三峡库区坡耕地免耕秸秆覆盖下氮磷流失特征

为有效防治三峡库区坡耕地氮磷流失,在三峡库区长坪小流域连续进行两年野外径流小区监测试验。在自然降雨条件下进行免耕秸秆覆盖(SM)和对照(CK)两个处理的田间试验,研究了免耕秸秆覆盖措施对地表径流和氮磷养分流失的影响。结果表明：(1)降雨量与径流量极显著正相关,径流主要由几次暴雨事件造成,需要重点防范玉米季暴雨造成的水土流失。免耕秸秆覆盖能减少地表产流产沙,相比对照处理,免耕秸秆覆盖减少19.1%的径流流失,减少63.6%的泥沙流失。(2)免耕秸秆覆盖分别降低了21.3%,25.8%的总氮和总磷流失量,径流量和氮磷流失量呈极显著正相关,免耕秸秆覆盖主要通过减少径流量来减少氮磷流失。(3)坡耕地油菜—玉米种植制的氮磷流失风险期为6—7月初,该时期CK处理41.3%的径流量贡献了81.4%,52.1%的总氮和总磷流失,SM处理38.4%的径流量贡献了75.2%,48.2%的总氮和总磷流失,在该时期通过免耕秸秆覆盖可分别减少17.5%,31.7%的总氮和总磷流失。研究表明,免耕秸秆覆盖是控制三峡库区坡耕地氮磷养分流失的良好水土保持措施。     

沿海平原区耕作措施对土壤养分流失的影响

土壤营养元素组成对作物生长起着至关重要的作用,其流失会对土壤肥力和水质产生负面影响.采用电感耦合等离子体光谱法(ICP-OES),测定花生-棉花轮作农田条播耕作(ST)和常规耕作(CT)小区地表径流和壤中流水样中钙(Ca)、铁(Fe)、钾(K)、镁(Mg)、锰(Mn)、钠(Na)、磷(P)、硫(S)、硅(Si)和锌(Z...     

不同栽培模式对氮磷钾养分径流流失的影响

为了寻求提高肥料利用率、降低养分流失、减少环境污染的最佳种植模式,在广西丘陵坡耕地进行定位观测,研究广西主要经济作物、农民常规施肥和主要种植模式下的坡耕地养分径流流失特征,结果表明,木薯+玉米模式径流水中的总磷、总钾、硝态氮流失量最大,其次为总氮、铵态氮;木薯+花生模式径流水中的养分流失量除总磷（245.1 g/hm²）最多外,其他养分流失量均较少,氮素流失以硝态氮为主,占总氮的50%以上。产生径流量最多的模式是木薯+花生为60 974 L/hm²,其次是甘蔗模式为58 583 L/hm²,最少的模式是木薯+玉米为52 676 L/hm²;木薯+玉米种植模式下作物吸收氮、磷、钾的量最多（7月13日）,甘蔗吸收氮、磷、钾的量均是最多的（11月13日）。三种种植模式中施肥量最大的是木薯+玉米,其次是木薯+花生,甘蔗是最少的。养分氮、磷径流率最大的均为甘蔗单种模式,养分钾径流率最大的为木薯+玉米种植模式。     

覆盖作物翻压对华北平原春玉米产量和土壤养分的影响

冬季覆盖作物-春玉米种植模式是减缓华北平原冬小麦减少导致的耕地裸露及其环境影响的新型农业生产方式,但其翻压后对华北平原下一季春玉米生长季作物产量和土壤养分及微生物学性质的影响研究鲜见。本研究以华北平原冬闲田-玉米(WFM)为对照,设置毛叶苕子-玉米(VrM)、二月兰-玉米(OvM)以及冬油菜-玉米(BcM)3个覆盖作物处理,通过盆栽试验研究了冬季种植覆盖作物翻压对玉米生长季土壤理化性质、微生物量和玉米生长特性的影响。结果表明:(1)翻压覆盖作物显著提高了玉米产量以及作物养分吸收量。与WFM处理相比,OvM处理秸秆产量和籽粒产量提高幅度最大,分别为33.3%和35.5%(P0.05);BcM处理地上部氮、磷、钾和地下部磷素吸收量显著提高(P0.05),分别为30.7%、74.7%、57.6%和171.4%。(2)翻压覆盖作物能显著提高0～10和10～20 cm土层有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全钾含量(P0.05)。此外,翻压覆盖作物能显著降低玉米幼苗期土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量(P0.05),范围为0.50～3.52和21.40～33.13mg·kg~(-1)。(3)在玉米的不同生育期,覆盖作物翻压处理的SMBC、SMBN和SMBP均显著高于冬闲处理(P0.05)。综合翻压覆盖作物对华北平原玉米产量及土壤理化性质和微生物量含量的影响,华北平原冬油菜-玉米和二月兰-玉米轮作模式效果较好。     

