永定河流域农业土壤氮磷损失的计算及分析

为了解决当前农业生产过程中氮磷损失量计算过程中存在的不确定性问题,该文结合硝酸盐、铵盐与土壤颗粒结合类型的差异,从氮循环的角度定量评价降雨径流作用下的土壤氮损失量;结合磷元素的运移与土壤类型密切相关的特性,通过对土壤中的溶解态、颗粒态磷质量分数进行计算,确定农田径流量对应下的土壤磷损失量。永定河流域化学肥料施用量过大,致使土壤总氮损失量为96kg/hm2,总磷损失量为9kg/hm2,研究区内部的氮磷损失量数值差异较大。由于流域氮磷损失量计算方法充分考虑了流域土壤及施肥特性,因此,计算结果具有一定的合理性和适用性。本研究为土壤氮磷损失计算以及流域农业生产面源污染的源头控制提供依据。     

Climate‐strategic agriculture and the water‐soil‐waste nexus

Adoption of input‐responsive varieties enhanced food production during the second half of the 20th century. However, even bigger challenges lie ahead because of the growing societal demands. For example, the global population of 7.2 billion in 2013 is projected to reach 9.2 billion by 2050 and stabilize at 10 billion by 2100. The growing and increasingly affluent population, with preference towards more and more meat‐based diet, is likely to jeopardize the finite, fragile, and dwindling soil and water resources which are already under great stress in densely populated countries in Asia and elsewhere. Economic growth and increase in gross domestic product also lead to generation of waste or by‐products, along with contamination and eutrophication of water resources. International trade in food/feed products also involves transfer of virtual water, which is a serious issue when water‐scarce countries export virtual water to water‐endowed countries. The problem is confounded by the present and future climate change driven by the growing energy demands of the carbon civilization. Thus, adaptation to climate change represents both a threat and an opportunity for sustainable development. Adaptive strategies must be sustainable socially and environmentally and advance the Millennium Development Goals, while buffering agroecosystems against extreme climate events (e.g., pedologic, agronomic, and ecologic drought). Thus, recognizing and addressing the water‐soil‐waste nexus is important to achieving climate‐strategic agriculture. Sustainable intensification of agroecosystems, producing more per unit consumption of essential resources, must consider judicious management of hydrological and biogeochemical cycles (C, N, P, S). The soil C pool must be managed and enhanced to offset anthropogenic emissions, and mitigate/adapt to the climate change. The pace of adoption of recommended land use and soil‐/plant‐/animal‐management practices can be kept at par with advances in scientific knowledge through continuous dialogue between scientists on the one hand and policy makers / land managers on the other to translate research data into policy and action plans.     

气候变化对中国农业用水和粮食生产的影响

全球气候变暖作为一个不争的客观事实,不可避免地会对中国农业用水和粮食生产产生影响。该文分别采用Palmer干旱指数（PDSI）、单位灌溉面积用水量（GIQ）、单位面积粮食产量（PHGO）作为气候变化、农业用水和粮食生产具体度量指标,分析了中国1949－2005年PDSI、GIQ、PHGO年际变化特征及其相关关系,发现在1949－1983年PHGO和1949－1990年GIQ均与PDSI具有较好线性相关关系,表明气候变化在上述时间段对农业用水和粮食生产影响显著,人为因素（技术进步、政策机制、生产投入等）影响相对较小。依据相关关系对1949－2005年GIQ和PHGO进行预测发现,1991－2005年GIQ和1984－2005年PHGO预测值与实际值拟合程度较差,表明人为因素（技术进步、政策机制、生产投入等）在农业用水和粮食生产中已逐渐占据主导地位,对农业节水平均影响率达27%以上,对粮食增产平均影响率达40%以上。通过技术创新、政策机制保障和生产投入增加等人为因素控制,可在一定程度上缓解气候变化对中国农业用水和粮食生产带来的负面影响。     

不同培肥模式下闽东茶园水土及其氮磷流失特征

[目的]研究不同培肥模式对闽东茶园水土及其氮磷流失的影响,为该区茶园水土流失评价及防控提供科学依据。[方法]通过径流小区试验,设置6个处理:全量化肥(NPK),半量化肥+半量有机肥(1/2NPKOM),全量有机肥(OM),全量化肥+豆科绿肥(NPKL),半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥(1/2NPKOM+L)和不施肥(CK)。[结果]不同培肥处理下径流流失量的大小顺序为:OM1/2NPKOMCKNPKL1/2NPKOM+LNPK,泥沙流失量表现为:OM1/2NPKOMNPKLCKNPK1/2NPKOM+L;OM处理中径流携带的全氮、可溶性氮、硝态氮、铵态氮、全磷、可溶性磷等氮磷组分的流失量均较高,而1/2NPKOM+L中这些氮磷组分流失量则相对较低,且泥沙结合态的全氮、全磷流失量在各处理中也有类似的变化规律。[结论]1/2NPKOM+L处理在减控茶园水土及其氮磷流失方面具有良好的保土保肥效果。     

