不同覆蓋措施對鄂西土地整治區養分流失的影響

摘要：采用12°坡度徑流小區，研究了自然降雨條件下前期地膜覆蓋（前膜）、前期覆膜后期秸稈覆蓋（前膜后秸稈）、全生育期地膜覆蓋（全膜）處理對土地整治后養分流失的影響。結果表明，全膜處理總氮、總磷和水溶性鉀損失分別達0.58～6.83 kg/hm2、21.46～1 482.01 g/hm2和 2.69～4.11 kg/hm2，且氮、磷的損失以顆粒態為主。前期水溶性氮損失以銨態氮為主，而后期則以硝態氮為主。與前膜處理相比，全膜處理能夠減少徑流總氮、總磷和水溶性鉀的損失。與全膜處理相比，前膜后秸稈處理第一年和第三年徑流總氮損失量減少了58.37%和32.07%，總磷損失量減少了66.86%和36.33%。全膜處理與前膜后秸稈處理水溶性鉀損失量相當。總之，前膜后秸稈處理作為一種有效的覆蓋措施能夠減少土地整治區養分流失。

關鍵詞：土地整治；覆蓋措施；養分流失；壤中流；地表徑流；鄂西

中圖分類號：S157.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4370-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.005

Abstract： By setting up runoff plots with slopes of 12° in land restoration area of western Hubei，the effects of three mulching treatments（film mulching at early growth stage，film mulching at early growth stage and rice straw mulching at late growth stage，and film mulching during whole growth period） on nutrients loss under natural rainfall condition were studied. The results showed that the quantity of total nitrogen，total phosphorus and water soluble potassium loss were 0.58 to 6.83 kg/hm2， 21.46 to 1 482.01 g/hm2 and 2.69 to 4.11 kg/hm2，respectively，and the primary form of nitrogen and phosphorus loss was particulate form. At early growth stage，primarily in the nitrate form rather than the ammonium form，and nitrate form was predominant at late growth stage. Comparing to film mulching at early growth stage，the treatment of film mulching during whole growth period reduced the loss of total nitrogen，total phosphorus and water soluble potassium. When compared with film mulching during whole growth period， the total nitrogen loss of film mulching at early growth stage and rice straw mulching at late growth stage treatment decreased by 58.37% and 32.07%，and total phosphorus loss reduced by 66.86% and 36.33% in first and third year. The equivalent water soluble potassium loss were obtained between film mulching at early growth stage and rice straw mulching at late growth stage and film mulching during whole growth period. Therefore，the nutrients loss can be effectively reduced in soil restoration area by using film mulch at early growth stage and rice straw mulch at late growth stage.

Key words： land restoration； mulching pattern； nutrient loss； subsurface runoff； surface runoff； western Hubei

近年來，城鎮化建設導致優良的耕地資源不斷減少，耕地后備資源嚴重不足，嚴重影響了中國農業的可持續發展。自1997年開展土地整治工作以來，中國土地整治規模達829萬hm2，新增耕地面積270萬hm2，在保護耕地、節約用地等方面發揮了重要作用，取得了顯著成效[1]。對于鄂西地區而言，由于山區土地地塊不規整，土層淺薄，很多地方山石裸露，因此該區域的土地整治主要以小規模的耕地整理與修復，強化坡耕地的生態治理為主[2]。雖然農用土地整治能夠有效增加耕地面積[3]，改善農業生態環境[4，5]，但是，整治后初期，由于土壤耕層被破壞，土層疏松，喪失了原有土壤孔隙結構的持水能力，從而加重了水土和養分流失[6]。因此，山區土地整治后的初期，坡地水土及養分流失是土壤保育中最重要的問題之一。

目前，鄂西煙區土地整治后煙草栽培普遍采用前期覆膜和全生育期覆膜的順坡起壟模式，有研究表明該模式加劇了水土流失[6]。前人研究表明，全生育期覆膜和秸稈覆蓋能夠有效減少坡地水土及養分流失[7-10]。但是有關地膜和秸稈覆蓋對土地整治區域坡地養分流失阻控效果的研究還不多見。為此，本文針對鄂西土地整治區域，在順坡起壟條件下，研究前期地膜覆蓋、前期覆膜后期秸稈覆蓋，以及全生育期地膜覆蓋措施對坡地養分流失的阻控效果，以期為土地整治區養分流失的阻控提供技術支持和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區域介紹

研究區位于湖北省恩施州利川市（東經108°21′-109°18′，北緯29°42′-30°39′）元堡現代煙草農業科技園東槽村。屬亞熱帶大陸性季風氣候，年平均氣溫13.4 ℃，年降水量1 200～1 600 mm，年日照時數1 409 h。該地區土壤為典型的山地黃棕壤，土壤表層夾雜少量石礪，土壤基本理化性質見表1。