排水管理对作物产量和N损失的影响

近年来,水质安全备受关注,而影响水质的一个重要因素便是农业管理中N肥的使用。为了提高水质,在农业操作中使用控制排水管理。2006~2009年4 a间采用控制排水管理(DWM),观察效果。结果表明,DWM处理的平均流量较传统自由排水(CNV)下降21%,NO3质量浓度没有显著下降,NO3损失下降29%,玉米产量没有差异,大豆平均产量增加8%。但DWM管理增加的效益不足以弥补DWM设备费及其安装成本,不能有效地鼓励农民采用DWM。为此,推广DWM提升水质量,其限制因素是控制结构安装位置的坡度需小于0.8%,并需要项目支持。     

加速土壤侵蚀对养分流失的影响

Soil erosion and nutrient losses on newly-deforested lands in the Ziwuling Region on the Loess Plateau of China were monitored to quantitatively evaluate the effects of accelerated soil erosion, caused by deforestation, on organic matter, nitrogen and phosphorus losses. Eight natural runoff plots were established on the loessial hill slopes representing different erosion patterns of dominant erosion processes including sheet, rill and shallow gully （similar to ephemeral gully）. Sediment samples were collected after each erosive rainfall event. Results showed that soil nutrients losses increased with an increase of erosion intensity. Linear relations between the losses of organic matter, total N, NH4-N, and available P and erosion intensity were found. Nutrient content per unit amount of eroded sediment decreased from the sheet to the shallow gully erosion zones, whereas total nutrient loss increased. Compared with topsoil, nutrients in eroded sediment were enriched, especially available P and NH4-N. The intensity of soil nutrient losses was also closely related to soil erosion intensity and pattern with the most severe soil erosion and nutrient loss occurring in the shallow gully channels on loessial hill slopes. These research findings will help to improve the understanding of the relation between accelerated erosion process after deforestation and soil quality degradation and to design better eco-environmental rehabilitation schemes for the Loess Plateau.     

AMF和间作对作物产量和坡耕地土壤径流氮磷流失的影响

坡耕地氮、磷流失是导致河湖污染的主要因子。该文在坡耕地开展田间小区试验,定量研究了丛枝菌根真菌(AMF)与玉米大豆间作系统对径流氮、磷流失的协同削减贡献,可为滇池流域农业面源污染控制提供科学理论依据。结果表明,与单作玉米-抑菌处理相比,间作玉米-未抑菌处理显著提高了玉米的生物量;与单作-抑菌处理相比,玉米大豆间作-未抑菌处理均显著增加了植株茎叶、籽粒磷吸收量及茎叶、根系氮吸收量。与单作玉米-抑菌处理相比,间作玉米-未抑菌处理的土壤全磷、全氮的削减量分别为0.25、0.11 g/kg,径流总磷、总氮浓度的削减量分别为0.13、12.94 mg/L;与单作大豆-抑菌处理相比,间作大豆-未抑菌处理的土壤全磷、全氮的削减量分别为0.07、0.11g/kg,径流总磷、总氮浓度的削减量分别为0.27、24.80mg/L。与单作大豆-抑菌处理相比,玉米大豆间作-未抑菌处理的总磷、总氮流失量分别减少了0.51、19.93 kg/hm~2。经相关分析可知,径流颗粒态磷浓度与植株各部分磷吸收量均呈负相关,且与土壤全磷、速效磷含量也呈负相关性;径流各形态氮浓度与植株各部分氮吸收量、菌丝密度和球囊霉素均呈负相关。可见,丛枝菌根真菌协同玉米大豆间作模式能够通过促进植株对氮、磷养分的吸收而减少土壤氮、磷的残留,进而阻控了氮磷随径流迁移的损失。     

不同农作措施对黄绵土坡耕地地表径流养分流失及玉米产量的影响

选取典型黄绵土种植区域,通过自然降雨径流小区田间实测方法,研究了不同种植模式及施肥量下地表径流的氮、磷流失特征及玉米产量,结果表明:横坡平作的产流量和产流系数高于垄作,平作不利于遏制坡耕地地表径流;施肥增加了地表径流中氮、磷的质量浓度,优化施肥的4个处理地表径流中流失的总氮和总磷的平均质量浓度为12.421和0.253 5 mg/L,较对照分别增加38.52%和102.80%;优化施肥的4个处理中优化施肥+全膜双垄沟+免耕(OPT+TR+FM+NT)处理总氮、总磷流失量最小,分别为2.756 3和0.051 3 kg/hm2,氮、磷流失系数也最小,分别为0.229 4%和0.028 1%;OPT+TR+FM+NT处理玉米产量最高,达到6 907.78 kg/hm2,较对照增产19.53%。综合考虑,陡坡地种植稀播作物的最佳模式为OPT+TR+FM+NT。     

