农田土壤磷素淋溶及其预测

农田土壤磷的淋溶损失,不仅造成肥料利用率降低、农业生产成本上升,还能引起地下和地表水体富营养化。在综合大量中外文献的基础上,阐述了农田土壤磷素淋溶问题的提出、淋溶对水体富营养化的贡献、淋溶液中磷素的形态及其比例、影响土壤磷素淋溶的因子、淋溶机理、预测方法,并对农田土壤磷素淋溶及其预测作了展望。     

太湖地区典型水稻土稻-麦轮作地表径流中磷的变动规律

为了了解来自农田土壤径流磷浓度对太湖水体富营养化的贡献状况,采用田间小区试验的方法,研究了太湖地区安镇爽水型水稻土和常熟囊水型水稻土2000～2002年度磷素流失浓度变化及其原因。结果表明:太湖地区农田水稻土磷素流失的主要形态是颗粒态磷;施磷处理对地表径流磷浓度有显著影响;两种水稻土的径流中磷浓度呈现出随时间而降低的趋势;稻季土壤磷素流失的最大风险时期约在水稻移栽后一个月内,而麦季约在磷肥施用后1～2个月内;对于同期地表径流事件,囊水型水稻土径流中DP和TP浓度均高于爽水型水稻土;土壤类型对地表径流次数有明显的影响,并且随季节表现不同。     

施肥对设施菜地土壤磷累积及淋失潜能的影响

以不同肥力设施菜地土壤为研究对象,通过填装土柱模拟试验,研究不同施肥措施对磷素累积及淋溶的影响.结果表明： 随着淋溶时间的延长,磷素淋溶量增加,但累积淋溶量较少,说明本试验中磷素淋溶损失的风险较小,主要累积在土体内的不同土层中.试验结束时,土壤肥力和施肥处理均显著影响不同土层中全磷和速效磷含量.与低肥力土壤相比,中肥力土壤全磷和速效磷增幅为14.3%和12.2%,高肥力土壤增幅为33.3%和37.7%.有机肥化肥混施处理(M+NPK)土壤全磷含量显著高于单施化肥(NPK)和有机肥(M)处理,增幅分别为5.7%和4.3%;M及M+NPK处理中速效磷含量显著高于NPK处理,增幅分别为13.0%和3.1%.10～20 cm土层全磷和速效磷含量最高,0～10和10～20 cm土层全磷和速效磷含量显著高于20~40 cm土层.
     

农田杂草还田对土壤磷素形态的影响

提高农田土壤磷素的可利用性,减少磷肥施用,对促进农业的可持续发展及缓解全球磷素危机具有重要意义。通过盆栽试验模拟夏季田间植物还田,比较红薯(Ipomoea batatas)、绿豆(Vigna radiata)以及杂草(千金子(Leptochloa chinensis)+水苋菜(Ammannia baccifera)混合) 3种夏季经营模式在还田期间土壤磷形态的变化,探索农田杂草还田提高土壤磷素可利用性的潜力。结果表明:绿豆还田主要通过增加碱性磷酸酶和土壤微生物活性促进有机磷矿化;红薯还田在腐解前期增加土壤速效磷,而后期磷素易流失或被固定成有效性较低的磷形态;杂草还田可以显著提升土壤速效磷,使有效性较低的闭蓄态磷(OP)、磷灰石(Ca_(10)-P)及磷酸铁盐(Fe-P)持续性地向有效性较高的磷酸二钙(Ca_2-P)、磷酸八钙(Ca_8-P)及磷酸铝盐(Al-P)转化,并整体保持在有效性较高的水平。杂草还田使以Ca_8-P形式保留在土壤中的磷素显著增加,提升土壤磷素可利用性的同时减小磷素流失的风险;杂草还田也显著增加土壤磷酸酶活性,有助于有机磷的矿化。研究表明,对休耕农田杂草的管理利用是改善低磷素可利用性土壤的一种经济有效的生态手段,可为缓解全球磷素危机提供新的解决思路。     

农田土壤中磷素有效性及影响因素

土壤中磷的有效性直接决定着农田生产力. 基于分布于我国不同气候区长期定位施肥试验,总结了不同农田土壤的磷素含量、有效性及转化的影响因素.结果表明： 目前我国不同类型的土壤中全磷含量在0.31～1.72 g·kg^-1,速效磷含量在0.1～228.8 mg·kg^-1.土壤母质、理化性质和施肥方式是影响农田土壤磷素有效性的主要因素,未来应注重有机肥和化肥的混合施用以提高农田土壤磷素有效性,并关注可能导致的环境影响.     

