生物炭施用对紫色土旱坡地土壤氮流失形态及通量的影响

明确生物炭施用对紫色土旱坡地土壤氮流失形态及通量的影响,为提升紫色土旱坡地耕地质量及减少紫色土旱坡地农业面源污染发生风险提供科学依据.以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间试验,研究了不施肥(对照)、常规施肥、优化施肥及生物炭(化肥减量配施生物炭)这4个处理对紫色土旱坡地地表径流和壤中流氮素流失形态及通量的影响.结果表明:①在各施肥处理中,常规处理总径流量最大,为16 133 L·a~(-1),生物炭处理总径流量最小,为11 893 L·a~(-1).各施肥处理以壤中流为主要径流方式,壤中流流失量占总流失量的61.80%～68.60%;与对照(不施肥处理)相比,其余各施肥处理泥沙流失量均有所降低,其中常规处理降低的效果最明显.②铵态氮主要通过地表径流流失,占总流失通量的86.51%～96.58%;铵态氮流失通量最大的为施生物炭处理[0.69 kg·(hm~2·a)~(-1)].③各施肥处理产流中的颗粒态氮浓度均高于对照处理,且常规施肥处理的颗粒态氮流失通量最大,为2.87 kg·(hm~2·a)~(-1).④各施肥处理的壤中流和地表径流中的全氮浓度和硝态氮浓度均存在极显著正相关关系(P0.01).硝态氮是全氮流失的主要形态,且二者均以壤中流为主要流失途径;全氮通过壤中流流失占比为72.86%～89.13%,且常规施肥处理的全氮总流失通量最大,为35.58 kg·(hm~2·a)~(-1),而施生物炭处理全氮总流失通量最小,为21.49 kg·(hm~2·a)~(-1).化肥减量配施生物炭能明显降低径流量和氮的流失通量,可有效阻控农业面源污染发生的风险.     

石盘丘小流域不同土地利用方式下土壤氮磷流失形态及通量

为了解三峡库区小流域不同土地利用方式下土壤氮、磷流失特征,为农业非点源污染防控提供科学依据;采用田间试验的方法,研究了三峡库区石盘丘小流域水田、旱坡地、林地、柑橘园和菜地这5种土地利用方式下地表径流不同形态氮、磷流失浓度与通量的特征.结果表明：全氮流失通量的顺序为水田[17.73 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[4.86 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[4.33 kg·（hm²·a）^-1] > 菜地[4.00 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[2.41 kg·（hm²·a）^-1];全磷流失通量的顺序为菜地[4.97 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[1.87 kg·（hm²·a）^-1] > 水田[0.93 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[0.27 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[0.19 kg·（hm²·a）^-1];5种土地利用方式下氮、磷流失主要集中在降雨频繁的4~5月,占全年氮、磷流失总负荷的53.80%~96.52%和56.03%~87.78%;氮流失主要以硝态氮（16.16%~52.70%）的形态流失,全氮流失通量与径流量呈现出显著正相关关系（R²=0.9826）;在菜地中颗粒磷是磷流失的主要形态（83.30%）,但在其他土地利用方式中表现不显著.不同土地利用方式下不同形态氮、磷流失存在显著差异,其中菜地应针对强降雨情况下颗粒磷流失的问题采取措施,水田应避免在降雨集中时期施肥;科学施肥和合理地土地利用方式配置是治理小流域农业非点源污染的重要途径.     

化肥减量对紫色土坡耕地磷素流失的影响

采用人工径流小区对紫色土坡耕地降雨产流、磷素流失浓度进行定点观测,研究不施肥(CK)、常规施肥(T1)、优化施肥(T2)、化肥减量配施秸秆(T3) 4种不同处理对紫色土坡耕地磷素在地表径流、壤中流中流失的影响.结果表明,壤中流是紫色土坡耕地的主要产流方式,占比高达70%以上,其中磷素主要通过泥沙、地表径流2个途径流失.化肥减量配施秸秆处理的全磷流失通量为0.412kg/(hm²·a),相比其他施肥处理下降了29.37%~62.62%;正磷酸盐流失通量表现为优化施肥>常规施肥>化肥减量配施秸秆>不施肥,其地表径流流失通量占比达到55.35%~84.65%;化肥减量配施秸秆处理下地表径流中颗粒态磷流失通量最低,为0.032kg/(hm²·a),相比于常规施肥和优化施肥处理,显著下降了70.92%和60.28%;化肥减量配施秸秆处理不仅对地表径流中的磷素流失具有很好的消减效应,对壤中流中的磷素流失同样具有很好的消减效应,配施秸秆处理下壤中流全磷平均流失通量最小,为0.031kg/(hm²·a).因此,化肥减量配施秸秆对于控制三峡库区紫色土坡耕地磷素流失,降低库区农田土壤污染和水体富营养化风险具有可行性.     