种植方式对玉米大豆套作体系中作物产量、养分吸收和种间竞争的影响

为探寻玉米-大豆套作体系下作物间的资源竞争关系,揭示玉米-大豆套作系统的增产机理,本研究以玉米-大豆套作系统(简称玉豆套作)为对象,通过2 a大田定位试验,研究了玉豆套作带状连作(A1)、玉豆套作带状轮作(A2)、玉豆套作等行距种植(A3)、玉米单作(A4)、大豆单作(A5)5种种植方式对玉米、大豆的产量、养分吸收及种间竞争能力的影响。结果表明,与单作和等行距种植相比,带状种植的玉米产量降低、大豆产量显著增加,A2的大豆产量分别比A5和A3高25.5%和89.2%。与带状连作相比,带状轮作促进玉米增产和对N、P、K的吸收,玉米籽粒产量及植株N、P、K的吸收总量分别提高7.5%、18.5%、9.1%、14.1%。与大豆单作相比,带状套作显著增加了大豆的经济系数和养分收获指数,A2的经济系数和植株N、P、K收获指数分别增加40.9%、11.9%、20.6%、39.9%。带状种植方式下,玉米对N、P、K的竞争力弱于大豆(Ams0,CRms1),但带状轮作提高了玉米的种间竞争力和营养竞争比率。玉米-大豆套作体系下,相对带状连作和等行距种植,带状轮作种植有利于玉米与大豆间的和谐共生,促进了玉米、大豆对养分的吸收,提高了系统的产量和土地当量比率(LER)。     

耕层增减对作物产量、养分吸收和土壤养分状况的影响

试验于2012—2015年在淮北平原中部的濉溪县展开,设原始耕层(TS)、在原始耕层厚度上人工削减5 cm(TS-5)和在原始耕层厚度上人工增加5 cm(TS+5) 3个处理。在玉米和小麦成熟期采样分析和田间测产,在3季小麦收获后分别采集0~20 cm土层土样进行分析,明确耕层厚度变化对玉米–小麦轮作体系作物产量、养分积累的影响和土壤养分含量的变化规律。结果表明,耕层减少5 cm处理明显降低玉米–小麦轮作体系作物产量和N、P2O5、K2O积累量,与原始耕层处理相比,分别下降了5.61%和8.31%、5.65%、18.38%;耕层增加5cm后作物产量和各养分积累量均未出现显著变化。第1个轮作周期结束时,耕层减少5cm处理的土壤有机质、全氮和速效钾含量明显低于原始耕层处理;而经过3个轮作周期,土壤有机质含量仍处于较低水平,全氮和速效钾含量逐渐回升,与原始耕层对应指标已无显著差异。耕层增加5cm处理明显提高了土壤有机质和各养分含量,并在3个轮作周期后仍处于较高水平。综上,耕层厚度减少5 cm会降低玉米–小麦轮作体系作物产量、各养分积累量和土壤有机质含量,并在短期内难以恢复;增加5 cm耕层虽然能改善土壤养分状况,但对作物产量和养分积累量的提高没有明显效果。     

不同尺度下梯田果园地表径流养分流失特征分析

为了研究尺度变化对红壤区梯田果园养分随地表径流流失的影响,通过2011年4–9月份在江西省水土保持生态科技园的野外试验,对比分析了径流小区尺度(处理1)和自然大坡面尺度(处理2)在2种典型降雨下的产流、产沙以及N、P流失特征。结果表明:具有相似下垫面条件的处理1和处理2相比,中雨型条件下处理2单位面积产流、产沙量分别为处理1的23.09%、13.63%,大雨型条件下处理2单位面积产流、产沙量分别为处理1的27.49%、13.72%,其产流产沙过程基本一致,都是随着降雨强度的变化而变化;各处理养分流失主要集中在产流初期,后期逐渐趋于稳定。     

秸秆和作物覆盖对土壤流失的影响

人们普遍认为,由于地面上的作物覆盖和秸秆覆盖减小了雨滴对土壤的打击力,又减少了暴雨径流,因而是影响土壤侵蚀的主要因素.本试验对这两个变量如何影响细沟侵蚀作了研究.     

