大学论文 丹江口库区土壤氮磷养分流失特点的研究.pdf

华中农业大学硕士学位论文丹江口库区土壤氮磷养分流失特点的研究姓名：姚娜申请学位级别：硕士专业：土壤学指导教师：蔡崇法;李传刚20070601华中农业大学2 0 0 7 届硕士研究生毕业论文摘要丹江口库区是南水北调中线工程水源区，总体水质满足调水的要求大坝加高后淹没了耕地以及区域农业的发展，促使人为活动增强，产生水土流失和农业非点源污染，进而影响库区水质研究丹江口库区主要土壤的侵蚀特点和非点源污染物氮磷流失的特点，可为库区水源区保护措施的制订提供理论依据，也可为区域农业非点源污染估算模型中建立参数的确定提供依据本文以紫色土为研究对象，通过室内人工模拟降雨试验，测定了坡度、雨强、施肥处理下的产流产沙量和氮磷养分( 硝态氮、铵态氦、总氮、有效磷和总磷) 流失量，研究了土壤侵蚀和氮磷养分流失特点的主要影响因素，探讨了不同处理下氮磷养分流失的主要形态，泥沙对养分的富集作用及流失泥沙中团聚体与养分含量的关系，主要结果如下：( 1 ) 土壤侵蚀量随着坡度或雨强的增加而增加，施肥对其无显著影响相比，1 0 和2 0 时，坡面的平均入渗率减少1 ／5 和l ／2 ；初始产流时间减少0 ．2 1 m i n和1 ．6 1 m i m 径流总量增大1 1 ．2 8 ％和1 8 ．6 2 ％；泥沙总量增大2 3 ．2 9 ％和3 1 ．8 7 ％。

雨强由0 ．5 r a m ／r a i n 变为1 ．0 m m ／m i n ，平均入渗率增大了2 倍，径流总量增大了1 ．5倍，泥沙总量略有增大，初始产流时间则略有缩短 2 ) 坡度、雨强和施肥处理对径流中测试的养分流失有不同的影响测试的所有形态的氮磷养分在径流中的流失负荷随坡度或雨强的增大而增大，且达到了显著水平施肥增大了养分的流失浓度和流失负荷，均达到了显著水平坡度对径流中测试的速效养分( 硝态氮、铵态氦和有效磷) 流失浓度的影响不显著，对径流中测试的全量养分( 总氮和总磷) 浓度有一定的影响随着坡度的增大，径流中总氮浓度减小，径流中总磷的浓度增大雨强由0 ．5 m m ／m h n 变为1 ．0 m m ／m i n ，径流中测试养分的浓度变化无规律，硝态氮和总磷明显增大，铵态氮减少，总氮和有效磷变化不大 3 ) 坡度、雨强和施肥处理对泥沙中测试的养分流失有不同的影响坡度增大，测试的所有形态的养分在泥沙中的流失浓度减少；除有效磷外，其他测试养分形态的流失负荷增大雨强从0 ．5 r a m ／r a i n 变为1 ．O m m ／m i n ，径流泥沙中的矿质氮的浓度略有减少，总氮的浓度几乎不变，有效磷的浓度增大，总磷变化无规律。

除硝态氮外，其他的测试养分形态在泥沙中的流失负荷随雨强的增大而增大，并且均达到了显著水平施肥处理后，泥沙中的测试养分的流失浓度和流失负荷除总磷无差异外，其他养分均显著增大 4 ) 雨后表±养分含量与两前表土相比，总氮、硝态氮、铵态氮、全磷的含量都有所降低，有效磷的变化无差异，其中在不旌肥处理中，铵态氮的雨后表土养分含华中农业大学2 0 0 7 届硕士研究生毕业论文量增大坡度和雨强对表土养分流失影响不显著施肥增大了表土氮磷养分含量和养分流失的比例 5 ) 泥沙对测试的所有形态的养分均有富集作用三种形态的氮素的富集度大小为：铵态氮> 总氮’硝态氮泥沙对有效磷的富集作用大于总磷在三个坡度、两个雨强和四个施肥处理下测试的所有形态养分在泥沙中的富集度也不同当坡度或雨强增大，测试的所有形态氮素和磷素的富集度逐渐减小，并且都达到了显著水平施氮肥处理下测试的氮素富集度高于不施氮肥措施下的富集度，施磷肥下的有效磷的富集度要高于不施磷肥的富集度在四个施肥处理下，总磷的富集度变化无差异 6 ) 土壤中的硝态氮主要随径流流失，铵态氮、总氮、有效磷和总磷则主要随泥沙的流失而流失 7 ) 紫色土的流失的颗粒主要为 T N > N 0 3 ·N ．E RO f A Pi sl a r g e rt h a nT P ．A l ln u t r i e n t sr e d u c ew h e ns l o p eg r a d i e m O 。

