秸秆覆盖对红壤坡耕地氮磷淋溶的影响

秸秆覆盖对红壤坡耕地氮磷淋溶的影响

坡耕地氮磷流失不仅会导致土壤肥力的降低、肥料利用率的降低和农业生产成本增加，还容易导致环境水环境和富营养化。氮淋溶是坡耕地土壤中氮素损失的重要途经之一，而淋溶损失也是导致地下水硝态氮污染的重要原因淋溶损失是养分从土壤-植物生态系统流失的主要途径之一；红壤坡耕地氮素淋溶是其养分流失的重要方面，随着雨强的增大，淋溶损失造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量也增加坡耕地被认为是重要的面源污染源1材料和方法1.1坡耕地基本理化性质供试土壤采自江西省德安县江西水土保持生态科技园内（115°42′38″～115°43′06″E,29°16′37″～29°17′40″N之间）坡耕地，质地为第四纪红黏土，其基本理化性质见表1。为研究坡耕地土壤表层淋溶特征，取样土壤深度为20cm。根据当地坡耕地农业生产氮肥、磷肥施用量配制添加溶液模拟施肥量，取0.1700gKNO1.2土壤厚度及容重的确定用200目的滤布封住亚克力管（高50cm，内径10cm，厚0.5cm，底部带有若干个直径2mm的圆孔）底口，取风干土壤过2mm筛，分4次填入亚克力管中，每次填入510.25g，压实至厚度为5cm，最终填土2041g，土壤厚度为20cm，容重为1.3g/cm1.2.1样品总淋溶量测定采用间歇淋溶法测定氮、磷淋溶量及浓度。预先在带有连通装置的马氏瓶中加入超纯水使马氏瓶中超纯水达到最低液面，然后将马氏瓶与亚克力管用橡皮管连接，亚克力管底部放有1000mL容量瓶，两者用漏斗连接，用于接收淋溶液。淋溶总量模拟江西省德安县月最大降雨量（4月份，190mm），经计算淋溶总水量约为1600mL。分8次淋溶，每次淋溶水量为200mL，淋溶周期为24h。淋溶试验前，向马氏瓶中加入600mL超纯水使土壤饱和，然后将配制好的氮磷溶液加入土壤中，再用保鲜膜将亚克力管顶部封住，防止水分蒸发。随后进行第1次淋溶，将200mL超纯水加入马氏瓶中，进行试验。第2天取出淋溶液测出体积装入取样瓶，进行水样氮、磷的测试分析。此后重复此步骤进行第2次淋溶，直至8次淋溶结束。1.2.2土柱淋溶样样的检测为了进一步了解单次淋溶过程中不同处理在开始时间段内氮磷的淋失特征，采用单次过程取样法对土柱试验收集淋溶液进行检测。从淋溶开始试验开始后每隔15min取一次样，共取样4次，即在15、30、45、60min时取样。每次取样后测量淋溶液的体积，再测定总氮（TN）和总磷（TP）的浓度，以便计算每次淋溶出的氮磷量及最终淋溶总量。1.3样品测试和数据处理水样总氮（TN）采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，铵态氮（NH试验数据采用Excel、SPSS等软件进行统计分析。2结果与分析2.1土壤氮素的渗透特性2.1.1jg的淋出特征两种处理下淋溶液的TN浓度随时间变化如图2所示，随着淋溶次数的增加，淋溶液中TN的浓度均呈现先降低后升高再降低的趋势。从第1天到第3天，CK淋溶液TN浓度一直降低，而第4天的浓度又上升，但是未超过第1天的浓度，从第4天后到试验结束TN的浓度一直处于降低状态。JG淋溶液从第1天到第2天，TN浓度急剧下降，比CK处理提前1天到达拐点，从第2天到第4天，TN浓度升高，此后持续降低。不同处理之间比较发现，2种处理淋溶液中TN浓度的变化趋势大致相同，只是两者发生转折的时间有所不同，CK处理TN浓度从降低到升高的时间发生在第3天，而JG发生在第2天；但是，JG的淋溶液TN浓度始终要小于CK，且具有极显著差异（T检验，P<0.01）。从浓度值来看，在淋溶初期无论有无覆盖土壤氮淋溶液的浓度都很高，在20mg/L左右，虽然淋溶后期TN浓度比前期降低76%～89%，但淋溶液浓度始终相当于地表水劣Ⅴ类水水平，说明坡耕地施肥后产生的氮污染浓度大。从表2可以看出，TN淋出量的变化趋势与浓度的变化趋势一致，JG的TN淋出总量比CK小19.4%。试验结果表明，采用秸秆覆盖的水土保持措施能够抑制红壤在淋溶过程中TN的淋失。