巢湖流域不同耕作和施肥方式下农田养分径流流失特征

采用野外定位观测试验,研究巢湖流域不同耕作和施肥方式下农田养分径流流失特征,探索降低养分流失、提高湖区水质的有效耕作和施肥措施。2009-2010年结果表明,冬季麦田径流液总氮(TN)的浓度范围是2.12～4.34mg/L,溶解态氮(DN)约占TN的72%～92%,DN中又以硝态氮(NO3--N)为主,溶解态有机氮(DON)次之,铵态氮(NH4+-N)所占比例极小。径流液总磷(TP)浓度范围是0.095～0.360mg/L,颗粒态磷(PP)约占TP的51%～69%。DN和PP是农田氮磷径流流失的主要形态。长期的保护性耕作可提高径流液TN、DN、NO3--N、DON和DP的浓度,降低PN和PP的浓度,但对NH4+-N和TP浓度无明显影响;氮肥后移一定程度上易增加追肥后短期内降雨径流液各形态N的浓度,但可降低小麦整个生育期内径流液各形态P的浓度。在当地常规耕作条件下(处理CT),麦田TN和TP径流流失量分别为1.065,0.079kg/hm2,占当季施N量的0.71%,施P量的0.24%。与处理CT相比,处理CTS(常规+覆盖)、NFP(氮肥后移)和NTS+NFP(少免耕覆盖+氮肥后移)TN流失量分别减少了14%、21%和24%,TP流失量分别减少了20%、21%和24%。因此,保护性耕作和氮肥后移在保证小麦产量的前提下,可作为巢湖流域源头控制农田养分流失的主要措施。     

保护性耕作与平衡施肥对巢湖流域稻田氮素径流损失及水稻产量的影响研究

采用田间小区试验,连续2年研究了巢湖流域保护性耕作与平衡施肥对稻田氮素径流流失特征和水稻产量的影响。结果表明,巢湖流域水稻田在传统耕作条件下径流液中TN的浓度范围是0.73～15.33mg·L-1,DN是氮素径流流失的主要形态,约占TN的74%～92%,NH4＋-N和NO3--N所占比例差异比较大,主要与径流-施肥时间间隔以及作物的不同生育期有关。氮素径流损失量年际差异比较大,2008年和2009年分别是2.91kg·hm-2和6.23kg·hm-2,分别占施氮量的1.62%和3.46%。由于降雨事件的偶然性,平衡施肥对氮素径流损失量的影响具有很大不确定性,径流流失风险仍难以控制;保护性耕作能有效地降低氮素径流流失负荷,使得氮素流失潜能大大减小。与T（传统耕作）处理相比,TS（传统耕作＋秸秆还田）处理、BF（平衡施肥）处理和NTS＋BF（少免耕＋秸秆还田＋平衡施肥）处理水稻产量平均增产幅度分别为9.97%、13.60%和23.18%,产量差异达到显著水平。因此,保护性耕作可以作为源头控制稻田氮素流失的较好措施之一加以推广。     

秸秆覆盖与平衡施肥对巢湖流域农田磷素流失的影响研究

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、泥沙和磷素流失特征.结果表明,相对于当地传统耕作区,秸秆覆盖区和平衡施肥区能分别减少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.当地传统耕作区磷向水体迁移的负荷量为0.47 kg·hm-2,流失系数为0.52,其中颗粒态磷是磷迁移的主要形式,其浓度占总磷流失浓度的74.45%～90.85%.秸秆覆盖与平衡施肥均能有效地降低径流磷流失量,可分别降低32.29%和29.81%,但其对径流磷浓度的影响却不明显.因此,秸秆覆盖和平衡施肥是作为源头控制农田养分流失的较好措施.     

磷肥减施对集约化露天菜地周年磷损失削减效果评价

集约化菜地因高量施肥以及大水漫灌导致其在农田磷污染排放中的占比最高,目前已成为种植业磷损失的优先阻控对象。在定量评估菜地周年磷损失量的基础上,明确蔬菜合理的磷肥投入阈值范围,通过源头控制菜地磷的迁移、流失,对于有效降低中国农业面源污染造成的环境压力具有重要意义。以太湖流域露天菜地为研究对象,设置农民习惯施磷(对照)和减量施磷处理(减施20%、30%、50%和100%),通过为期一年的蔬菜轮作试验,明确土壤磷素环境阈值及磷素周年径流流失特征。结果表明,菜地磷环境阈值为78.9 mg·kg^-1,所有处理土壤表层有效磷(Olsen-P)含量均超过环境阈值。随施磷量的减少,菜地总磷(TP)径流损失浓度降低,并主要以可溶性磷(DP)流失形态为主,DP/TP比例为50.1%～63.1%。磷径流损失负荷呈现出明显的季节性特征,夏秋季磷素流失量为1.93～3.26 kg·hm^-2(以P计),占全年磷素流失通量的59.2%～63.2%。结构方程模型结果表明,当季施磷量直接且极显著影响TP流失浓度,并且TP流失浓度对TP流失负荷存在极显著的正向影响,影响系数为0...     

