"篱笆-草沟系统对坡耕地降雨径流中泥沙及氮素流失的协同调控机制研究"

为解决紫色土坡耕地水土流失与农业面源污染问题，研究人员通过模拟降雨实验（60 mm h?1）探究了篱笆-草沟系统（T3）对径流深度（RD）、泥沙产量（SY）及氮素（TN/DN/PN）流失的调控效果。结果表明，T3较裸坡（CK）显著降低RD 54%、SY 93.3%，并减少TN、DN、PN损失64.6%、57.6%和67.1%，证实其通过改变入渗率与DN/TN比值实现氮素形态协同控制，为坡耕地可持续管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，坡耕地水土流失已成为威胁粮食安全和生态环境的突出问题。中国三峡库区等山地农业区，紫色土坡耕地因降雨侵蚀导致的土壤退化与氮磷流失，直接加剧下游水体富营养化风险。传统单一措施如篱笆或排水沟虽能部分缓解侵蚀，但对氮素形态的协同控制机制尚不明确。

西南大学的研究团队通过室内模拟降雨实验，系统评估了篱笆-草沟系统（Hedgerow-grass ditch system, T3）对15°坡耕地径流、泥沙及氮素流失的调控效果。研究发现，T3通过植被阻截与沟道沉积双重作用，使径流深度降低54%，泥沙产量锐减93.3%，总氮（TN）、溶解态氮（DN）和颗粒态氮（PN）损失分别减少64.6%、57.6%和67.1%。尤为关键的是，该系统将径流中DN/TN比值提升至52.9%，显著改变了氮素流失形态构成。相关成果发表于《International Soil and Water Conservation Research》，为坡耕地综合治理提供了可量化的工程-生物协同范式。

研究采用人工降雨模拟装置（强度60 mm h^?1）对比了四种处理：裸坡（CK）、单独篱笆（T1）、裸坡+土沟（T2）及篱笆-草沟系统（T3）。通过分层填装紫色土（Regosols）构建实验槽，利用UV分光光度法测定氮素浓度，并结合主成分分析（PCA）解析关键影响因素。

3.1 径流与泥沙动态特征
数据表明，T3的径流系数较CK降低54%，入渗量增加171.9%，而T2因沟道冲刷作用使SY增加274.7%。这印证了植被覆盖对水力粗糙度的提升效果，而单纯土沟会加剧侵蚀。

3.2 氮素形态流失规律
T3处理下TN浓度降低21%，且DN占比突破50%，显著高于其他处理。回归分析显示，累积径流量与TN损失呈幂函数关系（R²>0.98），证实径流动力学对氮迁移的主导作用。

3.3 协同调控机制解析
PCA表明，T3通过提高入渗率（IR）和优化DN/TN比值实现氮素控制，而裸坡系统主要受径流深度（RD）驱动。这种机制差异揭示了植被-沟道系统对水沙过程的再分配能力。

该研究首次量化了复合措施对氮素形态的差异化调控效应。篱笆拦截粗颗粒、草沟沉积细颗粒的协同作用，使PN控制效率达67.1%，远超单一措施。提出的幂函数预测模型（Y=14D^1.01）为区域面源污染评估提供了工具。研究结果对实现联合国可持续发展目标（SDGs）中"清洁水源"和"陆地生态"目标具有实践意义，尤其为东亚季风区陡坡耕地治理提供了可推广的技术模式。未来研究需结合野外长期监测，验证极端降雨情景下的措施稳定性。