2.1.2各形态氮的淋失量TN由有机氮与无机氮组成，而无机氮主要由铵态氮（NH从图4可以看出，2种处理下淋溶液中硝态氮的浓度变化趋势与总氮的变化趋势基本一致。不同处理之间比较发现，JG处理下的淋溶液中硝态氮浓度大部分时间都小于CK处理。经统计检验得出，2种处理硝态氮浓度具有显著性差异（P<0.05）。从图5可看出，JG处理下的淋溶液中铵态氮浓度始终都要小于CK处理，且差异极显著（P<0.01）。说明秸秆对土壤中的硝态氮和铵态氮都具有良好的保持作用，因为秸秆覆盖能够降低有机氮的矿化，提高表层土壤中微生物的数量和活性，促进微生物对有效氮的固持。由表2可知，经过8次的淋溶试验，各形态氮的淋出量的大小顺序依次均为硝态氮>铵态氮>有机氮。经计算发现，CK淋溶液中TN的累积量是JG的1.24倍，CK淋溶液中硝态氮和铵态氮分别是JG的1.23和1.29倍。从每次淋溶液的各氮素形态量占比发现，JG淋溶液中硝态氮占27.1%～73.2%，铵态氮占23.5%～68.5%，有机氮占1.9%～6.2%;CK淋溶液中硝态氮占53.1%～74.2%，铵态氮占22.8%～43.9%，有机氮占1.6%～4.4%。计算各形态氮素8次淋溶的累积总量得出，JG淋溶液中硝态氮、铵态氮、有机氮累积量分别占总氮的68.3%、27.9%和3.8%;CK淋溶液中硝态氮、铵态氮、有机氮分别为67.9%、39.0%和2.9%。可见，在淋溶过程中氮素主要以硝态氮的形态淋出，采用秸秆覆盖的水土保持措施能够抑制红壤在淋溶过程中氮素特别是硝态氮的淋失。2.2地表水类水、类水从图6可以看出，2种处理下淋溶液中TP的浓度都处于波动状态，且TP的浓度较小，均在0.1mg/L以下，相当地表水Ⅰ类或Ⅱ类水水平。对比2种处理可以发现，JG处理下淋溶液中总磷的浓度大小波动较CK处理相对平稳，但是2种处理下TP浓度未达到显著水平，这是由于土壤和磷素之间能发生剧烈的反应，土壤吸持固定磷素的容量很大，磷素在土壤中很难移动2.3氮素淋溶过程中的作用规律从图7可以看出，CK和JG处理下的单次淋溶过程中TN的浓度均呈现持续降低的状态，JG处理下降程度相对平缓。比较2种处理发现，TN浓度差异性未达到显著水平，从总量上看（表3）也相差不大；并未出现8d间歇淋溶试验中的秸秆对氮素淋溶有明显抑制性作用的现象，这可能是由于秸秆覆盖的作用在短时间内并不能体现。由表3可知，经过60min的淋溶，TN在每隔15min内的累积量持续减小，但是相差不大，2种处理的规律一致，可以推断氮素淋溶过程中在降雨后下渗初期的淋溶量相对较大。由图8及表3可知，2种处理下的单次淋溶过程中TP的浓度及累积量无明显规律性，但是可以看出，无论是淋溶液浓度还是淋溶量都很小，这与8d间歇淋溶试验得出的磷在土壤中易受土壤介质固定有关相符。3对土壤的淋溶控制(1）从淋溶液浓度来看，TN浓度呈现先降低后升高再降低但总体仍是降低的趋势，TP浓度处于波动状态。与文献(2）从淋溶液中氮素的形态来看，本试验研究得出坡耕地红壤氮素主要以硝态氮的形式淋出，这与文献(3）从秸秆覆盖措施来看，秸秆覆盖是一种传统的农作措施，它不仅具有保水稳温效应(4）本文的试验是基于以往对红壤坡耕地研究的不足而设计的控制试验，仅试图探讨坡耕地表层土壤的淋溶规律，未设置整个红壤土层的试验，模拟降雨量与天然降雨的影响也会有差异，这些均为本试验的不足之处。另外，本试验所得结论仅是稻草秸秆覆盖在室内土柱模拟试验的条件下得出，然而这种作用是否与土壤质地、施肥量、秸秆种类、秸秆覆盖厚度以及土层厚度等有关，有必要进行更多的试验研究。4对土壤中氮素的影响(1）坡耕地红壤氮素淋溶的浓度较大，磷素淋溶的浓度较小；无论是间歇淋溶还是单次淋溶过程，淋溶液中氮素浓度总体均呈现减小的趋势，间歇淋溶过程中呈现先减小后增加再减小的趋势，淋溶液中磷素浓度呈现波动状态；淋溶液中TN浓度均远大于TP浓度。(2）裸露红壤淋溶液中硝态氮、铵态氮、有机氮累积量分别占总氮的67.9%、39.0%和2.9%。秸秆覆盖处理下淋溶液中硝态氮、铵态氮、有机氮累积量分别占总氮的68.3%、27.9%和3.8%；在红壤淋溶