次暴雨下作物植被类型对农田氮磷径流流失的影响.

1、2009年3月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO第40卷第3期收稿日期：2008203214基金项目：国家自然科学基金重点项目 (50639040;50739003作者简介：焦平金(1980-,男，安徽人，博士生，主要从事农田排水与水环境保护方面的研究。 E 2mail :jiaopjiwhr. com文章编号:055929350(2009 0320296207次暴雨下作物植被类型对农田氮磷径流流失的影响焦平金1,王少丽1,许迪1,王友贞2(1.中国水利水电科学研究院 水利研究所，北京100044; 2.安徽省，233000摘要：基于汛期次暴雨径流实验数据，。结果表明，作物植被类

2、型差异对地表 径流量 玉米地 棉花地 黄豆地。因素。对具有较高植被覆盖度的黄，而玉米地中颗粒态氮和可溶性磷分别是农田氮磷、棉花等高叶面积指数的作物可有效 减少氮磷地表径流流失，减缓农业面源污染带来的威胁。关键词：降雨；作物；植被；径流；土壤侵蚀；氮磷；流失中图分类号：S157.1;X 144文献标识码:A1研究背景地表径流与土壤侵蚀引起的氮磷流失是导致农业面源污染、河流湖泊等地表 水体产生富营养化的主要原因，其带来的环境、经济及社会问题已引起国内外普遍关注1-2,研究农田氮磷径流流失规律对提高化肥利用率、减轻农业面源污染、缓解 水资源危机具有重要理论意义和实用价值。现有大量针对氮 磷地表径流流

3、失机理与规律的研究多在室内外模拟降雨条件下基于坡面产流或农田径流状态开展，其考虑了植被覆盖、施肥、雨强、耕作方式等因素对地表径流氮磷流失规律 的影响3-6,以及地表径流中不同形态氮磷的构成7,研究发现作物植被覆盖对农田氮磷地表径流流失的影响较为明显8-9。由于人工降雨模拟条件与自然降雨状态间在降雨属性等方面存在着差异，上述得出的相关研究结论用于指导实践具有一定局限性10,故深入研究自然降雨条件下作物植被类型差异对农田氮磷径流流失规律的影 响凸显重要。本文基于汛期典型暴雨径流实验观测数据，研究不同作物植被类型 下的农田地表氮磷径 流流失规律和特征，探讨作物植被类型差异对地表径流量、土壤侵蚀量和不

4、同形态氮磷流失量的影响，分析地表径流氮磷浓度构成，从而为减少农田氮磷径流流失、控制农业面源污染提供科学依据。2 实验与方法211实验区概况实验区地处紧邻淮北平原的安徽省水利科学研究院新马桥农水综合试验站，位于东经117 22北纬33 09属暖温带半湿润季风气候区。当地年均降水量 91113mm ,降水主要分布在6 9月份,多为暴雨,其中汛期雨量约占全年总量的 60%70%,年均降雨径流深24012mm ,年均气温和蒸发 量分别为1510C和 91617mm。当地作物种植类型主要有冬小麦、黄豆、玉米、棉花等，实验区供 试土壤为砂浆黑土，土壤质地以重壤质为主,020cm表土的主要理化性质如表1所

5、示。692表1 实验区表土主要理化性质不同粒径土壤颗粒含量 n%2. 50. 5mm0. 50. 1mm 0. 10. 05mm0. 050. 01mm 玉米地 棉花地 黄豆地，而对土壤侵蚀量则为裸地 玉米地 棉花地 我豆地Elu、*垢心图2 不同作物植被类型下地表径流量时间变化过程图3 地表径流量和土壤侵蚀量与LAI的关系表4 不同作物植被类型下作物叶面积指数、地表径流量和土壤侵蚀量的差 异实验处理 叶面积指数LAI地表径流量n mm土壤侵蚀量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黄豆地 5. 49c 1.48. 20d 340c 0注：同栏内不同小写字母（如a ,b ,c ,d表示每两个处理组之间在0105水平 上差异显著，具有相同字母的两个处理则表示差异不显著31112 地表径流量和土壤侵蚀量与作物叶面积指数的关系图3给出地表径流量和土壤侵蚀量与作 物叶面积指数LAI间的相关关系,两者均呈现出明显的负相关性（P 010001 ,相关系数 分别为0187和0184,这表明不同作物植被类型下叶面积指数间存在的明显差异（表3应是导致地表径流量和土壤侵蚀量出现显著性差别的主要影响因素。与裸地处 理相比，在具有

7、较高LAI值的黄豆实验小区内，相对郁闭的作物冠层覆盖度可有效 减少雨滴直接击打表土和径流冲刷能量、增强作物冠层拦蓄降雨的能力，进而明 显减少农田地表径流和表土侵蚀量 。312 作物植被类型差异对不同形态氮素径流流失量的影响31211不同形态氮素径流流失量图4给出不同作物植被类型下铵态氮、硝态氮、可溶性氮和总氮的 径流流失量随时间变化过程，可以看出作物植被类型 差异对不同形态氮素径流流失量的时间变幅影响明显。其中黄豆种植条件下不同形态氮素径流流失量的时间变幅最小，其次为棉花，而玉米覆盖下铵态 一892氮、可溶性氮、总氮径流流失量的时间变幅较大，但相应的硝态氮径流流失 量时间变幅却低于棉花地。从表

