不同农艺措施对巢湖沿岸坡耕地不同形态磷径流输出的控制效果

为明确巢湖沿岸坡耕地不同农艺措施对生态保护和水环境治理的影响,以农业面源污染长期定位观测基地为平台,于2014—2015年连续2 a对常规耕作(CK)、植物篱(黄花菜,PH)、植物篱+秸秆覆盖(PHS)和等高垄作(CR)4种农艺措施下的水土及随地表径流迁移的各种形态磷进行了监测。结果表明,与常规耕作相比,PH、PHS和CR能有效地减少径流量和产沙量(P0.05),降低效果依次为:PHSPHCR。与CK相比,PH、PHS和CR可分别减少23.5%、36.5%和19.7%的径流流失和29.5%、45.2%和26.3%的土壤流失,表现出显著的水土保持作用。CK条件下的径流液总磷(TP)浓度是0.612~1.220 mg·L~(-1),其中颗粒态磷(PP)占总磷的71.5%~81.7%,颗粒态磷是磷随地表径流迁移的主要形态。在溶解态总磷(DTP)中,溶解态正磷酸盐(D-Ortho-P)所占比例较大,为87.4%~90.7%;溶解态有机磷(DOP)所占比例较小,仅占9.3%~12.6%。与CK相比,PHS、PH和CR显著降低了径流液PP和TP的浓度(P0.05),但却不同程度地提高了DTP和D-Ortho-P的浓度,而对DOP的浓度无显著影响(P0.05)。CK条件下,磷的年流失负荷平均为0.706 kg·hm~(-2),占当年作物施磷量0.98%。与CK处理相比,PH、PHS和CR处理磷的年流失负荷分别降低38.4%、53.8%和33.4%(P0.05),其对磷素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低径流液PP的浓度来实现的。综上可知,植物篱(黄花菜)、植物篱+秸秆还田和等高垄作是控制巢湖沿岸坡耕地水土及磷径流输出的有效措施,其中植物篱配合秸秆覆盖还田效果最佳。该研究可为巢湖流域坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。     

紫色土区不同植物篱模式控制坡耕地氮素流失效应

为优选紫色土区控制农田氮磷等养分流失的复合农林模式,利用野外径流小区试验,结合室内分析与数理统计法研究了植物篱模式控制紫色土区坡耕地氮素流失效应。结果表明,植物篱模式减少了坡耕地总氮及各形态氮流失负荷,就总氮而言,20°坡耕地紫穗槐与香根草模式下年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低92.4%、90.0%;13°坡耕地紫花苜蓿与蓑草模式的年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低88.7%、83.9%。径流与泥沙流失量的减少与径流氮浓度的降低是植物篱控制坡耕地氮素流失的主要机制。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿与蓑草植物篱模式可作为西南紫色丘陵区农业非点源氮素污染的源头控制技术,特别是20°以上坡耕地推广与实施灌木类植物篱模式,能长期有效地控制农田盈余氮素流失。     

不同治理措施在红壤坡耕地的水土保持效益

在云南省抚仙湖流域澄江尖山河小流域坡耕地建立了野外标准径流小区,并布设了1.2m宽等高反坡阶和2.0m宽草带两种坡耕地水土保持措施,观测次降雨的地表径流量和土壤流失量,并与原状坡耕地进行对比,分析两种措施的水土保持效益。结果表明:(1)两种措施之间的地表径流量和土壤流失量差异性均显著。修筑等高反坡阶的地表径流深为113.64mm,比原状坡耕地减少了61.9%,土壤流失量为714.7t/km2,比原状坡耕地减少了77.4%;布设草带的地表径流深为82.76mm,比原状坡耕地减少了72.2%,土壤流失量为370.1t/km2,比原状坡耕地减少了88.3%。(2)两种措施之间的减流和减沙效益差异性均显著,等高反坡阶的减流和减沙效益指数平均分别达0.57和0.97,草带的减流和减沙效益指数平均分别达0.79和0.76。(3)两种措施均大幅削减了地表径流和泥沙的氮、磷养分输出总量,发挥了较好的保肥作用。与原状坡耕地相比,等高反坡阶对总氮削减率为81.9%,对总磷削减率为44.3%;草带对总氮削减率为74.7%,对总磷削减率为83.7%。     