烟气脱硫石膏对滨海农耕土壤磷素形态组成的影响

为探明不同烟气脱硫石膏施用量对滨海农耕土壤中的全磷、有效磷、无机磷组分等的影响,通过田间试验的方式,分别在试验区土壤中施加0t/hm~2、15t/hm~2、30t/hm~2、45t/hm~2烟气脱硫石膏。研究结果表明:与对照组相比,各处理组的土壤全磷含量无显著差异,而土壤中的有效磷和渗滤液中的可溶性磷含量则随着烟气脱硫石膏施入量的增加而降低;施入烟气脱硫石膏后农耕土壤中无机磷含量显著增加,其中又以磷酸钙盐含量的增加为主,磷酸钙盐中的Ca2-P、Ca_8-P和Ca_10-P含量分别增加了30.8%—68.9%、35.2%—66.3%和7.3%—17.8%。烟气脱硫石膏的施用促进了植物的生长发育,有效磷的降低和无机磷组分中磷酸钙盐的增加并未影响到植物对磷素的吸收。因此,烟气脱硫石膏能有效地固定滨海农耕土壤中的溶解态磷,控制土壤过量磷素向水体迁移,降低附近水体富营养化发生的机率,保障区域水体生态系统环境安全。     

施肥对太湖地区青紫泥水稻土稻季农田氮磷流失的影响

选取太湖东岸的青紫泥水稻土区,对常规施肥和不施肥条件下水稻季稻田氮、磷的流失进行了观测。结果表明:水稻种植季内田面水和降雨径流水中氮磷的浓度呈现前期高后期低的趋势,初期施肥之后的降雨流失使稻田水中氮磷浓度大幅度降低;整个水稻生长季稻田氮磷的流失总量分别达38.8和0.95kg.hm-2,且主要以田面水径流流失为主;氮素主要以水溶性的铵态氮流失,而磷素则主要为颗粒态流失。不施肥处理中稻田氮、磷流失分别是常规施肥处理的47%和60%;水稻生长初期降雨下的氮径流流失占整个水稻生长期的50%,磷素占33%。降雨事件下的流失是农田非点源污染的主要贡献期,因而应作为控制的关键因子;对于基础肥力高的水稻土可考虑轮流施肥以减少环境的氮、磷流失与水系污染风险。     

湿地农田土壤磷素的分布、形态与有效性及磷素循环

对江汉平原四湖地区湿地农田土壤磷素的含量分布、形态、有效性、磷素循环及施肥效应进行了研究.结果表明农田土壤全磷和有效磷含量随着地势的降低呈明显降低趋势,潜育性土壤全磷和有效磷含量均极显著低于非潜育性土壤.水田土壤Ca-P、Al-P、Fe-P和O-P分别占无机磷总量的58.1%、3.7%、10.6%和27.5%,其中Ca-P和Al-P与有效磷呈高度正相关(r分别为0.9286**和0.9038**),说明Ca P和Al-P是该地区水田土壤有效磷的主要来源之一.潜育性土壤Ca-P、Al-P和Fe-P的平均含量分别比非潜育性土壤低84.0、10.2和21.1mg/kg,其差异达显著或极显著水平,证明潜育性土壤磷素降低的主要原因是Ca-P、Al-P和Fe-P的损失.五种耕作制度下潜育性稻田土壤磷素输入输出平衡值为盈余2.3～27.9kg/hm2·a,其输入输出比(1/0)为1.06～1.88.对于土壤速效磷小于5mg/kg的潜育性稻田,早、中、晚稻的最高产量施磷量分别为4.83,4.93和1.78 P2O5kg/666.7m2.     