间作条件下秸秆覆盖对玉米叶片光合特性和产量的影响

为明确间作和秸秆覆盖结合在作物增产方面的效应,采用双因素大田试验,通过设置2种种植模式[玉米单作(M)、玉米大豆间作(I)]和4种秸秆覆盖水平[0(S0)、4 000 kg·hm-2(S1)、8 000 kg·hm-2(S2)和12 000 kg·hm-2(S3)],研究秸秆覆盖和间作对玉米叶片生理特性和产量的影响。结果表明,覆盖和间作有利于增加玉米叶片长、宽和单株绿叶面积,其中覆盖处理S2和S3与不覆盖处理S0的差异显著,且覆盖的效果大于间作。玉米叶片含水量基本不受间作影响,但受覆盖的显著影响。间作和覆盖可增加叶片含氮量,在单作下,S3比S0的叶片含氮量在灌浆期和成熟期分别增加25.6%和56.6%,在间作下分别增加30.0%和42.9%,且S3和S0间差异显著。覆盖和间作皆可增加叶片叶绿素含量,且覆盖的效果大于间作,但随覆盖水平提高覆盖的效果降低。覆盖和间作皆有利于改善玉米穗位叶的光合特性,在S0下,间作的光合速率、气孔导度和蒸腾速率在灌浆期和成熟期分别比单作增加13.1%、42.3%、39.3%和46.8%、31.2%、24.5%,而胞间CO2浓度分别下降20.8%和18.4%,且S0下单作、间作差异显著。玉米产量亦明显受到覆盖和间作的影响,且受覆盖的影响更为明显。研究得出,秸秆覆盖和间作在改善玉米叶片性状及生理特性和产量方面发挥着重要作用,但覆盖的效果会随覆盖水平的提高而降低,且间作的效果小于秸秆覆盖。     

降水量对梯田作物产量的影响分析

在分析了降水的年内分布对作物产量的影响之后,运用产量分解的方法,对气象产量与降水量作了相关分析,提出了内蒙古梯田的气象产量与降水量的回归模型。     

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。     

保护性耕作措施对陡坡地养分流失的影响

采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,原位监测了南方紫色土陡坡地(坡度=15°)不同保护性耕作措施对地表径流量、径流水氮磷浓度及养分累积量的影响。结果表明,不同处理径流量及氮磷流失量最大的月份为5月,占全年流失量的40%以上;横坡垄作及横坡垄作+秸秆覆盖均能够降低不同作物生长季及休闲季径流水中的氮磷浓度的均值及最大值。烟草季,常规处理(CK)、横坡垄作(KF)和横坡垄作+秸秆覆盖(BMP)径流水中的总氮浓度分别为3.44、3.37和3.28 mg·L~(-1);甘薯季,CK、KF和BMP 3个处理径流水中总氮的浓度分别为2.79、2.61和2.63 mg·L~(-1);休闲季分别为3.01、2.78和2.64 mg·L~(-1)。KF和BMP优化处理后,全年的径流量从CK处理的5 553 m3·hm~(-2)分别降至5 347 m~3·hm~(-2)(KF)和2 905 m3·hm~(-2)(BMP),其中BMP处理与CK处理之间的差异达到显著水平(P0.05)。与CK处理相比,KF处理径流水中不同形态氮磷的流失量虽都有降低,但二者之间差异未达到显著水平,BMP处理则显著降低了径流水中总氮(TN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)、可溶性总磷(TDP)的流失量(P0.05)。此外,横坡垄作+秸秆覆盖还可以将起始产生径流的最小降雨量从CK处理的26.95 mm提高至67.15 mm。综上结果可以看出,单纯的横坡垄作对陡坡地的养分流失截留效果是有限的,而横坡垄作+秸秆覆盖处理则可以显著减少陡坡地的径流,进而对氮、磷养分的流失产生较好的截留效果。     

稻草编织物覆盖对坡耕地红壤土壤侵蚀和养分流失的控制作用

采用田间小区试验,研究了稻草编织物覆盖在坡耕地红壤水土流失控制上的作用及其对玉米生长的影响。结果表明:在坡耕地红壤上,稻草编织物覆盖能有效抑制土壤侵蚀和养分流失,增加玉米产量。在种植玉米条件下,稻草编织物覆盖比无覆盖处理土壤的径流量和侵蚀量分别降低了38.40%和75.36%,比薄膜覆盖处理土壤的径流量和侵蚀量分别降低了15.41%和5.83%。稻草编织物覆盖侵蚀土壤流失的有机质、全氮、全磷和全钾分别占无覆盖处理流失量的12.04%,12.15%,12.11%和12.48%,薄膜覆盖处理则分别占无覆盖处理流失量的48.66%,52.55%,54.54%和53.37%。对坡耕地红壤地表径流、土壤侵蚀量和养分流失的控制作用效果为稻草编织物覆盖>薄膜覆盖>无覆盖。稻草编织物覆盖在降雨集中时期控制水土流失作用更为显著。稻草编织物覆盖和薄膜覆盖玉米产量分别比无覆盖处理增加8.05%和29.67%。     

