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(P>0.05).②各处理的全磷流失...     

长期施肥和耕作下紫色土坡耕地径流TN和TP流失特征

为探究长期施肥和耕作对坡耕地径流率及随径流流失的氮、磷元素的影响,在紫色土坡耕地设置5个处理:顺坡耕作无施肥(CK)、顺坡耕作有机肥与化肥配施(T1)、顺坡耕作单施化肥(T2)、顺坡耕作单施化肥增量(T3)和横坡垄作单施化肥(T4),分析了2008 ～ 2019年间共104场侵蚀性降雨事件下,各处理的径流率,总氮(TN...     

化肥减量配施生物炭和秸秆增加了坡耕地壤中流磷流失风险

紫色土坡耕地是中国西南地区的重要农耕用地,也是三峡库区农业非点源污染的主要来源地之一,采取合理的措施控制其土壤养分流失对该区域非点源污染治理具有重要意义.以紫色土坡耕地为研究对象,通过3 a(2018～2020年)大田试验,设置不施肥(CK)、常规施肥(CF)、优化施肥(OF)、生物炭+优化施肥减量15%(BF)和秸秆+优化施肥减量15%(SF)这5个处理,对自然降雨条件下坡耕地地表径流(0～20 cm)和壤中流(20～60 cm)磷流失规律进行监测与评估.结果表明,施肥减少了紫色土坡耕地产沙量和地表径流流失通量,但增加了壤中流流失通量.地表径流正磷酸盐(PO^3-₄-P)、全磷(TP)和颗粒态磷(PP)总流失通量以BF处理最高,SF处理最低.各施肥处理壤中流磷流失通量均高于CK处理,且PO^3-₄-P和TP流失通量以BF处理最高(213.88 g·hm^-2和694.54 g·hm^-2),其次为OF和SF处理.冗余分析(RDA)结果表明,地表径流流失通量和生物...     

减磷配施有机肥对紫色土旱坡地磷素流失的消减效应

采用野外径流小区对紫色土旱坡地2014年雨季(5~8月)3次典型降雨产流进行定点监测,研究了优化施肥(P)、优化施肥+猪粪有机肥(MP)、优化施肥+秸秆还田(SP)、优化施肥量氮磷钾均减20%+猪粪有机肥(MDP)、优化施肥量氮磷钾均减20%+秸秆还田(SDP)、不施磷肥(P0)等不同方案对紫色土旱坡地地表径流和壤中流磷素流失的影响.结果表明,壤中流是雨季径流主要输出途径,而次降雨地表径流总磷(TP)平均含量和流失负荷都远高于壤中流;地表径流磷素流失是紫色土旱坡地雨季磷素流失主要方式.发现减磷配施有机肥对紫色土旱坡地坡面径流中磷素流失有显著消减效应,SDP、MDP分别比优化施肥P的总磷含量降低57%和48%,配施秸秆效果好于配施猪粪有机肥.次降雨磷素平均流失负荷为0.01~0.26kg·hm~(-2),磷素平均流失负荷表现为PMPSPMDPSDPP0.减磷配施猪粪和秸秆有机肥对土壤磷素地表径流损失具有显著消减效应,但增加壤中流磷素淋失风险.     

紫色土地区水文特征对硝态氮流失的影响研究

采用人工降雨模拟的方法,研究水文传输途径对紫色土中NO3--N流失的影响.研究结果表明,在所有雨强中均观察到壤中流的存在.在小雨强长历时的降雨中壤中流的径流量大于大雨强短历时降雨;随着雨强的增大,壤中流的径流系数下降.在紫色土地区,氮素的流失途径不仅包括地表径流而且包括壤中流,并且壤中流是NO3--N的主要水文传输途径.无论是否受到施肥措施的影响,壤中流中NO2--N浓度均高于地表径流.在对照小区,壤中流中NO3--N平均浓度是地表径流的7倍以上;施肥后壤中流NO3--N平均浓度为26.07mg·L-1,是地表径流的20倍以上.在对照小区,壤中流NO3--N的流失量占流失总量的30%以上;在施肥小区,壤中流NO3--N流失量占总流失量的90%以上.在紫色土地区,土壤特征和降雨特征决定了该地区壤中流形式的普遍存在,而NO3--N以壤中流流失的特点与当地施肥习惯的耦合效应增大了该地区的NO3--N流失风险.     

