汛期不同作物种植模式下地表径流氮磷流失研究

基于2007年汛期降雨径流观测实验数据,分析了作物种植模式差异对地表径流、土壤侵蚀累积量和地表径流氮磷流失累积量的影响,评价不同作物种植模式下的地表径流氮磷浓度及其构成差异.结果表明,与裸地处理相比,汛期末棉花和黄豆作物种植模式下的地表径流、土壤侵蚀累积量分别减少21.1%和49.5%以及54.5%和71.1%,不同形态氮磷地表径流流失累积量明显下降.可溶性氮磷流失与地表径流累积量密切相关,颗粒态氮磷流失与土壤侵蚀强度密不可分,可溶性氮磷成为棉花和黄豆作物生长中期农田氮磷地表径流流失的主体成分.在淮北平原汛期种植黄豆、棉花等作物,可起到有效减少地表径流氮磷流失的重要作用.     

太湖水网地区原位模拟降雨条件下不同农田类型氮素流失特征研究

为探索太湖流域水网地区农田土壤氮素通过地表径流与耕层渗漏的流失特征及其影响因素,在浙江省嘉兴市、上海市的松江县和青浦县,选择稻田、种植年限短的菜地、种植年限长的菜地3种类型农田,采用原位模拟降雨,研究渗漏与地表径流方式下的农田氮素流失量、流失形态特征,以及土壤养分含量对氮素流失的影响。结果表明,3种农田在地表径流方式下农田总氮流失量差异不显著;渗漏方式下种植年限长的菜地和种植年限短的菜地总氮流失量差异也不显著。渗漏方式下总氮流失量显著高于地表径流方式。农田0—5、0—20 cm土壤硝态氮含量分别为31.24~72.9和33.21~71.1 mg/kg时,与渗漏液硝态氮、水溶性总氮、总氮的流失量、流失浓度呈极显著正相关。     

化肥用量和有机无机复混肥对浙江海涂区氮磷损失的影响

通过田间小区试验研究了化肥不同施用量和有机无机复混肥对海涂区西兰花种植时氮磷损失的影响,结果表明:①海涂区地表径流中氮以硝态氮为主.前期氮流失量大于后期流失量,前期径流水中水溶性磷和颗粒性磷流失量相近,后期则以颗粒性磷为主;②全化肥增量20%处理径流水中全氮、全磷流失量均高于全化肥处理和全化肥减量20%处理,全化肥处理和全化肥减量20%处理间全氮和全磷流失量差异不显著.有机无机复混肥比等养分投入的全化肥处理增加了径流水中全氮和全磷的流失量;③各处理地下水中硝态氮浓度均较高,全化肥增量20%和有机无机复混肥处理地下水中硝态氮含量高于其余处理,土壤对硝态氮的截留能力较弱,施肥后5天时0.5 m深度和1.0 m深度硝态氮含量无显著差异.     

海河流域水稻田氮磷地表径流流失特征初探

选取海河流域水稻田作为研究对象,在自然降雨条件下通过田间实测方法研究其氮磷元素地表径流流失特征。结果表明,氮磷元素流失率分别为0.7%和0.6%,流失负荷分别为4.77kg.hm-2和2.08kg.hm-2。在详细分析试验结果后,找出影响氮磷地表径流流失量的因素,其中颗粒态氮是农田径流流失的主要形式,并与径流量成明显正向相关,而磷素流失量则受施肥量和径流量双重影响,影响规律较氮素更为复杂,尚需进一步研究。进而得出结论：在北方干旱少雨的气候影响下,地表径流并非海河流域农田种植作物氮磷元素流失的首要途径。     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.     