植物篱埂垄向区田技术对坡耕地水土和氮磷流失控制研究

针对松干流域农田面源污染控制需求,该文开展了植物篱埂垄向区田技术在坡耕地上的水土及氮磷流失控制效应研究。田间设置8个试验处理,包括两个对照即传统顺垄种植(CK1)与横垄种植(CK2)、3个间距的顺垄种植植物篱埂(1 m间距,T1;3 m间距,T2;5 m间距,T3)和3个间距的土埂(1 m间距,T4;3 m间距,T5;5 m间距,T6)。选择三叶草为植物篱材料。结果表明:1)与传统顺垄种植相比,横垄种植泥沙量减少46.9%,径流量减少52.9%;植物篱埂T1、T2与T3泥沙量分别减少44.6%、44.1%和42.1%,径流量分别减少50.6%、49.8%和49.2%;T4、T5和T6也能降低水土流失量,但与T1、T2与T3相比,泥沙流失量分别增加16.3%、12.6%和29.5%,径流量分别增加29.6%、46.8和76.9%;植物篱埂垄向区田技术的泥沙量与径流量控制效果相对接近横垄种植。2)与传统顺垄种植相比,各处理泥沙与径流TN浓度增大,TP浓度无变化;各处理的径流TN与TP浓度增大,其中各处理间的TN浓度有较大差异,TP浓度无明显差异;径流液TN浓度增加并没有引起农田氮流失增加,农田氮流失平均降低19.7%。3)考虑到经济投入问题,推荐植物篱埂间距3～5 m,较大坡度和坡上坡中采用较小间距,较小坡度和坡底采用较大间距;植物篱埂垄向区田技术能够提高玉米产量,平均增产5%～5.6%。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

不同作物对坡耕地地表径流及氮素流失的影响

为了揭示坡耕地种植作物后径流和氮素流失间的差异,采用径流小区法对坡耕地种植玉米、莜麦和土豆3种作物后坡面径流、地面作物状况、氮素流失量及其关系进行了研究。结果表明:2014年7—9月6场侵蚀性降雨平均降雨量为31.49mm,径流量(Q)为Q_(莜麦-总)Q_(土豆-总)Q_(玉米-总),且与降雨量成线性关系;作物种类对径流中氮素浓度有显著影响,各形态氮浓度均值范围分别为:NO_3~-—N含量10.33~11.83mg/L,TN含量27.48~31.28mg/L,NH_4~+—N含量0.72~0.92mg/L,NO_2~-—N含量0.35~0.49mg/L;6次侵蚀性降雨全氮流失量(TNL)为TNL_(莜麦)TNL_(土豆)TNL_(玉米),均值分别为147.01,139.45,125.63mg;硝态氮流失量(NL_硝)占TNL的33.33%~43.14%,NL_硝和TNL与径流量之间存在线性关系;7—9月份,农作物进入生殖生长阶段,作物覆盖度变化较小,与降雨量和氮素流失量之间没有显著关系,不是影响坡面径流和养分流失的主要影响因素。     

秸秆覆盖与平衡施肥对巢湖流域农田氮素流失的影响研究

通过野外径流小区观测试验,研究了巢湖流域旱地秸秆覆盖与平衡施肥条件下的径流、泥沙和氮素流失特征。结果表明,相对于当地传统耕作区,秸秆覆盖和平衡施肥能分别减少30.47%和21.61%的径流量,减少22.88%和20.59%的泥沙量,表现出显著的水土保持作用。当地传统耕作处理氮向水体迁移的负荷量为3.04 kghm-2,流失系数为1.35,其中溶解态氮是氮迁移的主要形式,其浓度占总氮浓度的60%~88%。秸秆覆盖与平衡施肥均能有效的降低径流氮的流失量,可分别降低27.42%和21.88%的氮流失,但其对径流氮浓度的影响却不明显。作物生长情况显著影响土壤氮素的流失,地上部分生物量与径流总氮的迁移量呈负相关关系。因此秸秆覆盖和平衡施肥可以作为源头控制农田养分流失的较好措施加以推广。     