1.2 試驗設計

在自然降雨條件下采用模擬徑流小區的方法進行研究。土地整治方法與步驟參考文獻[6]。試驗在順坡起壟條件下設置3個處理，分別是前期地膜覆蓋（簡稱前膜，團棵期結束時揭膜），前期覆膜后期稻草秸稈覆蓋（簡稱前膜后秸稈，團棵期結束時揭膜再覆蓋水稻秸稈，水稻秸稈用量3 000 kg/hm2），全生育期地膜覆蓋（簡稱全膜）。

2013年和2014年施肥方案：有機肥3 000 kg/hm2，復合肥（10-10-20）1 050 kg/hm2，普鈣675 kg/hm2，硝酸鉀300 kg/hm2（追肥）；2015年施肥方案：有機肥 3 000 kg/hm2，復合肥（8-12-24）1 050 kg/hm2，硝酸鉀157.5 kg/hm2（追肥）。每個小區22 m長，5.5 m寬，小區煙株行距1.2 m，株距0.55 m。

1.3 徑流樣品的采集與計算

地表徑流采用徑流池法收集監測，采集方法參考文獻[6]。地表徑流監測時段為2013年、2014年、2015年這3年的5～10月，降雨量分別為332.2、438.2、575.4 mm。

水樣中銨態氮、硝態氮、總氮、水溶態磷、總磷和水溶性鉀的測定參考段小麗等的[11]方法。顆粒態氮含量=總氮含量-水溶性氮含量，顆粒態磷含量=總磷含量-可溶性磷含量。

地表徑流途徑流失的氮、磷和鉀量等于整個監測周期中各次徑流水中氮、磷和鉀濃度與徑流水體積乘積之和。計算公式為：T=■Ci×Vi。

式中：T為氮、磷和鉀損失量；Ci為第i次徑流水中氮、磷和鉀的濃度；Vi為第i次徑流水的體積。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2007軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋措施對土地整治區氮流失的影響

從圖1可以看出，不同年份，前膜、前膜后秸稈和全膜處理對土地整治區徑流硝態氮損失量的影響不同。目前，恩施煙區烤煙種植普遍采用前期覆膜和全生育期覆膜兩種模式。2013年和2015年，前膜后秸稈處理硝態氮損失量分別比全膜、前膜處理減少了46.06%和24.21%、50.54%和12.11%，而在2014年前膜后秸稈處理硝態氮損失量卻比全膜處理增加了12.55%，比前膜處理減少了13.98%。2013年和2014年硝態氮的流失以壤中流為主（50.65%～89.32%），2015年則以地表徑流為主（62.38%～76.01%）。

從圖2可以看出，隨著土地整治年限的延長，銨態氮損失量逐漸減少。前膜后秸稈處理2013年、2014年和2015年銨態氮損失量分別比全膜處理減少了52.94%、39.54%和67.35%，比前膜處理分別減少了76.64%、47.63%和69.84%。2013年的銨態氮損失以壤中流為主（51.17%～60.60%），而2014年和2015年的銨態氮損失則以地表徑流為主（36.89%～95.54%）。

在2013年和2015年，前膜后秸稈處理水溶性氮損失量分別比全膜處理減少了44.82%和19.90%，而在2014年卻增加了13.89%（圖3）。前膜后秸稈處理2013年、2014年和2015年水溶性氮損失量分別比前膜處理減少了64.77%、25.40%和25.85%。2013年和2014年水溶性氮的流失以壤中流為主（46.50%～82.61%），2015年水溶性氮的流失則以地表徑流為主（69.41%～79.67%）。

圖4為不同年份壤中流和地表徑流損失的顆粒態氮總量。從圖4可以看出，前膜后秸稈處理2013年和2015年顆粒態氮損失量比分別比全膜、前膜處理減少了60.34%和33.59%、68.99%和39.90%，而2014年卻增加了102.60%和50.03%。其中2015年顆粒態氮的損失以地表徑流為主（75.59%～91.72%），而2013年和2014年不同處理呈現出不同的變化趨勢。

從圖5可以看出，總氮的損失量與顆粒態氮呈現出相同的變化趨勢。2013年和2015年，前膜后秸稈處理總氮損失量均最低，分別比前膜、全膜處理減少了68.78%和35.57%、58.37%和32.07%。但是在2014年，3個處理總氮損失量只有0.58～0.80 kg/hm2。隨著整治年限的延長，前膜、前膜后秸稈和全膜處理地表徑流損失的總氮比例呈現出先降低后增加的變化趨勢。2013年和2015年，前膜、前膜后秸稈、全膜處理顆粒態氮的損失比例分別為78.21%和81.79%、77.67%和76.30%、81.53%和78.05%，而在2014年分別為35.07%、49.71%、34.00%。

