南方旱坡地土壤雨季徑流量與養分流失的研究

秦 芳, 何鐵光, 蘇利榮, 蘇天明, 張 野,李婷婷, 李 琴, 韋彩會, 李忠義, 俞月鳳

(廣西農業科學院 農業資源與環境研究所, 南寧 530007)

?

南方旱坡地土壤雨季徑流量與養分流失的研究

秦 芳, 何鐵光, 蘇利榮, 蘇天明, 張 野,李婷婷, 李 琴, 韋彩會, 李忠義, 俞月鳳

(廣西農業科學院 農業資源與環境研究所, 南寧 530007)

在廣西旱坡耕地進行徑流小區試驗，研究不同施肥和種植經營模式對養分徑流總量，氮、磷、鉀流失率，甘蔗養分利用率的影響，篩選南方旱坡地甘蔗養分流失率低經營模式。結果表明：不施肥的甘蔗對照(CK)處理的徑流水總量、總氮、銨態氮、總磷、總鉀流失總量最大，分別為724.65 t/hm2，3.70 kg/hm2，1.26 kg/hm2，0.62 kg/hm2，3.36 kg/hm2。60%的甘蔗常規施肥(SF60%)施用、甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)、甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理與甘蔗常規施肥(SF)處理相比，減少了N，P，K養分流失量。甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理比甘蔗常規施肥(SF)處理的N，P，K流失率分別降低了82.54%，64.29%，20.00%。甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理比甘蔗常規施肥(SF)處理的N，P，K利用率分別提高了56.73%，38.78%，7.87%。徑流量、銨態氮與氮肥投入總量、磷肥投入總量、鉀肥投入總量均呈極顯著負相關(p<0.01)。甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)，甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理與甘蔗常規施肥(SF)處理相比，能減少養分流失量和流失率，還提高甘蔗的養分利用率，是適合南方旱坡耕地推廣的兩種經營模式。

養分; 徑流; 施肥; 蔗葉覆蓋

甘蔗是我國最重要的糖料作物，是廣西主要的經濟支柱產業，2007年廣西甘蔗的平均產量為69 t/hm2[1]。中國蔗區70%以上分布無灌溉條件的旱坡地，土壤以旱地紅壤為主，具有酸、粘、瘦、土壤pH較低等特點[2-3]，目前我國生產中甘蔗平均施肥量為世界平均水平的3倍，更是發達國家的5～10倍，直接造成肥料利用率低，成本高，同時引起土壤酸化，地力退化、溫室氣體排放量大和水體污染和富營養化日趨嚴重等環境問題[4]。農業面源污染是一個熱點問題，能否有效控制農田養分進入河流、湖泊是減緩或預防水體富營養化進程的關鍵[5-7]。通過研究甘蔗套種花生、減少化肥的施用、蔗葉覆蓋等多種模式下的養分流失特征，尋求提高氮和磷等營養物質的利用率，降低南方旱坡地氮和磷等養分徑流流失的種植模式，減少環境的污染,保護生態環境質量，為農業可持續發展提供科學依據。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗在武鳴縣仙湖鎮蘇梁村甘蔗基地進行，土壤類型為赤紅土，第四紀紅土母質，具體位置為23°17.043′N, 108°8.790′E高程109 m，坡度為8°的坡耕地。前作為木薯套種花生。基礎土壤理化性質：堿解氮133.04 mg/kg，速效磷30.58 mg/kg，速效鉀210.62 mg/kg，有機質41.41 g/kg，pH5.13。

農家肥養分農家肥為腐熟的豬糞和牛糞，其含量：全氮6.77 g/kg，全磷(P2O5)20.86 g/kg，全鉀(K2O)21.39 g/kg。

1.2試驗設計

1.2.1試驗徑流小區設計 試驗徑流小區的坡度都為8°，土壤質地相同，每個小區的面積為30 m2，長5 m,寬6 m，長度與等高線垂直，徑流分流器和徑流水接收桶均安裝在小區的右下角。徑流分流器由1.0 mm木板制作，入口口徑為21 cm，其中入口1/3(7 cm)的徑流水流入徑流水接收桶中(徑流水接收桶為口徑57.6 cm，底部直徑38.0 cm,邊長41.0 cm帶蓋的塑料桶)，其余的徑流水隨排水溝流走，四周做好排水溝和保護行[6]。