樟子松针叶磷组分浓度与土壤有效磷浓度的关系

为弄清科尔沁沙地东南部樟子松人工林是否受土壤磷素供应的限制,找出反映土壤磷素供应状况的最佳叶片养分指标,分析了樟子松人工林不同年龄针叶中全磷、无机磷、有机磷和全氮浓度以及土壤有效磷浓度.结果表明：研究区樟子松人工林土壤有效磷浓度较低,为0.12～0.63 mg·kg^-1;土壤有效磷浓度与当年生针叶无机磷和全磷浓度显著相关,而与针叶全磷的相关性来源于针叶中无机磷与全磷的相关.与当年生针叶全磷浓度相比,针叶无机磷浓度能更为准确、直接地反映土壤的供磷水平.     

典型黑土区不同水土保持林表层土壤磷素形态及有效性

以典型黑土区人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林表层土壤(0～10 cm)为对象,研究不同类型水土保持林土壤磷素的形态和有效性.结果表明: 水曲柳林和美青杨林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林;4种林地土壤磷主要以有机磷形式存在,并且中活性有机磷NaOH P_o含量最高,占土壤磷素总量的58.9%;对植物有效性相对较高的H₂O P_i和NaHCO₃ P含量较低,分别占土壤磷素总量的1.2%和6.6%;除NaHCO₃ P_o外,土壤中不同磷素形态之间以及磷各组分与土壤有机质、全磷和有效磷之间具有显著相关关系.表明研究区内阔叶林比针叶林能够显著地提高土壤磷的有效性.     

不同生态修复措施和环境因素对亚热带红壤区针叶纯林坡面水土保持功能的影响

使用"地理探测器（GeoDetector）"对亚热带红壤区水土流失影响因素的定量分析结果可为当地森林生态修复和侵蚀模型完善提供科学依据。基于福建省龙岩市新罗区龙门溪小流域森林调查数据和径流小区监测数据,利用地理探测器探测不同生态修复措施和环境因素对针叶纯林坡面水土保持功能的影响及交互作用,结果表明：（1）对比中幼龄针叶纯林,补植阔叶树使针阔混交比例为7 ： 2可减少46%的径流量和76%的泥沙量,生态修复效果较好。对重侵蚀区"老头树"少量施肥难以产生效果。（2）影响坡面径流的因素由强到弱依次是：降雨因子（0.53）,土壤容重、林分密度、灌草层盖度、树高和针阔比（均在0.08左右）;影响泥沙流失的因素依次是：地表径流量（0.84）,降雨因子（0.2）,林分密度、土壤容重、灌草层盖度、土壤含水率、灌草层生物量（均在0.12左右）。（3）各影响因素交互后主要呈增强作用;林分密度、灌草层盖度和土壤容重还可与其他因子产生强烈非线性增强作用（交互后影响力>0.9）,是在森林修复和模型参数优化时需重点关注的对象。     

Effect of slope farmland soil and water and soil nitrogen and phosphorus loss based on different crop and straw applications and ridge patterns in the basin of the main stream of the Songhua River

For soil and water erosion control in slope farmland, field experiments consisting of corn?+?no straw application?+?longitudinal ridge (CNL-CK), corn?+?stubble standing?+?cross ridge (CSSC), corn?+?straw application?+?cross ridge (CSC), soybean?+?straw application?+?cross ridge (SSC) and alfalfa?+?straw application?+?cross ridge (ASC) were conducted. Compared with the traditional CNL cropping pattern, soil loss in CSSC, CSC, SSC, and ASC was decreased 43.6%, 48.6%,58.2% and 62.1%, respectively, soil nitrogen loss load was decreased 53.8%, 50.8%, 62.1% and 66.2%, respectively, and soil phosphorus loss load was decreased 50.7%, 50.7%, 60.0%, and 66.7%, respectively. Runoff volume was decreased 42.4%, 52.3%, 54.6% and 61.0%, runoff nitrogen loss load was decreased 52.8%, 56.8%, 46.1% and 50.2%, respectively, and runoff phosphorus loss load was decreased 46.9%, 78.2%, 67.2%, and 62.7%, respectively. Soil and water erosion control of soybean and alfalfa were better than that of corn. Soil loss was decreased 19.2% and 26.7%, soil nitrogen loss load was decreased 22.9% and 31.3% respectively, soil phosphorus loss load was decreased 18.9% and 32.4% respectively, runoff volume was decreased 4.8% and 18.4% respectively, runoff nitrogen loss load was decreased ?24.9% and ?15.3% respectively, and runoff phosphorus loss load was decreased ?50.4% and ?71.2% respectively. Though runoff volume of SSC and ASC were lower than CSC, the concentration of nitrogen and phosphorus in SSC and ASC runoff liquid were higher than CSC, so the runoff nitrogen and phosphorus of SSC and ASC were increased. The runoff nitrogen and phosphorus loss load could be negligible because the soil nitrogen and phosphorus loss load were large. The concentration of nitrogen and phosphorus of all treatment runoff liquid was less than the environmental quality standards for class III surface water, so the runoff from slope farmland did not influence the water quality of the Songhua River.     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价

