不同放牧制度草地径流中氮流失及模拟研究

樊才睿 ，张成福*，史小红，孙标

1. 集宁师范学院，内蒙古 乌兰察布 012000；2. 内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010018

降雨径流的过程和径流对营养元素搬运能力是影响流域水体富营养化程度的主要因素之一（袭培栋等，2018）。降雨径流过程不仅会造成土壤质量的损失，而且还会引起表层土壤中的氮元素的迁移流失（Sun et al.，2014）。氮元素作为水体富营养化的主要污染物，在地表径流中的含量多少主要取决于径流对氮元素的承载能力（苟桃吉等，2017），放牧制度通过改变下垫面条件直接影响着降雨径流的产流过程，同时间接影响着径流中氮元素的含量。草原土壤与农田土壤相比，具有人工干预较少，自然因素影响较多的特点，其土壤中氮、磷等营养元素的含量低于农田土壤。而放牧制度对草原植被各项生长指标及土壤氮含量有直接影响（赵伟，2011），因此研究不同放牧制度草原土壤中氮素随地表径流迁移的规律及流失特征，对缓解水土流失状况具有重要的理论及现实意义。

目前研究者对土壤氮元素在天然降雨条件下流失的研究较多，并同时利用模拟降雨条件在室内或室外开展模拟实验研究（杨宇琼等，2018），主要针对径流过程中坡度、植被覆盖度以及土壤性质变化对泥沙含量的影响（钟雄等，2018），地表径流对土壤及氮元素迁移过程的影响（邬燕虹等，2018）。在过去十几年内，大量的研究集中在各种农业模式下农田氮元素流失，例如各类农业的面源污染，各类蔬菜地土壤氮元素流失（张杰等，2017；谢真越等，2013），部分研究者在野外实验的基础上针对氮元素随径流迁移过程建立了数学及物理模型对元素迁移过程进行模拟（李凯等，2019；Dong et al.，2013），取得了较好的模拟效果。以上研究均可以有效的减轻氮流失，但对生态环境脆弱的砂质草原氮流失状况关注较少。草原土壤氮元素含量相对较少（赵伟等，2011；Wu et al.，2012），受放牧活动影响较大，不同的放牧方式及载畜率是草原土壤氮流失的关键。

呼伦贝尔草原是世界著名的典型草原，水草肥美物产丰富，其中地处草原腹地的呼伦湖作为草原内陆的主要汇流湖泊一直备受关注。近年来呼伦湖水环境逐渐恶化，水量减少水质变差，水体富营养化程度正在逐年加剧，其污染物质的来源成为备受研究者关注，很多研究者认为放牧活动是造成水体富营养化的主要原因，但是放牧强度的大小对湖泊污染程度的直接关系，目前尚不明确（赵伟等，2011）。因此本研究针对典型草原不同放牧制度草地进行降雨模拟实验，模拟不同降雨强度和不同放牧制度对草原土壤氮流失的形态变化的影响过程，找出放牧制度与污染物浓度间的主要关系。通过对径流量中的不同形态氮元素定量分析，研究不同形态氮元素的流失过程，为干旱半干旱地区草原湖泊污染物来源防控及生态环境保护提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究的实验区域选取在呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗宝东苏木的典型草原进行。研究区海拔高度700—1000 m，属于干旱半干旱气候，年平均温度在−0.6—1.1 ℃，年降水量为240.5—283.6 mm，年蒸发量为 1455.3—1754.3 mm，年平均风速为3.38—3.92 m·s−1，日照时数为 2694—3131 h，全年无霜期为110—160 d（樊才睿等，2015）。通过对研究区内进行土壤调查，该区域内主要土壤为砂土及壤砂土，主要优势植被为羊草（Leymus chinensis）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、克氏针茅（Stipa krylovii Roshev）等植被。其生长各项指标如表1所示。

在该区域选取 3种放牧制度草地，即：休牧NG（48°28′33″N 、117°11′41″E ）、轮牧RG（ 48°28′33″N、117°13′09″E）、自由放牧FG（48°27′55″N、117°16′20″E），分别在 3 种草地内进行降雨模拟试验。3种放牧草地其基本状况为自由放牧草地理论载畜率为 200 sheep·km−2，实际载畜率可以达到 800 sheep·km−2；轮牧草地主要为小区域的划区轮流放牧，周期为60 d，每区域连续放牧15 d，草地理论载畜率400 sheep·km−2，实际载畜率500 sheep·km−2；休牧草地主要为封围禁牧，全年无载畜，只在秋季进行刈割打草。

