旱地氮素徑流流失特征初步研究

張 威 艾紹英 楊麗娟

【摘要】 氮素徑流損失是農田氮流失的主要途徑,為了解旱地氮素徑流流失動態特征及常規施肥產生氮素徑流負荷,對廣東省典型旱地在自然降雨條件下產生徑流水進行連續定位監測試驗。

【關鍵詞】 富營養化 旱地 徑流 氮

1.材料與方法

1.1 試驗地概況及土壤

在廣東省珠江三角洲、粵東、粵北和粵西4個具有代表性的旱作生產區域設置監測試驗點。如(表1—1)所示。

1.2試驗設計及實施

各試驗監測點設置2個處理:不施肥區(F0)與常規施肥區(F),每小區面積6 m×4 m,各處理重復3次,共計6個小區,間隔排列。如(表1—2)所示。

表1—2 試驗點施肥情況

Table 1—2 Fertilizer dosage of observational plots

1.3樣品采集與測定

試驗監測期間樣品采集情況如(表1—3)所示。

樣品測定:采用國家標準方法測定水樣中總磷(TP,硝酸—高氯酸消解鉬酸銨分光光度法 GB11893—89)和可溶性總磷(TDP,硝酸—高氯酸消解鉬酸銨分光光度法 GB11893—89)。

徑流流失量計算:徑流流失磷量等于每次徑流水中磷濃度與徑流水體積乘積之和。

顆粒態磷(PP) = 總磷(TP)- 可溶性總磷(TDP),

Excel2003整理數據,用SPSS16.0統計軟件包進行T檢驗。

2.結果與討論

2.1 旱地N素流失形態特征

圖2—1顯示了總氮、硝態氮、銨態氮的流失濃度動態變化。G-01、G-03和G-04的歷次降雨產流過程中,N素濃度表現為未施肥時徑流液濃度逐漸降低,施肥之后,表現出濃度先升高后下降的變化趨勢。G-02與其他三個試驗點在總體趨勢上一致,但不是每次產流都與之完全符合,考慮為當地田間管理粗放,施肥量小,加之旱坡地土壤受降雨侵蝕程度較強,徑流水中土壤顆粒含量的多少對N素自然輸出濃度的影響超過了施肥對其影響所致。試驗期間G-01除第3、4、5、6、11、15次樣品,G-03除第10、13次樣品,G-04除第12次樣品,其余43次樣品均表現為總氮流失濃度F高于F0,其中G-01第16、20次樣品和G-04第13、15、16、17次樣品達到顯著(p < 0.05)。進一步分析表明,F0的N流失濃度高于F的現象通常發生在未施肥或施肥降雨間隔較長的情況下,僅G-01第6次采樣的施肥降雨產流間隔較短,F0的總氮流失濃度高于F,但其硝態氮和銨態氮的流失濃度表現為F大于F0,說明施肥不是影響此次樣品N素流失濃度的主要因素,可能因降雨強度大,F0小區植物長勢差,雨水對土壤侵蝕強,徑流水中泥沙含量較高所引起;具有顯著差異的六次樣品G-01的16、20次和G-04的13次樣品采自施肥后首次降雨,G-04的15,16次樣品采自降雨徑流量較大的產流過程中,而G-04的17次產流不具備以上兩個條件,影響其濃度差別的原因有待分析。說明施肥和較大降雨量可以提高農田地表徑流水中TN的濃度。當總N質量濃度大于0.5 mg·L-1即視為水體富營養化[8],四個試驗點歷次采集的樣品中TN濃度在0.78 mg·L-1到40.17mg·L-1之間,即便在不施肥或施肥降雨間隔較長的情況下,旱地徑流N流失質量濃度也高于水體富營養化指標,其中最高濃度較水體富營養化指標高出近二個數量級,統計分析表明,在整個試驗期間,G-01、G-03和G-04的TN與NO3——N流失濃度呈極顯著正相關(G-01:NO3——N = 0.9428 × TN — 2.913;p < 0.01,r = 0.9597,n = 119;G-03:NO3——N = 0.747 × TN — 0.038;p < 0.01,r = 0.8649,n = 90;G-04:NO3——N = 0.795 × TN1.631;p < 0.01,r = 0.9203,n = 102。),說明此三個試驗點所代表地區可以用NO3——N的徑流流失濃度情況來反映菜地TN的情況。G-02的TN與NO3——N 流失濃度未表現顯著線性相關,考慮主要為田間管理粗放造成的試驗誤差所引起,因為大量對丘陵旱地氮素流失的研究中得到,N素流失主要以NO3——N為主[10,12—14]。

2.2旱地N素流失量

從表2—1中可得出,四個試驗點的F0與F處理都存在氮素流失,除G-02外,其他三個試驗點F的氮素流失總量明顯大于F0,其中G-01與G-04達顯著水平(p < 0.05)。G-01的較高N素流失情況出現在第7、12—15、16、19、20次產流中,其中12—15次發生在14天內四次降雨,降雨頻繁且降雨量大,16、19、20次發生在施肥后18天內首次降雨,表2—1 徑流N流失總量(kg·hm-2)

以上數據為三次重復的平均值,粗體部分數據為施肥后首次降雨產流采樣。

試驗過程中,G-04和G-01的N素流失量最高,分別為68.6 kg·hm-2和33.85 kg·hm-2,且F顯著高于F0(p < 0.05),其次為G-03(10.58 kg·hm-2)表現為F的N流失量高于F0但未達顯著水平,而G-02(-0.09 kg·hm-2)的N流失極顯著低于其他三個試驗點,比G-04低兩個數量級,且F處理N素流失低于F0。G-01—G-04的施N量分別為554.88kg·hm-2、45.86kg·hm-2、58.62kg·hm-2和551.35kg·hm-2,N素流失量分別占其施N量的6.10%、—(由于該試驗點F0處理氮素徑流量大于F處理,故氮肥流失率無法計算)、2.95%、12.44%,其中G-01與G-04偏高于宋勇生、段亮等在對太湖面源污染研究時得出的結論徑流損失的氮素約占施肥量的5%[17—18],從表面數據累計得到施N肥多,其N素流失量也大,但經數據分析后未得到較好的線性相關。

將旱地生產分為雨季與旱季二個階段。如表(2—2)所示

3. 結論

通過較短期大田試驗得到廣東省常規旱地生產中,常規施肥增加了氮素徑流流失負荷,旱地氮素流失量從表面數據累計得到施肥量大,氮素流失量也增加,經統計分析未得相關關系,流失過程無明顯季節性差別。氮素主要以硝態氮形態流失。降雨量及施肥降雨間隔對氮素流失具有影響,但經相關分析未得到流失量與其中某一因素具顯著相關關系。

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張威(1981—),女,遼寧沈陽人,碩士研究生。研究方向:氮磷營養及其面源污染研究。