南方旱坡地土壤雨季径流量与养分流失的研究

秦 芳, 何铁光, 苏利荣, 苏天明, 张 野,李婷婷, 李 琴, 韦彩会, 李忠义, 俞月凤

(广西农业科学院 农业资源与环境研究所, 南宁 530007)



南方旱坡地土壤雨季径流量与养分流失的研究

秦 芳, 何铁光, 苏利荣, 苏天明, 张 野,李婷婷, 李 琴, 韦彩会, 李忠义, 俞月凤

(广西农业科学院 农业资源与环境研究所, 南宁 530007)

在广西旱坡耕地进行径流小区试验，研究不同施肥和种植经营模式对养分径流总量，氮、磷、钾流失率，甘蔗养分利用率的影响，筛选南方旱坡地甘蔗养分流失率低经营模式。结果表明：不施肥的甘蔗对照(CK)处理的径流水总量、总氮、铵态氮、总磷、总钾流失总量最大，分别为724.65 t/hm2，3.70 kg/hm2，1.26 kg/hm2，0.62 kg/hm2，3.36 kg/hm2。60%的甘蔗常规施肥(SF60%)施用、甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)、甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比，减少了N，P，K养分流失量。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理比甘蔗常规施肥(SF)处理的N，P，K流失率分别降低了82.54%，64.29%，20.00%。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理比甘蔗常规施肥(SF)处理的N，P，K利用率分别提高了56.73%，38.78%，7.87%。径流量、铵态氮与氮肥投入总量、磷肥投入总量、钾肥投入总量均呈极显著负相关(p<0.01)。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)，甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比，能减少养分流失量和流失率，还提高甘蔗的养分利用率，是适合南方旱坡耕地推广的两种经营模式。

养分; 径流; 施肥; 蔗叶覆盖

甘蔗是我国最重要的糖料作物，是广西主要的经济支柱产业，2007年广西甘蔗的平均产量为69 t/hm2[1]。中国蔗区70%以上分布无灌溉条件的旱坡地，土壤以旱地红壤为主，具有酸、粘、瘦、土壤pH较低等特点[2-3]，目前我国生产中甘蔗平均施肥量为世界平均水平的3倍，更是发达国家的5～10倍，直接造成肥料利用率低，成本高，同时引起土壤酸化，地力退化、温室气体排放量大和水体污染和富营养化日趋严重等环境问题[4]。农业面源污染是一个热点问题，能否有效控制农田养分进入河流、湖泊是减缓或预防水体富营养化进程的关键[5-7]。通过研究甘蔗套种花生、减少化肥的施用、蔗叶覆盖等多种模式下的养分流失特征，寻求提高氮和磷等营养物质的利用率，降低南方旱坡地氮和磷等养分径流流失的种植模式，减少环境的污染,保护生态环境质量，为农业可持续发展提供科学依据。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验在武鸣县仙湖镇苏梁村甘蔗基地进行，土壤类型为赤红土，第四纪红土母质，具体位置为23°17.043′N, 108°8.790′E高程109 m，坡度为8°的坡耕地。前作为木薯套种花生。基础土壤理化性质：碱解氮133.04 mg/kg，速效磷30.58 mg/kg，速效钾210.62 mg/kg，有机质41.41 g/kg，pH5.13。

农家肥养分农家肥为腐熟的猪粪和牛粪，其含量：全氮6.77 g/kg，全磷(P2O5)20.86 g/kg，全钾(K2O)21.39 g/kg。

1.2试验设计

1.2.1试验径流小区设计 试验径流小区的坡度都为8°，土壤质地相同，每个小区的面积为30 m2，长5 m,宽6 m，长度与等高线垂直，径流分流器和径流水接收桶均安装在小区的右下角。径流分流器由1.0 mm木板制作，入口口径为21 cm，其中入口1/3(7 cm)的径流水流入径流水接收桶中(径流水接收桶为口径57.6 cm，底部直径38.0 cm,边长41.0 cm带盖的塑料桶)，其余的径流水随排水沟流走，四周做好排水沟和保护行[6]。

1.2.2试验设计方案 试验采用随机排列，设9个处理，重复3次，共27个小区。各处理作物施肥见表1。

试验中甘蔗品种为桂糖128，播种时间为3月1日，行距为1.1 m。套种的花生品种为桂花771，株距为15 cm，肥料分别为三元复混肥是国外进口的复混肥或是控释复混肥(15—15—15)；钙镁磷肥：有效磷≥18%；尿素是含纯氮46%的尿素。