不同种植模式和坡度对片麻岩山坡地氮素流失的影响

通过室外人工模拟降雨的方法,研究了在不同坡度(5°,15°,25°,35°)与不同欧李种植模式(1,2,3行)下对片麻岩山坡地土壤坡面氮素流失和产流的影响。结果表明:(1)产流时间随着坡度增大而提前,平均产流时间从种植模式3行到1行推迟了59.23%,2行到1行推迟了32.28%;不同种植模式下产流强度及波动幅度均为1行>2行>3行;(2)降雨过程中,不同种植模式下氮素流失量和流失浓度表现为1行>2行>3行,不同坡度下,氮素流失量和流失浓度为5°<15°<25°>35°,临界坡度为25°;(3)相同坡度,种植模式由2行到3行时硝态氮流失量减幅最大,5°,15°,25°,35°分别减少了16.78%,44.71%,41.33%,41.89%;(4)氮素流失过程中硝态氮流失量占比40.35%,铵态氮流失量占比10.13%,流失形式以硝态氮为主;(5)相同种植模式,2种氮素流失量和流失浓度与坡度存在二次函数关系,相同坡度,与种植模式存在线性关系,相关系数(R^2)范围分别为0.531~0.999,0.102~0.999;(6)种植模式与硝态氮流失量和铵态氮流失量均呈线性负相关关系,是影响氮素流失的主要因子。在片麻岩山坡地,利用多行交错方式种植欧李可显著降低氮素流失。     

不同施肥方式对东北黑土春玉米连作体系土壤氮素平衡的影响

通过三年定位试验,在东北春玉米连作区比较了农民习惯（一次性施肥）与优化施肥条件下土壤作物系统的氮素表观平衡及氮素在土壤中的残留特征,以期评价两种施肥方式对黑土氮素矿化、残留及氮素平衡的影响。研究结果表明:优化施氮（根据土壤无机氮测试推荐追肥量,Opt）处理玉米产量、生物量、吸氮量最高。农民习惯施肥1（85%基肥+15%种肥,Tra1）和农民习惯施肥2（氮肥全部作为基肥施入,Tra2）处理土壤残留无机氮含量变化受降水量影响较大,残留硝态氮下移明显。与Opt处理相比,三年连作后3060 cm土层硝态氮含量增加约2.0倍,6090 cm硝态氮含量增加约2.4～3.3倍。Opt处理可显著降低肥料氮在土壤中的残留。在氮素输出项中,作物携出量因施肥方式不同而差异显著,氮盈余量随施氮量的增加而急剧增加,最高达400.9 kg/hm2。Tra2处理氮盈余最小,但以残留Nmin为主。氮肥一次性基施使氮素在土壤中累积较多,且易导致土壤残留硝态氮下移,从而对东北黑土地区的生态环境造成一定的威胁。而在基肥的基础上,根据土壤无机氮测试推荐追肥可以提高氮肥利用率,减少氮损失。     

不同氮肥对侵蚀坡面土壤氮素流失的影响

在模拟降雨条件下研究等氮量和相同施肥方式下不同氮肥品种的氮素流失特征。结果表明:不同氮肥品种对氮素流失量有显著影响,施用碳酸氢铵、普通尿素的小区全氮、铵态氮和硝态氮的流失量较大,而施用包膜控释尿素则可以显著降低氮素流失量。不同施肥处理的小区径流液中全氮、NH4+-N及流失泥沙中全氮的流失规律表现为碳酸氢铵>尿素>硫包膜控释尿素>树脂包膜控释尿素>对照;径流液中NO3--N的流失量表现为尿素>碳酸氢铵>硫包膜控释尿素>树脂包膜控释尿素>对照。     