紫色土旱坡地油菜/玉米轮作下氮流失的年际变化特征

明确三峡库区紫色土旱坡地氮流失的年际变化特征,为库区的施肥管理措施和面源污染治理提供参考.依托中国科学院成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站,于2018～2020年连续3 a设置不施肥(CK)、常规施肥(F)、优化施肥(OF)、化肥减量配施生物炭(BF)和化肥减量配施秸秆覆盖(SF)5种处理,研究紫色土旱坡地在油菜-玉米轮作模式下氮流失的年际变化特征.结果表明：(1)三峡库区紫色土旱坡地地表径流主要发生在5月和8月,壤中流主要发生在6～10月. 2018～2020年降雨量逐年增加,各处理地表径流产流量逐年减少,壤中流产流量大致呈逐年增加的趋势,年尺度下,壤中流产流量和产流次数均高于地表径流.(2)2018～2020年每年各形态氮的最高流失浓度出现时间大概一致,地表径流全氮、铵态氮和硝态氮最高流失浓度分别出现在5、 8～10和7月,壤中流各形态氮最高流失浓度分别出现在10、 10和5～7月.(3)地表径流各形态氮流失通量呈逐年降低趋势,壤中流各形态氮流失通量大致逐年增加.(4)生物炭和秸秆还田第一年降低氮流失通量的效果较好,但后续两年还田反而加剧了氮素流失通量.因此,三峡库区紫色土旱坡...     

紫色土坡耕地硝酸盐淋失特征

利用具有壤中流测定功能的径流小区的定位观测结合土壤剖面硝酸盐累积的动态分析,研究了紫色土坡地硝酸盐淋失特征.结果表明,紫色土坡地硝酸盐呈旱季累积,雨季淋失的特点,而壤中流是紫色土硝酸盐淋失的主要通道.紫色土为土层浅、土壤下伏透水性极弱的紫色泥页岩,同时夏季降雨丰富,壤中流极为发育,2003～2005年壤中流平均流量为169.7mm,占雨季径流量的52.42%,其中,NO3--N含量持续偏高,2003～2005年平均含量高达14.92mg·L-1.3年平均随壤中流淋失的硝态氮达27.98 kg·hm-2,占年施肥量的10.0%,硝酸盐淋失具有季节与年际间差异,淋失负荷主要受壤中流流量影响.紫色土坡地硝酸盐随壤中流大量淋失不仅造成当地浅层地下水硝酸盐污染,而且将加剧长江三峡库区水环境压力.     

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)     

自然降雨条件下红壤坡地磷素随径流垂向分层输出特征

为研究自然降雨条件下红壤坡地磷素径流输出特征,采用野外大型土壤水分渗漏装置对活地被物覆盖、死地被物敷盖和裸露对照这3种处理的地表径流、壤中流和地下径流的磷素输出开展了为期一年的试验观测.结果表明:(1)3种处理下径流总磷和可溶性磷浓度变化趋势总体表现为地表径流略高于壤中流,并随着土层深度的增加有降低趋势;总磷累积输出量大小排序为裸露(1.61 kg·hm~(-2))敷盖(1.33 kg·hm~(-2))覆盖(0.82 kg·hm~(-2));(2)裸露对照坡地磷素输出以地表径流为主要途径,占总磷径流输出总量的57%,壤中流和地下径流输出量分别占6%和37%;有覆盖和敷盖措施的坡地磷素输出以地下径流为主,占总磷径流输出总量的71%以上,而地表径流输出量则不足14%;(3)各处理中地表径流、壤中流和地下径流磷素输出均以颗粒态为主,占磷输出总量的64%~97%.地下径流是红壤坡地磷素流失不可忽视的重要通道,覆盖和敷盖措施可控制磷素径流流失总量,但未能显著降低磷素径流流失浓度.     

毛竹林地磷素流失特征研究

通过在四岭水库流域代表性毛竹林地设置定位径流小区,研究不同施肥条件下毛竹林地磷素流失状况.该定位试验设有对照(CK,不施肥),农民常规高产栽培(FFP)与适地养分科学管理(SSNM)3个处理.结果表明,在2009年6月～2010年2月这9个月的监测期内,各次自然降雨条件下毛竹林地表径流中总磷(TP)平均浓度为0.59 ...     

