不同管理措施黄壤坡耕地地表径流氮输出的控制效果-20121221

第I页不同管理措施黄壤坡耕地径流氮输出的控制效果[摘要]以黔中黄壤坡耕地农业面源污染长期定位监测试验基地为平台，连续2008年-2012年进行观测，研究玉米-油菜种植模式下，6种耕作管理措施对黄壤坡耕地地表径流、氮输出的控制效果。结果表明：黄壤坡耕地径流平均产流系数18.11%，TN平均流失系数0.99%，径流氮输出以硝态氮所占比例31.10%最高。优化施肥＋横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱的耕作管理措施下截留效果、氮输出控制效果最佳，径流减产率最高，为25%；TN流失系数最小，为0.81%，TN平均输出总量最小，为4.63kg/hm2。顺坡常规耕作条件下，优化施肥比常规施肥径流量减少2.05%，TN输出量减少23.20%；优化施肥条件下，横坡垄作比顺坡常规耕作径流量减少6.73%，TN输出量减少7.28%；优化施肥+横坡垄作条件下，秸秆覆盖比无秸秆覆盖径流量减少4.81%，TN输出量减少3.42%；秸秆覆盖+高等植物篱比无秸秆覆盖+高等植物篱径流量减少11.60%，TN输出量减少6.84%。研究表明，横坡垄作、优化施肥、秸秆覆盖、高等植物篱是控制黄壤坡耕地地表径流、径流中氮输出的有效控制措施。[关键词]坡耕地，地表径流，氮输出，管理措施，黄壤ThenitrogenfertilitycharacterofvegetablesoilintownshipscaleofsuburbananditsinfluenceonvegetablequalityLUOYi(1GuizhouUniversity,Guiyang550025;2GuizhouInstituteofSoilandFertilizer,Guiyang550006)Abstract:Scalesofsuburbantownshipvegetablesoilfieldinvestigationandsamplingandindoorchemicalanalysis,studiesthecharacteristicsofnitrogenofvegetablefieldsoilandeffectsonvegetablequality.Theresultsshowthattheguiyangcitysuburbvegetabletownshipscalesunevensoiltexture,mostlysandyloam,loamandclayloam;VegetablegardensoilpHwas6.63±0.55,relativelymoderate,conducivetothegrowthofvegetables;Vegetablesoilorganicmattercontentismore,andwassignificantlypositivelyrelatedtosoilsandandthemeanvalueof67.72g/kg,fertilitylevelishigher,butthevariationislarger,thecoefficientofvariationof35.30%.Soiltotalnitrogen,alkalisolutionnitrogenincreaseswithlowerpH,reachedsignificantlevel;Onthenutrientlevels,variousvegetablestodifferencebetweenthetotalnitrogeninsoil,average3.11g/kg;Nitratecontentofdisequilibrium,average6.13mg/kg,coefficientofvariationof66.91%;Alkalinehydrolysisnbelongstohighfertilitylevels,average245.32mg/kg;Levelofleafyvegetablenitratecontent,rootvegetablescauliflower,fruitsandvegetables,withameanof606.56mg/kg;Withtheincreaseofthecontentofsoilorganicmatter,soiltotalnitrogenvegetablenitrateincreases,nitrogenfertilizershouldbereasonable.Keywords：Suburban,vegetablesoil,nitrogen,vegetables第1页黄壤是我国的主要土壤类型，主要分布于贵州、四川等区域。贵州黄壤面积，占全国黄壤面积的25.3%，占全省土壤面积的46.5%；同时贵州是一个介于四川盆地和广西丘陵之间的亚热带岩溶化山原，地貌山高坡陡、地表破碎、沟谷纵横，山地丘陵占全省土地面积95.6%，大于6°的坡耕地占全省耕地面积81.0%，均为全国之首，因而黄壤坡耕地是贵州主要的耕地资源，约占全省耕地面积的46.1%[1-3]。黄壤坡耕地资源具有“粘、酸、瘦”的特点，且水土流失普遍严重，据水利部水土保持监测中心的监测资料表明[4]，贵州水土流失面积73078.56km2，占贵州土地总面积的41.52%。水土流失是耕地养分流失的重要原因，其中氮素养分是主要流失源[5]，不仅造成耕地生产力下降，还引起一系列环境问题。有研究表明[6]，贵阳市两湖一库中约有70%的氮来源于农田土壤中氮的淋失和地表径流，从而引起湖泊发生水体富营养化现象。为应对坡耕地的养分流失，国内外专家近年来已提出大量的保护性耕作管理措施，其中以横坡垄作与高等植物篱耕作管理措施在坡耕地上的应用最为见效[7-10]。而国内基于不同管理措施下较长期的黄壤坡耕地定位监测氮输出规律研究未见报导，本研究在黔中农业面源污染长期定位监测平台之上，2008年～2012年连续5年对径流小区玉米-油菜种植模式下实施不同耕作管理措施，分析天然降雨产流后径流中的氮素养分流失量及其流失特征，对不同管理措施黄壤坡耕地地表径流氮输出的控制效果进行研究，从而为有效控制坡耕地氮素养分流失，减轻农业面源污染负荷提供科学依据。