秸稈覆蓋對(duì)紅壤坡耕地氮磷淋溶的影響

秸稈覆蓋對(duì)紅壤坡耕地氮磷淋溶的影響

坡耕地氮磷流失不僅會(huì)導(dǎo)致土壤肥力的降低、肥料利用率的降低和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加，還容易導(dǎo)致環(huán)境水環(huán)境和富營(yíng)養(yǎng)化。氮淋溶是坡耕地土壤中氮素?fù)p失的重要途經(jīng)之一，而淋溶損失也是導(dǎo)致地下水硝態(tài)氮污染的重要原因淋溶損失是養(yǎng)分從土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)流失的主要途徑之一；紅壤坡耕地氮素淋溶是其養(yǎng)分流失的重要方面，隨著雨強(qiáng)的增大，淋溶損失造成的氨氮、硝態(tài)氮和總氮流失量也增加坡耕地被認(rèn)為是重要的面源污染源1材料和方法1.1坡耕地基本理化性質(zhì)供試土壤采自江西省德安縣江西水土保持生態(tài)科技園內(nèi)（115°42′38″～115°43′06″E,29°16′37″～29°17′40″N之間）坡耕地，質(zhì)地為第四紀(jì)紅黏土，其基本理化性質(zhì)見表1。為研究坡耕地土壤表層淋溶特征，取樣土壤深度為20cm。根據(jù)當(dāng)?shù)仄赂剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)氮肥、磷肥施用量配制添加溶液模擬施肥量，取0.1700gKNO1.2土壤厚度及容重的確定用200目的濾布封住亞克力管（高50cm，內(nèi)徑10cm，厚0.5cm，底部帶有若干個(gè)直徑2mm的圓孔）底口，取風(fēng)干土壤過(guò)2mm篩，分4次填入亞克力管中，每次填入510.25g，壓實(shí)至厚度為5cm，最終填土2041g，土壤厚度為20cm，容重為1.3g/cm1.2.1樣品總淋溶量測(cè)定采用間歇淋溶法測(cè)定氮、磷淋溶量及濃度。預(yù)先在帶有連通裝置的馬氏瓶中加入超純水使馬氏瓶中超純水達(dá)到最低液面，然后將馬氏瓶與亞克力管用橡皮管連接，亞克力管底部放有1000mL容量瓶，兩者用漏斗連接，用于接收淋溶液。淋溶總量模擬江西省德安縣月最大降雨量（4月份，190mm），經(jīng)計(jì)算淋溶總水量約為1600mL。分8次淋溶，每次淋溶水量為200mL，淋溶周期為24h。淋溶試驗(yàn)前，向馬氏瓶中加入600mL超純水使土壤飽和，然后將配制好的氮磷溶液加入土壤中，再用保鮮膜將亞克力管頂部封住，防止水分蒸發(fā)。隨后進(jìn)行第1次淋溶，將200mL超純水加入馬氏瓶中，進(jìn)行試驗(yàn)。第2天取出淋溶液測(cè)出體積裝入取樣瓶，進(jìn)行水樣氮、磷的測(cè)試分析。此后重復(fù)此步驟進(jìn)行第2次淋溶，直至8次淋溶結(jié)束。1.2.2土柱淋溶樣樣的檢測(cè)為了進(jìn)一步了解單次淋溶過(guò)程中不同處理在開始時(shí)間段內(nèi)氮磷的淋失特征，采用單次過(guò)程取樣法對(duì)土柱試驗(yàn)收集淋溶液進(jìn)行檢測(cè)。從淋溶開始試驗(yàn)開始后每隔15min取一次樣，共取樣4次，即在15、30、45、60min時(shí)取樣。每次取樣后測(cè)量淋溶液的體積，再測(cè)定總氮（TN）和總磷（TP）的濃度，以便計(jì)算每次淋溶出的氮磷量及最終淋溶總量。1.3樣品測(cè)試和數(shù)據(jù)處理水樣總氮（TN）采用堿性過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，銨態(tài)氮（NH試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1土壤氮素的滲透特性2.1.1jg的淋出特征兩種處理下淋溶液的TN濃度隨時(shí)間變化如圖2所示，隨著淋溶次數(shù)的增加，淋溶液中TN的濃度均呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì)。