020年不同處理土壤有效磷含量大小順序為T3（103.70 mg·kg）＞T2（99.90 mg·kg）＞CK（81.64 mg·kg）＞T1（68.66 mg·kg）。觀測期內不同處理土壤有效磷含量大小順序為T3（72.17 mg·kg）＞T2（68.07 mg·kg）＞CK（57.11 mg·kg）＞T1（49.88 mg·kg）。秸稈覆蓋處理土壤有效磷含量高于其他處理。

圖8 不同處理下土壤磷素含量Figure 8 Soil phosphorus content under different treatments

3 討論

3.1 橫坡壟作與秸稈覆蓋對坡耕地徑流損失的影響

在我國南方紅壤坡耕地，降雨是影響水土流失的主要原因，與裸坡地相比，橫坡壟作的土壟改變了坡面微地貌，增大了地表粗糙度和地表水流阻力，促使更多水流入滲而減少徑流量；秸稈覆蓋增加了雨水的土壤滲透面積和土壤蓄水能力，降低了雨水沖刷的動能，阻礙了徑流的匯集，從而降低了地表的徑流率。在本研究中，橫坡壟作+秸稈覆蓋的紅壤坡耕地地表徑流產流量遠低于其他處理，相較于順坡壟作處理，橫坡壟作和順坡壟作+秸稈覆蓋處理顯著降低了地表徑流產流量24.46%～74.90%。唐柄哲的研究表明，在紫色土坡耕地橫坡壟作較順坡耕作配施有機肥可降低徑流系數30.06%～60.17%，YANG 等通過模擬降雨試驗發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋可減少地表徑流量11.74%～65.93%，與本研究結果一致。橫坡壟作和秸稈覆蓋均能有效降低地表徑流流失，橫坡壟作+秸稈覆蓋對減少坡耕地徑流損失效果更為明顯。

土壤團聚體的穩(wěn)定性可以減緩地表徑流引起的水土流失。土壤黏粒高時其團聚體結構較為穩(wěn)定，紅壤土壤黏重、黏粒含量高，臨時性微團聚體穩(wěn)定性較好，因此具備較強抗沖和抗崩解性能；土壤非毛管孔隙發(fā)達，能夠改善土壤的入滲性能，紫色土與紅壤均具有良好的滲透和排水能力，且土壤存在“上硬下軟”的特點，即表層土壤抗沖性能遠高于深層土壤，因此南方紅壤和紫色土在表層結構完好時，土壤不易被水流沖蝕而流失，但表層結構一旦被破壞，土壤的抗沖性將大大減弱；相較于土壤剖面相對單一的北方黃土，南方紅壤和紫色土土壤顆粒間內聚性較強，不易水解。在高雨強下秸稈覆蓋降低了雨水沖刷的動能，減弱了雨滴的濺蝕作用，阻礙了徑流的匯集，從而降低了地表的徑流率；橫坡壟作形成的生物屏障不僅縮短了坡長，攔截了徑流，而且提高了土壤的綜合抗蝕性。因此在南方紅壤坡耕地上，橫坡壟作+秸稈覆蓋不僅能有效降低地表徑流流失，還能提高土壤的抗沖和抗崩解性能。

3.2 橫坡壟作與秸稈覆蓋對地表徑流氮磷的影響

相關性分析發(fā)現(xiàn)，總氮流失濃度與硝態(tài)氮流失濃度呈現(xiàn)顯著正相關關系，不同處理地表徑流硝態(tài)氮占總氮含量高達58.32%～63.12%，說明地表徑流氮素流失以硝態(tài)氮為主，這與熊子怡等的研究結果一致。銨態(tài)氮易被土壤顆粒和土壤膠體吸附而存在于土壤表層，在達到吸附飽和后將通過地表徑流、地下淋溶和氨揮發(fā)的途徑損失，而硝態(tài)氮不會被土壤吸附，極易在降雨的作用下隨徑流和淋溶損失。2019 年和2020 年橫坡組地表徑流總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度均小于順坡壟作和順坡壟作+秸稈覆蓋處理，橫坡壟作+秸稈覆蓋處理最低；觀測期內橫坡組橫坡壟作和橫坡壟作+秸稈覆蓋處理地表徑流總氮流失通量均顯著低于順坡壟作和順坡壟作+秸稈覆蓋處理，說明橫坡壟作有效減少了地表徑流總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的流失，且在控制紅壤坡耕地地表徑流氮損失方面橫坡壟作處理優(yōu)于秸稈覆蓋處理。橫坡壟作+秸稈覆蓋效果最好，這與張鴻燕等的研究結論一致。

