蜜柚集中连片种植区的氮、磷环境风险及其阻控措施研究

发布时间：2020-08-18 19:35

【摘要】：福建省平和县t/溪蜜柚的种植面积达4.33×10~4 hm~2、产量120×10~4 t,种植面积、产量和出口量均居全国首位。经过30多年大规模发展,蜜柚生产中长期过量施肥导致的土壤酸化、土壤养分积累和养分不均衡等问题及其对蜜柚产量和品质的影响已引起广泛的关注,并开展了相关的研究,然而,有关蜜柚集中连片种植所带来的面源污染风险仍缺乏系统的研究。本研究通过平和县10个蜜柚主产乡镇291个蜜柚园的施肥调查、313个蜜柚园土壤和果实氮、磷养分含量测定、山地柚园径流、耕地柚园地下水以及花山溪水质的采样分析,对蜜柚园土壤氮、磷流失风险进行评价;通过田间径流小区试验、室内模拟土柱淋洗实验,研究氮、磷流失的阻控措施。旨在为蜜柚合理施肥和我国规模化柑橘种植区的农业面源污染防控提供依据。主要结论如下:1、蜜柚园氮、磷投入特征及环境风险评价(1)平和县291个蜜柚园平均氮素投入量为1042.3 kg·hm~(-2),果园化肥氮的投入量远高于有机肥氮的投入量,占总氮的比例为93.6%。以氮盈余量高于500 kg·hm~(-2)作为氮素环境污染风险的评价指标,结果显示,291个蜜柚园氮素盈余量的平均值为800.9 kg·hm~(-2),有81.4%蜜柚园的氮素盈余量大于500 kg·hm~(-2),其中盈余量大于1000kg·hm~(-2)的果园占22.3%。313个柚园土壤碱解氮含量分析结果表明,土壤碱解氮低量(100 mg·kg~(-1))、适宜(100-200 mg·kg~(-1))和高量(200mg·kg~(-1))的比例分别为48.6%、49.8%和1.6%,表明土壤碱解氮含量并未随氮投入量的增加而提高,柚园氮肥存在大量损失的问题。(2)291个蜜柚园磷素投入量的平均值为837.2 kg·hm~(-2),化肥磷的投入量占总磷的比例为96.3%。磷盈余量的平均值为671.2 kg·hm~(-2),其中盈余量大于300 kg·hm~(-2)的果园占比87.3%。土壤有效磷含量随磷投入量的增加而增加,313个柚园土壤有效磷低量(20 mg·kg~(-1))、适宜(20-40 mg·kg~(-1))、高量(40 mg·kg~(-1))的占比分别为9.5%、9.7%和80.8%。以土壤有效磷含量62.3 mg·kg~(-1)和96.3 mg·kg~(-1)分别作为评价耕地柚园和山地柚园磷素环境风险的阈值,结果是,有73.8%耕地柚园和62.6%山地柚园处于磷素淋失高风险。2、柚园氮、磷流失状况和流域水质调查(1)3个山地柚园径流的总氮含量和氨氮含量均超过地表水环境质量Ⅴ类(2 mg·L~(-1))和Ⅱ类标准(≤0.5 mg·L~(-1))的限值;总磷含量均高于Ⅴ类水标准的限值(0.4 mg·L~(-1))。(2)6个耕地柚园中有3个柚园的地下水硝酸盐含量超过地下水Ⅲ类水质的限值(20 mg·L~(-1)),总磷含量均超过加拿大饮用水的限制值(0.01 mg·L~(-1))。(3)花山溪流域3个水样点的总氮含量均超过地表水环境质量Ⅴ类水质的限值标准(2.0 mg·L~(-1)),总磷含量分别属于地表水环境质量Ⅱ类(≤0.1 mg·L~(-1))、Ⅲ类(≤0.2 mg·L~(-1))和Ⅴ类水质(≤0.4 mg·L~(-1))。3、柚园氮、磷流失的阻控措施3.1氮、磷径流田间径流试验,研究施用白云石(150 kg·666.6 m~(-2))、施用沸石(600 kg·666.6 m~(-2))和覆盖地布对柚园氮、磷径流流失的影响,结果表明:(1)施用白云石和沸石均能降低NO_3~--N、NH_4~+-N、溶解性有机氮(DON)、总氮(TN)以及可溶性磷(DRP)、颗粒磷(PP)和总磷(TP)的流失量。(2)覆盖地布能降低土壤的径流量,覆盖地布处理的NO_3~--N、NH_4~+-N、DON、PN和的DRP、PP和TP流失量明显降低。(3)不同措施对氮、磷径流的影响结果表明,覆盖地布降低TN、TP流失量的效果好于白云石和沸石。3.2氮、磷淋失室内土柱模拟实验,研究相同氮、磷添加量条件下,施用白云石、沸石、有机肥替代化肥以及有机肥替代化肥+沸石处理对土壤氮、磷淋失的影响,结果表明:(1)与单施化肥处理比较,施用化肥+白云石、化肥+沸石处理显著降低了NH_4~+-N和DRP、DOP、DTP淋失量,但显著增加了NO_3~--N的淋失量。(2)与单施化肥处理比较,有机肥替代化肥处理降低了NH_4~+-N、NO_3~--N和DTN淋失量,显著提高DRP、DOP、DTP的淋失量,说明有机肥替代化肥能降低氮的淋失,但会显著增加磷的淋失。(3)与单施化肥、有机肥替代化肥处理比较,有机肥替代化肥+沸石处理显著降低DRP、DOP、DTP的淋失量。综上所述,平和县蜜柚种植区氮、磷投入量大,氮、磷流失的环境风险高。施用白云石、沸石和覆盖地布是阻控山地柚园氮、磷径流的有效措施,对于耕地柚园,有机肥替代化肥是阻控氮淋失、施用白云石、沸石是阻控磷淋失的有效措施,但施用白云石、沸石会增加硝态氮的淋失,有机肥替代化肥会增加磷的淋失。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S666.3
【图文】：

