不同农艺措施对巢湖沿岸坡耕地不同形态磷径流输出的控制效果*

王 静,王允青,叶 寅,孟超峰,王道中, 郭熙盛,吕国安

(1.安徽省农业科学院土壤肥料研究所 合肥 230031;2.华中农业大学资源与环境学院 武汉 430070;3.安徽省养分循环与资源环境省级实验室 合肥 230031;4.安徽省宣城市土壤肥料工作站 宣城 242000)

不同农艺措施对巢湖沿岸坡耕地不同形态磷径流输出的控制效果*

王 静1,2,3,王允青1,3,叶 寅1,3,孟超峰4,王道中1,3, 郭熙盛3**,吕国安2**

(1.安徽省农业科学院土壤肥料研究所 合肥 230031;2.华中农业大学资源与环境学院 武汉 430070;3.安徽省养分循环与资源环境省级实验室 合肥 230031;4.安徽省宣城市土壤肥料工作站 宣城 242000)

为明确巢湖沿岸坡耕地不同农艺措施对生态保护和水环境治理的影响,以农业面源污染长期定位观测基地为平台,于2014—2015年连续2 a对常规耕作(CK)、植物篱(黄花菜,PH)、植物篱+秸秆覆盖(PHS)和等高垄作(CR)4种农艺措施下的水土及随地表径流迁移的各种形态磷进行了监测。结果表明,与常规耕作相比,PH、PHS和CR能有效地减少径流量和产沙量(P<0.05),降低效果依次为:PHS>PH>CR。与CK相比,PH、PHS和CR可分别减少23.5%、36.5%和19.7%的径流流失和29.5%、45.2%和26.3%的土壤流失,表现出显著的水土保持作用。CK条件下的径流液总磷(TP)浓度是0.612～1.220 mg∙L-1,其中颗粒态磷(PP)占总磷的71.5%～81.7%,颗粒态磷是磷随地表径流迁移的主要形态。在溶解态总磷(DTP)中,溶解态正磷酸盐(D-Ortho-P)所占比例较大,为87.4%～90.7%;溶解态有机磷(DOP)所占比例较小,仅占9.3%～12.6%。与CK相比,PHS、PH和CR显著降低了径流液PP和TP的浓度(P<0.05),但却不同程度地提高了DTP和D-Ortho-P的浓度,而对DOP的浓度无显著影响(P>0.05)。CK条件下,磷的年流失负荷平均为0.706 kg∙hm-2,占当年作物施磷量0.98%。与CK处理相比,PH、PHS和CR处理磷的年流失负荷分别降低38.4%、53.8%和33.4%(P<0.05),其对磷素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低径流液PP的浓度来实现的。综上可知,植物篱(黄花菜)、植物篱+秸秆还田和等高垄作是控制巢湖沿岸坡耕地水土及磷径流输出的有效措施,其中植物篱配合秸秆覆盖还田效果最佳。该研究可为巢湖流域坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。