化肥减量有机替代对紫色土旱坡地土壤氮磷养分及作物产量的影响

化肥减量配施有机肥是实现环境友好,保持耕地质量的国家战略,对防治土壤污染和实现农业可持续发展具有重要意义.以三峡库区紫色土旱坡地为研究对象,通过田间试验研究了在油菜/玉米轮作模式下,对照处理、常规施肥、优化施肥、生物炭（化肥减量配施生物炭）及秸秆还田（化肥减量配施秸秆还田）这5个处理对土壤氮、磷形态、作物氮磷含量、肥料利用率及作物产量的影响.结果表明,土壤铵态氮含量在油菜季的秸秆处理最高,为4.51 mg·kg^-1.各处理玉米季的土壤铵态氮和碱解氮含量均明显高于油菜季.化肥减量配施有机肥可以保障并提高土壤全氮的含量.其中,秸秆处理的油菜季和玉米季土壤全氮含量均最高,分别为0.56 g·kg^-1和0.60 g·kg^-1.秸秆处理的油菜季土壤有效磷含量最高（0.76 mg·kg^-1）.化肥减量配施有机肥的土壤全磷含量较常规处理没有显著差异（P>0.05）.化肥减量配施有机肥表现出略有增产的趋势,其中生物炭处理的油菜产量最高（2328 kg·hm^-2）;常规处理的玉米产量最高（5838 kg·hm^-2）.无论油菜季还是玉米季,各化肥减量处理较常规处理都普遍提高了氮肥和磷肥的农学利用率.在紫色土地区中,化肥减量配施生物炭和秸秆还田均有利于改善土壤养分、提高化肥利用率,达到减少氮肥、磷肥施用量和提高作物产量的效果.     

紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应

紫色土旱坡地被认为是三峡库区泥沙和面源污染的主要来源地,加强对紫色土旱坡地壤中流和地表径流中氮流失特征的研究,对防控三峡库区的面源污染有重要的现实意义.依托中科院成都山地所忠县石宝寨试验站的紫色土旱坡地定位径流小区,设置不施肥（CK）、常规施肥（T₁）、优化施肥（T₂）和减肥配施秸秆（T₃）这4种不同的处理,通过监测在油菜-玉米轮作制度下紫色土旱坡地壤中流和地表径流的流失通量、各次径流不同氮形态的流失浓度和流失通量,研究紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应.结果表明,壤中流径流量占总径流量的比例达到60.14%~88.56%,壤中流氮流失通量占全氮流失通量的72.88%~92.35%.铵态氮主要通过地表径流的方式流失,硝态氮主要通过壤中流的方式流失且是氮流失的主要形态.不同处理的铵态氮和硝态氮流失通量均呈现出T₁ > T₂ > T₃ > CK,T₃处理的氮流失通量为20.07 kg·（hm²·a）^-1,较T₁和T₂分别下降了43.59%和39.55%.减肥配施秸秆显著降低了紫色土旱坡地铵态氮、硝态氮和全氮的流失通量,对紫色土旱坡地雨季径流中氮流失有显著的消减效应.     

三峡库区石盘丘小流域氮磷输出形态及流失通量

小流域作为三峡库区非点源污染源头,是缓解水体水质恶化的重点防控对象.在三峡库区选取具有多种土地利用类型的石盘丘小流域为研究对象,对流域出水口断面水量水质进行连续监测,分析了小流域氮、磷污染物随降雨径流流失的浓度及形态变化特征,并计算小流域的污染物流失通量,分析影响氮、磷养分流失的主要人为和自然因素,对农业非点源污染特别是三峡库区的农业非点源污染研究具有相当重要的现实意义.结果表明,流域降雨量随季节变化明显,降雨多分布在4～6月,为小流域氮、磷流失的主要输出时期,占全年总氮、总磷负荷的58.94%和67.60%.石盘丘小流域年径流总量为8.02×10~4 m~3,总氮年流失通量为5.04 kg·hm~(-2),其中以硝态氮(2.54 kg·hm~(-2))为流失主体;输出总磷为0.534 kg·hm~(-2),可溶性总磷(0.422kg·hm~(-2))占总磷流失通量的79.00%.因此,对于石盘丘小流域来说,需要注意防范施肥和降雨期重合时水田氮磷流失.     

化肥减量配施生物炭对紫色土坡耕地磷流失的影响

磷是农作物生长所必需的营养元素,但过量磷的投入是造成水体富营养化问题的重要原因.探究实际生产中施肥方式与磷素流失之间的关系,为科学施肥和合理减施化肥提供理论依据.本试验采用野外径流小区对紫色土坡耕地2017～2018年度多次降雨产流产沙进行定点监测,研究了不施肥处理、常规施肥处理、优化施肥处理和减量施肥配施生物炭4种不同方案对紫色土坡耕地壤中流、地表径流和泥沙磷素流失的影响.结果表明:①各处理的产流总量表现为:优化(20 737.23 L)常规(18 513.17 L)CK(18 134.58 L)生物炭(13 594.85 L),各处理的产沙总量表现为:CK(1998kg·hm~(-2))生物炭(1 884 kg·hm~(-2))优化(1 681kg·hm~(-2))常规(910kg·hm~(-2)).壤中流是紫色土坡耕地雨季产流的主要类型,占到总产流量的60.14%～87.34%,各处理的产沙总量除常规外,其他处理不存在显著性差异(P0.05).②各处理的全磷流失通量均表现为泥沙地表径流壤中流.通过壤中流流失的磷素最少,只占全磷流失通量的2.63%～12.91%,而泥沙磷素流失通量占比可达63.74%～78.74%,是紫色土坡耕地土壤磷素流失的主要输出途经.③配施生物炭可以有效减少紫色土坡耕地土壤的壤中流产流量,以及壤中流的正磷酸盐的流失通量,较常规处理分别减少49.94%和56.45%.但是对地表径流的截留效果不佳,对颗粒态磷的流失通量无明显影响,同时增加了地表径流与泥沙中的全磷流失通量,较常规处理显著增加73.28%和123.53%(P0.05).因此,为控制西南地区紫色土坡耕地磷的流失,应着重减少土壤泥沙流失的发生.而生物碳在农业生产实际应用中也应进一步优化与化肥磷素投入配比.     

