次暴雨下作物植被類型對(duì)農(nóng)田氮磷徑流流失的影響.

1、2009年3月水 利 學(xué) 報(bào)SH UI LI X UE BAO第40卷第3期收稿日期：2008203214基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目 (50639040;50739003作者簡(jiǎn)介：焦平金(1980-,男，安徽人，博士生，主要從事農(nóng)田排水與水環(huán)境保護(hù)方面的研究。 E 2mail :jiaopjiwhr. com文章編號(hào):055929350(2009 0320296207次暴雨下作物植被類型對(duì)農(nóng)田氮磷徑流流失的影響焦平金1,王少麗1,許迪1,王友貞2(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水利研究所，北京100044; 2.安徽省，233000摘要：基于汛期次暴雨徑流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，。結(jié)果表明，作物植被類

2、型差異對(duì)地表 徑流量 玉米地 棉花地 黃豆地。因素。對(duì)具有較高植被覆蓋度的黃，而玉米地中顆粒態(tài)氮和可溶性磷分別是農(nóng)田氮磷、棉花等高葉面積指數(shù)的作物可有效 減少氮磷地表徑流流失，減緩農(nóng)業(yè)面源污染帶來(lái)的威脅。關(guān)鍵詞：降雨；作物；植被；徑流；土壤侵蝕；氮磷；流失中圖分類號(hào)：S157.1;X 144文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1研究背景地表徑流與土壤侵蝕引起的氮磷流失是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染、河流湖泊等地表 水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因，其帶來(lái)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)問(wèn)題已引起國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注1-2,研究農(nóng)田氮磷徑流流失規(guī)律對(duì)提高化肥利用率、減輕農(nóng)業(yè)面源污染、緩解 水資源危機(jī)具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)有大量針對(duì)氮 磷地表徑流流

3、失機(jī)理與規(guī)律的研究多在室內(nèi)外模擬降雨條件下基于坡面產(chǎn)流或農(nóng)田徑流狀態(tài)開展，其考慮了植被覆蓋、施肥、雨強(qiáng)、耕作方式等因素對(duì)地表徑流氮磷流失規(guī)律 的影響3-6,以及地表徑流中不同形態(tài)氮磷的構(gòu)成7,研究發(fā)現(xiàn)作物植被覆蓋對(duì)農(nóng)田氮磷地表徑流流失的影響較為明顯8-9。由于人工降雨模擬條件與自然降雨?duì)顟B(tài)間在降雨屬性等方面存在著差異，上述得出的相關(guān)研究結(jié)論用于指導(dǎo)實(shí)踐具有一定局限性10,故深入研究自然降雨條件下作物植被類型差異對(duì)農(nóng)田氮磷徑流流失規(guī)律的影 響凸顯重要。本文基于汛期典型暴雨徑流實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究不同作物植被類型 下的農(nóng)田地表氮磷徑 流流失規(guī)律和特征，探討作物植被類型差異對(duì)地表徑流量、土壤侵蝕量和不

4、同形態(tài)氮磷流失量的影響，分析地表徑流氮磷濃度構(gòu)成，從而為減少農(nóng)田氮磷徑流流失、控制農(nóng)業(yè)面源污染提供科學(xué)依據(jù)。2 實(shí)驗(yàn)與方法211實(shí)驗(yàn)區(qū)概況實(shí)驗(yàn)區(qū)地處緊鄰淮北平原的安徽省水利科學(xué)研究院新馬橋農(nóng)水綜合試驗(yàn)站，位于東經(jīng)117 22北緯33 09屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。當(dāng)?shù)啬昃邓?91113mm ,降水主要分布在6 9月份,多為暴雨,其中汛期雨量約占全年總量的 60%70%,年均降雨徑流深24012mm ,年均氣溫和蒸發(fā) 量分別為1510C和 91617mm。當(dāng)?shù)刈魑锓N植類型主要有冬小麥、黃豆、玉米、棉花等，實(shí)驗(yàn)區(qū)供 試土壤為砂漿黑土，土壤質(zhì)地以重壤質(zhì)為主,020cm表土的主要理化性質(zhì)如表1所

