【摘要】：三峽庫區(qū)是長江上游重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)及人口聚集區(qū),也是我國生態(tài)環(huán)境較為脆弱的區(qū)域,其水環(huán)境優(yōu)劣直接影響到長江下游大中城市人民群眾的身體健康和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。三峽庫區(qū)因坡耕地面積大,人地矛盾突出,區(qū)域內(nèi)每年坡耕地產(chǎn)生的泥沙流失量占庫區(qū)總流失量的73%,嚴重威脅到三峽工程的運行年限。因此,控制三峽庫區(qū)土壤侵蝕,減少泥沙入庫量,降低面源污染風(fēng)險,改善旱坡地耕地質(zhì)量迫在眉睫。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中化肥的過量施用是面源污染的重要源頭,化肥的高投入不僅會促進氨氣、氧化亞氮等氣體的排放,而且土壤中盈余的氮素(尤其是硝態(tài)氮)會淋失造成水環(huán)境污染,同時也會影響農(nóng)作物品質(zhì),從而危害人體健康。因此,減少化肥的投入,不僅可以降低水污染、大氣污染的風(fēng)險,減少面源污染尤為重要。目前,關(guān)于減肥配施生物炭或秸稈降低土壤養(yǎng)分流失的研究已有報道,但大多數(shù)研究對象主要集中在水稻土,且以地表徑流研究為主,而對紫色土旱坡地的研究較少。因此,本研究依托中科院成都山地所忠縣石寶寨試驗站,以紫色土旱坡地為研究對象,通過徑流小區(qū)(投影面積100m~2)試驗,分別研究了10°和15°兩個坡度條件下,油菜/玉米輪作不同施肥處理(包括:不施肥(CK)、常規(guī)施肥、優(yōu)化施肥、減量施肥+生物炭(以下稱生物炭處理)以及減量施肥+秸稈(以下稱秸稈處理))的地表徑流和壤中流的流失量、氮素和磷素各種形態(tài)的濃度、流失通量;并結(jié)合油菜和玉米季土壤氮素和磷素的含量以及植株的產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)利用率,進一步分析了生物炭和秸稈還田對降低土壤氮、磷養(yǎng)分流失以及植株效應(yīng)的影響,以期為減少紫色土旱坡地氮、磷養(yǎng)分流失提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)試驗期內(nèi)(2017年11月~2018年10月),同一坡度下,10°小區(qū)各施肥處理中,施秸稈處理總徑流量最小,為9515 L,優(yōu)化處理總徑流量最大(20737 L);15°小區(qū)各施肥處理中,施生物炭處理總徑流量最小(11893L),常規(guī)處理總徑流量最大,為16133L。同一施肥處理下,除施秸稈處理外,其他施肥處理的10°小區(qū)總徑流量高于15°小區(qū)。各施肥處理徑流方式以壤中流為主,壤中流流失量占總徑流的比例可達60.14%~88.56%;施肥均降低了10°和15°旱坡地小區(qū)的泥沙流失量,且坡度越大,效果越明顯,其中施秸稈處理較其他處理均有效降低了旱坡地地表徑流量和泥沙流失量。(2)銨態(tài)氮主要通過地表徑流流失,10°小區(qū)各施肥處理流失通量為0.16~0.85kg·hm~(-2)·a~(-1),地表徑流流失通量占比達到79.91%~94.04%;15°小區(qū)流失通量為0.17~0.69kg·hm~(-2)·a~(-1),地表徑流流失通量占比達到82.23%~96.58%;其中不同坡度小區(qū)均為施生物炭處理流失通量最大,尤其在10°小區(qū)內(nèi)。施肥增加了產(chǎn)流中的顆粒態(tài)氮的濃度,就顆粒態(tài)氮流失通量而言,施肥處理(除施秸稈處理外)表現(xiàn)為15°小區(qū)高于10°小區(qū),其中10°小區(qū)中優(yōu)化處理的最高(1.753 kg·hm~(-2)·a~(-1)),15°小區(qū)中常規(guī)處理(2.874 kg·hm~(-2)·a~(-1))的最大;而施秸稈處理較其他處理降低了10°和15°小區(qū)的顆粒態(tài)氮流失通量。不同施肥處理下產(chǎn)流的全氮濃度和硝態(tài)氮濃度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。硝態(tài)氮是全氮流失的主要形態(tài),且主要通過壤中流流失;在10°小區(qū)中全氮通過壤中流流失占比為86.56%~95.93%,15°小區(qū)占比為72.88%~92.35%。在10°小區(qū)和15°小區(qū)中,均為常規(guī)施肥處理的全氮流失通量最大,分別為61.30 kg·hm~(-2)·a~(-1)和35.58 kg·hm~(-2)·a~(-1),而施秸稈處理全氮流失通量最小,分別為18.31 kg·hm~(-2)·a~(-1)和20.07kg·hm~(-2)·a~(-1)。施秸稈處理降低了紫色土旱坡地氮流失量,而施生物炭處理在降雨量較大時,會增加地表徑流中氮流失量。(3)紫色土旱坡地中,正磷酸鹽主要通過地表徑流流失,10°小區(qū)和15°小區(qū)中,各處理地表徑流的正磷酸鹽流失通量分別占總流失通量的55.35%~87.49%和59.85%~88.83%;施秸稈處理較其他處理有效降低了土壤正磷酸鹽流失通量,與同坡度優(yōu)化施肥處理相比,10°小區(qū)和15°小區(qū)分別下降了63.67%和63.37%;同一處理下,除CK和常規(guī)施肥處理的正磷酸鹽總流失通量表現(xiàn)為15°小區(qū)高于10°小區(qū)外,其他處理呈相反趨勢。施肥會增加顆粒態(tài)磷的流失通量,其中10°小區(qū)中常規(guī)施肥處理提升幅度最大,是10°CK處理的2.06倍,而15°小區(qū)中施生物炭處理提升幅度最大,是15°CK處理的1.34倍;無論10°小區(qū)還是15°小區(qū),施秸稈處理均有效降低了顆粒態(tài)磷流失通量,與對應(yīng)坡度優(yōu)化施肥處理相比分別降低了60.28%和85.56%。全磷主要通過泥沙流失,10°小區(qū)通過泥沙流失的全磷含量占比達到63.74%~78.74%,而15°小區(qū)中占比為53.34%~90.74%,壤中流流失通量占比最小。各施肥處理中,無論10°小區(qū)還是15°小區(qū),施生物炭處理的全磷流失通量均為最大,分別為1.01 kg·hm~(-2)·a~(-1)和1.44 kg·hm~(-2)·a~(-1);而施秸稈處理均為最小,分別為0.41 kg·hm~(-2)·a~(-1)和0.30 kg·hm~(-2)·a~(-1)。施生物炭會增加紫色土旱坡地的全磷流失通量,但可以降低正磷酸鹽流失通量,而對顆粒態(tài)磷流失通量無明顯影響;施秸稈處理對所有磷素流失均起到很好的控制作用。(4)各處理的玉米季土壤銨態(tài)氮和堿解氮含量均明顯高于油菜季,其中常規(guī)施肥處理的土壤銨態(tài)氮最高,10°小區(qū)和15°小區(qū)分別為16.88 mg·kg~(-1)和15.82 mg·kg~(-1);而土壤堿解氮在10°小區(qū)中施生物炭處理最高(40.83 mg·kg~(-1)),15°小區(qū)中施秸稈處理最高(為49.29 mg·kg~(-1))。施秸稈可以有效提高10°小區(qū)和15°小區(qū)油菜季的土壤有效磷含量,均高于同坡度其他處理。玉米季各施肥處理的土壤全氮含量均高于CK處理,其中10°小區(qū)和15°小區(qū)中均表現(xiàn)為施秸稈處理的玉米季土壤全氮含量最高,分別為0.59 g·kg~(-1)和0.60 g·kg~(-1),但各施肥處理之間差異不顯著。施肥也能增加土壤全磷的含量,但玉米季各施肥處理之間無顯著差異,且同一處理油菜季和玉米季的全磷含量差異不大。各施肥處理的油菜、玉米產(chǎn)量均顯著高于對照CK處理,其中10°小區(qū)各施肥處理的油菜和玉米產(chǎn)量(油菜產(chǎn)量為2030~2606 kg·hm~(-2),玉米產(chǎn)量為6056~7607 kg·hm~(-2))均高于15°小區(qū)對應(yīng)施肥處理(油菜產(chǎn)量為1962~2328 kg·hm~(-2),玉米產(chǎn)量為4765~5838 kg·hm~(-2))。油菜、玉米植株的全氮和全磷含量均集中在籽粒部分。油菜中根系和莖桿的全氮含量低于果殼,而莖桿、根系、果殼的磷含量差異不大;玉米中,各施肥處理植株穗軸的氮、磷含量均為最低。油菜季,各減量施肥處理較常規(guī)處理均提高了氮肥和磷肥的農(nóng)學(xué)利用率,而在玉米季,各施肥處理肥料利用率有明顯差異,其中10°小區(qū)中施生物炭處理肥料農(nóng)學(xué)利用率最高,15°小區(qū)中施秸稈處理肥料農(nóng)學(xué)利用率最高。
【圖文】：