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。     

自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响

本文通过野外径流小区观测试验,开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙和氮磷流失影响的研究。试验结果表明,秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间,秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少30.47%和22.88%,表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比,秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失总量分别降低27.42%和32.29%,但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形态,颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。     

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。     

不同类型黄壤旱地的磷素流失及其影响因素分析

在贵州中部黄壤旱地上 ,通过模拟降雨试验方法 ,对不同类型黄壤旱地磷素流失及其影响的主要因素进行研究。结果表明 ,黄壤旱地磷素流失以颗粒态形式流失为主 ,其占地表径流总磷含量的 86 .4%～ 99.9% ;不同类型黄壤旱地随地表径流流失的颗粒态磷 (泥沙结合态磷 )量和磷酸根态磷 (水溶态磷 )量存在较大差异 ,高肥力旱地磷的流失量明显高于低肥力旱地。影响黄壤旱地颗粒态磷和磷酸根态磷流失量的首要土壤因子都是有效磷含量 ;在土壤磷素水平一致下 ,黄壤旱地颗粒态磷流失量与 <0 .0 0 1mm粘粒含量呈显著正相关 ,而磷酸根态磷流失量与土壤交换性钾含量呈显著负相关。此外 ,降雨强度对旱地磷素流失产生明显影响 ,高降雨强度将加速颗粒态磷的流失 ,从而明显地提高旱地磷素流失量 ;而低降雨强度促进磷酸根态磷的流失     

潮土磷素累积流失风险及环境阈值

潮土是中国分布比较广、施肥强度大的典型耕作土壤，潮土中磷素累积与流失对区域水环境的污染风险不容忽视。该研究在潮土面积最大的河南省采集磷素水平不同的典型潮土作为供试土壤，采用人工模拟降雨及土柱模拟试验方法，通过测定土壤中Olsen-P和溶解态活性磷CaCl2-P含量以及径流或淋滤液中各形态磷浓度，研究了潮土中磷素随地表径流和下渗流失特征，并通过分段线性模型对潮土的磷素环境阈值进行拟合。结果表明：1）不同形态磷在潮土土壤剖面中均有一定程度的累积，土壤Olsen-P和CaCl2-P含量表现为高磷最大，中磷次之，低磷最小，而磷吸持指数值表现为低磷最大，中磷次之，高磷最小。从磷素的剖面分布来看，低磷和中磷水平潮土Olsen-P和CaCl2-P含量随着土壤深度的增加而降低，而高磷水平的潮土Olsen-P和CaCl2-P含量在20～40 cm土层含量最高。2）不同磷水平潮土径流中总磷（TP）、可溶性总磷（TDP）和颗粒磷（PP）浓度和流失量大小表现为高磷最高，中磷和低磷水平土壤次之，潮土径流流失以PP为主。3）低磷和中磷水平潮土淋滤液中的各形态磷浓度和流失量随着土层深度的增加而降低，而在高磷水平的潮土淋滤液中，20～40 cm土层淋滤液中磷浓度和流失量要显著高于其他土层，在整个土壤剖面磷素浓度随着土层深度的增加呈现先上升后下降的趋势，潮土淋滤流失以TDP为主，其中，高磷和低磷水平潮土以可溶性有机磷占主导，而中磷水平潮土以钼酸盐反应磷（MRP）占主导。4）通过分段回归模型将不同含磷水平潮土的水溶性磷与土壤中Olsen-P含量进行拟合，得出潮土土壤磷素环境阈值为24.65 mg/kg，研究还表明径流和渗漏液中TP浓度与土壤CaCl2-P含量呈显著正相关，因此可通过测定CaCl2-P来预测并判断土壤磷素流失风险。     