氮素,柚园,碱解氮,投入量

42 929.7±295.0 abc 31.7% 7.1% 59.521 965.2±285.3 bc 29.6% 4.8% 52.418 946.5±542.3 abc 57.3% 5.6% 72.217 1472.3±384.9 ab 26.1% 0.0% 5.922 1003.6±218.4 abc 21.8% 0.0% 50.017 1087.6±311.7 c 28.7% 5.9% 23.548 1131.7±705.2 a 62.3% 4.2% 43.814 813.4±405.0 c 49.8% 14.3% 71.454 1129.6±340.2 ab 30.1% 1.9% 37.038 907.5±316.0 abc 34.8% 7.9% 55.3291 1042.3±430.8 42.4% 4.1% 49.2氮素投入量的增加，土壤碱解氮含量并没有明显的00 kg·hm-2、500~1000 kg·hm-2和>1000 kg·hm-2的果 97.2 mg·kg-1、102.2 mg·kg-1和 109.9 mg·kg-1，说明问题。

蜜柚,氮素,种类,比例

图 2-2 平和蜜柚园氮素投入种类和比例2.1.2 柚园氮素负荷评价果园氮素盈余量越大，氮素环境污染的风险就越大。前人研究表明，当高集约化水平的果园生产体系氮盈余量高于 500 kg·hm-2时，其 0~90 cm 土层硝态氮质量分数低于 90~180 cm 土层，土壤硝态氮的淋失加剧[75]。因此，本研究采用氮盈余量 500 kg·hm-2作为蜜柚园氮的环境效应评价指标，蜜柚园氮素盈余结果如表2-6所示，291个蜜柚园氮素盈余量的平均值为800.9kg·hm-2，其中盈余量大于 500 kg·hm-2的果园占 81.4%，盈余量大于 1000 kg·hm-2的果园占 22.3%。研究表明，氮素平衡指数（施入量与吸收量之比）与地下水硝酸盐含量存在密切关系，氮素平衡指数大于 2.50，地下水硝酸盐含量全部超标[3,131]。平和县 291 个蜜柚园的氮素平衡指数平均值为 4.59（表 2-7）。表 2-6 平和县蜜柚园氮素盈余状况果园类型样本数/(个)均值±标准差/(kg·hm-2)CV/%盈余量(kg·hm-2)分级占比/%<500 500~1000 >1000

柚园,蜜柚,有效磷含量,磷素

3005002 734.6±245.4bcd 32.1% 0.0% 2.4% 7.1% 1 918.0±268.7abc 28.0% 0.0% 0.0% 4.8% 8 794.8±597.0bcd 69.2% 0.0% 0.0% 27.8% 7 996.9±298.6ab 37.6% 0.0% 0.0% 0.0% 2 909.1±174.9abc 19.6% 0.0% 0.0% 0.0% 7 877.1±431.8abc 47.6% 0.0% 5.9% 11.8% 8 1087.7±647.4a 58.0% 0.0% 0.0% 2.1% 4 582.8±404.1d 64.9% 0.0% 7.1% 35.7% 4 698.2±298.1cd 40.0% 0.0% 5.6% 11.1% 8 741.5±291.5bcd 37.5% 0.0% 5.3% 13.2% 1 833.5±424.7 49.1% 0.0% 2.7% 9.6% 素投入量的增加，土壤有效磷含量也随着提高（m-2、300~500 kg·hm-2、500~1000 kg·hm-2和>1000 k别为 114.5 mg·kg-1、167.9 mg·kg-1、190.3 mg·kg-1和高会导致蜜柚园土壤磷的富集。

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