一2 0 0 、o rr a mi n t e n s i t y ( 0 ．5 ·1 ．0 m m ／m i n )i n h e r e ．A f e rf e r t i l i z i n gE Ri n c 化鹞c se x c e p tT P , w h i c hk c c pt h es a m eu n d e rd i f f e r e n tf e r t i l i z e ri n e a s u r c ．( 6 ) T h ec o n s i s t e n c eo fN 0 3 - Ni ns o f tm a i n l yl o s s e si nr u n o f f ，b u tN H 4 - N , T N , A Pa n dT Pm a i n l yl o s si ns e d i m e n t ．( 7 ) T h es e d i m e n t so fe r o d e df i e l dr i c h l yg a t h e r e d 降两强度> 坡度有些学者研究表明：随地形坡度增加，磷的流失也有增加的趋势( 王百群，1 9 9 9 = 刘秉正，1 9 9 5 = 杨武德，1 9 9 9 ；P a l i s P G ．。

1 9 9 0 ：G h a d i r i ，1 9 9 1 ) 在一场降雨中，养分流失随时间的推移而有所不同王百群和刘国彬( 1 9 9 9 )对黄土丘陵地区养分流失规律研究表明：产流初期径流中氮素养分浓度较高，随着径流量的增加并出现洪峰时，径流中氮素养分浓度上升最高，随后随径流的减少，径流中氮素养分浓度开始下降刘秉i E ( 1 9 9 5 ) 等人通过在黄土高原南部土壤的野外定位试验研究表明：产流初期，养分的浓度较高，此后有所下降的趋势，当出现洪峰时，养分的浓度上升到最高值李定强( 1 9 9 8 ) 等对广东东江流域研究小流域非点源污染物质流失规律的研究指出：径流初期，径流中非点源污染物质如有机碳、氮、磷等污染物质浓度较高，随后有下降的趋势F l a n a g a nD ．C ( 1 9 8 9 ) 等通过模拟不同雨强养分流失试验表明：径流液中氮磷的浓度最大值出现于径流开始后一小时径流高峰期保土耕作，通过减少地表径流及雨点和径流对土壤的冲击与侵蚀来影响水土3华中农业大学2 0 0 7 届硕士研究生毕业论文和农用化学物的流失，能有效的控制水土流失，减少泥沙结合态磷的流失，但有可能增加生物有效磷和可溶性磷的流失( 王珂，1 9 9 6 ) 。

水肥管理的科学程度同样影响氮磷养分的流失G a y n o r ( 1 9 9 5 ) 等人研究农田耕作方式对磷和土壤流失的影响，表明：采用常规休闲耕作方式的农田，其磷的流失小于不休耕作农田，但土壤的流失量要大得多D ．M ．V i e t o r ( 2 0 0 4 ) 等通过实验指出：总氮、硝态氮的流失与各种肥料的种类无关，当旌肥量达到一定值时，随着施肥量的增加，流失将不再增多S h a r p l e y ( 1 9 9 5 ) 在报道麦田磷的流失时认为：传统耕作磷的流失量> 免耕> 天然杂草地G a y n e r ( 1 9 9 5 ) 研究认为和传统耕作相比，保护性耕作虽然减少土壤磷素流失的总量，但是径流液中可溶性磷的浓度有增加的趋势磷肥的施用量与磷素的流失呈正相关，在磷肥施用量相同的条件下，表土撒施与点施相比，前者径流中可溶性磷( D P ) 的浓度是后者的1 0 0 倍M c l s s a a c G ．F ．( 1 9 9 5 ) 等人研 究认为：施用磷肥后，免耕玉米地的径流中磷的流失大于传统耕作径流中的磷的浓度，如果面施的话，这种问题更为严重E d w a r d sf 1 9 9 2 ) 等人认为施用家禽肥料后能显著增加土壤磷素的流失量，两者呈线形关系。