表1　不同处理施肥情况

注：施肥量以N-P2O5-K2O 纯养分计算。

1.3样品采集与分析

1.3.1土壤于2013年2月底取土壤，去除土壤表面杂草和腐殖物，采集土壤耕作层0—20 cm的土样，每个小区按S型采集5个样品混匀后四分法分取0.5 kg作为一个土壤样品，土壤鲜样测水分，土壤自然风干，并按要求研磨，保存在自封袋中。土壤风干样分析项目有：碱解氮含量采用碱解扩散法，速效磷含量参照NY/T148—1990标准，速效钾含量采用乙酸铵提取—火焰光度法，有机质含量采用重铬酸钾容量法，pH含量采用电位法[7]。

1.3.2植株于2013年和11月13日分别调查作物生长情况和采集植株样品，分别测定根、茎、叶的氮、磷、钾含量及干物质含量。植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮—蒸馏法，全磷采用H2SO4-H2O2消煮—钼锑抗比色法，全钾采用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度计法[7]。

1.3.3径流水降雨产生的径流水后，记录径流水体积或测量径流水的深度，充分搅拌混匀采集水样，盛放在聚乙烯瓶中，做好标记，保存在0°冰箱中，在1周内分析总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、总钾养分。水样总氮采用碱性过硫酸钾硝解紫外分光光度法，铵态氮采用靛酚蓝比色法，硝态氮采用紫外分光光度计比色法，总磷采用过硫酸钾消解钼锑抗比色法，总钾采用直接过滤—火焰光度计法[7]。

1.3.4氮(磷、钾)流失量和径流率计算[8]：

氮(磷、钾)流失量(kg/hm2)=径流水总氮(磷、钾)量(kg)×10000/小区面积(m2)；

氮(磷、钾)径流率(%)=径流水总氮(磷、钾)量(kg)×100/土壤全氮(磷、钾)量(kg)。

植株养分积累量、养分利用率的计算方法[9]：

养分积累量(kg/hm2)=干物质量×养分含量；

养分利用率(%)=植物吸收养分数量/该养分的总量×100%。

1.4统计分析

采用Excel 2003和SPSS 15.0软件进行数据统计分析。

2　结果与分析

2.1不同施肥甘蔗栽培养分径流总量分析

从表2可以看出不同施肥处理的土壤表层径流水及其养分流失变化规律，60%的甘蔗常规施肥(SF60%)施用、甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)、甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比，减少了N，P，K养分流失量，80%的甘蔗常规施肥(SF80%)施用、甘蔗常规施肥+有机肥(SF+N)、[甘蔗常规施肥(控释肥)][SF(K)]、甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比，减少了N，K养分流失量。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理的N，P，K流失量比甘蔗常规施肥(SF)处理的小；甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理的N，P流失量比甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)处理的小。甘蔗不同施肥处理中，对照(CK)处理的径流水总量、总氮、铵态氮、总磷、总钾流失总量最大，分别为724.65 t/hm2，3.70 kg/hm2，1.26 kg/hm2，0.62 kg/hm2，3.36 kg/hm2，硝态氮径流总量最大的是SF(甘蔗常规施肥)处理，其次是CK(对照)处理，最少的是SF60%(60%的甘蔗常规施肥)。氮的径流流失主要以硝态氮的形式流失，硝态氮径流总量最大的是甘蔗常规施肥+农家肥(SF+N)，达64%，最少的是60%的甘蔗常规施肥(SF60%)，为48%。铵态氮径流流失总量占总氮的30%左右，部分铵态氮以气体形式挥发了。

2.2各处理氮、磷、钾径流流失率及甘蔗养分利用率分析

从表3可以看出，各处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比，甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)处理减少了N流失率，甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)减少了N，P流失率，80%的甘蔗常规施肥(SF80%)、甘蔗常规施肥+有机肥(SF+N)、[甘蔗常规施肥(控释肥)][SF(K)]、甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理减少了N，K流失率，60%的甘蔗常规施肥(SF60%)处理减少了N，P，K流失率。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理比甘蔗常规施肥(SF)处理的N，P，K流失率分别降低了82.54，64.29，20.00%；甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理的N，P流失率比甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)处理分别降低了65.00%，70.00%。

