不同施肥处理对紫色土旱坡地氮磷流失及作物效应的影响

发布时间：2020-04-01 10:18

【摘要】：三峡库区是长江上游重要的农业生产区及人口聚集区,也是我国生态环境较为脆弱的区域,其水环境优劣直接影响到长江下游大中城市人民群众的身体健康和经济的可持续发展。三峡库区因坡耕地面积大,人地矛盾突出,区域内每年坡耕地产生的泥沙流失量占库区总流失量的73%,严重威胁到三峡工程的运行年限。因此,控制三峡库区土壤侵蚀,减少泥沙入库量,降低面源污染风险,改善旱坡地耕地质量迫在眉睫。农业生产活动中化肥的过量施用是面源污染的重要源头,化肥的高投入不仅会促进氨气、氧化亚氮等气体的排放,而且土壤中盈余的氮素(尤其是硝态氮)会淋失造成水环境污染,同时也会影响农作物品质,从而危害人体健康。因此,减少化肥的投入,不仅可以降低水污染、大气污染的风险,减少面源污染尤为重要。目前,关于减肥配施生物炭或秸秆降低土壤养分流失的研究已有报道,但大多数研究对象主要集中在水稻土,且以地表径流研究为主,而对紫色土旱坡地的研究较少。因此,本研究依托中科院成都山地所忠县石宝寨试验站,以紫色土旱坡地为研究对象,通过径流小区(投影面积100m~2)试验,分别研究了10°和15°两个坡度条件下,油菜/玉米轮作不同施肥处理(包括:不施肥(CK)、常规施肥、优化施肥、减量施肥+生物炭(以下称生物炭处理)以及减量施肥+秸秆(以下称秸秆处理))的地表径流和壤中流的流失量、氮素和磷素各种形态的浓度、流失通量;并结合油菜和玉米季土壤氮素和磷素的含量以及植株的产量和肥料农学利用率,进一步分析了生物炭和秸秆还田对降低土壤氮、磷养分流失以及植株效应的影响,以期为减少紫色土旱坡地氮、磷养分流失提供科学依据。主要研究结果如下:(1)试验期内(2017年11月~2018年10月),同一坡度下,10°小区各施肥处理中,施秸秆处理总径流量最小,为9515 L,优化处理总径流量最大(20737 L);15°小区各施肥处理中,施生物炭处理总径流量最小(11893L),常规处理总径流量最大,为16133L。同一施肥处理下,除施秸秆处理外,其他施肥处理的10°小区总径流量高于15°小区。各施肥处理径流方式以壤中流为主,壤中流流失量占总径流的比例可达60.14%~88.56%;施肥均降低了10°和15°旱坡地小区的泥沙流失量,且坡度越大,效果越明显,其中施秸秆处理较其他处理均有效降低了旱坡地地表径流量和泥沙流失量。(2)铵态氮主要通过地表径流流失,10°小区各施肥处理流失通量为0.16~0.85kg·hm~(-2)·a~(-1),地表径流流失通量占比达到79.91%~94.04%;15°小区流失通量为0.17~0.69kg·hm~(-2)·a~(-1),地表径流流失通量占比达到82.23%~96.58%;其中不同坡度小区均为施生物炭处理流失通量最大,尤其在10°小区内。施肥增加了产流中的颗粒态氮的浓度,就颗粒态氮流失通量而言,施肥处理(除施秸秆处理外)表现为15°小区高于10°小区,其中10°小区中优化处理的最高(1.753 kg·hm~(-2)·a~(-1)),15°小区中常规处理(2.874 kg·hm~(-2)·a~(-1))的最大;而施秸秆处理较其他处理降低了10°和15°小区的颗粒态氮流失通量。不同施肥处理下产流的全氮浓度和硝态氮浓度均呈显著正相关关系。硝态氮是全氮流失的主要形态,且主要通过壤中流流失;在10°小区中全氮通过壤中流流失占比为86.56%~95.93%,15°小区占比为72.88%~92.35%。在10°小区和15°小区中,均为常规施肥处理的全氮流失通量最大,分别为61.30 kg·hm~(-2)·a~(-1)和35.58 kg·hm~(-2)·a~(-1),而施秸秆处理全氮流失通量最小,分别为18.31 kg·hm~(-2)·a~(-1)和20.07kg·hm~(-2)·a~(-1)。施秸秆处理降低了紫色土旱坡地氮流失量,而施生物炭处理在降雨量较大时,会增加地表径流中氮流失量。(3)紫色土旱坡地中,正磷酸盐主要通过地表径流流失,10°小区和15°小区中,各处理地表径流的正磷酸盐流失通量分别占总流失通量的55.35%~87.49%和59.85%~88.83%;施秸秆处理较其他处理有效降低了土壤正磷酸盐流失通量,与同坡度优化施肥处理相比,10°小区和15°小区分别下降了63.67%和63.37%;同一处理下,除CK和常规施肥处理的正磷酸盐总流失通量表现为15°小区高于10°小区外,其他处理呈相反趋势。施肥会增加颗粒态磷的流失通量,其中10°小区中常规施肥处理提升幅度最大,是10°CK处理的2.06倍,而15°小区中施生物炭处理提升幅度最大,是15°CK处理的1.34倍;无论10°小区还是15°小区,施秸秆处理均有效降低了颗粒态磷流失通量,与对应坡度优化施肥处理相比分别降低了60.28%和85.56%。全磷主要通过泥沙流失,10°小区通过泥沙流失的全磷含量占比达到63.74%~78.74%,而15°小区中占比为53.34%~90.74%,壤中流流失通量占比最小。各施肥处理中,无论10°小区还是15°小区,施生物炭处理的全磷流失通量均为最大,分别为1.01 kg·hm~(-2)·a~(-1)和1.44 kg·hm~(-2)·a~(-1);而施秸秆处理均为最小,分别为0.41 kg·hm~(-2)·a~(-1)和0.30 kg·hm~(-2)·a~(-1)。施生物炭会增加紫色土旱坡地的全磷流失通量,但可以降低正磷酸盐流失通量,而对颗粒态磷流失通量无明显影响;施秸秆处理对所有磷素流失均起到很好的控制作用。(4)各处理的玉米季土壤铵态氮和碱解氮含量均明显高于油菜季,其中常规施肥处理的土壤铵态氮最高,10°小区和15°小区分别为16.88 mg·kg~(-1)和15.82 mg·kg~(-1);而土壤碱解氮在10°小区中施生物炭处理最高(40.83 mg·kg~(-1)),15°小区中施秸秆处理最高(为49.29 mg·kg~(-1))。施秸秆可以有效提高10°小区和15°小区油菜季的土壤有效磷含量,均高于同坡度其他处理。玉米季各施肥处理的土壤全氮含量均高于CK处理,其中10°小区和15°小区中均表现为施秸秆处理的玉米季土壤全氮含量最高,分别为0.59 g·kg~(-1)和0.60 g·kg~(-1),但各施肥处理之间差异不显著。施肥也能增加土壤全磷的含量,但玉米季各施肥处理之间无显著差异,且同一处理油菜季和玉米季的全磷含量差异不大。各施肥处理的油菜、玉米产量均显著高于对照CK处理,其中10°小区各施肥处理的油菜和玉米产量(油菜产量为2030~2606 kg·hm~(-2),玉米产量为6056~7607 kg·hm~(-2))均高于15°小区对应施肥处理(油菜产量为1962~2328 kg·hm~(-2),玉米产量为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。油菜中根系和茎杆的全氮含量低于果壳,而茎杆、根系、果壳的磷含量差异不大;玉米中,各施肥处理植株穗轴的氮、磷含量均为最低。油菜季,各减量施肥处理较常规处理均提高了氮肥和磷肥的农学利用率,而在玉米季,各施肥处理肥料利用率有明显差异,其中10°小区中施生物炭处理肥料农学利用率最高,15°小区中施秸秆处理肥料农学利用率最高。
【图文】：