8、5给出的结果可以发现，作物植被类型差异显著 影响农田不同形态氮素的径流流失量 。黄豆处理 下不同形态氮素的径流流失量要 显著小于玉米和棉花地，而玉米地的铵态氮、总氮的径流流失量显著高于棉花地, 可溶性氮的径流流失量虽高于棉花处理但彼此间的差异并不显著，硝态氮的径流流失量要显著小于棉花地o】$LIHI3典的5O4OM2OIO0?IHJ图4 不同作物植被类型下铵态氮、硝态氮、可溶性氮和总氮径流流失量的 时间变化过程表5 不同作物植被类型下不同形态氮磷径流流失量的差异实验处埋 地表径流氮磷流失量 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 黄豆地 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 不同形态氮素径流流失量与作物叶面积指数和地表径流量的关系由图5可知,铵态氮、可溶性氮、总氮径流流失量与作物叶面积指数 LAI和地表径流量显著相关（P 47.94-53 8x R2=0A5 NH：-N v=21.57-2.A*30025020015010050图5 不同形态氮素径流流失量与LAI和地表径流量的关系)03L50000050Q E创E)画抹握探廡谄追厚图6 不同作物植被类型下可溶性磷、 总磷径流流失量的时间变化过程 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图7 不同形态磷素径流流失量与LAI和地表径流量的关系作物植被下影响农田不同形态磷素径流流失量的主要因素是作物叶面积指数(R 2=01680170。314作物植被类型差异对不同形态氮磷径流浓度构成的影响31411不同形态氮素径流浓度构成表6给出不同作物植被类型下地

12、表径流不同形态氮素浓度的差异及其占总氮浓度的比例，作物植被类型差异对地表径流铵态氮、硝态氮、 颗粒态氮浓度的影响显著，但对可溶性氮和总氮浓度的影响却不显著。以裸地为对照，黄豆和棉花植被覆盖下地表径流铵态氮、硝态氮、可溶性氮浓度占总氮浓 度的比例相对较高，而颗粒态氮浓度的比例相对较低，玉米地与裸地间在地 表径流 不同形态氮素浓度占总氮比例上的差异较小。与裸地和玉米地下颗粒态氮流失对农田氮素地表 径流流失的影响作用略高于可溶性氮流失状况相比，在具有较高叶面积指数的黄豆和棉花植被覆盖条件下，可溶性氮是农田氮素地表径流流失的主要形 式，而颗粒态氮则对氮素径流流失的影响相对较低，这与两种作物下的土壤侵蚀

13、量相对较少有关13。31412 不同形态磷素径流浓度构成表7给出不同作物植被类型下地表径流不同形态磷素浓度的差异及其占总磷浓度的比重，其中裸地下的颗粒态磷和总 磷的浓度显著高于其它3种作物覆盖下的相应值,而可溶性磷浓度的差异不显著14。相对裸地而言，黄豆覆盖状况下地表径流可溶性磷浓度占总磷浓度的比重相对较大，颗粒态磷浓度的比重相对较低，玉米地与棉花地之间在地表径流不同形态 磷素浓 度占总磷比重上的差异性较小。与裸地下颗粒态磷流失对农田磷素地表径 流流失的影响作用略高于可 一003溶性磷流失状况相比，玉米、棉花和黄豆地下可溶性磷或许是磷素地表径流流 失的主要形式，其中尤以黄豆和棉花植被覆盖条件下

14、最为明显。表6 不同作物植被类型下地表径流氮素流失形态构成 实验处理裸地玉米地棉花地黄豆地P值 同表4注NH4+ - N (mg L n n 0. 26 a 0. 24不同形态氮素径流浓度及其占总氮浓度的比例 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 植被类型下地表径流磷素流失形态构成 实验处理裸地玉米地棉花地黄豆地P值 同表4注不同形态磷素径流浓度及其占总磷浓度的比例(mg L TP n n. 351 a 4结论针对淮北地区汛期典型次暴雨径流下地表氮磷径流流失规律与特征，开展野外田间试验研究，探讨作物植被类型差异对地表径流量、土壤侵蚀量和氮磷径流流 失量的影响，分析不同形态氮磷径流浓度构 成。作物植被类型差异对地表径流量、土壤侵蚀量、不同形态氮磷径流流失量影响的强度顺序大致为裸地玉米地 棉花地 黄豆地，作物叶面积指数应是导致不同作物植被类型下地表径流量和 土壤侵蚀

16、 量差别明显的主要影响因素，而影响铵态氮、可溶性氮、总氮可溶 性磷与总磷径流流失量的要素应与作物叶面积指数和地表径流量密切相关。与裸 地下颗粒态氮磷流失对农田氮磷地表径流流失的影响作用略高于可溶性氮磷流失状况相比，具有较高叶面积指数的黄豆和棉花植被覆盖条件下可溶性氮磷是农田氮磷地表径流流失的主要形式，而颗粒态氮磷对氮磷地表径流流失的影响相对较低，对 玉米地而言，颗粒态氮和可溶性磷分别是农田氮磷地表径流流失的主要形式。对具有半湿润季风气候特点的淮北平 原砂浆黑土地区，在汛期种植黄豆、棉花等叶面 积指数较高的作物有助于减少氮磷地表径流流失，减缓农业面源污染对地表水体富 营养化产生的潜在威胁。参：考

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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