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江南丘陵地区是我国重要的粮食生产基地,蕴含着巨大的生产潜力,但受区域气候、土壤水分阶段性短缺、经营管理方式及种植模式等的影响,粮食产量波动幅度较大,生产力水平及其稳定性有待提高。科学调控区域生态系统的水资源分配和养分投入关系,对于发挥区域农业生产潜力,提高水资源利用率,减少农业面源污染,具有极其重要的现实意义。文章通过对地貌单元(自然集雨区)农田生态系统水运移过程动态变化的研究,分析了坡地生态系统、旱地生态系统、水田生态系统中不同土层养分随水迁移的横向和纵向联动效应,探讨了不同联动途径对于养分迁移量和农业面源污染的贡献及雨水养分带入量的重要性,阐明了不同农业生态系统在养分涵养方面的作用。主要结论有:
(1)水田生态系统全年养分投入量折合纯养分量(N、P、K)614.2 kg/hm2,其地表径流中N年均量为89.78 kg/hm2,水溶性磷的浓度极低,随深度的增加磷的深层渗透急剧降低,而随地表径流迁移是农田土壤磷元素迁移的主要途径。K易溶于水,随水迁移较严重,是造成稻田缺钾的主要因为之一。水溶性TOC含量则在地表径流和下渗迁移过程中保持在483.6~565.4 kg/hm2之间。
(2)旱地农业生态系统包含常规耕作系统和稻草覆盖10000 kg的旱地耕作系统。常规耕作系统的养分投入量远大于覆盖耕作系统,养分的地表径流迁移亦是如此,耕作层养分迁移量较地表和40 cm处的养分迁移量显著,突出表现在覆盖耕作农业系统。覆盖耕作系统K的含量较高,比常规耕作系统高20%左右,这可能是稻草本身所携带的K元素较多,形成地表径流的量又比常规农业少,从而使其浓度增加,试验数据偏高。
(3)坡地生态系统供试处理表现为:降雨对坡地养分的迁移具有极其重要的作用,地表径流养分年迁移量耕作系统N、P、K、TOC分别为12.32、0.26、36.04、47.37 kg/hm2,是自然利用系统的4.81、2.89、3.95、1.78倍。水溶性有机碳在深层积累并随渗漏水迁移,而在耕作层中的碳随地表径流迁移较多,从而使耕作层的碳含量显著降低。
(4)5种生态系统中养分总迁移量最大的是旱地常规农业生态系统,最小的是坡地自然利用系统;而雨水带入的养分量占总迁移量的19.13%~36.95%。N、TOC的迁移以渗漏损失为主,钾的横向和纵向迁移基本持平。农田生态系统水运移过程中养分迁移量除P外,其他养分元素迁移量都较大,迁移量最大的为TOC(3611.2 kg/hm2),其次N(1803.5 kg/hm2);从养分盈亏分析的角度出发,P盈余41.77 kg/hm2,其他为亏损。