沈冰( 1 9 9 5 ) 等人实验发现：施肥到发生暴雨的时间间隔越短，流失量越大，其中氮的流失量可高达施肥量的1 5 ％C l a r k ( 1 9 8 4 ) 、E d w a r d ( 1 9 9 2 ) 、B h a t n a g a r V K ( 1 9 8 5 ) 也得出相似的结论2 - 2 养分富集度众多的学者在研究坡面径流与土壤养分流失关系时，发现土壤养分在流失泥沙中具有富集现象( 黄秉维，1 9 9 8 ：吴发启；2 0 0 3 ；朱兴平，1 9 9 7 ；王斌瑞和王百田，1 9 9 6 ；李勇等，2 0 0 4 ：吕喜玺和史德明，1 9 9 4 ；刘文国等，2 0 0 3 ：王百群和刘国彬，1 9 9 9 ；刘秉正等，1 9 9 5 ；彭浩等，2 0 0 4 ：S h a r p l e y ，气N ．，e ta 1 ．，1 9 9 2 ；M c i s a a c , 1 9 9 1 ) ，这种富集现象的产生主要有两个原因，一是根据土壤侵蚀发生规律，土体细颗粒最易为径流冲刷和运移，所以侵蚀的土壤往往以细颗粒为主二是细颗粒由于比表面积大，对流失的土壤养分吸附作用强烈。

这两个原因的共同作用，表现为泥沙中的养分流失量远远高于径流水中的养分流失量，有机质、氮、磷、钾在流失泥沙中的含量高出了表土中的含量，产生了富集现象A v n i m e l e c h ( 1 9 8 4 ) 和F l a n a g a n ( 1 9 8 9 ) 等指出这种富集作用一方面决定于土壤中有机质对养分的吸附作用；另～方面决定于粘土的吸附作用，这两者都与土壤中的团聚体组成有关W a n ( 1 9 9 8 ) 在夏威夷的研究认为，团聚体良好的土壤，其流失泥沙中的团聚体粒径与养分的富集关系密切，流失泥沙中细粒团聚体的富集是表土团聚体破裂及径流选择性搬运造成的W h i t e ( 1 9 8 6 ) 等人研究表明；泥沙流失中的养分9 0 ％左右为土壤团聚体和土壤颗粒所吸附杨艳生( 1 9 9 3 ) 等认为红壤旱坡地径流泥沙含量最高的是0 ．0 5 —0 ．0 1 、0 ．1 一O ．0 5 及 总氮> 硝态氮坡度从5 增加到2 0 时，硝态氮的富集度分别为1 ．4 3 1 、1 ．3 0 8 、1 ．1 8 8 ，铵态氮的富集度为3 ．5 0 1 、3 ．3 9 9 、3 ．1 0 9 ，总氮的富集度为1 ．5 5 7 、1 ．4 8 7 、1 ．3 8 9 ，可见随着坡度的增大，各形态氮的富集度逐渐减小，并且都达到了显著水平。

这是可能因为在相同降雨情况下，坡度增大，坡面对径流的阻力减少，增大了径流携带泥沙尤其是携带大颗粒泥沙的能力，同时径流流速也增大，导致了径流与土壤坡面养分相互作用的时间减少，减弱了径流对养分的解吸作用( 张兴昌和邵盟安，2 0 0 0 ) 由图5 ．7 可知，有效磷和总磷的富集度都大于1 ．0 ，说明泥沙对磷素具有富集作用其中有效磷的富集度都大于1 ．5 ，尤其是在坡度5 时，富集度达到了2 ．0 6 3 总磷的富集度也高达1 ．2 ～I ．6 由此可知，泥沙对速效磷养分的富集作用大于全量养分这可能是由于土壤对磷的吸附能力强，径流与坡面相互作用后，部分溶解态的磷和易溶颗粒态磷被径流冲刷，但是径流对土壤的浸提作用有限，使较多的有效磷残留在侵蚀泥沙中( 李裕元，2 0 0 2 ) 坡度从5 增大到2 0 有效磷和总磷的富集度都逐渐减小其中有效磷的富集度分别减少1 6 ％和1 2 ．5 ％，总磷的减少幅度在8 ％左右5l O 坡度( ‘)5l O 坡度( )图5 - 7 不同坡度下磷素富集度H g ．5 —7E n r i c h m e n tr a t i。