磷;径流;坡耕地;植物篱;秸秆覆盖;等高垄作;巢湖

Abstract:Eutrophication has been recognized as one of the main global environmental problems in areas with intensive agricultural production where there is nutrient export from farmlands to surface water bodies.Phosphorous(P)via runoff from farmland has been found to be one of the main contributors to water-quality degradation in Chaohu Lake.Thus,source control of P loss from farmlands was critical in remediation of eutrophication in Chaohu Lake.In order to test the efficiency and efficacy of different agronomic measures on reducing runoff,sediment and P loss,a long-term field runoff experiment was carried out in a sloping cropland around Chaohu Lake.Four treatments of agronomic measure were applied—1)conventional tillage(CK),2)plant hedgerow ofHemerocallis citrina(PH),3)plant hedgerow with straw mulching(PHS)and 4)contour ridge(CR).Runoff volume,soil loss,concentrations of TP(total phosphorus),PP(particulate phosphorus),DTP(dissolved total phosphorus),D-Ortho-P(dissolved orthophosphate phosphorus)and DOP(dissolved organic phosphorus)as well as P loss via runoff were determined.The results for 2014–2015 showed that PH,PHS and CR treatments significantly reduced soil and water loss in the order as follows:PHS>PH>CR(P<0.05).Also the reduction in sediment was great than that in runoff. Compared with CK,agronomic measures of PH,PHS and CR decreased runoff,respectively,by 23.5%,36.5%and 19.7%,and reduced sediment,respectively,by 29.5%,45.2%and 26.3%,showing significant effect on soil and water conservation(P< 0.05).The concentration of TP in runoff under CK was 0.612–1.220 mg∙L-1,in which PP was the predominant form, accounting for 71.5%–81.7%of the TP.In DTP,D-Ortho-P was the main form,accounting for 87.4%–90.7%,while DOP remained in low concentration.It was found that the three agronomic measures(PH,PHS and CR)significantly reduced PP and TP concentrations in runoff(P<0.05),concurrently increased the concentrations of DTP and D-Ortho-P,but had no obvious effect on DOP concentration(P>0.05).Obviously,TP concentrations in the current study were higher than 0.4 mg×L-1, exceeding Class V level of the national environmental quality standards for surface water(GB3838—2002).The results implied that P loss via runoff from farmlands in Chaohu Lake region posed pollution risk if allowed to drain directly into the lake.Besides,annual P runoff loss from sloping croplands under CK was 0.706 kg∙hm-2,the equivalent of 0.98%of applied P fertilizer in the experiment.Compared with CK,PH,PHS and CR reduced annual P loss respectively by 38.4%,53.8%and 33.4%.Another finding in the study was that the reduction in runoff volume and that in PP concentration were mainly responsible for the decline in P loss.In conclusion therefore,PH,PHS and CR significantly reduced soil,water and P loss via runoff in sloping farmlands in Chaohu Lake region.Among the treatments,PHS was the most effective.The results of this study provided more insight into the need for strategies to reduce agricultural non-point source pollution in Chaohu Lake region and other similar regions.

农业面源污染是引起水体环境恶化的主要原因之一[1],为减少农业面源污染,杨林章等[2]提出了“源头减量-过程阻断-养分再利用-生态修复”的理论和技术体系,其中源头控制是防治农业面源污染的最佳对策和根本。磷(P)不仅是植物生长发育所必需的3大营养元素之一,而且也是导致水体富营养化的关键限制性因子[3-5]。许多研究表明,农田土壤磷素的大量输出是引起农业面源污染的主要原因之一。在天然水和废水中,磷以多种形态如正磷酸盐、缩聚磷酸盐、有机磷和颗粒态磷等存在。不同形态的磷对藻类的贡献各不相同:溶解态正磷酸盐(D-Ortho-P)能直接被藻类和细菌吸收利用,其浓度的增加会导致水体富营养化程度的增加[6];但D-Ortho-P仅占总磷(TP)的小部分;颗粒态磷(PP)和溶解态有机磷(DOP)通常情况下不能直接被藻类吸收利用,但它们在总磷中所占的比例可观,并且约有70%左右可以在胞外酶的作用下降解转化为生物可利用磷[7]。因此,系统研究农田土壤不同形态磷的径流损失特征对于源头控制农业面源污染具有重要意义。巢湖是全国富营养化最为严重的淡水湖泊之一,近年来,政府部门和众多学者投入了大量的治理工程和科技研发,开展了一系列对策措施,取得了较好的成果,然而巢湖水体富营养的趋势仍未得到根本性改观,巢湖西部湖区夏季蓝藻暴发依然普遍,水体富营养化已经成为制约区域经济和社会可持续发展的“瓶颈”因素。目前在该流域关于农田磷素流失的研究多集中在稻麦(油)轮作区[5,8],而在水土流失较为严重的坡耕地报道则较少,因此这方面的研究亟待进一步补充和深入。