玉米不同间作方式对坡耕地水土流失的影响

针对云南山地种植措施不合理、水土资源流失严重的现状，进行了玉米间作蔬菜和草带等不同种植方式对坡耕地水土流失影响的研究。结果表明：8月份玉米间作马铃薯的径流量比玉米裸地单作减少37．4％；7月、8月份玉米间作白菜的土壤侵蚀量比玉米裸地单作分别减少46．7％和58．2％；7，8，9，10月份玉米间作混播草带（处理G）侵蚀量分别比玉米裸地单作显著减少68．9％，74．6％，84．5％和82．1％（P〈0．01）；玉米间作白菜、间作马铃薯、间作辣椒总侵蚀量分别比玉米裸地单作显著减少47．O％，43．8％和10．2％（P〈O．01）；玉米间作草带（处理D，G）总侵蚀量分别比玉米裸地单作显著减少60．8％和70．0％（P〈0．01），玉米间作马铃薯的总径流量比玉米盖膜单作减少21．0％；在低雨强、中雨强和高雨强下，玉米间作处理的平均侵蚀量分别比玉米裸地单作减少35．7％，61．4％和70．2％。说明玉米间作蔬菜和牧草能有效减轻坡耕地水土流失，在高强度降雨中，其水土保持效果更明显。     

不同施肥制度下紫色土坡耕地氮素流失特征

利用野外径流小区试验,比较了川中紫色土丘陵区12种不同施肥制度下坡耕地侵蚀产沙特征和氮素迁移特征。结果表明,在单次降雨量达到44 mm时,相对于不施肥而言,农家肥配施化肥分别降低坡地径流与侵蚀量68.2%,67.3%,秸秆还田配施化肥分别降低80.3%,92.6%。不同施肥制度下随地表径流迁移的颗粒态氮占总氮的比例大部分都在60.0%以上。坡耕地平衡施肥能降低坡耕地土壤氮素随径流的损失,增施了磷、钾肥后,总氮迁移量分别降低了41.0%和46.1%。与不施肥相比较,农家肥配施化肥减少径流总氮69.0%,秸秆还田配施化肥减少90.5%。     

耕作措施与氮肥对黑土流失及氮损失的影响

为解决东北黑土区坡耕地水土流失严重的问题,探索不同耕作措施和施氮策略对水土流失、氮素养分流失特征的影响,于2015—2016年在黑龙江省哈尔滨市设置径流小区试验,共设9处理。处理1(T1)为裸地;处理2(T2)为荒地;处理3(T3)为优化施氮(180kg N/hm~2),顺垄;处理4(T4)为优化施氮(180kg N/hm~2),横垄;处理5(T5)为增氮施肥(210kg N/hm~2),顺垄;处理6(T6)为减氮施肥(90kg N/hm~2),顺垄;处理7(T7)为替氮施肥((180kg N/hm~2,其中30kg N为有机肥,顺垄);处理8(T8)为优化施氮(180kg N/hm~2),横垄,苜蓿—玉米间作;处理9(T9)为减氮施肥(90kg N/hm~2),顺垄,秸秆覆盖。结果表明,T1的年均产流量为151.0m~3/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别拦截80.9%,64.4%,83.0%,65.2%,68.0%,60.4%,93.8%,88.1%;T1的年均土壤侵蚀量为9.5t/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别拦截98.8%,57.3%,88.4%,60.7%,50.6%,56.6%,99.2%,94.4%;T1的年均无机氮地表径流损失为207.6g N/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别减少无机氮损失43.0%,24.7%,35.5%,20.0%,36.8%,20.2%,75.6%,55.9%。雪水融化径流导致坡耕地的氮素损失不容忽视。坡耕地种植玉米时,单项耕作措施防止水土流失的效果,以生物篱最好,秸秆覆盖少耕较好,横垄次之;多项综合耕作措施中,横垄耕作和生物篱结合,效果均较好。相同耕作模式不同施肥措施中,有机肥替代因地上部作物生长较差有较大的产流量;减氮处理由于较低的无机氮浓度可减少地表径流氮素损失,同时增加产沙量。地表产流量与日降雨量间存在正的线性相关性(R2为0.213 9~0.543 8),T2、T9除外;土壤侵蚀量、无机氮损失量与地表产流量有正的线性相关(R2为0.338 0~0.728 1,0.618 4~0.895 2),T1除外。年均地表产流中,硝态氮浓度与无机氮浓度之比越小,年均地表径流无机氮损失越小。     