红壤坡地果园不同水土保持措施对磷素流失的影响

在坡度为25%的江西红壤坡地果园,采取了7种不同水土保持措施,并设对照(全园裸露)进行比较,研究其磷素流失特征,结果表明:(1)在不同水土保持措施的作用下,红壤坡地果园土壤磷素流失差异明显,流失最严重的为对照,最轻的为百喜草全园覆盖;对照磷素流失量是7个不同水土保持措施磷素流失平均量的3.4倍,是百喜草全园覆盖的8.5倍。(2)可溶性磷(DissolvedPhosphorus,DP)是试验中磷素流失的主要形式,占处理与对照组磷素年流失总量的75.5%,泥沙结合态磷(ParticulatePhosphorus,PP)只占流失总量的24.5%,其中水平式梯田梯壁植草、百喜草全园覆盖、百喜草带状覆盖及敷盖3种处理中,磷流失总量的100%是DP。(3)红壤坡地果园土壤磷素流失存在着明显的时间发生特征,占总流失量的80.9%,发生在4～7月(雨量主要分布季节),各处理的磷素流失量与降雨量的相关系数都在0.91以上。     

气候变化对中国农业气象灾害与病虫害的影响

在前人研究的基础上结合中国统计局《中国农业统计年鉴》1978－2007年主要农业气象灾害成灾面积、经济损失等资料与全国气象站点气象要素资料,总结了气候变化对我国农业气象灾害发生发展的影响,各类农业病虫害由于气候变暖特别是暖冬出现的新的变化发展趋势。结果表明,在已有气候变暖的影响下,绝大部分农业气象灾害危害加重、发生频繁,特别是极端气候事件发生频率加大,极大的威胁着中国粮食生产的安全。气候变化对农业病虫害的影响也是如此,气候变暖造成病虫害发生世代数增加,危害范围扩大,为害程度加重,给农业病虫害的综合防治带来困难。未来农业气象灾害、病虫害会更加频繁,使农业生产的不稳定性加大,应予以积极应对。     

水土保持措施和气候变化对汾河水库入库径流贡献定量分析

利用汾河水库1956-2004年入库径流和降雨量资料,在采用统计学方法探讨径流和降雨变异分析的基础上,建立双累积曲线模型,分离出了降水变化和水土保持措施分别引起的径流变化量,在定义贡献率的基础上,分析水土保持措施和气候变化对径流演变的贡献。结果表明,1956-2004年49年来汾河水库入库径流和降雨均呈减少的趋势,但径流减少趋势明显;以入库径流突变年份为界将研究时段分为2段（1956-1982年和1983-2004年）;水土保持措施的实施致使径流减少24.8mm,贡献率为87.1%,降雨减少致使入库径流减少3.7mm,贡献率为12.9%。流域内从20世纪80年代初开始的水土保持措施实施改变了水库上游流域的水文循环过程。     

水土保持优势植物生长的分析研究

在第四纪红粘土水土流失区水土保持坡面绿化实践中。总结出实现生物多样性的植物群落组合系列。主要有刺槐-胡枝子-百喜草系列;柏木-紫穗槐-长叶画眉草系列;木荷-胡枝子-假俭草系列;樟-多花木兰-百喜草系列;枫香-胡枝子-百喜草系列等。生物多样性群体的建立有利于增大环境容量,抑制植物虫害发生和缓解植物的早衰现象发生。利用优选植物种实现土壤流失坡面绿化,必须采用正确的实施方法,而公顷施750～1125kg钙镁磷肥是不可缺少的。     

丹江口库区土壤氮磷养分流失特征

[目的]研究丹江口库区土壤的水土流失和非点源污染物氮磷流失的特点,为农业非点源污染模型的建立提供理论依据。[方法]通过室内人工模拟降雨试验,研究了坡度和施肥等处理对产流产沙、氮磷养分(硝态氮、铵态氮、总氮、有效磷和总磷)流失特点的影响。[结果](1)随着坡度的增加,平均入渗率和初始产流时间呈减小趋势,而径流总量和泥沙总量呈增加趋势。(2)相同施肥处理下,随着坡度的增加,泥沙中硝态氮、总氮、有效磷和总磷的流失浓度呈减小趋势,铵态氮流失浓度在不施氮肥条件下呈减小趋势,而在施氮肥处理下呈增加趋势。(3)在相同坡度条件下,随降雨时间推移,总氮浓度呈先减小后趋于稳定的趋势;铵态氮浓度随施肥处理的变化均呈现出波浪形变化;在施氮肥时,径流中硝态氮的浓度随着时间的推移,呈逐渐减小并趋于平缓的趋势,而在不施氮肥时几乎无变化。[结论]在不同施肥措施和坡度条件下,硝态氮主要随径流而流失,为随泥沙流失的8~11倍;铵态氮主要是随径流泥沙而流失,为随径流流失的1~17倍;总氮则是随径流和径流泥沙共同流失;有效磷和总磷都是以泥沙结合态流失为主,分别为随径流流失的1 000~6 200和1~3倍。     