已有研究表明,凡是改变微地形(等高耕作、沟垄种植等)、增加地表覆盖(秸秆覆盖、地膜覆盖等)、改变土壤物理性状(少、免耕等)的耕作措施以及植物篱技术均有减少和防止水土流失发生的作用,并能有效阻控农田养分的流失[9-16]。植物篱技术在保持水土、控制养分流失、增加经济效益等方面都具有良好的效果。等高垄作有利于改善田间小气候,可有效提高土壤温度,拦截径流,减少土壤和养分流失,达到集水、保墒、增温的效果。此外,秸秆还田作为低碳农业、有机农业的重要环节,对提高土壤有机质含量、培肥地力和减少农田养分流失等具有积极的作用。然而,植物篱、等高垄作和秸秆还田保持水土和减少农田养分流失的功能和效果受气候条件、地形特征、土壤特征以及植物篱特征等因素的综合影响[12,14-15],这些农艺措施防控巢湖流域坡耕地磷素流失的效果尚不清楚。鉴于此,本研究拟以巢湖沿岸农业面源污染长期定位观测基地为平台,研究小麦(Triticum aestivumL.)-芝麻(Sesamum indicumL.)模式下,植物篱[黄花菜(Hemerocallis citrinaBaroni)]、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作3种农艺措施在天然降雨条件下对水土和径流不同形态磷输出的控制效果,以期为巢湖流域农业面源污染防控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验设在安徽省肥东县长临河镇迎霞村(117°27¢E,31°41¢N),距离巢湖水体约1.5 km。该区域属于江淮低山丘陵区,位于中新生代的合肥凹陷东部,地貌以低山丘陵和波状平原为主。研究区属于北亚热带季风气候区,年均气温15.5℃,年均降雨量940～1 000 mm,且多集中分布在夏季(6—8月),无霜期为224～252 d。该区域主要种植水稻(Oryza sativaL.)、冬小麦、玉米(Zea maysL.)、芝麻、油菜(Brassica napusL.)、棉花(Anemone vitifoliaBuch.)等。供试土壤为下蜀黄土母质发育的黄棕壤,试验前0～20 cm土壤基本理化性质为:pH 5.95、容重1.23 g∙cm-3、有机质18.22 g∙kg-1、全氮1.08 g∙kg-1、碱解氮87.12 mg∙kg-1、全磷0.35 g∙kg-1、Olsen-P 9.62 mg∙kg-1、缓效钾624.78 mg∙kg-1、速效钾156.37 mg∙kg-1。

1.2 试验设计

试验设4个处理:①常规顺坡耕作(CK);②植物篱(黄花菜,PH);③植物篱+秸秆覆盖(PHS);④等高垄作(CR)。3次重复,完全随机区组排列。与试验设计相对应,本试验共设置12个径流小区,各小区呈北高南低,坡度6°,面积24 m2(8 m´3 m),小区四周设25 cm厚的砖砌水泥挡板,地下部分埋深30 cm,地上高25 cm,互不渗漏。在每个小区南侧建立径流池,以便收集降雨产流后的水样和泥沙样,径流池深地表以下1 m,为便于计量径流池内水量,在池壁上做好刻度线标记。径流池表面铺设石棉瓦防雨设施,防止雨水灰尘落入,防止人和动物不慎跌落,试验区附近设置标准雨量筒,用以进行降雨观测。