圖 2.2 徑流小區(qū)設(shè)計示意圖Fig. 2.2 Schematic diagram of runoff plot design本試驗種植模式采用 油玉兩熟‖制，于 2017 年 10 月 23 日種植油菜開始，2018 年 10 月22 日結(jié)束，油菜和玉米的肥料用量依照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種植施用量進行減量施用，各季作物栽培方式和田間管理措施均按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進行。其中油菜于 2017 年 10 月 23 日栽種，2018 年 4 月29 日收獲。玉米于 2017 年 4 月 13 號栽種，2018 年 7 月 20 日收獲。油菜季氮肥分基肥和薹肥兩次施用（基肥占 80%），，磷肥、鉀肥、硼肥做基肥一次性施入，基肥和薹肥施用時間分別為 2017 年 11 月 7 日和 2017 年 12 月 5 日，于小雨前后撒施。玉米季肥料分兩次施入，第一次為玉米移栽時，各處理均施入 2.5 kg 尿素，其余肥料于 4 月 27 日一次性施入。表 2.1 各處理施肥量Table 2.1 The amount of fertilizer applied in each treatment處理純 N（kg/畝）P2O5（kg/畝）K2O（kg/畝）硼砂（kg/畝）油菜季不施肥常規(guī)施肥 10 6 6 1優(yōu)化施肥 8 5 5 1
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S153.6;X71

【參考文獻】

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本文編號：2610324