紫色土稻田磷素淋失特征及其对地下水的影响

采用原状土壤渗漏计在水稻生育期定期采集不同土壤剖面深度的渗漏水,研究了在不同施磷水平下水稻生育期磷素淋失动态和渗漏淋失量及其对地下水的潜在影响,并分析了土壤Olsen-P含量与磷素渗漏量之间的关系,旨在为紫色土区稻田磷肥的合理施用和控制磷对地下水污染提供科学依据.结果表明,在水稻生长期紫色土的磷素渗漏整体呈下降趋势.前期磷素渗漏淋失量高且变幅较大,在施磷后第5d各土层渗漏水中磷素浓度最高;施肥60 d后稻田磷素渗漏淋失负荷显著降低.不同土层和各处理趋于一致.稻田磷素的渗漏淋失受磷肥用量和土壤性质的影响,随着磷肥用量的增加稻田磷的渗漏淋失量增加,3种类型紫色土磷素渗漏淋失量为中性紫色土>钙质紫色土>酸性紫色土.施磷(P2O5)90～180kg·hm-2处理,40cm土层渗漏水中磷的平均浓度在中性、钙质、酸性紫色土上分别为0.13～0.142 mg·L-1、0.097～0.131mg·L-1和0.083～0.109mg·L-1,比不施磷处理高33.1%～38.7%、24.7%～44.3%和34.9%～50.4%,在60cm和100cm深处也有相似的特征.3种类型紫色土的土壤Olsen-P含量与磷素渗漏淋失量之间符合指数关系.渗漏水中磷素浓度随土壤剖面深度的增加而降低.淹水种稻初期是磷向下迁移最强和淋失量最高的时期,3种紫色土在施肥后的60d内对地下水质量产生潜在不良影响.整个水稻生育期磷渗漏量较低,最高磷渗漏量为0.262kg·hm-2.     

PAM对不同坡度坡地产流产沙及氮磷流失的影响

聚丙烯酰胺(PAM)是一种高效土壤改良剂,能影响土壤入渗、产流及溶质迁移、淋失.通过人工模拟降雨试验,研究了5°、15°和25°3个坡度水平下PAM对黄土高原沟壑区黑垆土坡地土壤侵蚀及氮磷流失情况的影响.结果显示:施加PAM后增加了5°和15°坡面的总产流量却减少了25°坡面的总产流量;PAM组初始产沙量较大,8 min以后,施加PAM组与对照组产沙速率出现差异并开始降低,表明施用PAM的起作用时间约为8~10 min,5°、15°和25°3个坡度的减沙率分别为38.2%、3.7%和53.9%.PAM对3个坡度径流中磷浓度有减小作用且不受坡度变化的影响,对5°和15°坡面铵态氮浓度影响不明显,但对25°坡面铵态氮浓度有明显减小作用,此外,PAM的施用能降低铵态氮初始流失浓度.施加PAM能影响土壤水分的再分配过程并减少3个坡度坡面硝态氮和磷的向下淋失.施加PAM后,5°、15°和25°坡面磷流失总量显著减少,减小幅度分别为77.6%、64.5%和85.1%;径流硝态氮流失总量随着坡度的增加先增加后减少,在15°~20°之间存在改变PAM对硝态氮影响作用的转折坡度值,PAM处理后的硝态氮流失量与径流量在0.05水平上显著相关,相关系数为0.998;PAM能够显著减少陡坡25°坡面溶解态铵态氮的流失量,减少幅度为60.1%.该项研究结果可为当地PAM的合理有效施用和提高水分及养分利用率提供科学指导.     

生物炭墙对紫色土坡耕地中氟苯尼考迁移影响

采用实验室批量平衡实验,研究紫色土坡耕地土壤中氟苯尼考吸附-解吸特征及生物炭施用的影响,此外,开展野外坡底生物炭（重量占比5%）可渗透反应墙的构建试验,观测自然降雨条件下该反应墙对坡耕地小区中氟苯尼考随地表径流与下渗水迁移的影响.结果表明,氟苯尼考在紫色土中的等温吸附行为符合Freundlich方程,在低浓度范围内（<2mg/L）,生物炭的施用一方面提高了其在紫色土中的吸附量,吸附过程可能以内扩散为主,另一方面,显著降低其解吸量;紫色土坡耕地中的淋溶作用是氟苯尼考的主要迁移方式;坡底生物炭（5%）渗透墙的构建有效地减控了其在紫色土中的淋溶迁移以及深层侧向迁移.     