2015年7月对选定的3种放牧草地进行土壤及植被生长状况调查，在自由放牧草地布设 10个调查点、轮牧草地15个调查点、休牧草地9个调查点。在每个调查点利用随机样方法测定草地植被物种组成、优势种群，植被株高、盖度、生物量等指标，各项指标情况如表1所示。在每个调查点按X布点法和三角线布点法布设土壤采样点，测定表层0—10 cm土壤的理化性质：土壤类型、土壤全氮、土壤硝态氮、土壤氨态氮等指标。

1.2 研究方法

1.2.1 装置与材料

本次实验过程中使用的降雨模拟器为管网式降雨模拟装置，主要由降雨器、供水管线、支架以及辅助的引流槽和挡流板构成，如图1所示。整个降雨模拟装置高度2.5 m，供水管线压力调节范围在0—100 kp，有效面积1.8 m2，降雨强度可在20—180 mm·h−1之间调节，降雨均匀度大于80%。

1.2.2 试验步骤

本次人工降雨模拟试验选取在自由放牧草地、轮牧草地、休牧草地进行，3种放牧草地的整体坡度为 4°—5°，降雨试验开始前将刚性挡流板插入到降雨有效区周边形成围挡，仅在下坡向设置径流出口，布设V型引流槽，用于收集降雨径流。根据研究区近50年降雨资料显示，呼伦湖地区年平均降雨量为240.5—283.6 mm，以1998年最大降雨年份为例，最大降雨量出现在 7月，降雨量可达240 mm，最小降雨量出现在5月，降雨量仅4.4 mm。所以本试验选定降雨强度为25.2、44.4、64.8、90 mm·h−1，在 3种放牧草地进行 4种降雨强度的降雨模拟试验，4种雨强的均匀度经测定为81%，84%，85%，90%。

每场降雨时间为首次产生径流后持续24 min，休牧和轮牧草地在 25.2 mm·h−1降雨强度下无径流产生，降雨实验持续 40分钟后结束实验。每场降雨实验除进行一次实验外另重复两次，共进行3次实验，实验设计如表2所示。实验于2015年7月进行，实验期间无天然降雨，实验过程中采用围挡减小风力造成的实验误差，每次实验开始前根据土壤含水量，进行1—3 min预降雨，保证每次实验区域的土壤表层含水率基本相同。实验开始后记录产流时间，收集全部径流，测定径流量，每隔3分钟采集代表性径流样品，共采集8次，同时收集雨水作为空白对照。

表1 休牧（NG）、轮牧（RG）、自由放牧（FG）草地植被性质与土壤性质Table 1 The Vegetation property and original physicochemical characteristics of the soil in No grazing grassland, Rotation grazing grassland,Free grazing grassland

图1 降雨模拟器示意图Fig. 1 Schematic diagram of simulated rainfall equipments

表2 降雨实验设计Table 2 Rainfalls designed in experiment

1.2.3 指标测定

土壤全氮测定，利用凯氏定氮仪参照半微量开氏法（GB7173—1987）测定土壤中全氮的含量，每批样品做两次重复；

土壤硝态氮测定采用氯化钾浸提−紫外分光光度法，每批样品做两次重复；

土壤氨态氮测定采用2 mol·L−1氯化钾浸提−靛酚蓝比色法，每批样品做两个重复。

降雨径流样品采用沉淀5 h后的上清液测定各形态氮含量。

总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB11894—1989），利用HITACHI U—2001紫外/可见光分光光度计进行测定。

硝态氮的测定采用酚二磺酸分光光度法（GB7480—1987），利用 HITACHI U—2001紫外/可见光分光光度计进行测定。

氨态氮的测定采用水杨酸分光光度法（GBT5750.5），利用 HITACHI U—2001紫外/可见光分光光度计进行测定。

土壤含水率采用烘干法测定，利用烘干法测量环刀烘干前后的重量，土壤含水率=(烘干前重量−烘干后重量)/环刀体积，重复3次；

入渗速率采用环刀法测定，采用环刀法取原状土样，带回实验室在环刀上方接一同样规格的空环刀，用胶布封好，利用马氏瓶向接合环刀内供水，保持环刀内水面固定在某一高度，下方放置漏斗并用烧杯承接，当漏斗下方滴下水时开始计时，并计量渗透的水量，直到单位时间内渗透出的水量相等，计算入渗速率，重复3次。