非点源(NPS)污染已成为全球关注的环境问题。由于NPS特点、实验手段和监测数据的局限,其研究多采用数学模型进行时间和空间模拟。模型模拟提供了一种成本低效率高的手段来评定区域非点源污染。选择连续农业非点源污染AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型,构建该模型数据库,模拟秭归县黑沟、兰陵溪、杉木溪等3条典型流域和县域径流、泥沙和营养物质的输出。结果表明：AnnAGNPS模型对3条典型流域的径流模拟能力高于对泥沙和养分的模拟,径流模拟误差均在可接受范围之内,说明模型中采用的径流预测(SCS曲线)法对研究区的地理气候条件是适用的;对3条典型流域泥沙输出模拟误差较高,对氮磷等养分输出模拟的误差最高,通过调整RUSLE和HUSLE等子模型的输入参数来减小泥沙模拟误差;对小型降雨径流事件,模型泥沙、养分模拟误差有偏大趋势,对较大降雨径流事件,模型泥沙和养分模拟误差有偏小趋势;2006年秭归县县域模型模拟的地表径流量为363 mm,泥沙输出为19.6 t/hm2,总氮输出为122 kg/hm2,总磷输出为28 kg/hm2,有机碳输出为581 kg/hm2,模拟结果与相关文献研究和政府统计数据较为相符;AnnAGNPS模型对NPS污染物输出模拟具有一定的不确定性,但作为一个较好的高级农业流域管理工具,该模型可以在三峡库区地理气候条件下使用。     

放牧制度对草地产流产沙及氮磷流失的影响

研究不同放牧制度草场水土流失过程,对草原生态环境保护和治理具有重要的理论意义。以内蒙古呼伦贝尔草原不同放牧草场为研究对象,设置选取三种放牧制度草场(自由放牧、轮牧、休牧),采用人工模拟降雨的方法进行0.74mm/min和1.5mm/min雨强的降雨模拟试验,测定径流量,含沙量,径流和泥沙中总氮,总磷浓度,并探讨植被截留对径流的影响规律。结果表明:植被截留对减少降雨径流具有明显的作用,休牧草场径流系数减小最多,自由放牧草场减小最少,产沙量显示为自由放牧草场轮牧草场休牧草场。降雨强度对径流中的氮磷浓度影响显著,自由放牧草场总氮浓度和休牧草场总磷浓度受雨强影响最大,氮磷流失过程浓度变化曲线更符合幂函数分布。休牧草场泥沙氮含量和泥沙磷含量均为最高,自由放牧草场与休牧草场的总氮富集率基本相等且均大于轮牧草场,总磷富集率为自由放牧休牧轮牧,三种放牧草场氮磷和泥沙流失主要影响因素为径流量和含沙量。因此,适当的将呼伦贝尔草原自由放牧草场向休牧和轮牧草场转变,将有利于减少草场水土营养元素流失及草原生态可持续发展。     