1.2.2試驗設計方案 試驗采用隨機排列，設9個處理，重復3次，共27個小區。各處理作物施肥見表1。

試驗中甘蔗品種為桂糖128，播種時間為3月1日，行距為1.1 m。套種的花生品種為桂花771，株距為15 cm，肥料分別為三元復混肥是國外進口的復混肥或是控釋復混肥(15—15—15)；鈣鎂磷肥：有效磷≥18%；尿素是含純氮46%的尿素。

表1　不同處理施肥情況

注：施肥量以N-P2O5-K2O 純養分計算。

1.3樣品采集與分析

1.3.1土壤于2013年2月底取土壤，去除土壤表面雜草和腐殖物，采集土壤耕作層0—20 cm的土樣，每個小區按S型采集5個樣品混勻后四分法分取0.5 kg作為一個土壤樣品，土壤鮮樣測水分，土壤自然風干，并按要求研磨，保存在自封袋中。土壤風干樣分析項目有：堿解氮含量采用堿解擴散法，速效磷含量參照NY/T148—1990標準，速效鉀含量采用乙酸銨提取—火焰光度法，有機質含量采用重鉻酸鉀容量法，pH含量采用電位法[7]。

1.3.2植株于2013年和11月13日分別調查作物生長情況和采集植株樣品，分別測定根、莖、葉的氮、磷、鉀含量及干物質含量。植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮—蒸餾法，全磷采用H2SO4-H2O2消煮—鉬銻抗比色法，全鉀采用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度計法[7]。

1.3.3徑流水降雨產生的徑流水后，記錄徑流水體積或測量徑流水的深度，充分攪拌混勻采集水樣，盛放在聚乙烯瓶中，做好標記，保存在0°冰箱中，在1周內分析總氮、銨態氮、硝態氮、總磷、總鉀養分。水樣總氮采用堿性過硫酸鉀硝解紫外分光光度法，銨態氮采用靛酚藍比色法，硝態氮采用紫外分光光度計比色法，總磷采用過硫酸鉀消解鉬銻抗比色法，總鉀采用直接過濾—火焰光度計法[7]。

1.3.4氮(磷、鉀)流失量和徑流率計算[8]：

氮(磷、鉀)流失量(kg/hm2)=徑流水總氮(磷、鉀)量(kg)×10000/小區面積(m2)；

氮(磷、鉀)徑流率(%)=徑流水總氮(磷、鉀)量(kg)×100/土壤全氮(磷、鉀)量(kg)。

植株養分積累量、養分利用率的計算方法[9]：

養分積累量(kg/hm2)=干物質量×養分含量；

養分利用率(%)=植物吸收養分數量/該養分的總量×100%。

1.4統計分析

采用Excel 2003和SPSS 15.0軟件進行數據統計分析。

2　結果與分析

2.1不同施肥甘蔗栽培養分徑流總量分析

從表2可以看出不同施肥處理的土壤表層徑流水及其養分流失變化規律，60%的甘蔗常規施肥(SF60%)施用、甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)、甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理與甘蔗常規施肥(SF)處理相比，減少了N，P，K養分流失量，80%的甘蔗常規施肥(SF80%)施用、甘蔗常規施肥+有機肥(SF+N)、[甘蔗常規施肥(控釋肥)][SF(K)]、甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)處理與甘蔗常規施肥(SF)處理相比，減少了N，K養分流失量。甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理的N，P，K流失量比甘蔗常規施肥(SF)處理的小；甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理的N，P流失量比甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)處理的小。甘蔗不同施肥處理中，對照(CK)處理的徑流水總量、總氮、銨態氮、總磷、總鉀流失總量最大，分別為724.65 t/hm2，3.70 kg/hm2，1.26 kg/hm2，0.62 kg/hm2，3.36 kg/hm2，硝態氮徑流總量最大的是SF(甘蔗常規施肥)處理，其次是CK(對照)處理，最少的是SF60%(60%的甘蔗常規施肥)。氮的徑流流失主要以硝態氮的形式流失，硝態氮徑流總量最大的是甘蔗常規施肥+農家肥(SF+N)，達64%，最少的是60%的甘蔗常規施肥(SF60%)，為48%。銨態氮徑流流失總量占總氮的30%左右，部分銨態氮以氣體形式揮發了。