上述处理中,植物篱(PH)处理选用百合科萱草属植物黄花菜。黄花菜是多年生草本宿根植物,具有抗干旱、耐贫瘠、耐低温、抗病性强等特点,其根系发达,细微根须系统拓展范围可达50 cm,保土截流功能较好。此外,它还具有重要的经济价值,其花可以食用、入药。黄花菜于2008年6月移栽,在小区内定植3带,每带均两行,行距和株距均为20 cm,带间距为280 cm。植物篱+秸秆覆盖(PHS)处理:在PH处理的基础上,将上季作物秸秆覆盖于植物篱带间地表,秸秆剪成20～30 cm,用量为3 000 kg×hm-2。等高垄作(CR)处理:将小区修建成6阶顺坡梯田,在小区内横向起垄,垄宽为1 m,垄高为0.14 m,垄间距0.4 m。除植物篱带外,其他处理小区内种植作物,芝麻-冬小麦轮作,按照当地的种植方式和种植密度种植。化学肥料用量为:芝麻季氮肥(N)150 kg∙hm-2,磷肥(P2O5)90 kg∙hm-2,钾肥(K2O)120 kg∙hm-2;小麦季氮肥(N)180 kg∙hm-2,磷肥(P2O5)75 kg∙hm-2,钾肥(K2O)90 kg∙hm-2。60%氮肥(尿素)作基肥,40%氮肥用作追肥(芝麻蕾期追肥,冬小麦拔节期追肥),全部磷肥(过磷酸钙)和钾肥(氯化钾)作为基肥。

1.3 样品采集与分析

2014—2015年内每次降雨产流后,测定径流池水位,计算径流量。多点采集充分混匀的泥水样于一个干净的桶内混匀,采集水样1 L,最后将径流池清洗干净,以备下次收集径流。水样取回后一般立即分成两部分,一部分用于含沙量的测定,另一部分用于化学指标的测定。取混合水样至少500 mL,静置分层20 h以上,过滤、105℃烘箱中烘24 h、冷却后称重,计算泥沙量[17]。分析的化学指标有总磷(TP)、溶解态总磷(DTP)、溶解态正磷酸盐(D-Ortho-P),参考《水和废水监测分析方法》(第4版)进行测定[18]。TP采用过硫酸钾氧化-钼酸盐比色法测定;DTP由水样经0.45 μm微孔滤膜过滤后,测定方法与TP相同;D-Ortho-P由水样经0.45 μm微孔滤膜过滤后,直接用钼酸盐比色法测定。PP(颗粒态磷)和DOP(溶解态有机磷)用差减法进行计算,即PP=TP-DTP和DOP=DTP-D-Ortho-P。

1.4 数据处理

1.4.1 单位面积磷流失负荷(Q)计算

场次降雨地表径流各形态磷流失浓度表示一场降雨事件中地表径流全过程排放的各形态磷平均浓度,其中场次降雨小区内各形态磷平均径流浓度(C)可用式(1)求得:

式中:C表示小区内各形态磷径流浓度(mg∙L-1),M为小区内各形态磷排放通量(g),V为小区内径流通量(L),C(t)表示t时刻各形态磷径流浓度(mg∙L-1),V(t)为t时刻地表径流量(L),t为降雨历时。

场次降雨径流事件磷径流流失量可用式(2)求得:

式中:Qi为第i次降雨事件各形态磷流失量,Ci为径流液各形态磷浓度(mg∙L-1),Vi为24 m2小区的径流量(L)。

各形态磷年径流流失负荷表示全年降雨产生的各形态磷流失负荷总和,是衡量水土保持和农业面源污染控制效果的重要指标,可用式(3)求得:

式中:Q为各形态磷累积迁移负荷(kg∙hm-2),n为年降雨产流次数。

1.4.2 数据分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0进行数据处理与分析,并用LSD(least significant difference test)进行样本平均数的差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同农艺措施下坡耕地产流产沙效应

