鄱阳湖区红壤坡耕地氮磷地表及垂向输移特征研究

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红壤是我国地带性土壤,在我国主要分布于长江以南低山丘陵岗区,是我国重要的土壤资源。由于南方红壤丘陵区降雨集中且多暴雨、土层薄、易被冲刷侵蚀、农业活动频繁以及植物分布不合理等原因,造成的水土流失和面源污染等问题已迫在眉睫。坡耕地的氮磷流失不仅导致土壤肥力下降,迁移至水体还容易引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,水质恶化等一系列水污染问题,是面源污染的重要来源。江西是我国红壤分布的中心区域,鄱阳湖区坡耕地在江西省分布最为集中,具有典型性和代表性。本文通过在江西水土保持生态科技园开展坡面径流小区试验、室内土柱模拟试验和土壤渗漏小区试验,以鄱阳湖区红壤坡耕地为研究对象,开展氮磷地表及垂向输移研究。通过在同一坡面设置裸露坡地(LL)、顺坡耕作(SP)、常规耕作+稻草覆盖(DCFG)、顺坡耕作+植物篱(SPZWL)、横坡垄作(HP)等5种处理12个径流小区的观测试验,进行坡耕地氮磷地表输出特征研究。通过室内土柱模拟试验和土壤渗漏小区试验设置裸露和覆(敷)盖2种处理,进行坡耕地氮磷垂向输出特征研究。经2016-2018年期间的观测、取样、测试及分析后,所得主要结论如下:(1)不同的水土保持措施对坡耕地水土流失均有重要影响。各项耕作措施的减流效益依次为:DCFG>HP>SPZWL>SP;减沙效益依次为:HP>DCFG>SPZWL>SP>LL。DCFG的减流效益最佳,为74.70%,HP的减沙效益最佳,为91.66%。(2)与传统的顺坡耕作相比,采取水土保持措施的顺坡垄作+植物篱、稻草覆盖和横坡垄作措施对地表径流中总氮输出的拦截率分别为69.79%、33.56%和66.14%,对总磷输出的拦截率分别为65.76%、90.17%和80.00%。(3)磷素在地表的迁移过程中主要随侵蚀泥沙输出为主,随泥沙输出的磷素占96.11%~98.42%;氮素在地表的迁移过程中既有随地表径流输出,又有随侵蚀泥沙输出,不同处理下的占比不同。侵蚀泥沙中的氮素形态主要以有机氮为主,地表径流中以无机氮为主。(4)通过室内淋溶试验得出淋溶液中以氮素为主,磷素的淋失量较小。随着淋溶天数的增加,氮素浓度总体呈现减小的趋势;在淋溶过程中氮素主要以硝态氮的形态淋出,硝态氮是红壤坡耕地氮素垂向输出损失的主要形态和水体氮污染的重要威胁。与裸露红壤相比,间歇淋溶试验中秸秆覆盖处理下淋溶液的总氮和总磷累积量分别减少了19.4%和23.3%;采用秸秆覆盖的水土保持措施能够抑制红壤在淋溶过程中氮素特别是硝态氮的淋失,对磷素的淋失也有抑制作用。(5)通过土壤渗漏小区在自然降雨条件下的观测试验表明,红壤坡耕地地表及垂向输出的氮素在径流中主要以硝态氮为主,敷盖措施可通过改变坡面的水文过程,减少地表径流,从而减少随地表径流输出的氮素,但是也具有地下径流氮素输出危害的风险。本研究结果在一定程度上揭示了鄱阳湖区红壤坡耕地氮磷的输移特征,可为我国南方红壤区坡耕地的养分迁移研究提供参考依据,为水土流失和面源污染研究提供理论补充,可为国家坡耕地水土流失综合治理工程等水土保持工程生产实践提供理论参考。
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