丹江口水库农业径流小区土壤氮磷流失特征

通过对丹江口水库小流域雨季(2013年8月)观测的降雨—径流农业小区试验数据,分析不同种植作物下农田地表产流规律,研究土壤氮磷流失特征,为库区农业面源污染控制提供依据。结果表明,农业小区径流总磷(TP)含量在0.13~0.82mg/L之间,颗粒态磷(PP)占TP比例超过60%,径流中TSS与PP也呈现极显著相关(p0.01),表明磷素流失主要以颗粒态流失为主。径流总氮(TN)含量范围为0.7~4.7mg/L之间,TN流失量与硝态氮极显著相关(p0.01),径流中硝态氮占TN比例也超过了50%,表明硝态氮是地表径流无机氮流失的主要成分。25°玉米、15°荒地径流小区的氮流失率超过了1.5%、磷流失率超过了0.12%,高于其它类型的小区,可能与这2种小区高坡度、低植被覆盖度有关。土壤氮的流失风险要高于磷,是面源污染的主要控制目标。利用梯田种植作物,同时在坡地上形成相对较高的植被覆盖密度是减少这一地区土壤养分流失有效手段。     

江汉平原棉田地表径流氮磷养分流失规律

2008年和2009年连续2年设置田间试验,采用径流池收集对照与农民习惯施肥2种处理的地表径流,研究江汉平原区棉花种植模式下地表径流产生规律,氮、磷流失规律,肥料氮、磷流失系数及其影响因素。结果表明,江汉平原地区地表径流主要发生在3-8月降雨比较集中的时期,径流产生量随产流时段降雨量的增加而增加,年降雨产流系数平均为26.0%。2008年和2009年农民习惯施肥处理的氮流失量分别是36.14,89.52kg/hm2,磷流失量分别是0.42,10.07kg/hm2,氮、磷流失量的年际间差异较大。氮流失的主要形态是硝态氮,其2008年和2009年的流失量分别占氮流失量的92.8%和64.2%,其次是颗粒态氮,以铵态氮形式流失的只是极小一部分;磷主要以颗粒态磷形式流失,其次是可溶性磷,尤其在产流时段降雨量大的年份,颗粒态磷的流失量占到总磷的90%以上。综合2008-2009年的结果,肥料氮、磷的流失率分别为5.4%和3.1%。氮、磷的流失量主要受施肥、产流时段降雨量和作物覆盖率影响,施肥导致氮、磷养分流失量增加,产流时段降雨量越大,作物覆盖率越低,则氮、磷养分流失量越大。     

农田排水口高度对地表径流氮磷流失的影响

洱海流域农田径流氮磷污染严重,大量氮磷污染物随雨水进入洱海,导致洱海水质雨季下降。为从源头控制氮磷污染物的输出,该研究采用人工模拟降雨的方法,探究5、10、15、20、25 cm 5种不同高度的排水口对农田径流氮磷流失的控制作用。结果表明,农田排水口较低会造成产流初期硝态氮和颗粒态氮浓度升高,将排水口高度提高到15 cm以上可有效降低径流中各形态氮磷浓度,并稳定在较低水平;排水口高度从5 cm提高至15～25 cm产流中总氮、颗粒态氮、铵态氮、硝态氮流失量分别降低了85.60%～93.13%、88.39%～95.77%、84.59%～91.72%、63.05%～65.15%,总磷、颗粒态磷流失量分别降低了86.75%～92.66%,61.64%～94.61%,且排水口设置在15 cm高度处氮、磷流失量削减效果突出,在15 cm基础上继续提高排水口不会对氮磷流失量产生明显影响。综上所述,将排水口提高到15～25 cm对农田径流污染控制效果优越。结合洱海流域多年降雨资料及建设成本,推荐将农田排水口设置于距土壤表面15 cm高度处,对控制农田养分流失,减少面源污染起到显著效果。     

模拟降雨条件下农田径流中氮的流失过程

在室内降雨模拟试验条件下，研究暴雨径流中农田氮素养分流失及施肥处理的影响。结果表明，农田暴雨径流氮养分的流失量与累积径流量成正相关；施用NH4HCO3显著地增大了农田径流中溶解态氮浓度及流失量（P＝0．01），而对颗粒态氮浓度及流失量没有显著影响（P＝0．1）在大暴雨和裸露地试验条件下，颗粒态氮是农田暴雨径流氮养分流失的主要形态；在44min降雨径流中，以颗粒态流失的氮达476．3－488．7mg/m^2；侵蚀泥沙有富集氮养分的特点，其富集系数与侵蚀泥沙累积量存在对数线性关系；LOG（ER）＝0．770－0．300LOG（SED）；减少地表径流和土壤侵蚀，降低表土中速效氮养分含量是减少农田地表径流氮流失的关键。     