2.2各處理氮、磷、鉀徑流流失率及甘蔗養分利用率分析

從表3可以看出，各處理與甘蔗常規施肥(SF)處理相比，甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)處理減少了N流失率，甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)減少了N，P流失率，80%的甘蔗常規施肥(SF80%)、甘蔗常規施肥+有機肥(SF+N)、[甘蔗常規施肥(控釋肥)][SF(K)]、甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理減少了N，K流失率，60%的甘蔗常規施肥(SF60%)處理減少了N，P，K流失率。甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理比甘蔗常規施肥(SF)處理的N，P，K流失率分別降低了82.54，64.29，20.00%；甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理的N，P流失率比甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)處理分別降低了65.00%，70.00%。

表2　不同處理對徑流水氮、磷、鉀(5-9月)流失總量的影響

各處理與甘蔗常規施肥(SF)處理相比，甘蔗常規施肥+有機肥(SF+N)處理提高了P利用率，80%的甘蔗常規施肥(SF80%)處理提高了K利用率，60%的甘蔗常規施肥(SF60%)、甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)、甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理提高了N，P利用率，甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理提高了N，P，K利用率。甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)處理比甘蔗常規施肥(SF)處理的N，P，K利用率分別提高了56.73，38.78，7.87%；甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理甘蔗N，P利用率比甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)處理提高了32.77%，97.16%。

表3　各處理氮、磷、鉀徑流流失率及甘蔗養分利用率分析

2.3不同施肥處理徑流量、養分流失量與肥料投入量相關性分析

將徑流量、總氮、硝態氮、銨態氮、總磷、總鉀與氮肥投入總量、磷肥投入總量、鉀肥投入總量進行相關性分析。如表4所示，徑流量、銨態氮與氮肥投入總量、磷肥投入總量、鉀肥投入總量均呈極顯著負相關(p<0.01),總氮與氮肥投入總量呈極顯著負相關(p<0.01),與鉀肥投入總量、磷肥投入總量呈顯著負相關(p<0.05)，總磷與氮肥投入總量呈顯著負相關(p<0.05)。

表4　徑流量、養分流失量與肥料投入量的相關性

注：**p<0.01;*p<0.05;NR表示不相關。

3　討 論

N、P作為面源污染物的產生過程和遷移途徑比較復雜，它受降雨過程(降雨類型、強度及降雨歷時)和流域下墊面因素(地形、地貌、土壤的化學和物理狀況、植被和作物特征以及農業實踐措施等)的綜合影響[10-11]。相關研究表明,以秸稈還田為主的保護性耕作具有增加土壤有機質和養分含量，提高土壤養分的有效性，增加土壤通透性和導水性等作用[12-13]。化肥減量化施用技術、有機肥配施和緩釋化肥施用技術、蔗葉覆蓋和花生套種技術對減少土壤表層徑流的養分流失發揮了一定作用；有機肥配施技術、化肥減量化施用技術、蔗葉覆蓋和花生套種技術都對提高養分利用率有一定的促進作用。我國甘蔗主要采用單一的甘蔗連作制，對地力剝削較大，加上普遍少施或不施有機肥，對水土流失嚴重，土壤有機質低，造成土壤的供肥保水保肥能力差[14]。甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)處理綜合了兩個方面的技術措施，套種花生對促進增產增收發揮了很大作用，同時，蔗葉覆蓋在減少養分流失和促進養分利用方面發揮了較大作用。合理輪作，間套種豆科作物和綠肥植物，實行蔗葉回田，大力發展甘蔗專用肥，配合施用有機肥和無機肥，提高肥效，減少對環境的污染，適時適量施用石灰等，防止土地進一步酸化，提高蔗區土壤的整體肥力，促進甘蔗生產的可持續性發展。

4　結 論

篩選出養分高效低失的施肥及栽培模式1個甘蔗常規施肥+蔗葉覆蓋(SF+H)，比甘蔗常規施肥(SF)處理的N，P，K利用率分別提高了56.73%，38.78%，7.87%，N，P，K流失率分別降低了82.54%，64.29%，20%。

篩選出作物高產及養分高效低失的施肥及栽培模式1個甘蔗常規施肥+套種花生+蔗葉覆蓋(SF+T+H)，該模式比甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)模式甘蔗N，P利用率提高32.77%，97.16%，N，P流失率比甘蔗常規施肥+套種花生(SF+T)模式降低65.00%，70.00%。

[1]廣西壯族自治區統計局.廣西統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2006.

[2]譚宏偉.甘蔗施肥管理[M].北京：中國農業出版社，2009.