基于磁化率和210Pbex的金沙江下游小流域泥沙来源研究

金沙江下游地区侵蚀泥沙研究基础薄弱,实测资料较少,可靠的泥沙来源信息尤其是一系列国家重点水土保持工程如"长治"工程实施后流域泥沙的主要来源及贡献,对该区未来水土保持和生态环境建设以及不同治理措施效益评价具有重要意义。利用低频磁化率χ_(lf)和放射性核素~(210)Pb_(ex)双指纹因子,开展了金沙江下游一"长治"工程治理小流域(元谋县凉山乡小流域)泥沙来源研究。结果表明,坡耕地表土、林地表土和沟谷堆积物三种物源的χ_(lf)和~(210)Pb_(ex)平均含量分别为(21.81±9.43)×10~(-8)m~3/kg和40.53±9.49 Bq/kg、(24.06±9.61)×10~(-8)m~3/kg和119.35±22.81 Bq/kg、(16.60±5.27)×10~(-8)m~3/kg和30.62±12.69 Bq/kg。流域出口泥沙的χ_(lf)和~(210)Pb_(ex)平均含量分别为(17.69±2.87)×10~(-8)m~3/kg和33.63±6.17 Bq/kg。混合模型计算结果表明凉山乡小流域泥沙主要来源于沟谷堆积物,相对贡献率为79.6%;未经治理的陡坡耕地产沙贡献率为19.1%;林地面积占比最大但泥沙贡献极微,仅1.3%。基于χ_(lf)和~(210)Pb_(ex)的双指纹泥沙来源判别结果与利用地球化学元素复合指纹分析结果一致。受地质地貌等自然因素主控,沟谷侵蚀是金沙江下游河流泥沙的主要来源;以坡改梯和植被恢复为主的小流域治理工程对坡面侵蚀泥沙减控具有积极作用。该区未来水土保持工作应重点加强流域沟谷治理,降低泥石流等泥沙灾害风险。     

次降雨过程中不同土地利用配置对径流中氮流失的影响

为了解天然次降雨过程中土地利用配置对径流氮流失的影响,本研究以重庆市忠县石盘丘小流域两个不同土地利用配置的A、B子集水区为研究对象,对集水区出口径流量和氮素进行监测.A集水区为农林水复合配置模式,B集水区为传统农业配置模式,利用EMC评估次降雨过程径流中氮的平均浓度,分析次降雨过程中不同土地利用配置对径流氮素的影响.结果表明,在次降雨径流氮流失过程中,B集水区的TN浓度（1.37~15.17 mg·L^-1）>A集水区（0.84~9.28 mg·L^-1）;A集水区第一次峰值占第二次峰值的比值62%远小于B集水区的97%;A集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为69%,B集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为75%,A集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为67%,B集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为80%.不同土地利用配置对氮流失的影响显著,与B集水区相比,A集水区能有效减少氮的流失,明显消减第一次TN峰值,减少DN和NN的养分占比.本研究为三峡库区小流域面源污染防控提供了科学依据.     

降雨径流过程中土地利用优化配置对磷流失的影响

为了探究土地利用优化配置对三峡库区小流域径流过程中磷素流失的影响,选取重庆忠县石盘丘小流域内传统农业模式集水区（CG）和土地利用优化配置后的集水区（EG）为研究对象,分别在两个集水区出口采样,监测降雨事件中径流过程和不同形态磷素,分析土地利用配置对磷流失规律的影响.结果表明：（1）监测的10场降雨径流过程中,EG的ρ[总磷（TP）]均低于CG,两者范围分别为0.09～0.75 mg·L^-1和0.13～2.82mg·L^-1;相对于CG, EG显著降低了TP浓度峰值.（2） EG的TP、可溶性磷（TDP）、无机态磷（DIP）和颗粒态磷（PP）在降雨径流过程中的浓度平均值EMC均较CG低,且EG与CG在TP、 TDP和DIP的EMC上均呈现显著差异（P<0.05）;降雨径流过程中两个集水区磷流失的主要形式均为TDP,但EG的TDP/TP平均值更大.（3） EG比CG的TP、 TDP、 DIP和PP的输出负荷降低45%、 43%、 57%和47%,EG和CG各形态磷素输出负荷均与径流总量极显著相关（P<0.01）, CG各形态磷与径流总量...