基于随机森林模型的茹河流域水沙变化及其影响因素研究

水沙关系不协调已成为制约黄河高质量发展的关键问题,揭示径流量与输沙量变化的主要影响因素,对适应生态经济发展条件下的水土流失治理工作具有指导意义。以茹河流域为研究对象,采用M-K检验和Pettitt检验分析茹河流域1989—2019年水沙变化趋势,运用双累积曲线法定量研究了降雨和人类活动对茹河流域径流量、输沙量变化的贡献率,通过随机森林回归分析探索了影响水沙变化的主控因子。结果表明：(1)茹河流域径流量和输沙量峰值对应情况良好,但在2012年之后径流量和输沙量呈现出明显分异,径流量逐渐增加,输沙量平稳减小。(2)茹河流域径流量突变点为1996年和2003年,输沙量突变点为1996年和2004年,影响期的两个阶段中,人类活动对径流量的贡献率分别为95.95%和77.52%,对输沙量的贡献率分别为78.31%和77.91%。(3)显著影响径流量的因子为农作物播种面积、耕地面积、草地面积和人口密度,显著影响输沙量的因子为植被覆盖度、水利环境投资占比、人口密度和工业总产值。(4)农作物播种面积和耕地面积的变化对径流量的影响均呈显著正相关,草地面积和人口密度对径流量响应关系为显著负相关;植被覆盖度...     

我国稻田氮磷流失现状及影响因素研究进展

水稻是我国主要的粮食作物,分析现阶段我国稻田氮磷流失现状及影响因素,对明确不同区域水稻化肥减施潜力具有重要意义.本研究对我国主要稻区地表径流氮磷流失现状特征和降雨、种植模式、栽培技术、施肥管理、水分管理方式及其他影响因素进行了总结.六大稻区全氮(TN)、全磷(TP)径流损失量范围分别在5.09～21.32和0.70～3.22 kg·hm^-2,均以华南双季稻区最高,TN径流损失量以华北单季稻区最低,TP径流损失量以西南高原单双季稻区最低.各稻区农户习惯施肥的水稻田田面水TN、TP峰值普遍高于径流水.水稻施肥后一周内为氮磷流失高峰期.与优化施肥相比,农户习惯施肥仍具有20%左右的氮磷减施潜力.各因素中,降雨和施肥管理是影响稻田径流氮磷流失的主要因素,而施肥管理和水分管理则最具可控性,具体调控措施包括化肥减量、施用新型肥料、有机肥代替化肥和节水灌溉等.整体上我国稻田氮磷流失风险在南方更突出.应以资源高效利用模式进行水稻种植以降低养分流失风险.未来研究应侧重稻田面源污染监测、氮磷流失风险评估、氮磷流失特征和机理、化肥减施增效新技术等方向.     

模拟降雨下喀斯特坡耕地土壤养分输出机制

喀斯特区坡耕地水土及养分流失不仅是该区土地质量退化、土地生产力衰退主要原因,同时也是该区地下水质污染的重要因素。为揭示喀斯特坡耕地地表和地下二元空间结构下的土壤养分流失机制,以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究不同雨强下喀斯特坡耕地地表及地下水土及其氮、磷、钾流失特征。结果表明:(1)小雨强(50mm/h)和中雨强下(70mm/h),喀斯特坡耕地坡面产流主要以地下产流为主;大雨强下(90mm/h),地表径流高于地下径流;产沙方式则表现为由小雨的地表和地下产沙并重到中大雨强的地表产沙为主的一个转变过程。(2)在降雨侵蚀过程中,径流各养分输出浓度均表现出一定的初期冲刷效应,受土壤吸附作用影响,雨强对全钾(TK)和全氮(TN)的影响较全磷(TP)明显。(3)地表径流、地表泥沙和总泥沙各养分输出负荷均随雨强增大而增加,坡面径流泥沙总的TK输出负荷以泥沙为主,而TN和TP输出负荷则以径流为主;TP和TN在径流的输出负荷上以地下径流输出为主(其中TP地表负荷比在11.6%—46.2%,TN在7.0%—48.5%之间),而TK则以二者并重(地表负荷比在43.5%—57.0%之间);各养分在泥沙的输出负荷上则均以地表泥沙流失为主,其负荷比均在54.5%以上。研究结果可为喀斯特区坡耕地水土流失及养分流失的源头控制提供基本参数和科学依据。     