1.2.4 数据分析

本文利用Excel 2010办公软件进行数据统计与处理；利用SPSS 20.0软件进行相关性分析及模型模拟。

2 结果与分析

2.1 放牧制度对径流的影响

不同放牧制度导致草地下垫面存在差异，降雨过程中下垫面条件的不同情况决定了草地的径流形式和产流时间。如图2显示，3种放牧草地在不同降雨强度下，产流时间差异较大，其中自由放牧草地在相同降雨强度下产流时间最短，在90 mm·h−1下仅需8.8 min即可产生径流，而休牧草地所需产流时间最长。全部实验的降雨历时为33—41 min之间，3种放牧草地在相同降雨强度下产流时间及径流量差异较大，各不相同。

图2 不同放牧草地产流时间Fig. 2 The runoff time of different grazing grassland

图3 不同放牧草地地表径流总量Fig. 3 Runoff volume of different grazing grassland under four rainfall intensity

3种放牧草地地表径流产流结果如图3所示，降雨模拟实验显示，轮牧及休牧草地在25.2 mm·h−1降雨强度下不产生径流，只有自由放牧草地在16.5 min后，产生少量径流，径流量为2.4 L。在3种放牧草地降雨实验中，随着降雨强度由 25.2 mm·h−1增加44.4、64.8、90 mm·h−1。自由放牧草地产流总量较轮牧草地增加14.3%、15.9%、23.1%，轮牧草地较休牧草地增加45.0%、28.5%、21.6%。在小雨强事件下，轮牧草地较休牧草地的径流增加量大于自由放牧草地较轮牧草地的径流增加量。主要由于轮牧草地与休牧草地的植被株高。叶面积指数等指标相差较小，而轮牧草地与自有放牧草地间植被各项形态指标相差较大，株高、盖度、叶面积指数可相差141.9%、84.6%、60.3%，远大于轮牧与休牧草地间的差距。当大雨强事件发生时，3种放牧草地径流量减少幅度基本相等，主要由于降雨过程中植被对地表的保护作用随降雨强度的增加开始逐渐减弱，当雨强大于90 mm·h−1时，植被保护作用基本丧失，所以减小幅度相同。对径流量与降雨强度、载畜率、草地植被覆盖度进行相关性分析显示，径流量与降雨强度相关性较好，决定系数r2=0.82，与载畜量存在一定的相关性，决定系数r2=0.61，与植被覆盖度呈负相关关系，决定系数r2=0.77。随降雨强度的增加，径流量增加明显，降雨强度与植被覆盖度及入渗速率相比，直接决定了径流量的多少。单因素方差分析显示，相同降雨条件下不同放牧制度草地产流量差异显著（P<0.05），3种放牧草地的产流总量为自由放牧草地>轮牧草地>休牧草地。

2.2 放牧制度对各形态氮的影响

径流中氮浓度变化与径流量变化基本同步，径流速率保持稳定，径流体积随径流时间的增长增加显著。3种放牧草地在相同降雨强度下，自由放牧与轮牧、休牧草地径流中总氮浓度差异显著（P<0.05，图4），休牧与轮牧草地径流中总氮浓度相差较小，但流失量差异显著（P<0.05），主要是由于休牧与轮牧草地在相同降雨强度下径流量相差较大，在3种降雨强度下轮牧草地的径流量分别是休牧草地的1.45、1.28、1.22倍。在放牧草地上随载畜量的增加，径流中氮浓度增加较小，而氮流失量增加显著（P<0.05），流失量变化远大于浓度变化。同一放牧草地随降雨强度的增加，径流中流失总氮含量显著增大（P<0.05），存在显著正效应，浓度变化不显著。

图4 不同放牧草地总氮流失过程Fig. 4 Change of TN concentration in different grazing system under different rainfall intensity

表3 不同放牧制度草地径流中各形态氮含量及占总氮百分百Table 3 Various nitrogen forms in runoff flow in 10 rainfall events of experiment

3种放牧草地各形态氮浓度、流失量及其所占总氮百分比如表3所示。总氮流失量显示为自由放牧草地流失最多，轮牧草地次之，休牧草地流失最少，与3种放牧草地氮浓度变化规律完全相反，主要是由于3种放牧草地径流中氮浓度主要取决于表层土壤中氮含量多少，而径流中氮流失量除了与土壤中氮含量有关，还与降雨条件、植被生长状况等外部因素密切相关。自由放牧草地总氮流失量高于轮牧及休牧草地，主要由于相同降雨条件下，自由放牧草地的植被与轮牧及休牧草地相比，覆盖度、叶面积、株高均较小，植被的缓解截留作用较弱。降雨过程中表层土壤受雨滴的溅蚀，不但将表层土壤中大量氮携带入径流，而且对下层土壤进行扰动，将深层土壤中的氮溶解携带到径流中；自由放牧草地空隙度较小入渗能力较差，所以在相同降雨强度下产生径流较多，大量的径流携带更多的氮元素，造成氮流失严重，其流失量增加高于其它放牧草地。

