不同施肥类型及耕作方式下紫色土坡耕地径流氮、磷流失研究

发布时间：2020-07-29 21:23

【摘要】：水体富营养化的是当今世界水环境最严重的问题之一。水体富营养化的发生与农田土壤中的氮、磷流失有密切关系。紫色土作为三峡库区主要土壤类型,具有发育程度浅,极易被侵蚀的特点,土壤氮、磷流失严重,这加重了三峡库区水体富营养化的风险。为明确不同施肥类型及耕作方式下紫色土坡耕地径流氮、磷流失特征,本文在15°坡耕地上开展原位模拟人工降雨试验,以顺坡耕作单施化肥(T1)为对照,研究顺坡耕作化肥配施有机肥(T2)及横坡垄作单施化肥(T3)在不同雨强下的坡面产流、产沙及氮、磷养分流失规律,主要得到以下结论:(1)相同雨强下,T2及T3的开始产流时间和开始产流降雨量均大于T1,化肥配施有机肥及横坡垄作均有延迟坡耕地径流的效果;开始产流时的降雨量随雨强增大而减小。相对于顺坡耕作单施化肥,化肥配施有机肥及横坡垄作均可以减小径流率,并增大入渗率;相对于T1,T2在60 mm?h-1雨强下可减少径流系数34.62%,并提高稳定入渗率30.91%,在90 mm?h-1雨强下分别为21.18%和34.91%,120 mm?h-1雨强下则分别为42.77%和79.66%;T3在60 mm?h-1雨强下可减少径流系数60.17%,并提高稳定入渗率62.13%,在90 mm?h-1雨强下分别为42.46%和38.16%,120 mm?h-1雨强下则分别为30.06%和47.63%。这说明随着雨强增大,化肥配施有机肥控制径流的效果先降低后增大,而横坡垄作控制效果减弱。随着雨强的增加,T1、T2、T3三个处理平均径流率均随雨强增大而增大,平均径流率与雨强呈线性关系(y=ax+b,a0,b0)。随着产流过程的进行,径流率逐渐增大,直至趋于稳定或略有波动,相同雨强条件下,T1径流率最大,不同处理径流率与产流时间呈对数函数关系(y=aln(x)+b,a0)。(2)T1与T2含沙量随时间推移表现出先迅速增大至峰值后逐渐减小,并在产流后期趋于稳定。相同雨强下,与T1相比,T2及T3可以减小平均含沙量和产沙输出速率。雨强增大后化肥配施有机肥减沙效果增强,而横坡垄作减沙效果随雨强增大先增大后减小。随着雨强的增加,T1、T2、T3三个处理产沙输出速率均随雨强增大而增大,产沙输出速率与雨强呈线性关系(y=ax+b,a0,b0)。降雨过程中,时段产沙量与时段径流量呈幂函数关系(y=axb,a0,b0),累积产沙量与累积径流量呈线性关系(y=ax+b,a0)。(3)径流总氮(TN)、可溶性总氮(TDN)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、可溶性总磷(TDP)浓度在产流过程中变化规律相似。产流初期径流养分迅速增加到峰值,其后随着产流历时的推移逐渐趋于稳定,铵态氮(NH4+-N)浓度在产流初期迅速降低,其后缓慢趋于稳定。径流养分达到峰值后的变化与产流历时呈幂函数关系。径流养分浓度随着雨强的增大也有所增大,峰值出现的时间也会相应提前。相对于单施化肥T1,化肥配施有机肥T2在60 mm?h-1雨强情况下可以减少径流中各形态氮的浓度,减少TN、TDN、NO3--N、NH4+-N浓度分别为33.63%、33.78%、21.45%和53.40%;90 mm?h-1雨强条件下可以减少NO3--N、NH4+-N浓度分别为18.04%和45.77%,TN浓度有所增加,TDN浓度差异不大;120 mm?h-1雨强条件下TN浓度有所增加,TDN、NO3--N、NH4+-N浓度差异不大。相对于顺坡耕作T1,横坡垄作T3在60 mm?h-1雨强情况下可以削减径流中TN、TDN、NO3--N浓度的30.67%、22.59%和11.28%,NH4+-N浓度反而有所升高;90 mm?h-1雨强条件下可以减少TN、TDN、NH4+-N浓度分别为18.06%、16.91%和78.04%,NO3--N浓度差异不大;120 mm?h-1雨强条件下各形态氮浓度差异不大。相对于单施化肥T1,化肥配施有机肥T2在60 mm?h-1雨强情况下可以减少TP和TDP浓度分别为23.37%和37.51%,90 mm?h-1雨强情况下可以减少TDP浓度37.56%,TP浓度反而增大,120 mm?h-1雨强情况下TP浓度有所增大。相对于顺坡耕作T1,横坡垄作T3在60 mm?h-1和90 mm?h-1雨强条件下可以削减TP浓度的45.65%和34.53%,削减TDP浓度的25.34%和12.51%,120 mm?h-1雨强条件下可以削减TP浓度20.24%。(4)相同雨强下,T1具有最大的TN、TDN、NO3--N及NH4+-N输出速率。T3削减TN输出速率效果在60 mm?h-1雨强、90 mm?h-1雨强、120 mm?h-1雨强下分别为78.45%、49.86%、47.09%,削减径流氮输出速率的作用T3T2,大雨强下T3的削减作用减弱,T2的削减效果在90 mm?h-1雨强时最弱,T2、T3对TDN、NO3--N及NH4+-N输出速率的削减效果随雨强变化规律与TN一致。随着雨强的增加,T1、T2、T3径流氮输出速率均随雨强增大而增大,径流氮输出速率与雨强呈线性关系(y=ax+b)。相同雨强下,T1具有最大的TP及TDP输出速率,T3削减TP输出速率效果在60 mm?h-1雨强、90 mm?h-1雨强、120 mm?h-1雨强下分别为82.26%、63.93%、50.96%,削减径流磷输出速率的作用T3T2,大雨强下T3的削减作用减弱,T2的削减效果在90 mm?h-1雨强时最弱,T2、T3对TDP输出速率的削减效果随雨强变化规律与TP一致。随着雨强的增加,T1、T2、T3三个农田处理均流磷输出速率均随雨强增大而增大,径流磷与雨强呈线性关系(y=ax+b)。紫色土坡耕地地表径流中氮、磷流失的主要形式是颗粒态氮、磷,雨强越大,颗粒态氮磷比例越高。在120 mm?h-1雨强下,颗粒态氮占总氮的59.27%~72.11%,颗粒态磷占总磷的95.49%~97.25%。(5)各雨强条件下,各处理NO3--N/TDP率均高于相应风险上限(15),而NH4+-N/TDP率均低于风险下限(6.4)。总体上说明,试验季节3种雨强条件下,T1、T2、T3造成富营养化的风险较低;随降雨的历时的增加NO3--N/TDP率总体上有增加的趋势,而NH4+-N/TDP率则逐渐降低。随着降雨时间的推移,T2、T3富营养化风险降低,T1在60 mm?h-1和90 mm?h-1雨强条件下风险增加,在120 mm?h-1雨强条件下风险降低,但维持在较高风险的水平。降雨初期紫色土坡耕地的富营养化的风险最高,尤其是在90 mm?h-1和120mm?h-1雨强条件下,顺坡耕作单施化肥在产流初期风险最大。相对于顺坡耕作,横坡垄作能够降低富营养化风险;相对于单施化肥,化肥配施有机肥不能降低富营养化风险。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157.1

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