施肥模式对淮北平原夏季作物地表径流氮素流失的影响

基于自然降雨条件下夏季作物生长期的野外田间试验,探讨施肥和追肥对作物产量和不同形态氮素径流流失的影响。结果表明,当季不施肥对玉米产量的影响较小,分别明显减少了19.7%和30.4%的玉米总氮径流浓度和流失量;不施肥减少了棉花的产量及径流硝态氮、可溶性氮与总氮的浓度和硝态氮流失量。增加追肥对玉米和棉花的作物产量影响都不明显,却增加了两者的径流硝态氮、可溶性氮和总氮的浓度。与施底肥相比,增加追肥分别提高了69.9%,88.9%和46.2%的玉米硝态氮、可溶性氮和总氮浓度,棉花的相应氮素浓度则分别提高了25.5%,31.8%和37.1%。故在淮北地区土壤和气候条件下,玉米和棉花不追肥及适当减少玉米施肥量既不会使作物减产,又能减少农业土壤氮素随地表径流的流失。     

不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失规律的研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究不同土地利用方式片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子地、草地坡面产沙量产流量远小于裸地产沙产流量;不同土地利用方式片麻岩坡面产流产沙变化过程不同,草地、谷子地达到稳定产流的时间滞后于裸地。3种土地利用方式坡面养分流失随时间的变化过程基本相同,降雨起始各种养分浓度较高,随着时间的持续,养分流失浓度趋于稳定。不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失量表现为钾流失总量 > 氮流失总量 > 磷流失总量,养分流失总量与产沙产流之间有着极显著的正相关性,裸地养分流失量最大,其次是谷子地,草地的养分流失量最小,但是径流中硝态氮含量和泥沙总磷量谷子地流失量最大,裸地次之,草地最小。3种土地利用方式片麻岩坡面磷钾流失主要是泥沙态养分,氮素流失主要以溶解态氮为主或者二者共同作用。     

The effects of contour hedges and reduced tillage with ridge furrow cultivation on nitrogen and phosphorus losses from sloping arable land

Purpose

Agricultural nonpoint sources of nitrogen and phosphorus pollution are thought to pose great threats to the regional water quality in the Three Gorges area (TGA) of China. To explore the effects of protective methods on soil and nutrient losses from sloping arable land, rainfall runoff plot experiment was conducted from May 2010 to May 2011.

Materials and methods

For a rotation of wheat and maize, four treatments with three replicates were set up: H1, planting Vetiveria zizanioides contour hedgerows; H2, planting alfalfa contour hedgerows; H3, wheat intercropped with horsebean and maize intercropped with soybean, reduced tillage, and ridge furrow cultivation; and H4, conventional management. Nitrogen and phosphorus losses via surface and subsurface runoff were analyzed.

Results and discussion

When compared with that in H4, sediment phosphorus losses from plots of H1, H2, and H3 were significantly reduced by 46.61, 30.51, and 37.29%, respectively, while surface runoff total phosphorus loss was reduced by 45.38, 28.46, and 34.62%, respectively. Sediment nitrogen and surface runoff total nitrogen losses were not reduced significantly. Sediments were highly enriched with organic matter and nutrients, and decaying organic matter from plant residuals contributed to sediment nitrogen and phosphorus losses.

Conclusions

In sandy loam sloping arable land, contour hedgerows and ridge furrow cultivation were effective in reducing phosphorus loss via surface runoff. However, subsurface runoff is the primary path for nutrient losses, especially for nitrogen loss. Accordingly, attention should be given to improve the management of fertilizer nutrients, soil water, and plant residuals in sandy loam slope land.     