在3种放牧草地中，径流中硝态氮及氨氮的浓度及含量变化趋势与总氮变化过程保持一致，都显示为径流中浓度变化差异较小，而含量变化差异较大。休牧草地中硝态氮浓度维持在 0.15—0.18 mg·L−1范围内，自由放牧草地的变化范围维持在0.14—0.16 mg·L−1范围内，相差不大；硝态氮流失量与总氮流失规律一致，自由放牧草原的硝氮流失量最大，休牧草地流失量最小，自由放牧草地在雨强较小的44.4 mm·h−1的降雨强度下，其硝氮流失量与轮牧草地相近，仅为 0.96 mg，随着降雨强度的增加流失量间的差异逐渐增大。

休牧草地在大中小降雨强度下的硝态氮流失量均低于轮牧及自由放牧草地，主要由于休牧草地的植被生长状况均优与轮牧及自由放牧草地，降雨过程中茂密的植被对降雨起到重要的缓冲作用，减少了雨滴直接与表层土壤的冲刷和扰动，仅使表层土壤中硝态氮直接流失进入径流，而下层土壤硝态氮流失较少，从而减小了径流中硝氮。虽然休牧草地土壤中含氮量较大，但其大部分氮为有机态不溶态氮，无机氮仅占土壤全氮的1.4%。3种放牧草地的在不同降雨强度下的氨氮的浓度变化较小基本一致，休牧草地的为 0.07 mg·L−1、轮牧草地 0.09 mg·L−1、自由放牧草地 0.08 mg·L−1，氨氮流失规律与硝态氮基本一致。

2.3 氮流失过程主要影响因素

氮的流失过程受到多种因素的制约，如径流速率，径流量，氮浓度，不同形态氮的比例，下渗速度，以及不同形态氮转化量等因素的影响。本研究总体对各个放牧草地在各个降雨强度下的总氮、硝态氮、氨氮的浓度和流失量与径流速率、径流量、入渗系数、产流时间、产沙量、输沙率等进行相关性分析，找出对氮流失过程起主要影响的因素。

通过对表4中6种因素与各形态氮浓度的相关性分析显示，降雨事件中径流速率、径流总量、入渗系数、产流时间、产沙量、输沙率对总氮浓度的影响不显著（P>0.05），入渗系数与总氮浓度的决定系数最大为0.52，相关关系较低；对硝态氮浓度与各因素间相关关系进行分析，可以看出除入渗系数与硝态氮浓度无相关性外，其它各因素与硝态氮浓度相关性较好，决定系数均达到0.72以上，其中径流速率、径流总量、产沙量及输沙率与硝态氮浓度呈负相关；降雨事件中各因素对氨氮浓度影响显著（P<0.05），径流速率、径流总量与氨氮浓度的决定系数最大，决定系数为0.94，其中产流时间与铵态氮浓度呈负相关。

表4 各形态氮与影响因素间相关性Table 4 The correlation analysis of various nitrogen forms with different influences

各个降雨因素与径流中各形态氮浓度相关性较差，与各形态氮流失量相关性较好。总氮流失量、硝态氮流失量、氨氮流失量与径流总量、径流速率、入渗系数、产流时间相关性较好（P<0.05），决定系数均达到0.8以上。整体看来降雨因素对径流中氮含量的影响大于对浓度的影响，主要由于浓度受下垫面条件的制约较大，而含量主要受降雨产流条件的制约。

2.4 基于混合深度模型的氮流失过程模拟

土壤中溶质随径流迁移过程是一个复杂多变的过程，利用模型模拟溶质流失过程可以弥补野外观测的局限性。Ahuja（1986）根据室内降雨模拟实验，提出了饱和状态下的有效混合深度模型，该模型通过混合层内溶质质量平衡原理以指数函数形式表达溶质随径流流失过程，王全九等（2010）在黄土流失区进行大量实验，并建立了非饱和状态下的溶质随径流流失过程完全混合和不完全混合模型。