贵州持续农业中的土壤肥力与水土保持问题

贵州农村经济基础较薄弱,迫于人口迅速增长的压力。滥垦滥伐、广种薄收,导致水土流失加剧,土壤肥力下降,石质荒漠面积不断扩大,生态环境恶化,严重地阻碍了农业生产持续稳定的发展。实践经验证明,采用先进的农业科学技术,增加物资投入,实行集约经营,农作物产量和农民收入能大幅度增长,为调整农作物种植结构、解决农林牧业争地矛盾、合理利用土地资源、改善农村生态环境创造了条件;而增施肥料、提高土壤肥力与推广生物梯化、加速坡改梯进程又是实现农田集约经营,促进我省水土保持与农业持续发展的前提与基础。     

云南坡耕地红壤地表径流氮磷流失特征定位监测

选取南方典型坡耕地红壤为试验区,采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,于2008—2010年连续3 a对不同农业管理方式下地表径流及氮磷流失特征进行田间实地监测。结果表明,试验区域干湿季极其分明,3 a平均降雨量为838.6 mm,主要集中在5月到10月,坡耕地红壤地表径流、养分流失时间、流失量与降雨量之间具有显著的相关性,在常规施肥处理下径流量和氮磷流失量之间呈极其显著的指数相关性,相关系数分别为R=0.897 4＊＊和R=0.529 7＊＊。坡耕地红壤地表径流量、径流系数及氮磷流失量变化规律一致,不施肥条件下,总氮、总磷流失量最大,优化施肥、揭膜、横坡垄作及秸秆覆盖等农艺措施能降低氮、磷流失量,尤其是横坡垄作种植,相对于顺坡垄作氮、磷流失总量降低了2/3左右。不同处理之间径流中各种形态氮磷含量无显著差异,说明不同农业措施主要通过地表径流流失量而影响坡耕地地表径流氮磷流失量的多少。坡耕地红壤地表径流氮磷流失以颗粒态为主,TDN占TN比例年均为24.58%,TDP占TP的比例年均为7%,TN流失量是TP的3倍左右;优化施肥和揭膜条件下可溶性氮磷所占比例增加,横坡垄作和秸秆覆盖条件下降低。在可溶性氮素中,NO3-N、NH3-N占TN的比例年均分别为8.41%、12.65%,但是2009、2010年NH3-N均小于NO3-N。因此,关于坡耕地地表径流不同流失氮素形态的影响因素较多,目前研究结果不确定,且年际之间差异较大,尚需要进一步研究。     

翻耕除草对不同坡长下紫色土氮磷流失的影响

为揭示自然降雨下翻耕除草和坡长对紫色土氮、磷流失的影响,通过野外设置径流小区(2个坡面:翻耕除草与自然恢复;3种坡长:20,40,60 m,共9个小区),定位监测研究不同处理下产流产沙及氮、磷流失特征。结果表明,同一坡面不同坡长间产流产沙差异不显著(P0.05);同一坡长不同坡面处理小区的径流量、产沙量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面20,40,60 m坡长小区径流量分别减少77.55%,62.62%,79.56%,产沙量分别减少85.21%,94.97%,96.25%。仅在40 m坡长下,不同坡面处理径流中DN、DP流失量差异不显著(P0.05),其他坡长DN、DP流失量差异显著(P0.05);各坡长不同坡面处理下泥沙中TN、TP流失量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面处理径流中DN、DP流失量分别减少75.13%,80.22%,泥沙中TN、TP流失量分别减少96.07%,96.38%。在翻耕除草坡面处理下,降雨强度与径流量、产沙量及泥沙中的TN和TP流失量呈极显著幂函数关系;在自然恢复坡面处理下,上述关系均不显著。研究结果可为紫色土氮、磷流失及面源污染防治等提供理论参考依据。     