1研究区域概况研究区域属黔中黄壤坡耕地，位于贵阳市郊区花溪区湖潮乡，是一个以农业为主的乡镇，东经106°31′，北纬26°26′，距贵阳市20km，交通便利。该区地处贵州中部，常年气温温差不大，年均气温14.9℃，年平均降雨量1100～1200mm，属贵州的主要气候类型。监测基地地形为南方丘陵山腰旱坡地，土壤为黄壤，呈微酸性，土种为黄粘泥土，质地重壤，耕种历史较长，肥力中等，坡向西南，坡度15.1°，是贵州主要的旱坡耕地类型。监测的油菜－玉米轮作种植模式是全省旱地最主要的种植模式类型。因此，本监测点具有显著的代表性。2试验方法2.1径流小区设计径流小区长6.0m，宽3.5m，面积为21m2。径流区四周设水泥板结构以防止监测区与周边地块发生串水现象，水泥板埋设在地面以下40cm，露出地面50cm。小区之间用水泥板隔开，水泥板厚度5cm，高度90cm，水泥板埋深40cm，露出地面50cm。每个试验区的下端分别对应一个径流池。径流池垂直于坡面，为水泥结构，侧壁和池底做好防渗处理。径流池深地表以下1m，为便于计量径流池内水量，在池壁上做好刻度线标记。径流池表面铺设石棉瓦防雨设施，防止雨水、灰尘落入，防止人和动物不慎跌落。监测基地设置量雨器1个。2.2试验处理本试验为耕作管理措施和施肥水平两因素试验，耕作管理措施主要有顺坡常规耕作、横坡垄作、横坡垄作＋秸秆覆盖、横坡垄作＋秸秆覆盖+等高植物篱4种措施；施肥水平为不施任何肥料、常规施肥、优化施肥3种水平，试验设计为6个处理，3次重复，随机区组排列(表1)。表1径流小区各试验处理处理名称处理设计肥料施用及作物种植第2页CK不施任何肥料＋顺坡常规耕作肥料施用：磷、钾肥作底肥一次施用；玉米氮肥分三次施用，底肥20%，第一次追肥30%，第二次追肥50%；油菜氮肥分三次施用，底肥20%，第二次追肥40%，第三次追肥40%。作物种植：玉米，品种黔259（黔2237），顺坡种植：株距46cm，列距70cm，即5列/区，13穴/列（密度为4130株/亩）；横坡种植：株距43cm，行距70cm，即8行/区，8穴/行（密度为4065株/亩）。油菜：品种为芥菜型油菜，行距列距均为50cm。顺坡种植7列/区，横坡种植12行/区。播种密度2万株。CON常规施肥＋顺坡常规耕作OPT优化施肥＋顺坡常规耕作OPT+TR优化施肥＋横坡垄作OPT+TR+S优化施肥＋横坡垄作＋秸秆覆盖OPT+TR+S+H优化施肥＋横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱常规施肥：按当地农民施肥习惯，玉米：有机肥（圈肥）750kg/667m2，纯N15kg/667m2，P2O59kg/667m2、K2O2.5kg/667m2。油菜：有机肥（圈肥）350kg/667m2，纯N8kg/667m2、P2O56kg/667m2、K2O2kg/667m2。优化施肥：玉米：有机肥（圈肥）750kg/667m2，纯N12kg/667m2，P2O56kg/667m2、K2O6kg/667m2。油菜：有机肥（圈肥）350kg/667m2，纯N8kg/667m2、P2O54kg/667m2、K2O4kg/667m2。顺坡常规耕作：按当地农民习惯耕作方法，沿顺坡方向中耕两次（结合氮肥追肥，进行两次中耕）。横坡垄作：横坡种植，玉米垄高20～25cm2，垄宽40cm；油菜垄高20-25cm，垄宽30cm。秸秆覆盖：春季种植玉米时，用稻草进行垄背覆盖，厚度8～10cm。等高植物篱：沿等高线种植两带黄花菜植物篱，3米一带，每带两行，行宽25cm，株距15cm，每穴两株。种植时施用有机肥及复合肥。2.3样品采集、测试项目径流水样：在每次降雨产流后先测量径流水体积，用清洁竹棍搅匀径流池，然后采集混合水样，取500～600ml置于塑料瓶速冻密闭保存，采样后抽干、洗净池子。若遇连绵雨季，则在径流池水量达到80%后，采集混合水样；最大采样间隔不长于7d。分析的指标有pH、TN、TDN、NO3­-N、NH4+-N、DON=TDN-(NO3­-N+NH4+-N)、PN=TN-TDN。参照《水和废水监测分析方法》（第四版）[10]，pH测定采用玻璃电极法；TN测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；TDN将径流样品通过0.45μm滤膜过滤得到滤液，通过碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度计法测得；NO3--N测定采用酚二磺酸分光光度法；NH4+-N测定采用水杨酸分光光度法。2.4数据分析以地表径流途径流失的氮素养分数量等于整个监测周期中(一个完整的周年)各次径流水中各形态氮浓度与径流水(或淋溶水)体积乘积之和。计算公式[7]如下：其中：P为氮素养分流失量，以kg/hm2表示；Ci为第i次径流（或淋溶）水中氮的浓度；Vi为第i次径流（或淋溶）水的体积；n为径流水样次数。氮素养分相对流失量（kg/hm2）=不同处理下氮肥流失量－对照处理氮肥流失量；氮流失系数以第3页流失率(％)表示，计算公式如下：数据分析应用DPS软件与MicrosoftOfficeExcel软件。2结果与分析2.1不同管理措施的截流效果观测结果表明，5年间的年平均降雨量主要集中在4月～10月，产流月份主要集中在玉米季的5月～7月，其他月份径流量较少，多年平均产流系数为18.11%；按不同管理措施来看，处理CK、CON、OPT、OPT+TR、OPT+TR+S、OPT+TR+S+H的年平均产流系数分别为20.13%、18.69%、18.31%、17.08%、16.25%、15.10%。表2为试验期间各年份的降雨量与各处理的平均径流产量、产流系数及径流量减产率，比较不同耕作管理措施的截留减产效应，从多年的平均结果来看，总的趋势为横坡垄作管理措施的截留效应要优于顺坡常规耕作管理措施，顺坡常规耕作的多年平均径流量为132.47mm，横坡垄作的多年平均径流量为112.30mm；想比减少15.2