2014—2015年试验期间产生径流的降雨共有5次,分别是在2014年的7月4日和7月24日,2015年的6月16日、6月26日和8月9日,对应的降雨量分别为:89.5 mm、126.2 mm、96.2 mm、78.9 mm、48.6 mm。本研究以年为单位,对各个处理的径流量和产沙量分别进行汇总,结果见图1。4个处理的产流量和产沙量从大到小顺序依次为CK>CR>PH>PHS,方差分析结果显示,3种农艺措施与当地常规顺坡耕作相比差异显著(P<0.05)。与CK相比,PH对地表产流量的降低幅度分别为20.4%和26.5%,平均为23.5%,对产沙量的降低幅度分别为26.0%和32.9%,平均为29.5%。PHS相比于CK,其对产流量的降低幅度分别为33.0%和39.9%,平均为 36.5%,对产沙量的降低幅度分别为 42.7%和47.7%,平均为45.2%。与CK相比,CR对地表径流量的降低幅度分别为17.2%和22.1%,平均为19.7%,对产沙量的降低幅度分别为22.8%和29.7%,平均为26.3%。由此可见,这3种农艺措施可以有效减少巢湖沿岸坡耕地的产流产沙量,效果由大到小的顺序为:PHS>PH>CR。比较各处理的减流减沙幅度可以看出,这3种农艺措施的减沙效果大于减流效果。

图1 不同农艺措施下的坡耕地产流量(A)和产沙量(B)Fig.1 Runoff(A)and sediment(B)of sloping cropland under different agronomic measures

2.2 不同农艺措施对径流液各形态磷浓度的影响

不同农艺措施下历次降雨径流液中TP、DP、PP、DIP和DOP浓度见表1。在当地常规顺坡耕作条件下,径流液TP浓度范围为0.612～1.220 mg∙L-1,均已超过国家地表水环境质量标准(GB3838—2002)中总磷Ⅴ类标准限值0.4 mg∙L-1,因此巢湖沿岸坡耕地每一次的地表径流都有可能对附近水体的质量产生威胁。与CK相比,PHS显著降低了径流液TP和PP的浓度(P<0.05),降幅范围分别为19.1%～33.5%和43.4%～54.9%;然而,其DTP和DIP的浓度却显著增加(P<0.05),增幅范围分别为 33.2%～60.3%和34.8%～65.8%。与PHS相类似,PH相比于CK,其径流液TP和PP浓度均显著降低(P<0.05),降幅范围分别为13.6%～24.8%和26.6%～37.2%,其DTP和DIP浓度有不同程度增加,但差异不显著(P>0.05)。与CK相比,CR径流液TP和PP的浓度有不同程度的降 低 ,降 幅 范 围 分 别 是 13.9%～19.8% 和22.6%～30.1%。方差分析表明,径流液PP浓度差异显著,TP浓度在5次降雨径流中有3次达到显著水平(P<0.05),DTP和D-Ortho-P的浓度有小幅增加,但差异不显著(P>0.05)。不同农艺措施下径流液DOP的浓度比较低,范围是0.012～0.044 mg∙L-1,各处理间无显著差异。由以上分析可知,PHS、PH和CR这3种农艺措施均可以不同程度地降低径流液TP和PP的浓度,但却增加了DTP和D-Ortho-P的浓度,其中,PHS对其影响的效应最大。

表1 历次降雨不同农艺措施下的坡耕地径流液中各形态磷的浓度Table 1 Concentrations of phosphorous of different forms in surface runoff under agronomic measures

2.3 不同农艺措施对径流液磷素形态的影响

径流液中各形态磷所占比例见表2。在当地常规耕作条件下,颗粒态磷占总磷(PP/TP)的比例为71.3%～81.7%,这表明径流搬运的颗粒物(粒径≥0.45 μm)是坡耕地地表径流磷迁移的主要载体,与之相结合的磷是地表径流磷素迁移的主要形态,这与前人的研究结果一致[19-20]。在DTP中,D-Ortho-P所占比例较大,其值为87.4%～90.7%,DOP所占比例较小,仅占9.3%～12.6%。研究还发现,与CK相比,3种农艺措施不仅有效降低了PP的浓度(P<0.05),还显著降低了其所占TP的比例(P<0.05),特别是PHS处理,PP/TP的值降至50.1%～55.8%。