不同农作方式下红壤坡耕地土壤磷素流失特征

研究了6种农作方式红壤坡耕地土壤P素流失特征。结果表明,红壤坡耕地土壤P素的坡面流失主要通过径流和推移质2种方式,顺坡农作处理径流流失P素的比例占土壤全P流失量的55．26％,通过推移质流失的P素和径流流失的P素基本相当,其它处理土壤P素的流失主要以径流方式流失。流失量占土壤全P流失量的67．59％～88．11％。在流失的土壤P素中,泥砂结合态占多数,其比例为57．79％～77．59％,其中有效P的流失基本上通过径流方式,与传统的顺坡耕作的坡耕地利用方式相比。其它5种不同农作措施均有控制和防治土壤P素流失的作用。能减少P流失总量40．73％～84．70％。水平土埂、等高农作措施、休闲措施效果优于水平革带、水平沟农作措施。土壤P素流失时间主要集中在5～8月,占全年土壤P素流失量的89．15％～100％。     

土壤翻耕影响坡地磷流失试验研究

以黄绵土为试验材料,通过模拟降雨试验研究了翻耕与压实(分别代表大田条件下土壤翻耕与免耕两种休闲方式)条件下坡地土壤中不同形态P的流失特征。结果表明,翻耕条件下,由于坡面产流产沙量增加,流失径流中溶解态磷(DP)、泥沙浸提态磷(SEP)以及泥沙全磷(STP)的含量与流失量均明显增加,增幅达10倍以上,P的流失形态以泥沙结合态为主,压实条件下,DP／生物有效磷(BAP)与BAP／径流总磷(TP)比率分别为15％和2．4％;而翻耕条件下DP／BAP与BAP／TP比率分别为12％和2．6％,在黄土高原地区实行免耕或者夏季留茬休闲,可有效降低坡地土壤与养分的流失量,有效遏制土壤退化,对于保护下游水环境具有重要意义。     

三峡库区古夫河水质时空分异特征

以湖北省神农架林区和兴山县境内长江三峡库区香溪河支流古夫河为研究对象,于2010年8月-2011年7月在整条河流中选取20个采样点,进行样本采集,并测定溶解氧、碱度、硬度、电导率、总磷、总氮、化学需氧量、二氧化硅、总有机碳共9项水质指标,运用多元统计方法,分析水质的时空分异特征.依据研究区土地利用类型差异,将20个采样点分成4组,即森林(A组)、耕地(B组)、水库(C组)和村镇(D组);根据该区域的水文节律,将5-10月归为湿季,其余月份为干季.判别分析和方差分析结果表明,古夫河水质具有时空显著性差异:总磷、二氧化硅、电导率、化学需氧量、总硬度和总碱度等指标具有空间显著性差异;总氮、化学需氧量、溶解氧、二氧化硅和总有机碳与季节存在显著相关性,所测9项水质指标在不同空间类别上呈现出显著的季节变化.主成分分析表明,不同空间类别上的干湿季节引起水质变化的主导因子是不同的:A组中,湿季主要体现为二氧化硅和总有机碳,干季主要体现为总磷、二氧化硅、总有机碳和化学需氧量,该组水质主要受地表径流、地质成因和风化作用等自然因素的影响;B组中,湿季主要体现为硬度和总有机碳,干季主要体现为总磷、化学需氧量、总碱度和总硬度,该组除了受自然因素的影响,还受如农业径流、未处理的生活污水排放等人为因素影响;C组中,湿季主要体现为二氧化硅、总氮和总磷,干季主要体现为总氮、总有机碳和二氧化硅,该组主要受农业径流、地表径流以及未经处理的生活污水等的影响;D组中湿季主要体现为二氧化硅、总氮和总磷,干季主要体现为碱度、硬度、总氮和总有机碳,该组主要受村镇生活污水和农业径流等的影响.结果表明,古夫河水质受自然和人为因素影响而发生变化,其中受人为因素影响更大.因此,加强水资源的管理和保护,改善水质,做好水源地的长期水质监测显得尤为重要.