5、示。692表1 實(shí)驗(yàn)區(qū)表土主要理化性質(zhì)不同粒徑土壤顆粒含量 n%2. 50. 5mm0. 50. 1mm 0. 10. 05mm0. 050. 01mm 玉米地 棉花地 黃豆地，而對(duì)土壤侵蝕量則為裸地 玉米地 棉花地 我豆地Elu、*垢心圖2 不同作物植被類型下地表徑流量時(shí)間變化過(guò)程圖3 地表徑流量和土壤侵蝕量與LAI的關(guān)系表4 不同作物植被類型下作物葉面積指數(shù)、地表徑流量和土壤侵蝕量的差 異實(shí)驗(yàn)處理 葉面積指數(shù)LAI地表徑流量n mm土壤侵蝕量n (kg n m 2裸地 0a 074. 56a 4.040. 44a 028玉米地 1.87b 0.2355. 48b 170. 26b 077棉

6、花地 4. 36c O.841. 04c 000. 06c 010黃豆地 5. 49c 1.48. 20d 340c 0注：同欄內(nèi)不同小寫字母（如a ,b ,c ,d表示每?jī)蓚€(gè)處理組之間在0105水平 上差異顯著，具有相同字母的兩個(gè)處理則表示差異不顯著31112 地表徑流量和土壤侵蝕量與作物葉面積指數(shù)的關(guān)系圖3給出地表徑流量和土壤侵蝕量與作 物葉面積指數(shù)LAI間的相關(guān)關(guān)系,兩者均呈現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)性（P 010001 ,相關(guān)系數(shù) 分別為0187和0184,這表明不同作物植被類型下葉面積指數(shù)間存在的明顯差異（表3應(yīng)是導(dǎo)致地表徑流量和土壤侵蝕量出現(xiàn)顯著性差別的主要影響因素。與裸地處 理相比，在具有

7、較高LAI值的黃豆實(shí)驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，相對(duì)郁閉的作物冠層覆蓋度可有效 減少雨滴直接擊打表土和徑流沖刷能量、增強(qiáng)作物冠層攔蓄降雨的能力，進(jìn)而明 顯減少農(nóng)田地表徑流和表土侵蝕量 。312 作物植被類型差異對(duì)不同形態(tài)氮素徑流流失量的影響31211不同形態(tài)氮素徑流流失量圖4給出不同作物植被類型下銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、可溶性氮和總氮的 徑流流失量隨時(shí)間變化過(guò)程，可以看出作物植被類型 差異對(duì)不同形態(tài)氮素徑流流失量的時(shí)間變幅影響明顯。其中黃豆種植條件下不同形態(tài)氮素徑流流失量的時(shí)間變幅最小，其次為棉花，而玉米覆蓋下銨態(tài) 一892氮、可溶性氮、總氮徑流流失量的時(shí)間變幅較大，但相應(yīng)的硝態(tài)氮徑流流失 量時(shí)間變幅卻低于棉花地。從表

8、5給出的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，作物植被類型差異顯著 影響農(nóng)田不同形態(tài)氮素的徑流流失量 。黃豆處理 下不同形態(tài)氮素的徑流流失量要 顯著小于玉米和棉花地，而玉米地的銨態(tài)氮、總氮的徑流流失量顯著高于棉花地, 可溶性氮的徑流流失量雖高于棉花處理但彼此間的差異并不顯著，硝態(tài)氮的徑流流失量要顯著小于棉花地o】$LIHI3典的5O4OM2OIO0?IHJ圖4 不同作物植被類型下銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、可溶性氮和總氮徑流流失量的 時(shí)間變化過(guò)程表5 不同作物植被類型下不同形態(tài)氮磷徑流流失量的差異實(shí)驗(yàn)處埋 地表徑流氮磷流失量 n (mg n m 2NH +4-N NO -3-N DN T NDP TP裸地10. 82113. 6

9、6a22. 08239. 32a48. 4511. 71a1. 7626. 25a5. 75 玉米地 20. 37a3. 5227. 67b4. 6472. 74b6. 40161.52b36. 803. 61b0 996. 47b0 60 棉花地 9. 88b 1.=8741.96a 7. 8062. 85b 4. 3590. 72c 3. 334. 14b 1. 686. 90b 244 黃豆地 5. 79b2. 599. 76c+6. 0417. 79c8. 441.00c 541.21c0. 52P 值 0. 0000. 0010. 0000. 0000. 0000. 000同表4注。