2.4 不同农艺措施对磷素径流损失的阻控效果

由于降雨条件及农业管理措施等因素的综合影响,场次降雨径流中磷流失负荷波动较大,所以降雨径流磷年流失负荷(即排放通量)更具有代表性,实际应用中也常用磷年流失负荷表征某一流域降雨径流中磷流失状况。本研究以年为单位,对各个处理的不同形态磷的年流失负荷进行了汇总,结果见表3。CK常规耕作条件下, TP年流失负荷平均为0.706kg∙hm-2,占当年作物施磷量0.98%,超过了以往研究[21]提出的环境可接受的磷素流失量0.44 kg∙hm-2∙a-1,这也进一步说明了巢湖沿岸坡耕地磷素随地表径流的迁移有可能对附近水体的质量产生威胁。PP、DTP、D-Ortho-P和DOP的平均年流失负荷分别占TP的75.0%、25.0%、22.3%和2.8%。从表3可看出,不同农艺措施对巢湖沿岸坡耕地TP、PP年流失负荷影响显著,显著降低了TP和PP随地表径流的迁移量(P<0.05)。与CK相比, PH、PHS和CR的TP年流失负荷平均分别降低38.4%、53.8%和33.4%(P<0.05),PP的降低幅度则分别为49.0%、67.6%和41.0%(P<0.05),同时,也不同程度降低了DTP、D-Ortho-P和DOP的年流失负荷。由此可见,植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作可以有效控制巢湖沿岸坡耕地随地表径流迁移磷素,其中,植物篱+秸秆覆盖的效果最好。

表2 历次降雨径流液中各形态磷的比例Table 2 Ratios of different phosphorus forms in surface runoff under different agronomic measures in differentprecipitation events %

表3 不同农艺措施下各形态磷年流失负荷Table 3 Annual losses of different forms of phosphorus via runoff under different agronomic measures

3 讨论

3.1 不同农艺措施对磷径流损失的阻控作用

不同农艺措施下,径流液各形态磷浓度是否比常规耕作条件下有所降低,已有文献的研究结论不尽一致。Wang等[22]研究表明,紫花苜蓿(Medicago sativaL.)间作玉米和黄花间作玉米模式下径流液总磷及生物可利用磷浓度较常规玉米种植模式高,颗粒态磷则相反;张洋等[20]研究则表明,三带等高桑(Morus albaL.)+交叉耕作方式能够显著降低径流液TP、PP和DTP的浓度。本研究结果表明,植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作3种农艺措施显著降低了径流液PP和TP的浓度,与此同时却不同程度提高了DTP和D-Ortho-P的浓度。分析其原因,土壤磷素的流失过程实质上是表层土壤与降雨和径流相互作用的过程,径流液磷素的浓度主要取决于径流对土壤表层磷的稀释作用和径流在坡面传递过程中与磷素的相互作用。在本试验条件下,3种农艺措施增加径流液TDP和D-Ortho-P浓度的原因在于其对径流流速的减缓作用,加剧了径流与表层土壤的相互作用,使得溶解和解吸于单位径流中的TDP和D-Ortho-P的含量有所增加。另外,长期秸秆还田(包括还田的秸秆和刈割的植物篱地上部分)增加了土壤磷储量,提高了土壤的供磷能力[23],再加上秸秆腐解分泌的有机酸可能提高了土壤磷的活性,促进了磷在土壤中的迁移[24]。而径流PP的含量主要受降雨溅蚀与径流侵蚀作用的影响,这3种农艺措施具有明显的减流减沙作用,削弱了降雨-径流过程对表层土壤PP的侵蚀,相应也减少了单位径流中随泥沙迁移的PP含量。