從第1天到第3天，CK淋溶液TN濃度一直降低，而第4天的濃度又上升，但是未超過(guò)第1天的濃度，從第4天后到試驗(yàn)結(jié)束TN的濃度一直處于降低狀態(tài)。JG淋溶液從第1天到第2天，TN濃度急劇下降，比CK處理提前1天到達(dá)拐點(diǎn)，從第2天到第4天，TN濃度升高，此后持續(xù)降低。不同處理之間比較發(fā)現(xiàn)，2種處理淋溶液中TN濃度的變化趨勢(shì)大致相同，只是兩者發(fā)生轉(zhuǎn)折的時(shí)間有所不同，CK處理TN濃度從降低到升高的時(shí)間發(fā)生在第3天，而JG發(fā)生在第2天；但是，JG的淋溶液TN濃度始終要小于CK，且具有極顯著差異（T檢驗(yàn)，P<0.01）。從濃度值來(lái)看，在淋溶初期無(wú)論有無(wú)覆蓋土壤氮淋溶液的濃度都很高，在20mg/L左右，雖然淋溶后期TN濃度比前期降低76%～89%，但淋溶液濃度始終相當(dāng)于地表水劣Ⅴ類水水平，說(shuō)明坡耕地施肥后產(chǎn)生的氮污染濃度大。從表2可以看出，TN淋出量的變化趨勢(shì)與濃度的變化趨勢(shì)一致，JG的TN淋出總量比CK小19.4%。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用秸稈覆蓋的水土保持措施能夠抑制紅壤在淋溶過(guò)程中TN的淋失。2.1.2各形態(tài)氮的淋失量TN由有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮組成，而無(wú)機(jī)氮主要由銨態(tài)氮（NH從圖4可以看出，2種處理下淋溶液中硝態(tài)氮的濃度變化趨勢(shì)與總氮的變化趨勢(shì)基本一致。不同處理之間比較發(fā)現(xiàn)，JG處理下的淋溶液中硝態(tài)氮濃度大部分時(shí)間都小于CK處理。經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)得出，2種處理硝態(tài)氮濃度具有顯著性差異（P<0.05）。從圖5可看出，JG處理下的淋溶液中銨態(tài)氮濃度始終都要小于CK處理，且差異極顯著（P<0.01）。說(shuō)明秸稈對(duì)土壤中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都具有良好的保持作用，因?yàn)榻斩捀采w能夠降低有機(jī)氮的礦化，提高表層土壤中微生物的數(shù)量和活性，促進(jìn)微生物對(duì)有效氮的固持。由表2可知，經(jīng)過(guò)8次的淋溶試驗(yàn)，各形態(tài)氮的淋出量的大小順序依次均為硝態(tài)氮>銨態(tài)氮>有機(jī)氮。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，CK淋溶液中TN的累積量是JG的1.24倍，CK淋溶液中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮分別是JG的1.23和1.29倍。從每次淋溶液的各氮素形態(tài)量占比發(fā)現(xiàn)，JG淋溶液中硝態(tài)氮占27.1%～73.2%，銨態(tài)氮占23.5%～68.5%，有機(jī)氮占1.9%～6.2%;CK淋溶液中硝態(tài)氮占53.1%～74.2%，銨態(tài)氮占22.8%～43.9%，有機(jī)氮占1.6%～4.4%。計(jì)算各形態(tài)氮素8次淋溶的累積總量得出，JG淋溶液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機(jī)氮累積量分別占總氮的68.3%、27.9%和3.8%;CK淋溶液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機(jī)氮分別為67.9%、39.0%和2.9%。可見，在淋溶過(guò)程中氮素主要以硝態(tài)氮的形態(tài)淋出，采用秸稈覆蓋的水土保持措施能夠抑制紅壤在淋溶過(guò)程中氮素特別是硝態(tài)氮的淋失。