湖南双季稻田不同氮磷施用量的径流损失

研究双季稻田不同施肥量处理的氮磷降雨径流损失规律,对于指导双季稻合理施肥、保护水环境具有重要的现实意义。本研究采用田间试验结合径流小区监测方法,对湖南双季稻田不同氮、磷施用量的径流损失进行了研究。结果表明,单次径流事件中径流水的氮、磷含量随施肥量的增加而增大;基肥和追肥后10d内发生的3次径流事件中径流水的氮磷含量较高,其中总氮含量最高达10.880mg.L-1,总磷含量最高为0.202mg.L-1;铵态氮和硝态氮是稻田总氮径流损失的主要形态,水稻生长前期以铵态氮为主,后期则以硝态氮为主;可溶性磷占总磷比例为11.0%~94.0%;整个双季稻期间不同施肥量处理的总氮流失量为3.710~7.290kg.hm-2,流失系数为1.870%~3.771%,总磷流失量为0.200~0.320kg.hm-2,流失系数为0.327%~0.966%;氮、磷流失量与其施用量存在极显著的线性正相关,相关系数分别为0.978和0.997。氮、磷流失系数随氮、磷施用量增加而下降。适当减少双季稻田氮磷施用量能有效控制稻田的氮磷径流损失量,减小对地表水质的威胁。     

秸秆覆盖红壤径流养分流失效益及径流剪切力影响研究

采用模拟降雨试验的方法,研究秸秆覆盖条件下红壤侵蚀效益及动力影响因素。模拟降雨强度2.0mm/min,坡度20°,径流小区(长1.5m,宽0.5m,深0.3m)条件下,供试土壤为赤红壤。结果表明:(1)秸秆覆盖减流效益达到69.3%,减沙效益达到99.2%;明显提高土壤的入渗速率,渗透效益达到了32%,秸秆覆盖有较好的水土保持效益。(2)秸秆覆盖有效减少径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮、径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷的流失,减少径流中氮流失效益均达到74%以上,减少径流中磷流失效益均达到78%以上,径流中元素流失均以溶解态氮磷元素大于颗粒态氮磷元素,秸秆覆盖减少径流中磷养分流失的效益大于氮养分的流失效益。(3)建立单位面积单位时间径流剪切力和产沙率、径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮和径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷流失速率的模型,初步推断径流剪切力是土壤侵蚀的主要动力因素。(4)秸秆覆盖和未覆盖的临界启动径流剪切力分别为2.8N/m2和1.5N/m2。     

苕溪流域茶园不同种植模式下地表径流氮磷流失特征

为探讨苕溪流域不同种植模式下茶园地表径流氮磷养分流失特征,于2010年5-10月对等高种植和顺坡种植2种种植模式下茶园地表径流水样进行取样测定,分析径流水样中的氮磷元素各指标的含量、形态特征及其随时间的变化规律。结果表明:无论是顺坡种植还是等高种植,茶园径流中氮素各指标含量的峰值均出现在6月底或7月初,茶园径流中磷素各指标含量的峰值出现在6月底、7月初或9月初。在整个监测时期内,等高种植茶园径流中总氮、硝氮、铵氮含量分别比顺坡种植茶园低8.54%～43.01%,4.05%～46.70%,5.92%～33.19%,但2种种植模式间不存在显著差异;等高种植茶园径流水中总磷、可溶态总磷、颗粒态磷的含量分别比顺坡种植低8.51%～31.07%,0.39%～17.91%,8.45%～36.86%,2种种植模式之间径流水中总磷、颗粒态磷含量存在极显著差异,可溶态磷含量不存在显著差异。无论是顺坡种植还是等高种植,硝态氮均为茶园氮素地表径流流失的主要形态,颗粒态磷则是茶园磷素地表径流流失的主要形态。总的来说,等高种植模式能有效地截留茶园氮磷营养元素,防止其随地表径流流失。     