耕作模式和滞水时间对稻田中氮磷动态变化的影响研究

通过微区模拟稻田试验,分析了免耕、浅耕和深耕3种耕作模式下滞水时间不同的稻田排水中氮磷的动态特征及总氮、总磷流失潜能,研究了稻田夏季施肥耕作模式和滞水时间对氮磷的减排效能。结果表明：（1）深耕有利于土壤固肥作用的发挥,田面水中TN和NH4＋-N浓度呈逐渐下降的趋势。浅耕和深耕土壤中微生物环境利于硝化反应,不易被土壤吸附的NO3--N得以迅速向田面水中释放。免耕和深耕处理的田面水中TP和DP浓度在第1～5 d内浓度较高,3个耕作处理的滞排水中TP和DP在耕作处理5 d后均处于较低的浓度水平。（2）不同耕作模式滞水5 d后TN的绝对流失量均处于较低水平。免耕、浅耕、深耕在滞水5 d后可分别减少田面水中TN流失59.55%～65.68%、70.15%～88.20%和65.23%～77.26%。深耕处理的模拟稻田田面水中TN的流失潜能相对较小。不同耕作模式处理相对流失形态与潜能以TN为主。（3）免耕处理田面水中TP的绝对流失量最大,浅耕处理田面水中TP绝对流失量最少。免耕、浅耕、深耕在滞水5 d后再排水可分别减少田面水中TP流失54.70%～67.78%、62.99%～85.09%和52.45%～87.99%。浅耕处理模拟稻田田面水中TP的相对流失潜能较小。不同耕作模式处理田面水中磷素的相对流失形态表现出一定的差异性,田面水中磷素流失形态随时间变化呈现出TP与DP交替变化的现象。总之,从减少田面水中氮磷的绝对流失量出发,夏季浅耕不失为最佳清洁耕作模式;同时在滞水5 d后排水,能有效减少田面水中氮磷的流失量,减少稻田排水对面源污染的影响。     

免耕稻田田面水磷素动态及其淋溶损失

以免耕和翻耕稻田为研究对象,通过大田试验与室内分析,研究了不同耕作方式下稻田田面水和渗漏水的淋溶损失及其对环境的影响。试验共设4个处理,分别是免耕＋不施肥（NT0）、翻耕＋不施肥（CT0）、免耕＋复合肥（NTC）和翻耕＋复合肥（CTC）。结果表明,施磷肥显著提高稻田田面水以及渗漏水各形态磷浓度。施磷肥2d后田面水总磷（TP）浓度、颗粒态磷（PP）浓度和溶解磷（DP）浓度即达到最大值,此后由于水中颗粒或表土对田面水磷素的固定,磷素的淋失,水稻生长吸收及前期的稻田排水和灌水稀释,1周后迅速降低并趋于稳定;渗漏水TP浓度和溶解磷（RP）浓度在施磷肥2d后达到最大值,渗漏水TP浓度在施肥后一个半月达到最低值,而渗漏水RP浓度在施肥4d后就降低到最低值。处理NTC田面水TP、DP与PP显著高于处理CTC,而处理NT0与处理CT0之间无差异;与翻耕相比,免耕不影响渗漏水TP与RP浓度及磷下渗淋失。对田面水磷素及渗漏水磷素变化动态分析表明,施磷肥后的1周左右是控制磷素流失的关键时期。     

太湖地区稻麦轮作系统不同氮肥管理模式对麦季氮素利用与流失的影响研究

通过对施氮管理模式的调整,研究太湖流域稻麦轮作系统不同模式下麦季氮素利用率以及土壤中氮素迁移对水体中氮的影响。试验设置6个处理：农户施肥处理、化肥减量处理、稻季按需施肥处理（麦季同化肥减量处理）、新型肥料处理、有机无机配施处理以及无氮处理。结果表明：有机无机配施处理在麦季持续减少25%施氮量的情况下不会影响产量及作物地上部分氮素总积累量,且氮素表观利用率显著高于其他处理,麦季径流与渗漏损失量主要受施氮量的影响,NO3-N是损失的主要形态;减氮处理可较农户处理降低7.7～12.0kg·hm-2的氮素流失;麦季有机无机配施减量处理,能够保证作物产量与氮素吸收并且有效降低氮素的流失,具备可持续性发展的前景。     