式中：C为任意t时刻土壤水溶质浓度，mg·L−1；C0为产流初始时刻土壤水溶质浓度，mg·L−1；r为降雨强度，mm·min−1；t为径流时间，min；EDI有效混合深度，mm，θs为土壤饱和含水率，cm3·cm−3；ρs为土壤容重，g·cm−3；k为线性吸附系数。b为径流溶质浓度与混合层溶质浓度的比值，a为入渗水溶质浓度与混合层溶质浓度比值；Q为土壤累计入渗量，cm。

王全九等（2010）在实验过程中发现一般情况下径流中的溶质浓度远低于有效混合深度内的溶质浓度，所以参数b较小，所以C基本趋于0，不完全混合模型和完全混合模型就可以简化成两个参数的方程：

不完全混合：

完全混合：

利用有效混合深度模型的简化参数模型，对不同放牧制度草地氮随径流流失过程进行模拟，两种模型参数如表 5，模拟结果如图 5。由实测数据与模拟值的拟合程度可以得出，不完全混合模型的模拟效果优于完全混合模型。随降雨强度的增加有效混合深度模型模拟值与实测值的拟合程度呈增加趋势。自由放牧草地的有效混合深度模型模拟效果较差（0.67≤r2≤0.89），轮牧草地及休牧草地的模拟效果较好（0.86≤r2≤0.94），休牧草地混合深度模型的计算值与实测值拟合的决定系数均达到 0.86以上，在 64.8 mm·h−1与 90 mm·h−1雨强下的模拟效果优于轮牧及自由放牧草地。

从完全混合模型和不完全混合模型的模拟结果的误差分析（表6）可以看出，5项误差中，不完全混合模型中较小的误差项较多，而较大的误差项较少。总体显示，不完全混合模型的误差较小，精度较高，适合模拟不同放牧制度草地氮流失过程。

表5 完全混合模型和不完全混合模型参数Table 5 The model parameter of complete mixing model and incomplete mixing model

图5 3种放牧草地氮流失过程完全混合与不完全混合模型模拟结果Fig. 5 The result of complete mixing model and incomplete mixing model in different grazing grassland

3 讨论

3.1 放牧制度对径流的影响

降雨模拟实验结果显示，轮牧及休牧草地在25.2 mm·h−1降雨强度下不产生径流，只有自由放牧草地在16.5 min后，产生少量径流，径流量为2.4 L。由于在降雨强度较小的降雨事件时，自由放牧与轮牧及休牧草地相比植被稀疏，轮牧及休牧草地茂密的植被对在降雨过程中对地表形成缓冲，减少雨滴对表层土壤的冲击，且植被较多的草地土壤入渗率较高，降雨到达地表后基本全部入渗，所以轮牧及休牧不在小雨强降雨事件时不产生径流。该结果与赵玮等（2011）在呼伦湖进行的水土流失试验时的结果一致。在3种放牧草场中，径流强度随降雨强度变化明显，并且随着降雨强度的增加，植被对降雨的缓冲作用逐渐减弱，当雨强增加的到一定强度后，3种放牧强度草地植被的缓冲作用基本失效，不再存在较大的差异，甘艺贤等（2016）认为在降雨强度达到80 mm·h−1时，径流强度随雨强的增加而逐渐变大，雨强对产流存在直接影响，本文的试验结果与甘艺贤等人的研究结果较接近。

3.2 放牧制度对氮流失形态的影响

同一放牧草地内，高强度的降雨会引起溶解态氮流失比例下降，不溶态氮的流失比例上升。随着降雨强度的增加，地表径流速度明显加快，减少了溶解态氮的溶解时间，降低了溶解态氮进入径流的机会。而较高的降雨强度对地表土壤扰动增加，会造成土壤颗粒上吸附的不溶氮流失加剧。降雨强度对溶解态氮流失的影响远大于植被覆盖度对溶解态氮流失的影响，该结果与 Wu et al.（2012）在白菜地对植被覆盖度与氮流失状况的研究结果一致。

表6 两种模型模拟误差Table 6 Compare with simulation error for two model

放牧草地中随着载畜率的上升，溶解态氮的流失比例上升，较高的载畜率有利于溶解态氮的流失，主要是由于高载畜率会导致地表土壤孔隙度下降，地表植被低矮，覆盖度减小，从而减缓降雨入渗，增加了径流量，使土壤中的溶解态氮有充分时间溶解到降雨径流中，从而造成溶解态氮的流失。自由放牧草地本身植被生长较差，植被可利用的溶解态氮含量较低，而高载畜率造成土壤溶解态氮流失严重，无法供给植被生长所需的氮元素，从氮流失的角度看，适当的降低放牧载畜率有利于植被恢复。