2.2 不同覆蓋措施對土地整治區徑流磷流失的影響

從表2可以看出，與全膜處理相比，前膜后秸稈處理2013年和2015年徑流顆粒態磷損失量分別減少了67.45%和58.17%，而2014年則增加了62.17%。同時可以看出，前膜后秸稈處理顆粒態磷的損失以地表徑流為主。2013年和2015年，前膜后秸稈處理總磷損失量分別比前膜、全膜處理減少了83.04%和39.68%、66.86%和36.33%。然而在2014年，前膜和前膜后秸稈處理總磷損失量分別比全膜處理增加了97.27%和53.95%。不論采用何種覆蓋措施，總磷的徑流損失以顆粒態為主（68.95%～99.44%）。前膜后秸稈處理總磷的徑流損失以地表徑流為主。

2.3 不同覆蓋措施對土地整治區鉀徑流損失量的影響

圖6為不同覆蓋措施對土地整治區水溶性鉀徑流損失量的影響。從圖6可以看出，不同年份不同覆蓋處理的水溶性鉀損失量呈現出不同的趨勢。2013年、2014年和2015年，前膜后秸稈處理水溶性鉀損失量分別比全膜處理增加了3.76%、15.23%和4.43%，而比前膜處理則分別減少了70.09%、42.55%和10.73%。總體而言，隨著土地整治年限的延長，2013年前膜處理水溶性鉀損失量以壤中流為主，而2014年和2015年則以地表徑流損失為主，但前膜后秸稈處理始終是地表徑流為主（52.24%～72.52%）。

3 小結與討論

試驗結果表明，全膜處理徑流總氮、總磷和水溶性鉀的損失分別達0.58～6.83 kg/hm2、21.46～ 1 482.01 g/hm2和 2.69～4.11 kg/hm2，且氮、磷的損失主要以顆粒態為主。隨著整治年限的延長，前期水溶態氮損失以壤中流即銨態氮為主，而后期則以地表徑流即硝態氮為主。與前膜處理相比，全膜處理能夠減少徑流總氮、總磷和水溶性鉀的損失。與全膜處理相比，在土地整治后第一年和第三年，前膜后秸稈處理徑流總氮損失量減少了58.37%和32.07%，總磷的損失量減少了66.86%和36.33%，但是在第二年前膜后秸稈處理總氮和總磷流失量卻略有增加。全膜和前膜后秸稈處理徑流水溶性鉀損失量相當。

研究發現，地膜和秸稈覆蓋均能在一定程度上減少坡耕地氮磷鉀養分流失[12-15]。但是有關地膜和秸稈覆蓋對土地整治區土壤養分流失影響方面的研究尚不多見。在本試驗中，不同覆蓋措施對土壤氮、磷、鉀養分流失的影響不一。在前期，由于土地整治后土壤土層比較疏松，徑流和泥沙流失量較少，且主要以壤中流為主，此后土壤進一步壓實，徑流和泥沙流失量逐漸增加，且逐漸以地表徑流為主。這也可能是前期水溶性氮的流失以銨態氮為主，而隨著年限的延長，則以硝態氮為主。此外，不論采用何種覆蓋措施，徑流總氮和總磷的流失均以顆粒態為主。

與前期覆膜相比，全生育期覆膜能夠減少徑流總氮、總磷和水溶性鉀的流失，這主要是增加了土壤覆蓋，減少了雨水對土壤的沖刷。在本文中，與全生育期覆膜相比，前期覆膜后期秸稈覆蓋減少了雨滴對土壤的沖刷和徑流的產生，特別是緩解了對壟間的沖刷和徑流的產生，故而也減少了徑流總氮和總磷的流失，這與前人的研究結果一致[13，15]。但是在第二年試驗期間，徑流總氮和總磷的流失卻略有增加，這可能是由于徑流量較低的緣故（3年徑流量分別為304.46 mm、103.40 mm和499.36 mm）。但是對于徑流水溶性鉀流失量而言，與全生育期覆膜相比，前期覆膜后期秸稈覆蓋卻增加了徑流水溶性鉀的流失。崔元文[16]研究發現小麥秸稈覆蓋和地膜覆蓋均能降低徑流鉀素流失總量，且小麥秸稈覆蓋效果好于地膜覆蓋，之所以產生這樣的差異，可能是由于水稻秸稈的腐解率明顯高于小麥秸稈，導致水稻秸稈覆蓋鉀素的流失較多[17]。

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