放水冲刷条件下工程边坡产流产沙及氮磷输出特征

为揭示工程堆积体平台汇流造成的水沙及氮磷养分流失特征,以矿区堆土场为研究对象,采用室内放水冲刷试验,研究不同上方来水流量(1.7,2.3,2.9 L/min)和坡度(25°,30°,35°)下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙产生过程,分别测定氮磷养分浓度并计算流失量及贡献占比。结果表明:蒙东地区覆土排土场边坡产流方式主要为地表径流,随坡度和冲刷流量的增大,地表径流量增大,壤中流量减小。产沙量随坡度的增大先增大后减小,侵蚀产沙的临界坡度在30°附近。地表径流中铵态氮及磷酸盐流失浓度均大于壤中流,硝态氮浓度在冲刷流量较大(2.9 L/min)时低于壤中流。径流中磷酸盐及侵蚀泥沙中氮磷损失均随坡度的增大先增大后减小。冲刷流量越大,地表径流及侵蚀泥沙中的氮、磷流失量越多。径流中养分流失量表现为硝态氮＞铵态氮＞磷酸盐。侵蚀泥沙是磷酸盐的主要输出途径,占流失总量的59.69%以上;氮素流失量仅在坡度30°时表现为侵蚀泥沙中最大,在25°,35°坡面,地表径流为氮素的主要流失途径,小流量(1.7,2.3 L/min)时壤中流输出的氮素次之。     

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。     

横坡耕作与优化施肥对缓坡地氮磷流失特征和土壤肥力的影响

[目的] 分析在优化施肥和采取横坡耕作条件下,缓坡耕地的氮磷流失特征和土壤肥力变化,为减少氮磷流失,控制面源防治提供依据,为保护耕地资源、保持土壤肥力质量提供参考。[方法] 以云南省山地丘陵区缓坡地为研究对象,在自然降雨条件下,采用建立地表径流监测小区的方法,设置顺坡耕作+常规施肥;横坡耕作+常规施肥;横坡耕作+优化施肥3种处理,对2019年1月至2021年12月不同耕作与施肥方式下氮、磷流失特征进行了连续监测,采用灰色关联法分析土壤肥力质量。[结果] 氮、磷流失量与降雨量、径流量间存在极显著(p＜0.01)线性相关关系,横坡耕作相比于顺坡耕作可以减少20.46%～40.74%的地表径流,19.12%～33.71%的总氮流失量,33.33%～60.08%的总磷流失量;优化施肥相比于常规施肥可以减少1.20%～51.71%的总氮流失量;各土壤肥力因子除硝态氮和有机质含量减少外,其他均表现为不同程度的提高;各处理下的灰色关联度均表现为不同程度的提高,横坡耕作、优化施肥处理下灰色关联度提高显著(p＜0.05),提高幅度达26.63%。[结论] 横坡耕作对于拦截地表径流和减少氮、磷流失具有良好的效果。采用横坡耕作+优化施肥处理对于提高土壤肥力水平以及减少氮、磷流失量效果最优。     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。     

生物梯化的水土保持措施效应研究

贵州是一个亚热带山区省份,73%的土地在喀斯特地区范围内,生态系统脆弱,水土流失严重。为保护土壤资源,于1991～1994年开展了本项试验研究。研究结果表明,在17～23°的坡地上,裸地处理年径流量和土壤侵蚀量分别达3778～5503m³/hm²和1194lt/km²;传统种植法土壤侵蚀量达5779～9545t/（km²·a）,随水土流失所带走的养分（N、P₂O、K₂O）达947～1616kg/（hm²·a）。特别是条带种植法（生物梯化）保护水土资源的显著效果,在栅篱作物种植以后,条带种植处理与传统种植法相比较,1991～1994年其土壤侵蚀量分别减少19.3%、82.2%、77.9%与100.0%,是一项经济有效有发展前景的水土保持增产措施。     

漳河灌区不同阶段土壤侵蚀及氮磷流失量研究

土壤氮磷流失是污染生态环境和困扰农业生产发展的一个重要问题。针对湖北省漳河灌区的土壤特征和土地利用方式,应用RUSLE模型计算了灌区1952—2010年共4个阶段的土壤侵蚀量及氮磷流失量,结果表明:灌区开灌后土壤侵蚀量由第一阶段的1026375t/a增加到第四阶段的1978054t/a;氮、磷流失模数由9.53kg/(hm2.a)和11.91kg/(hm2.a)分别增加至13.03kg/(hm2.a)和16.29kg/(hm2.a),总体均呈现逐渐增加的趋势。这说明灌区土地利用变化等对土壤流失和氮磷流失具有一定的影响,加强灌区土地利用管理和施肥管理,对于减轻土壤侵蚀和减少农业非点源污染有着重要的意义。     

流溪河水库流域碳氮营养盐浓度的时空变化特征及其影响因素

流溪河水库流域是亚热带典型的山地河源区,研究此流域的碳氮营养盐浓度时空变化特征及其影响因素对揭示亚热带流域生物地球化学循环与保障水资源供给具有重要意义.基于地形、气象、土地利用、土壤和实地采样获得的水质数据,采用相关分析及Elastic Net回归分析法,探讨了流溪河水库流域溪流碳氮营养盐浓度的时空变化特征及其影响因素...     

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。