半干旱区中耕深松对土壤水分和作物产量的影响

为了提高半干旱区旱作农田对天然降雨的利用率,打破犁底层,增加雨水入渗,达到蓄水保墒、提高作物产量的目的,2008~2009年在朝阳半干旱区对旱地玉米和大豆进行中耕深松试验。研究表明,深松能打破犁底层,降低表层土壤容重和根系穿透阻力,提高土壤孔隙度。与对照相比,深松可以增加土壤含水量并可以提高水分入渗深度,深松区土壤水分入渗深度可达80 cm左右,未深松区土壤水分入渗深度只有40 cm左右。深松使玉米根干重增加幅度为3.6%~6.1%,使大豆根干重增加15.1%,并使大豆主根系入土深度增加3 cm,玉米增产幅度1.9%~11.3%,在干旱年份增产效果明显,大豆增产19.47%。     

等氮配施有机肥对喀斯特峰丛洼地农田作物产量与养分平衡的影响

基于自2006年在广西喀斯特峰丛洼地区开展的长期玉米/大豆套作定位施肥试验,选择2010—2014年监测数据,探讨等氮量投入条件下,不同比例有机肥替代无机氮肥对喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作系统作物产量及土壤养分的影响,为喀斯特峰丛洼地农田作物高效施肥及提高土壤肥力提供理论依据。试验选取4个处理:对照(不施肥,CK)、平衡施用化肥(NPK)、有机粪肥替代30%化肥氮(C7M3,按氮素计算,不足30%的PK用无机肥补充,肥料总量与NPK处理相同,有机粪肥为牛粪,下同)、有机粪肥替代60%化肥氮(C4M6,按氮素计算,不足60%的PK用无机肥补充),每个处理4次重复。于2010年、2012年、2014年大豆收获后采集土壤样品,测定土壤养分状况。结果表明:1)施肥处理土壤有机质、全氮、速效磷及速效钾含量均高于CK处理,其中C4M6处理有机质含量显著高于NPK处理(P0.05),全氮、速效磷和速效钾含量随着有机粪肥施用量的增加而增加。2)长期不同施肥处理玉米和大豆产量分别是不施肥处理的4.15~4.36倍、2.47~2.58倍。不同施肥处理的增产效果为C4M6NPKC7M3,但施肥处理间差异不显著(P0.05)。3)长期不施肥CK处理玉米产量随着试验年限推移呈下降趋势,降幅为5.45 g·m~(-2)·a~(-1),大豆产量却表现出增加趋势,增幅为1.50 g·m~(-2)·a~(-1)。长期施肥处理中,玉米和大豆产量总体呈增加趋势。4)施肥处理中,玉米季表现为钾素亏缺(NPK处理除外),大豆季表现为氮素亏缺。综合两季作物,只有C4M6钾素表现亏缺,亏缺量为7.9 kg·hm~(-2)。磷素在各施肥处理中盈余量较大,分别为81.2 kg·hm~(-2)(NPK)、83.4 kg·hm~(-2)(C7M3)和74.8 kg·hm~(-2)(C4M6)。综上,在喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作制度下,基于作物产量及土壤养分表观平衡特征提出有机粪肥可以代替部分化肥施用,在玉米季适当"减氮、稳磷和增钾",大豆季"稳氮、减磷和减钾"的施肥措施。     

不同透水状况对坡地土壤侵蚀和养分流失的影响

 为研究坡地物质迁移的重要过程,通过室内人工降雨模拟试验,研究不同透水状况坡地土壤侵蚀和养分流失的过程与机制。研究结果表明:不透水坡地的初始产流时间比半透水和完全透水坡地提前57min,且土壤侵蚀总量大于其余两者土壤侵蚀量之和;在二次降雨条件下,不透水坡地的土壤侵蚀剧烈,土壤侵蚀量大于其他2种状况之和的5倍;在首次降雨过程中3种不同透水状况的径流养分浓度变化表现一致,仅在降雨75min后开始呈现差异;二次降雨过程中径流养分浓度存在显著差异。因此,存在不透水底层或入渗速率低的犁底层坡地,具有潜在的严重土壤侵蚀与磷钾流失趋势,尤其在初始土壤含水量较高的情况下。为合理配置坡地水土保持管理措施和控制养分流失提供参考。