紫色土坡耕地施肥水平对土壤侵蚀及氮磷流失影响

以紫色土坡耕地"冬小麦-夏玉米"种植模式为研究对象,设置对照处理、复合施用农家肥和化肥、单施化肥、单施化肥增加施肥量、单施化肥横坡垄作5种施肥水平,采用径流小区定点监测的方法,研究紫色土坡耕地不同施肥水平下土壤侵蚀特征。结果表明:施肥水平和降雨量对径流量影响极为显著,各施肥水平下次降雨泥沙流失量与降雨量呈线性正相关,单位面积泥沙流失量与径流量在增加施肥时为幂函数关系,其他施肥水平下均为对数函数关系。施肥水平和降雨量对径流中氮磷浓度均具有显著影响。各施肥水平下径流中氮磷流失浓度变化趋势与降雨量变化趋势基本一致,随降雨量增加而增大,不同施肥水平下,氮磷浓度波动范围不同;复合施用农家肥和化肥,径流中氮素及可溶性磷浓度较稳定;各施肥水平下径流中氮磷浓度最高值出现与暴雨事件出现基本一致,同时追加施肥等农事活动也对磷素浓度最大值具有一定影响。     

不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙和氮磷流失特征

采用野外径流小区定位观测法,研究次降雨条件下腐殖酸(HA)、聚丙烯酰胺(PAM)、绿肥(GM)3种土壤管理措施对紫色丘陵区坡耕地产流产沙及氮磷养分流失的影响。结果表明:A型(小雨量、短历时、低雨强)降雨发生频率最高,占降雨样本数的71%,B型(大雨量、长历时、中雨强)和C型(中雨量、中历时、高雨强)降雨是引发土壤侵蚀的主要降雨类型。不同土壤管理措施下侵蚀性降雨的临界降雨量差异不显著,降雨量10.0mm时坡面开始产流产沙。A型降雨下产流量:CK(123.49L)HA(60.67L)GM(53.67L)PAM(32.15L),差异显著(P0.05);产沙量:CK(30.91g)HA(10.49g)GM(5.50g)PAM(5.12g),CK组与GM组和PAM组差异显著(P0.05)。B型降雨下不同土壤管理措施间产流量与产沙量差异不显著(P0.05)。C型降雨下产流量:CK(375.45L)HA(26L)GM(239.00L)PAM(182.10L),CK组与PAM组间差异显著,措施间产沙量差异不显著(P0.05)。次降雨条件下各土壤管理措施径流中氮素流失量差异显著,对照组全氮流失量是绿肥和聚丙烯酰胺2.1~2.6倍,水解氮流失量约为绿肥和聚丙烯酰胺2.7倍。不同土壤管理措施径流中磷素流失量总体趋势为:对照腐殖酸聚丙烯酰胺绿肥,差异不显著(P0.05)。不同土壤管理措施径流中磷的流失形态主要以水溶态为主。研究结果表明,A型降雨下聚丙烯酰胺、腐殖酸、绿肥减流减沙和减少氮磷流失效益显著,其中聚丙烯酰胺效益最优。     

不同农艺措施对坡耕地水土及氮磷流失的控制

研究了丹江口水库水源涵养地小流域植物篱和4种农艺措施相结合对坡耕地水土和氮磷养分流失的拦截效果.结果表明:平衡施肥、间作和垄作对坡耕地均能不同程度地截留土壤和氮磷,其中,分别减少氮素和磷素流失31.22×10~(-2)～40.05×10~(-2)kg/hm~2和0.03×10~(-2)～1.04×10~(-2)kg/hm~2;植物篱小区地表径流量和土壤侵蚀量较对照分别减少了31.3%和53.9%.上述措施对小流域养分、水土流失都起到了很好的防控作用.     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。