设计示意图,油菜,基肥

图 2.2 径流小区设计示意图Fig. 2.2 Schematic diagram of runoff plot design本试验种植模式采用油玉两熟‖制，于 2017 年 10 月 23 日种植油菜开始，2018 年 10 月22 日结束，油菜和玉米的肥料用量依照当地农民种植施用量进行减量施用，各季作物栽培方式和田间管理措施均按照当地习惯进行。其中油菜于 2017 年 10 月 23 日栽种，2018 年 4 月29 日收获。玉米于 2017 年 4 月 13 号栽种，2018 年 7 月 20 日收获。油菜季氮肥分基肥和薹肥两次施用（基肥占 80%），，磷肥、钾肥、硼肥做基肥一次性施入，基肥和薹肥施用时间分别为 2017 年 11 月 7 日和 2017 年 12 月 5 日，于小雨前后撒施。玉米季肥料分两次施入，第一次为玉米移栽时，各处理均施入 2.5 kg 尿素，其余肥料于 4 月 27 日一次性施入。表 2.1 各处理施肥量Table 2.1 The amount of fertilizer applied in each treatment处理纯 N（kg/亩）P2O5（kg/亩）K2O（kg/亩）硼砂（kg/亩）油菜季不施肥常规施肥 10 6 6 1优化施肥 8 5 5 1
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S153.6;X71

【参考文献】