抗生素在紫色土地表径流和地下渗流中的迁移

以川中丘陵区典型石灰性紫色土为对象,在生态养鸡果园管理模式下,探究不同种类粪源抗生素在连续自然降雨事件下随土壤水文过程的迁移浓度、通量及其对降雨的动态响应规律。结果表明,在蓄满产流机制下,连续强降雨导致地表径流和地下渗流中的抗生素浓度急剧增加。降雨过程中,抗生素浓度对降雨强度有明显响应,浓度峰与雨强峰一一对应,地下渗流的响应峰存在15~30min滞后。磺胺类抗生素在地表径流和地下渗流中的平均浓度分别高达1.22,4.07μg/L。在优先流作用下,吸附性较强的喹诺酮类和四环素类抗生素即使在降雨初期也能在地下渗流中被检出。地下渗流也是研究区紫色土中抗生素迁移的重要路径,其迁移总通量比地表径流高2个数量级。此外,鸡粪处理下抗生素迁移浓度和通量显著高于对照,表明粪源基质对污染物具有辅助运移作用。pH值和胶体浓度是主要影响因素,在降雨过程中的变化可引起抗生素形态及其与胶体结合作用改变。相关分析表明,胶体浓度与抗生素都呈正相关,pH值与磺胺类、四环素类抗生素和泰乐菌素呈显著正相关,而与氟苯尼考和喹诺酮类抗生素负相关。     

基于地理探测器的流域土壤磷流失影响因素分析

基于修正的通用土壤流失方程(RUSLE)和地理探测器,定量分析了甘肃白龙江流域土壤磷流失的空间分异及其影响因素.结果表明:①2014年流域平均土壤磷流失量为0.214 t·km~(-2)·a~(-1),流失总量为3945.38 t·a~(-1);②磷流失空间分布较为破碎,热点区集中于迭部北部和舟曲东北部等高山区及舟曲、文县和武都三区县交界的低山河谷区,冷点区集聚于宕昌北部耕作区和文县南部森林保护区;③流域磷流失的空间分异主要受土地利用和地形的影响,农牧业生产也发挥了一定作用,磷流失整体表现为随海拔和坡度的抬升而增加,草地林地耕地;④流域及其内部冷热区影响因素差异较大,这是由各区地理环境协同差异所致,最大交互因子分别为土壤类型∩景观破碎度、土壤类型∩植被覆盖度、降水∩第一产业从业人口比重.在流域磷流失治理中,应合理安排农牧业生产,在提高植被覆盖度的同时降低景观破碎度.     

再生水灌溉对土壤团聚体中有机碳、氮和磷的形态及分布的影响

为了解再生水灌溉对砂质紫色土土壤有机碳、氮和磷的形态及其在不同粒级团聚体中分布的影响,比较了四川省彭州市灌溉年限分别为3a和8a的2个再生水灌溉区土壤中不同粒径团聚体中有机碳、氮和磷的分布及化学形态.结果表明,再生水灌溉区土壤有机碳、氮和磷主要分布在>2mm和2mm的大粒径团聚体所占比例下降,向较小粒径转化;>0.25mm团聚体中有机碳和氮含量显著上升,在所有5个粒级的团聚体中磷素含量都有显著提高.再生水灌溉还有利于紫色土重颗粒态有机碳和颗粒态氮的形成,且灌溉时间越长,效果越明显.在除<0.053mm的其它4个粒级团聚体中,再生水灌溉区土壤中交换态磷及钙结合态磷比例上升,而铁铝结合态磷比例下降.综上,再生水灌溉有效的改善了砂质紫色土土壤的有机碳库、氮库和磷库,长期灌溉可以减少人工施肥量.     

降雨-径流过程中土壤表层磷迁移过程的模拟研究

以人工降雨的方法，对巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，结果表明：在两种雨强植（70mm和35mm）90min内模拟的降雨过程中，供试的土壤产生两种径流模式：表面径流和土壤内部培中流，降雨强度大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和深度相应高，累积输出也多，相同雨强下，农田作物的覆盖作用胡促进壤中流，减缓表面流，但对始流时间的影响不大，4种模拟土类型的表面径流累积输出的大小顺序为：BN70（降雨量70mm，盖度为0）＞BC70（降雨量70mm，盖度为80％）＞BN35（降雨量35mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量７０mm，盖度为０）＞ＢＣ７０（降雨量７０mm，盖度为８０％）＞ＢＮ３５（降雨量３５mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量35mm,盖度为８０％），培中流的量序为：ＹＣ７０＞ＹＮ７０＞ＹＣ３５＞ＹＮ３５，裸露土壤的总磷浓度曲线呈波浪状递减，作物覆盖土壤则呈均匀缓慢的递减趋势，土壤物理结构和作特特征对溶解性总磷的变化趋势起主导作用，在中到大雨条件下，壤中累积输出的径流量都低于表面流，差幅决定于土培表层界面特征，表面径流中的磷迁移量是土壤中流的３－４倍。