在3种放牧草地中氨态氮含量小，且易转化挥发，所以地表径流中氮的不同形式间存在着复杂转化的作用，氮的流失形态主要以不溶态氮为主，该结果与Wu et al.（2012）在中国南方红壤土白菜地和Shan et al.（2015）在中国太湖流域白菜地的研究结果相反，主要由于人工菜地存在人为控制的施加氮肥，导致土壤中可溶态氮含量较高，而本研究区域为自然状况下的天然草地，地表氮含量为自然控制，可溶态氮低，而不溶态氮含量较高，所以导致氮流失形态以不溶态氮为主，而没有溶解的不溶态氮被径流携带进入水体，容易造成二次污染，引起水体富营养化严重。

对相同降雨条件下，铵态氮所占比例远低于硝态氮，一方面由于铵态氮很容易吸附在土壤颗粒和土壤有机质上，不易随降雨径流流失；另一方面在有氧条件下，氨氮会通过硝化作用下迅速转化成硝态氮，使硝态氮含量增加。随着降雨强度的增长硝态氮所占比例减小，氨态氮保持平稳，并未呈现出增加趋势，该结果与Wu et al.（2012）在中国太湖流域菜地的研究结果相反，其认为降雨是主要驱动因子，减少氨蒸发，减少硝化率，因此增加径流中氨氮，在放牧草原土壤中氮含量总体偏低，氨氮及硝态氮总体较少，降雨过程中硝化反应较弱，所以随降雨强度的增加，铵态氮浓度保持平稳不存在太大变化。

3.3 影响氮流失的因素

径流中氮主要包含可溶态氮和不溶态氮，总氮浓度与各个降雨因素不存在相关关系，主要由两方面因素导致，首先在降雨过程中总氮浓度受可溶态氮浓度和不溶态氮浓度的共同影响，在降雨过程中雨水的浸渗作用使得土壤中的可溶态氮在一定时间内溶于水中然后随地表径流进行迁移，同时雨滴的扰动作用又对表层土壤颗粒进行扰动，会增加土壤颗粒表面不溶态氮的流失，扰动过程中又会造成细小颗粒堵塞土壤孔隙减小降雨的渗浸作用，减缓可溶态氮的溶解释放。而另一方面径流中氮含量的多少，主要取决于土壤中含氮两的多少和土壤中氮元素的吸附解析速率（王全九等，2010），因此径流中总氮浓度与各个降雨因素的相关性较差。

3.4 混合深度模型模拟氮流失过程

利用有简化参数的效混合深度模型对土壤中氮元素迁移状况进行模拟，不完全混合模型的模拟结果精度高于完全混合模型，在初始产流时期，完全混合与不完全混合模型的模拟结果与实测值拟合较好，在产流后期较差，该结果与王全九等（2010）在黄土地区进行塿土溶质流失模拟实验的结果相反，主要是由于王全九等（2010）进行的室内模拟实验，其初始溶质含量和边界条件可以进行室内调控，且降雨时间较长，而本研究区域处于野外，模拟实验过程中不可控因素较多，并且无法控制区域内土壤氮元素的基本含量，降雨模拟时间及产流时间均较短，导致流失过程曲线在后期的平滑度较差，所以模拟效果低于前期。

4 结论

（1）放牧制度的变化对降雨径流和土壤中氮流失情况影响显著，3种放牧草场对径流削减作用顺序为休牧草地>轮牧草地>自由放牧草地，随放牧草地载畜量的增加，土壤中氮流失总量增加明显，3种放牧草地氮流失量为自由放牧草地流失最多，轮牧草地次之，休牧草地流失最少。

（2）在3种放牧草地土壤氮流失过程中，不溶态氮是氮元素流失的主要形式，影响流失氮元素形态变化的因素为降雨强度，高强度的降雨会导致溶解态氮流失比例下降，不溶态氮的流失比例上升，溶解态氮中硝态氮减少明显，铵态氮基本保持不变。对各形态氮流失量产生主要影响的因素为径流速率、径流量和产流时间。

（3）利用混合深度模型对土壤中氮元素迁移状况进行模拟，不完全混合模型的模拟结果精度高于完全混合模型，误差不超过 5%，更适用于草地土壤氮流失过程的模拟。

由以上结论可以看出，休牧及轮牧草场对氮及水土流失具有明显的改善作用，因此在草地生态可持续发展中应逐步转变放牧方式，以此来减少污染物质及水土流失，休养草原，改善区域生态环境。