2.2地表水類水、類水從圖6可以看出，2種處理下淋溶液中TP的濃度都處于波動(dòng)狀態(tài)，且TP的濃度較小，均在0.1mg/L以下，相當(dāng)?shù)乇硭耦惢颌蝾愃?。?duì)比2種處理可以發(fā)現(xiàn)，JG處理下淋溶液中總磷的濃度大小波動(dòng)較CK處理相對(duì)平穩(wěn)，但是2種處理下TP濃度未達(dá)到顯著水平，這是由于土壤和磷素之間能發(fā)生劇烈的反應(yīng)，土壤吸持固定磷素的容量很大，磷素在土壤中很難移動(dòng)2.3氮素淋溶過(guò)程中的作用規(guī)律從圖7可以看出，CK和JG處理下的單次淋溶過(guò)程中TN的濃度均呈現(xiàn)持續(xù)降低的狀態(tài)，JG處理下降程度相對(duì)平緩。比較2種處理發(fā)現(xiàn)，TN濃度差異性未達(dá)到顯著水平，從總量上看（表3）也相差不大；并未出現(xiàn)8d間歇淋溶試驗(yàn)中的秸稈對(duì)氮素淋溶有明顯抑制性作用的現(xiàn)象，這可能是由于秸稈覆蓋的作用在短時(shí)間內(nèi)并不能體現(xiàn)。由表3可知，經(jīng)過(guò)60min的淋溶，TN在每隔15min內(nèi)的累積量持續(xù)減小，但是相差不大，2種處理的規(guī)律一致，可以推斷氮素淋溶過(guò)程中在降雨后下滲初期的淋溶量相對(duì)較大。由圖8及表3可知，2種處理下的單次淋溶過(guò)程中TP的濃度及累積量無(wú)明顯規(guī)律性，但是可以看出，無(wú)論是淋溶液濃度還是淋溶量都很小，這與8d間歇淋溶試驗(yàn)得出的磷在土壤中易受土壤介質(zhì)固定有關(guān)相符。3對(duì)土壤的淋溶控制(1）從淋溶液濃度來(lái)看，TN濃度呈現(xiàn)先降低后升高再降低但總體仍是降低的趨勢(shì)，TP濃度處于波動(dòng)狀態(tài)。與文獻(xiàn)(2）從淋溶液中氮素的形態(tài)來(lái)看，本試驗(yàn)研究得出坡耕地紅壤氮素主要以硝態(tài)氮的形式淋出，這與文獻(xiàn)(3）從秸稈覆蓋措施來(lái)看，秸稈覆蓋是一種傳統(tǒng)的農(nóng)作措施，它不僅具有保水穩(wěn)溫效應(yīng)(4）本文的試驗(yàn)是基于以往對(duì)紅壤坡耕地研究的不足而設(shè)計(jì)的控制試驗(yàn)，僅試圖探討坡耕地表層土壤的淋溶規(guī)律，未設(shè)置整個(gè)紅壤土層的試驗(yàn)，模擬降雨量與天然降雨的影響也會(huì)有差異，這些均為本試驗(yàn)的不足之處。另外，本試驗(yàn)所得結(jié)論僅是稻草秸稈覆蓋在室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)的條件下得出，然而這種作用是否與土壤質(zhì)地、施肥量、秸稈種類、秸稈覆蓋厚度以及土層厚度等有關(guān)，有必要進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究。4對(duì)土壤中氮素的影響(1）坡耕地紅壤氮素淋溶的濃度較大，磷素淋溶的濃度較?。粺o(wú)論是間歇淋溶還是單次淋溶過(guò)程，淋溶液中氮素濃度總體均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，間歇淋溶過(guò)程中呈現(xiàn)先減小后增加再減小的趨勢(shì)，淋溶液中磷素濃度呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)；淋溶液中TN濃度均遠(yuǎn)大于TP濃度。(2）裸露紅壤淋溶液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機(jī)氮累積量分別占總氮的67.9%、39.0%和2.9%。秸稈覆蓋處理下淋溶液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機(jī)氮累積量分別占總氮的68.3%、27.9%和3.8%；在紅壤淋溶