旱地氮素径流流失特征初步研究

张 威 艾绍英 杨丽娟

【摘要】 氮素径流损失是农田氮流失的主要途径,为了解旱地氮素径流流失动态特征及常规施肥产生氮素径流负荷,对广东省典型旱地在自然降雨条件下产生径流水进行连续定位监测试验。

【关键词】 富营养化 旱地 径流 氮

1.材料与方法

1.1 试验地概况及土壤

在广东省珠江三角洲、粤东、粤北和粤西4个具有代表性的旱作生产区域设置监测试验点。如(表1—1)所示。

1.2试验设计及实施

各试验监测点设置2个处理:不施肥区(F0)与常规施肥区(F),每小区面积6 m×4 m,各处理重复3次,共计6个小区,间隔排列。如(表1—2)所示。

表1—2 试验点施肥情况

Table 1—2 Fertilizer dosage of observational plots

1.3样品采集与测定

试验监测期间样品采集情况如(表1—3)所示。

样品测定:采用国家标准方法测定水样中总磷(TP,硝酸—高氯酸消解钼酸铵分光光度法 GB11893—89)和可溶性总磷(TDP,硝酸—高氯酸消解钼酸铵分光光度法 GB11893—89)。

径流流失量计算:径流流失磷量等于每次径流水中磷浓度与径流水体积乘积之和。

颗粒态磷(PP) = 总磷(TP)- 可溶性总磷(TDP),

Excel2003整理数据,用SPSS16.0统计软件包进行T检验。

2.结果与讨论

2.1 旱地N素流失形态特征

图2—1显示了总氮、硝态氮、铵态氮的流失浓度动态变化。G-01、G-03和G-04的历次降雨产流过程中,N素浓度表现为未施肥时径流液浓度逐渐降低,施肥之后,表现出浓度先升高后下降的变化趋势。G-02与其他三个试验点在总体趋势上一致,但不是每次产流都与之完全符合,考虑为当地田间管理粗放,施肥量小,加之旱坡地土壤受降雨侵蚀程度较强,径流水中土壤颗粒含量的多少对N素自然输出浓度的影响超过了施肥对其影响所致。试验期间G-01除第3、4、5、6、11、15次样品,G-03除第10、13次样品,G-04除第12次样品,其余43次样品均表现为总氮流失浓度F高于F0,其中G-01第16、20次样品和G-04第13、15、16、17次样品达到显著(p < 0.05)。进一步分析表明,F0的N流失浓度高于F的现象通常发生在未施肥或施肥降雨间隔较长的情况下,仅G-01第6次采样的施肥降雨产流间隔较短,F0的总氮流失浓度高于F,但其硝态氮和铵态氮的流失浓度表现为F大于F0,说明施肥不是影响此次样品N素流失浓度的主要因素,可能因降雨强度大,F0小区植物长势差,雨水对土壤侵蚀强,径流水中泥沙含量较高所引起;具有显著差异的六次样品G-01的16、20次和G-04的13次样品采自施肥后首次降雨,G-04的15,16次样品采自降雨径流量较大的产流过程中,而G-04的17次产流不具备以上两个条件,影响其浓度差别的原因有待分析。说明施肥和较大降雨量可以提高农田地表径流水中TN的浓度。当总N质量浓度大于0.5 mg·L-1即视为水体富营养化[8],四个试验点历次采集的样品中TN浓度在0.78 mg·L-1到40.17mg·L-1之间,即便在不施肥或施肥降雨间隔较长的情况下,旱地径流N流失质量浓度也高于水体富营养化指标,其中最高浓度较水体富营养化指标高出近二个数量级,统计分析表明,在整个试验期间,G-01、G-03和G-04的TN与NO3——N流失浓度呈极显著正相关(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。),说明此三个试验点所代表地区可以用NO3——N的径流流失浓度情况来反映菜地TN的情况。G-02的TN与NO3——N 流失浓度未表现显著线性相关,考虑主要为田间管理粗放造成的试验误差所引起,因为大量对丘陵旱地氮素流失的研究中得到,N素流失主要以NO3——N为主[10,12—14]。

2.2旱地N素流失量

从表2—1中可得出,四个试验点的F0与F处理都存在氮素流失,除G-02外,其他三个试验点F的氮素流失总量明显大于F0,其中G-01与G-04达显著水平(p < 0.05)。G-01的较高N素流失情况出现在第7、12—15、16、19、20次产流中,其中12—15次发生在14天内四次降雨,降雨频繁且降雨量大,16、19、20次发生在施肥后18天内首次降雨,表2—1 径流N流失总量(kg·hm-2)

以上数据为三次重复的平均值,粗体部分数据为施肥后首次降雨产流采样。

试验过程中,G-04和G-01的N素流失量最高,分别为68.6 kg·hm-2和33.85 kg·hm-2,且F显著高于F0(p < 0.05),其次为G-03(10.58 kg·hm-2)表现为F的N流失量高于F0但未达显著水平,而G-02(-0.09 kg·hm-2)的N流失极显著低于其他三个试验点,比G-04低两个数量级,且F处理N素流失低于F0。G-01—G-04的施N量分别为554.88kg·hm-2、45.86kg·hm-2、58.62kg·hm-2和551.35kg·hm-2,N素流失量分别占其施N量的6.10%、—(由于该试验点F0处理氮素径流量大于F处理,故氮肥流失率无法计算)、2.95%、12.44%,其中G-01与G-04偏高于宋勇生、段亮等在对太湖面源污染研究时得出的结论径流损失的氮素约占施肥量的5%[17—18],从表面数据累计得到施N肥多,其N素流失量也大,但经数据分析后未得到较好的线性相关。

将旱地生产分为雨季与旱季二个阶段。如表(2—2)所示

3. 结论

通过较短期大田试验得到广东省常规旱地生产中,常规施肥增加了氮素径流流失负荷,旱地氮素流失量从表面数据累计得到施肥量大,氮素流失量也增加,经统计分析未得相关关系,流失过程无明显季节性差别。氮素主要以硝态氮形态流失。降雨量及施肥降雨间隔对氮素流失具有影响,但经相关分析未得到流失量与其中某一因素具显著相关关系。

【参考文献】

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张威(1981—),女,辽宁沈阳人,硕士研究生。研究方向:氮磷营养及其面源污染研究。