洋河流域缓坡地土壤磷素径流输出特征

坡面径流和侵蚀泥沙是磷素进入洋河水库的主要非点污染源。根据洋河流域多年的降雨特点，通过对天然降雨资料分析和人工模拟降雨，对该流域缓坡地表径流中磷素输出进行了初步的研究，结果表明；洋河流域缓坡地土壤磷素流失以颗粒态磷为主，不同土地利用方式下洋河流域缓坡地地表径流中不同形态磷含量的大小顺序为：小麦-玉米连作地〉高产玉米地〉低产玉米地〉次生灌木林地；随着降雨强度的增加．径流中颗粒态磷的含最逐渐增加，但Ortho-P的含量却下降；不同植被覆盖度下坡面地表径流中颗粒态磷和TP的含量．随着植被覆盖虚增大而减少，但径流中Ortho-P的含量则随着覆盖度的增加而增加。     

基于水文和土壤侵蚀模型评估植被过滤带净化径流中氮磷的效果

为了方便快速地评估单次径流条件下植被过滤带对污染物氮、磷的净化效果,该文设计了地表径流的模拟放水试验,分析了泥沙与颗粒态污染物的相关性,依据土壤混合层概念简化了土壤污染物的输移,建立了植被过滤带对污染物作用效果的估算模型。结果表明:径流中颗粒态氮、磷含量与泥沙含量有显著相关性(P0.05),据此建立线性相关方程,估算出植被过滤带对颗粒态污染物的净化效果,其86%以上样本的颗粒态氮、磷质量浓度模拟偏差均在±20%之内;溶解态氮、磷的迁移分两部分,即发生于坡面地表径流中和土壤混合层中,分别根据质量平衡原理建立方程对溶解态污染物的迁移进行了模拟,验证得到83%以上样本的溶解态氮质量浓度模拟偏差在±20%之内,67%以上样本的溶解态磷质量浓度模拟偏差也在±20%之内,研究表明,可以基于土壤混合层概念和水文及土壤侵蚀模型对植被过滤带净化效果进行评估。     

Dynamic changes of nitrogen and phosphorus losses in ephemeral runoff processes by typical storm events in Sichuan Basin, Southwest China

This study was carried out in the Xujiawan watershed in Sichuan Province, China. The area is characterized by easy weathering of bedrock (sedimentary sandstone and shale) and vulnerability to erosion due to coarse soil texture and weak soil structure. The objective of this study was to understand the dynamics of nitrogen (N) and phosphorus (P) losses during typical storm events. The results showed that runoff generation was sudden and ephemeral, giving rise to flash floods with sharp, narrow hydrographs and short time lags in this type of agricultural ecosystems. The time lag effect of runoff formation depended on soil conditions before storm events. Suspended solids (SS) concentration peaks occurred at the beginning of the storm flow and decreased as rainfall progressed. Meanwhile, SS losses increased at the beginning of runoff flow, then decreased due to flow volume change. Concentrations of NO₃⁻-N were four times higher than NH₄⁺-N in runoff. NO₃⁻-N concentrations first decreased as runoff volume increased until reaching relatively low concentrations, then increased again as runoff volume decreased. Both NH₄⁺-N and dissolved phosphorus (DP) in runoff remained at low concentrations with a small magnitude of variation. Suspended particulate nitrogen (SN) was the dominant N form. Losses of NO₃⁻-N were higher than NH₄⁺-N in the dissolved nitrogen (DN). Suspended particulate nitrogen losses were several times higher than DN in the early period of runoff formation, but the ratio of SN/DN decreased gradually as rainfall progressed, and by the end of the storm event the rate was lower than 1, indicating DN took the main form after the early physical flush. In the early period of storm events, suspended particulate phosphorus (SP)/DP was above 70 and decreased as rainfall progressed, but remained higher than 1, which showed that SP was the main form of P loss. The transport of N, and particularly P, was intimately linked to sediment in the runoff, indicating an obvious soil erosion-associated nutrient transport, especially in relation to P loss.