10、31212 不同形態(tài)氮素徑流流失量與作物葉面積指數(shù)和地表徑流量的關(guān)系由圖5可知,銨態(tài)氮、可溶性氮、總氮徑流流失量與作物葉面積指數(shù) LAI和地表徑流量顯著相關(guān)（P 47.94-53 8x R2=0A5 NH：-N v=21.57-2.A*30025020015010050圖5 不同形態(tài)氮素徑流流失量與LAI和地表徑流量的關(guān)系)03L50000050Q E創(chuàng)E)畫抹握探廡諂追厚圖6 不同作物植被類型下可溶性磷、 總磷徑流流失量的時(shí)間變化過(guò)程 TN 尸233*75-36.07x 吊=0.87 DN V= 10944-14.56人 /?2=0.79 NO-N j47.94-5.18x R2=QA5*

11、NHt-Ny=2.57-2.65x/?2=0.8100o151300r250-200t- TN v=23375-36.07jc 7?2=O,87 DN 尸 10944-1456x /?2=0J9 NO-N 尸47.9458jt* NH-N 尸2丨57-265x15010050 rR2=QA5 /?Ob30025020015010050圖7 不同形態(tài)磷素徑流流失量與LAI和地表徑流量的關(guān)系作物植被下影響農(nóng)田不同形態(tài)磷素徑流流失量的主要因素是作物葉面積指數(shù)(R 2=01680170。314作物植被類型差異對(duì)不同形態(tài)氮磷徑流濃度構(gòu)成的影響31411不同形態(tài)氮素徑流濃度構(gòu)成表6給出不同作物植被類型下地

12、表徑流不同形態(tài)氮素濃度的差異及其占總氮濃度的比例，作物植被類型差異對(duì)地表徑流銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、 顆粒態(tài)氮濃度的影響顯著，但對(duì)可溶性氮和總氮濃度的影響卻不顯著。以裸地為對(duì)照，黃豆和棉花植被覆蓋下地表徑流銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、可溶性氮濃度占總氮濃 度的比例相對(duì)較高，而顆粒態(tài)氮濃度的比例相對(duì)較低，玉米地與裸地間在地 表徑流 不同形態(tài)氮素濃度占總氮比例上的差異較小。與裸地和玉米地下顆粒態(tài)氮流失對(duì)農(nóng)田氮素地表 徑流流失的影響作用略高于可溶性氮流失狀況相比，在具有較高葉面積指數(shù)的黃豆和棉花植被覆蓋條件下，可溶性氮是農(nóng)田氮素地表徑流流失的主要形 式，而顆粒態(tài)氮?jiǎng)t對(duì)氮素徑流流失的影響相對(duì)較低，這與兩種作物下的土壤侵蝕

13、量相對(duì)較少有關(guān)13。31412 不同形態(tài)磷素徑流濃度構(gòu)成表7給出不同作物植被類型下地表徑流不同形態(tài)磷素濃度的差異及其占總磷濃度的比重，其中裸地下的顆粒態(tài)磷和總 磷的濃度顯著高于其它3種作物覆蓋下的相應(yīng)值,而可溶性磷濃度的差異不顯著14。相對(duì)裸地而言，黃豆覆蓋狀況下地表徑流可溶性磷濃度占總磷濃度的比重相對(duì)較大，顆粒態(tài)磷濃度的比重相對(duì)較低，玉米地與棉花地之間在地表徑流不同形態(tài) 磷素濃 度占總磷比重上的差異性較小。與裸地下顆粒態(tài)磷流失對(duì)農(nóng)田磷素地表徑 流流失的影響作用略高于可 一003溶性磷流失狀況相比，玉米、棉花和黃豆地下可溶性磷或許是磷素地表徑流流 失的主要形式，其中尤以黃豆和棉花植被覆蓋條件下

14、最為明顯。表6 不同作物植被類型下地表徑流氮素流失形態(tài)構(gòu)成 實(shí)驗(yàn)處理裸地玉米地棉花地黃豆地P值 同表4注NH4+ - N (mg L n n 0. 26 a 0. 24不同形態(tài)氮素徑流濃度及其占總氮濃度的比例 N03- N (mg L n n 0. 70 ab 0. 50 a 1.02 b DN (mg Ln n 1.52 a 1.31 a 153 a PN (mg L n n 1.68 a 0. 68 a TN (mg Ln n 3. 21a 2. 91ab 2. 21 b 2. 51ab 0. 114 0.37 b 1.60 ab 0. 43 b 0. 003 0. 69 c 0. 000