磷在土壤中的吸附能力強，主要以顆粒態(tài)存在于土壤表層，降雨時易受雨滴的擊濺作用并伴隨著徑流的沖刷損失，而磷的流失以顆粒態(tài)為主且主要通過地表徑流損失。本文研究14°紅壤坡耕地結果表明，橫坡壟作+秸稈覆蓋較常規(guī)耕作處理和單一的優(yōu)化耕作處理可以有效減少坡耕地地表徑流總磷損失36.84%～79.66%。朱浩宇等對紫色土10°坡耕地的研究表明，化肥減量配施秸稈處理下，地表徑流顆粒態(tài)磷相較于常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥處理顯著下降了70.92%和60.28%，與本研究結果有所差異，這可能是由于一方面橫坡壟作攔截了地表徑流、增加土壤入滲、防止土壤侵蝕，另一方面坡度對產沙和磷損失也有顯著影響，因為坡度的變化可能會影響雨水入滲土壤的時間和速度，陡峭的斜坡和徑流過剩攜帶了大量的侵蝕土壤粒子，軟弱土凝聚力與大松散的土壤顆粒之間的孔隙空間可能導致大量的沉積物和顆粒態(tài)磷損失。因此減小坡耕地的磷素流失風險，首先應控制水土侵蝕，減少坡耕地的地表徑流量。

3.3 橫坡壟作與秸稈覆蓋對土壤氮磷含量的影響

通過2 a 的連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，橫坡壟作在一定程度上減少了地表徑流硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失，從而增加了土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。兩年間橫坡壟作和秸稈覆蓋處理土壤全氮、全磷含量均有所增加，T2 處理增幅最為明顯，土壤全氮和全磷含量分別增加了19.42%和21.98%，這可能是由于一方面橫坡壟作增大了地表粗糙度和地表水流阻力，減少了水土流失；另一方面秸稈覆蓋可以保護坡面，攔截徑流泥沙，保護土壤，同時由于秸稈的含氮量高，在分解的過程中可以釋放更多氮素，使更多的氮素保存在土壤中，從而減少氮素流失，延長土壤氮素滯留時間。秸稈經過長期腐解，其內部易礦化的有機磷加速釋放到土壤，提升了土壤有效磷的含量，從而改善了土壤養(yǎng)分。彭石磊對紫色土坡耕地連續(xù)9 a 監(jiān)測結果表明，9 a 間橫坡壟作單施肥處理土壤全氮、全磷含量分別下降了30.50%和51.65%，與本研究結果不一致，這可能是長期以來人為耕作和施肥等因素的影響，引起了紫色土坡耕地肥力水平的衰退，同時單一的橫坡壟作處理雖然增大了地表粗糙度和地表水流阻力，但在高雨強下裸坡面降落的雨水直接擊打地表形成濺蝕，使得土壤顆粒分散，也可能導致水土流失加劇。本文僅基于2019—2020 年監(jiān)測結果，其長期效應還有待進一步研究。

4 結論

（1）不同處理徑流液中全氮濃度與硝態(tài)氮濃度均呈顯著正相關。紅壤坡耕地地表徑流氮流失形態(tài)以硝態(tài)氮為主，占地表徑流總氮含量的58.32%～63.12%。在控制紅壤坡耕地地表徑流氮、磷損失方面橫坡壟作處理優(yōu)于秸稈覆蓋處理。

（2）相較于其他處理，橫坡壟作+秸稈覆蓋處理在觀測期內的地表徑流流失量、總氮流失通量、總磷流失通量分別下降24.46%～74.90%、39.60%～86.37%、36.84%～79.66%。橫坡壟作+秸稈覆蓋處理能顯著降低紅壤坡耕地地表徑流流失量及徑流氮、磷養(yǎng)分含量。

（3）橫坡壟作+秸稈覆蓋處理對紅壤坡耕地土壤氮、磷素地表徑流損失具有很好的消減效應，可分別增加土壤全氮和全磷含量19.42%和21.98%。橫坡壟作+秸稈還田能有效降低坡耕地氮磷養(yǎng)分流失，對減少我國南方丘陵地區(qū)土壤養(yǎng)分流失、緩解我國農業(yè)面源污染現(xiàn)狀、實現(xiàn)農田土壤的可持續(xù)利用具有重要意義。因此，在紅壤坡耕地農業(yè)生產中應大力提倡橫坡壟作+秸稈還田耕作方式。