[3]李奇偉.現代甘蔗改良技術[M].廣州：華南理工大學出版社，2000.

[4]敖俊華,江水,黃振瑞,等.加強甘蔗養分管理,降低甘蔗生長成本[J].廣東農業科學,2011(23):31-34.

[5]張維理，武淑霞，冀宏杰，等.中國農業面源污染形式估計及控制對策：I.21世紀初期中國農業面源污染的形式估計[J].中國農業科學，2004,37(7)：1008-1033.

[6]何鐵光,秦芳,蘇天明,等.不同栽培模式對氮磷鉀養分徑流流失的影響[J].水土保持研究,2014,21(1):95-103.

[7]魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京:中國農業科技出版社,2000.

[8]李其林,魏朝富,李震,等.三峽庫區坡耕地氮磷徑流特征[J].土壤通報,2010,41(6):1399-1455.

[9]邢穎,江澤普,譚裕模,等.不同基因型甘蔗氮磷鉀積累與利用研究[J].甘蔗糖業,2013(1):10-13.

[10]Mitsch W J, Horne A J, Nairn R W. Nitrogen and phosphorus retention in wetlands-ecological approaches to solving excess nutrient problems[J]. Ecological Engineering, 2000,14(1/2):1-7.

[11]Casey R E, Taylor M D, Klaine S J. Mechanisms of nutrient attenuation in a subsurface flow riparian wetland[J]. Journal of Environmental Quality, 2001,30(5):1732-1737.

[12]勞秀榮，孫偉紅，王真，等.秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響[J].土壤學報，2003,40(4)：618-622.

[13]劉世平，張洪程，戴其根，等.免耕套種與秸稈還田對農田生態環境及小麥生長影響[J].應用生態學報，2005,16(2)：393-396.

[14]江永,黃忠興.我國蔗區土壤主要養分的分析研究[J].甘蔗糖業,2001(5):5-10.

Study on Runoff and Nutrient Losses of Soils on Sloping Land in Wet Season in Southern China

QIN Fang, HE Tieguang, SU Lirong, SU Tianming, ZHANG Ye,LI Tingting, LI Qin, WEI Caihui, LI Zhongyi, YU Yuefeng

(Agricultural Resources and Environment Research Institute, Guangxi Academy of Agriculural Sciences, Nanning 530007, China)

An experiment on runoff plots on dry slope in Guangxi was conducted to investigate the effects of different fertilization treatments and planting management modes on runoff amount/loss rate of N，P，K and nutrient use efficiency, and screen a planting management mode with low nutrient loss rate and high nutrient use efficiency. The results showed that the greatest loss amounts of runoff, total nitrogen, ammonium nitrogen, total phosphorus and total potassium in (CK) treatment were 724.65 t/hm2, 3.70 kg/hm2, 1.26 kg/hm2,0.62 kg/hm2, 3.36 kg/hm2, respectively, which were much higher than those in the other treatments. Compared with (SF) treatment, the runoff losses of N, P, K in (SF60%), (SF+H), (SF+T+H) treatments reduced. Lower N, P, K loss rates were 82.54%, 64.29%, 20.00%, respectively, and N, P, K use efficiencies of in (SF+H) treatment were 56.73%, 38.78%, 7.87% higher than those in (SF) treatment. A negative significant partial correlation was found between runoff, ammonium and the total investment of N fertilizer, P fertilizer, K fertilizer. Compared with (SF) treatment, the amount and rate of nutrient runoff loss in (SF+H) treatment and (SF+T+H)treatment declined, also improved for nutrient use efficiency of sugarcane, so two kinds of management patterns were suitable for dry slope land of southern China promotion.

nutrient; runoff; fertilization; sugarcane leaf cover;

2015-02-26

2015-05-06

廣西科學研究與技術開發計劃項目(桂科合1298014-18);2014年度國家級引進國外技術、管理人才項目(S20144500063);廣西農業科學院基本科研業務專項(桂農科2012YZ24);廣西農業科學院公益性維持費項目(桂農科2013GW09)

秦芳(1975—),女(壯族),廣西興安人,碩士,助理研究員,主要研究方向為植物營養與環境生態等方面的研究。E-mail:qingfang0303@163.com

何鐵光(1976—),男,湖南桂陽人,博士,副研究員,主要研究方向為環境生態。E-mail:tghe118@163.com

S152.4

A

1005-3409(2016)02-0019-04