麦秸还田对水稻产量及地表径流NPK流失的影响

在大田试验条件下,以水稻品种运2645为供试材料,设置常规处理（A）、麦秸还田（B）、麦秸还田减肥（C）、肥料运筹（D）和旋耕（E）5个处理组合,研究不同处理对水稻产量及农田地表径流NPK流失的影响。结果表明：（1）麦秸还田使水稻产量比常规处理增加3.0%左右;（2）试验年度稻季农田总地表径流水量为4.3×103m3·hm-2;（3）麦秸还田减肥和麦秸还田处理比其处理明显降低农田地表径流水体NPK流失量,不同处理地表径流总N流失量由低到高依次为麦秸还田减肥、麦秸还田、常规处理、肥料运筹和旋耕,不同处理地表径流总P和K的流失量由低到高依次为麦秸还田减肥、麦秸还田、肥料运筹、常规处理和旋耕;（4）麦秸还田能够降低稻田地表径流NPK的流失率,但麦秸还田减肥处理由于流失量减小幅度远低于肥料施用量的减小幅度,其NPK流失率均表现为最高;（5）麦秸还田使水稻产量略有增加,使稻田地表径流水体NPK流失量和流失率均明显降低。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理（T：传统耕作;NT：免耕无覆盖;TS：传统耕作＋秸秆还田;NTS：免耕＋秸秆覆盖）,采用春小麦豌豆双序列轮作（即小麦→豌豆→小麦和豌豆→小麦→豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序）,于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定。结果表明,经过7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕＋秸秆覆盖、传统耕作＋秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低。其中,土壤微生物量碳含量在两种轮作次序下的排序均为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）;而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉传统耕作（T）〉免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）。同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累。     

横坡耕作径流溶解态氮磷流失特征及其富营养化风险——以鲁中南山地丘陵区为例

以鲁中南山地丘陵区的坡耕地为例,在模拟降雨条件下分析了横坡耕作地表径流溶解态硝态氮（DNN）、铵态氮（DHN）和磷（DIP）的流失特征,并通过溶解态无机氮DIN（DNN＋DHN）/DIP、DNN/DIP和DHN/DIP等3种氮磷比衡量其径流的富营养化风险。结果表明,在研究区典型的暴雨强度下（70mm·h-1）,横坡耕作产流所需降雨量在8.07mm左右,产流后径流率在径流初期（0～5min）迅速增加,并在末期（14min后）趋于稳定,而径流泥沙浓度在降雨过程的变化表现出单峰型特征;溶解态氮、磷浓度在径流过程中逐渐降低,其中,径流末期DNN、DHN和DIN的平均浓度较初期分别下降12.1%、23.5%和12.6%,DIP浓度的下降幅度明显大于溶解态氮,为32.5%;溶解态氮、磷浓度与径流率以及原表土速效养分含量在径流初期的相关程度较高,之后则逐渐降低,与泥沙浓度的相关系数在降雨过程中则呈高-低-高变化;各溶解态氮的流失率在径流过程中呈增加趋势,而DIP流失率在径流过程中的变化不显著;溶解态氮、磷流失率与径流率存在升幂函数关系,但相关性随径流时间延长逐渐减弱。N/P率分析表明,横坡耕作径流的富营养化风险较低,但风险水平在径流过程中呈逐渐增加趋势。控制径流末期DNN的径流流失,可减轻横坡耕作径流对于受纳水体富营养化过程的影响。     

不同耕作措施对旱地作物生育期农田耗水结构和水分利用效率的影响

陇中黄土高原旱农区降水有限、水分利用效率低下是导致该区作物生产力水平低而不稳的主要原因。发展保护性耕作是保护水土资源、提高水分利用效率的重要途径。为揭示耕作措施影响水分利用效率的机制,2015—2016年在陇中黄土高原旱农区研究了不同耕作措施对土壤棵间蒸发、农田耗水量、作物蒸腾量、棵间蒸发与蒸散的比例、产量及水分利用效率的影响。试验设置传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP)6个处理,春小麦和豌豆年间轮作。结果表明:(1)春小麦和豌豆全生育期棵间蒸发量NTS、TP、NTP比T显著减少6.52%~50.81%,NTS降低棵间蒸发量的作用主要在小麦开花后和豌豆结荚后,地膜覆盖在各个生育时期基本上都显著减少了棵间蒸发。(2)NTS对全生育期耗水量无显著影响,NTP的耗水量只在小麦地显著高于T。相比T,NTS显著提高了小麦开花-收获和豌豆结荚-收获期间的阶段耗水量及其占总耗水的比例。(3)NTS、TP、NTP均显著提高了春小麦和豌豆的蒸腾量,降低了田间的蒸发占蒸散的比例,降低了水分的无效损耗。(4)各年份春小麦和豌豆的产量NTS、TP、NTP比T提高了7.64%~62.79%,水分利用效率比T提高了0.43%~50.88%。因此,在陇中黄土高原旱农区,免耕秸秆覆盖、地膜覆盖等保护性耕作措施均能提高水分利用效率及小麦和豌豆的产量。免耕秸秆覆盖通过降低作物生长后期棵间蒸发量,提高作物生长后期耗水量,降低蒸发与蒸散的比例,从而提高春小麦和豌豆的水分利用效率及产量。而地膜覆盖处理主要是通过减少全生育期棵间蒸发量,增加作物全生育期蒸腾量,降低蒸发与蒸散的比例,从而实现作物水分高效利用,提高作物产量。