表2　不同处理对径流水氮、磷、钾(5-9月)流失总量的影响

各处理与甘蔗常规施肥(SF)处理相比，甘蔗常规施肥+有机肥(SF+N)处理提高了P利用率，80%的甘蔗常规施肥(SF80%)处理提高了K利用率，60%的甘蔗常规施肥(SF60%)、甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)、甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理提高了N，P利用率，甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理提高了N，P，K利用率。甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)处理比甘蔗常规施肥(SF)处理的N，P，K利用率分别提高了56.73，38.78，7.87%；甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理甘蔗N，P利用率比甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)处理提高了32.77%，97.16%。

表3　各处理氮、磷、钾径流流失率及甘蔗养分利用率分析

2.3不同施肥处理径流量、养分流失量与肥料投入量相关性分析

将径流量、总氮、硝态氮、铵态氮、总磷、总钾与氮肥投入总量、磷肥投入总量、钾肥投入总量进行相关性分析。如表4所示，径流量、铵态氮与氮肥投入总量、磷肥投入总量、钾肥投入总量均呈极显著负相关(p<0.01),总氮与氮肥投入总量呈极显著负相关(p<0.01),与钾肥投入总量、磷肥投入总量呈显著负相关(p<0.05)，总磷与氮肥投入总量呈显著负相关(p<0.05)。

表4　径流量、养分流失量与肥料投入量的相关性

注：**p<0.01;*p<0.05;NR表示不相关。

3　讨 论

N、P作为面源污染物的产生过程和迁移途径比较复杂，它受降雨过程(降雨类型、强度及降雨历时)和流域下垫面因素(地形、地貌、土壤的化学和物理状况、植被和作物特征以及农业实践措施等)的综合影响[10-11]。相关研究表明,以秸秆还田为主的保护性耕作具有增加土壤有机质和养分含量，提高土壤养分的有效性，增加土壤通透性和导水性等作用[12-13]。化肥减量化施用技术、有机肥配施和缓释化肥施用技术、蔗叶覆盖和花生套种技术对减少土壤表层径流的养分流失发挥了一定作用；有机肥配施技术、化肥减量化施用技术、蔗叶覆盖和花生套种技术都对提高养分利用率有一定的促进作用。我国甘蔗主要采用单一的甘蔗连作制，对地力剥削较大，加上普遍少施或不施有机肥，对水土流失严重，土壤有机质低，造成土壤的供肥保水保肥能力差[14]。甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)处理综合了两个方面的技术措施，套种花生对促进增产增收发挥了很大作用，同时，蔗叶覆盖在减少养分流失和促进养分利用方面发挥了较大作用。合理轮作，间套种豆科作物和绿肥植物，实行蔗叶回田，大力发展甘蔗专用肥，配合施用有机肥和无机肥，提高肥效，减少对环境的污染，适时适量施用石灰等，防止土地进一步酸化，提高蔗区土壤的整体肥力，促进甘蔗生产的可持续性发展。

4　结 论

筛选出养分高效低失的施肥及栽培模式1个甘蔗常规施肥+蔗叶覆盖(SF+H)，比甘蔗常规施肥(SF)处理的N，P，K利用率分别提高了56.73%，38.78%，7.87%，N，P，K流失率分别降低了82.54%，64.29%，20%。

筛选出作物高产及养分高效低失的施肥及栽培模式1个甘蔗常规施肥+套种花生+蔗叶覆盖(SF+T+H)，该模式比甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)模式甘蔗N，P利用率提高32.77%，97.16%，N，P流失率比甘蔗常规施肥+套种花生(SF+T)模式降低65.00%，70.00%。

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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

广西科学研究与技术开发计划项目(桂科合1298014-18);2014年度国家级引进国外技术、管理人才项目(S20144500063);广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2012YZ24);广西农业科学院公益性维持费项目(桂农科2013GW09)

秦芳(1975—),女(壮族),广西兴安人,硕士,助理研究员,主要研究方向为植物营养与环境生态等方面的研究。E-mail:qingfang0303@163.com

何铁光(1976—),男,湖南桂阳人,博士,副研究员,主要研究方向为环境生态。E-mail:tghe118@163.com

S152.4

A

1005-3409(2016)02-0019-04