秸稈覆蓋對紅壤坡耕地氮磷淋溶的影響

秸稈覆蓋對紅壤坡耕地氮磷淋溶的影響

坡耕地氮磷流失不僅會導致土壤肥力的降低、肥料利用率的降低和農業(yè)生產成本增加，還容易導致環(huán)境水環(huán)境和富營養(yǎng)化。氮淋溶是坡耕地土壤中氮素損失的重要途經之一，而淋溶損失也是導致地下水硝態(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（115°42′38″～115°43′06″E,29°16′37″～29°17′40″N之間）坡耕地，質地為第四紀紅黏土，其基本理化性質見表1。為研究坡耕地土壤表層淋溶特征，取樣土壤深度為20cm。根據當地坡耕地農業(yè)生產氮肥、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，內徑10cm，厚0.5cm，底部帶有若干個直徑2mm的圓孔）底口，取風干土壤過2mm篩，分4次填入亞克力管中，每次填入510.25g，壓實至厚度為5cm，最終填土2041g，土壤厚度為20cm，容重為1.3g/cm1.2.1樣品總淋溶量測定采用間歇淋溶法測定氮、磷淋溶量及濃度。預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），經計算淋溶總水量約為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)。隨后進行第1次淋溶，將200mL超純水加入馬氏瓶中，進行試驗。第2天取出淋溶液測出體積裝入取樣瓶，進行水樣氮、磷的測試分析。此后重復此步驟進行第2次淋溶，直至8次淋溶結束。1.2.2土柱淋溶樣樣的檢測為了進一步了解單次淋溶過程中不同處理在開始時間段內氮磷的淋失特征，采用單次過程取樣法對土柱試驗收集淋溶液進行檢測。從淋溶開始試驗開始后每隔15min取一次樣，共取樣4次，即在15、30、45、60min時取樣。每次取樣后測量淋溶液的體積，再測定總氮（TN）和總磷（TP）的濃度，以便計算每次淋溶出的氮磷量及最終淋溶總量。1.3樣品測試和數據處理水樣總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，銨態(tài)氮（NH試驗數據采用Excel、SPSS等軟件進行統(tǒng)計分析。2結果與分析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濃度隨時間變化如圖2所示，隨著淋溶次數的增加，淋溶液中TN的濃度均呈現先降低后升高再降低的趨勢。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，但是未超過第1天的濃度，從第4天后到試驗結束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天到達拐點，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，2種處理淋溶液中TN濃度的變化趨勢大致相同，只是兩者發(fā)生轉折的時間有所不同，CK處理TN濃度從降低到升高的時間發(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，P<0.01）。從濃度值來看，在淋溶初期無論有無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于地表水劣Ⅴ類水水平，說明坡耕地施肥后產生的氮污染濃度大。從表2可以看出，TN淋出量的變化趨勢與濃度的變化趨勢一致，JG的TN淋出總量比CK小19.4%。試驗結果表明，采用秸稈覆蓋的水土保持措施能夠抑制紅壤在淋溶過程中TN的淋失。2.1.2各形態(tài)氮的淋失量TN由有機氮與無機氮組成，而無機氮主要由銨態(tài)氮（NH從圖4可以看出，2種處理下淋溶液中硝態(tài)氮的濃度變化趨勢與總氮的變化趨勢基本一致。不同處理之間比較發(fā)現，JG處理下的淋溶液中硝態(tài)氮濃度大部分時間都小于CK處理。經統(tǒng)計檢驗得出，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）。說明秸稈對土壤中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都具有良好的保持作用，因為秸稈覆蓋能夠降低有機氮的礦化，提高表層土壤中微生物的數量和活性，促進微生物對有效氮的固持。由表2可知，經過8次的淋溶試驗，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>有機氮。經計算發(fā)現，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，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%，有機氮占1.6%～4.4%。計算各形態(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、有機氮分別為67.9%、39.0%和2.9%。可見，在淋溶過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的濃度都處于波動狀態(tài)，且TP的濃度較小，均在0.1mg/L以下，相當地表水Ⅰ類或Ⅱ類水水平。對比2種處理可以發(fā)現，JG處理下淋溶液中總磷的濃度大小波動較CK處理相對平穩(wěn)，但是2種處理下TP濃度未達到顯著水平，這是由于土壤和磷素之間能發(fā)生劇烈的反應，土壤吸持固定磷素的容量很大，磷素在土壤中很難移動2.3氮素淋溶過程中的作用規(guī)律從圖7可以看出，CK和JG處理下的單次淋溶過程中TN的濃度均呈現持續(xù)降低的狀態(tài)，JG處理下降程度相對平緩。比較2種處理發(fā)現，TN濃度差異性未達到顯著水平，從總量上看（表3）也相差不大；并未出現8d間歇淋溶試驗中的秸稈對氮素淋溶有明顯抑制性作用的現象，這可能是由于秸稈覆蓋的作用在短時間內并不能體現。由表3可知，經過60min的淋溶，TN在每隔15min內的累積量持續(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程中在降雨后下滲初期的淋溶量相對較大。由圖8及表3可知，2種處理下的單次淋溶過程中TP的濃度及累積量無明顯規(guī)律性，但是可以看出，無論是淋溶液濃度還是淋溶量都很小，這與8d間歇淋溶試驗得出的磷在土壤中易受土壤介質固定有關相符。3對土壤的淋溶控制(1）從淋溶液濃度來看，TN濃度呈現先降低后升高再降低但總體仍是降低的趨勢，TP濃度處于波動狀態(tài)。與文獻(2）從淋溶液中氮素的形態(tài)來看，本試驗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(3）從秸稈覆蓋措施來看，秸稈覆蓋是一種傳統(tǒng)的農作措施，它不僅具有保水穩(wěn)溫效應(4）本文的試驗是基于以往對紅壤坡耕地研究的不足而設計的控制試驗，僅試圖探討坡耕地表層土壤的淋溶規(guī)律，未設置整個紅壤土層的試驗，模擬降雨量與天然降雨的影響也會有差異，這些均為本試驗的不足之處。另外，本試驗所得結論僅是稻草秸稈覆蓋在室內土柱模擬試驗的條件下得出，然而這種作用是否與土壤質地、施肥量、秸稈種類、秸稈覆蓋厚度以及土層厚度等有關，有必要進行更多的試驗研究。4對土壤中氮素的影響(1）坡耕地紅壤氮素淋溶的濃度較大，磷素淋溶的濃度較小；無論是間歇淋溶還是單次淋溶過程，淋溶液中氮素濃度總體均呈現減小的趨勢，間歇淋溶過程中呈現先減小后增加再減小的趨勢，淋溶液中磷素濃度呈現波動狀態(tài)；淋溶液中TN濃度均遠大于TP濃度。(2）裸露紅壤淋溶液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機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、有機氮累積量分別占總氮的68.3%、27.9%和3.8%；在紅壤淋溶