15、 1. 11 b 0. 037 2. 08 b 0. 05表 7 不同作物 植被類型下地表徑流磷素流失形態(tài)構(gòu)成 實(shí)驗(yàn)處理裸地玉米地棉花地黃豆地P值 同表4注不同形態(tài)磷素徑流濃度及其占總磷濃度的比例(mg L TP n n. 351 a 4結(jié)論針對(duì)淮北地區(qū)汛期典型次暴雨徑流下地表氮磷徑流流失規(guī)律與特征，開展野外田間試驗(yàn)研究，探討作物植被類型差異對(duì)地表徑流量、土壤侵蝕量和氮磷徑流流 失量的影響，分析不同形態(tài)氮磷徑流濃度構(gòu) 成。作物植被類型差異對(duì)地表徑流量、土壤侵蝕量、不同形態(tài)氮磷徑流流失量影響的強(qiáng)度順序大致為裸地玉米地 棉花地 黃豆地，作物葉面積指數(shù)應(yīng)是導(dǎo)致不同作物植被類型下地表徑流量和 土壤侵蝕

16、 量差別明顯的主要影響因素，而影響銨態(tài)氮、可溶性氮、總氮可溶 性磷與總磷徑流流失量的要素應(yīng)與作物葉面積指數(shù)和地表徑流量密切相關(guān)。與裸 地下顆粒態(tài)氮磷流失對(duì)農(nóng)田氮磷地表徑流流失的影響作用略高于可溶性氮磷流失狀況相比，具有較高葉面積指數(shù)的黃豆和棉花植被覆蓋條件下可溶性氮磷是農(nóng)田氮磷地表徑流流失的主要形式，而顆粒態(tài)氮磷對(duì)氮磷地表徑流流失的影響相對(duì)較低，對(duì) 玉米地而言，顆粒態(tài)氮和可溶性磷分別是農(nóng)田氮磷地表徑流流失的主要形式。對(duì)具有半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候特點(diǎn)的淮北平 原砂漿黑土地區(qū)，在汛期種植黃豆、棉花等葉面 積指數(shù)較高的作物有助于減少氮磷地表徑流流失，減緩農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)地表水體富 營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生的潛在威脅。參：考

17、文獻(xiàn)1 Douglas C L , K K A ,Zuzel J F.Nitroge n and phosphorus in surface runoff and sedime nt from a wheat2pea rotati on in ing northeastern oregonJ . J . Environ. Qual. ,1998 ,27 :1170 - 1177. 2 黃云鳳，張珞 平，洪華生，等.小流域氮流失特征及其影響因素J .水利學(xué)報(bào)，2006 ,37 (7 :801 - 806. (6 :731 - 738. 3 肖強(qiáng)，張維理，王秋兵，等.太湖流域麥田土壤氮素流失過(guò)程

18、的模擬研究J .植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2005 ,11 4 徐泰平，朱波，況福虹，等.平 衡施肥對(duì)紫色土坡耕地磷素徑流流失的影響J .農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006 ,25(4 :1055 - 1059. 5 張亞麗，張星昌，邵明安，等.降雨強(qiáng)度對(duì)黃土坡面礦質(zhì)氮素流 失的影響J .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004 ,20 ( 3 :55 - ? 1994-2010 China Academic JournalElectro nic Publishi ng House. All rights reserved. (mg L DPn n 0. 157 a 0. 065 b 0. 101b 0. 023 0. 11

19、7ab (mg L PPn n 0. 194 a 0. 051b 0. 067 b 0. 030 b 0. 0010. 117 b 0. 168b 0. 147 b 0. 001 NH4+ - NnTN12. 6 10. 9 27. 5n % 8. 0 DP n n % TP 44. 6 55. 9 60.079. 8 NO3- - Nn TN n % 21.717. 2 46. 3 44. 1 DNn TN n % 47. 5 45.2 69. 3 82. 8301 PPn n % TP 55. 4 44.140. 0 20. 2 PN nTN n % 52. 5 54. 8307 17.

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25、 Research In stitute , Ben gbu233000 , Chi na Abstract : The laws and characteristics of n itroge nand phosphorus runoff losses from farmla nd surface for differe nt crop vegetati ons in north part of the Huaihe River basin were analyzed according to the experimental data of each rain storm eve nt in flood seas on. The result shows that the runo ff ,soil erosi on , n itroge n and phosphorus losses are sig nifica ntly affected by crop vegetatio n type. The effect intensities for various crops is in the order of bare land corn