本研究结果显示,与常规耕作相比,植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作3种农艺措施均显著降低了径流液TP流失负荷,表明3种农艺措施可以有效地控制坡耕地磷素随地表径流的迁移,这与相关文献的报道基本一致[13-16,25]。如:三峡库区湖北秭归县段20º紫色坡耕地香根草(Vetiveria zizanioidesL.)植物篱+小麦-玉米轮作模式年均TP流失负荷为20.51 mg∙m-2,仅为对照的56.95%[16];湖北丹江口流域黄花菜植物篱径流磷比对照减少78.3%[25];辽宁省棕壤坡耕地采取垄作模式,其径流磷流失量比对照减少34.9%,泥沙携带磷减少12.1%[14];巢湖流域水旱轮作田旱作时采取秸秆覆盖还田措施,其TP流失负荷比对照减少32.3%[13]。土壤磷素地表径流流失负荷是由径流量和TP浓度共同决定的,其中TP的浓度又由DTP和PP的浓度共同决定。本研究中,尽管3种农艺措施均不同程度地提高了DTP的浓度,但由于PP是坡面磷素随径流迁移的主要形态,3种农艺措施对其减少的程度远大于对DTP的影响,从而降低了TP的浓度。综合径流量、泥沙量和径流液各形态磷浓度来看,其对磷素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低径流液PP的浓度来实现。

3.2 巢湖流域坡耕地磷素径流流失水平

坡面磷素的流失受到诸如土壤性质、气候条件、植被覆盖、农业管理措施、地形地貌等因素的综合影响。Liu等[26]对丹江库区坡耕地柑橘(Citrus reticulataBlanco.)园不同覆盖方式下地表径流氮磷流失进行研究,结果表明,该地区柑橘园坡耕地在当地常规管理模式下的磷素地表径流年流失负荷为1.6～1.7 kg∙hm-2;林超文等[27]对四川紫色丘陵区坡耕地不同耕作和覆盖方式下玉米生育期中水土及养分流失的研究则表明,该地区坡耕地在常规顺坡垄作条件下磷素的当季径流损失量平均为27.18 kg∙hm-2;张洋等[20]对三峡库区旱坡地氮磷流失的研究表明,该地区玉米-榨菜(Brassica junceaL.)轮作模式下磷素年流失通量为0.23 kg∙hm-2;鲁耀等[28]对云南坡耕地地表径流氮磷流失特征定位监测表明,该地区常规施肥顺坡耕作磷素年流失负荷为1.45～6.78 kg∙hm-2。本研究结果表明,巢湖流域坡耕地当地常规顺坡耕作磷素年流失负荷平均为0.706 kg∙hm-2。可见,不同地区坡耕地磷素径流流失水平差异比较大。与其他地区相比较,巢湖流域坡耕地磷素径流流失水平处于中等水平。储茵等[29-30]对巢湖沿岸圩区夏季水稻生长期和冬季油菜-麦季磷的输出特征进行研究,结果表明,巢湖沿岸圩区稻油轮作区和稻麦轮作区磷素年输出负荷分别为0.27 kg∙hm-2和0.48 kg∙hm-2。可见,巢湖沿岸坡耕地磷素的流失水平要高于同地区的稻麦(油)轮作区,其对巢湖水体的潜在和长期影响同样不容忽视。另外,降雨的随机性决定了不同年份的农田磷素流失量差异比较大,要更加准确地评估巢湖流域坡耕地土壤磷素地表径流流失负荷尚需长期的监测研究。

4 结论

植物篱(PH)、植物篱+秸秆覆盖(PHS)和等高垄作(CR)3种农艺措施可以有效控制巢湖流域坡耕地水土流失的风险,效果依次为:PHS>PH>CR。颗粒态磷是巢湖流域坡耕地磷素随地表径流迁移的主要形态;在溶解态总磷中,溶解态正磷酸盐所占比例较大,溶解态有机磷所占比例较小;PH、PHS和CR显著降低了径流液颗粒态磷和总磷的浓度,与此同时却不同程度地提高了溶解态总磷和溶解态正磷酸盐的浓度,而对溶解态有机磷的浓度无显著影响。植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作3种农艺措施可以有效减少坡耕地磷素流失负荷,径流量的减少和颗粒态磷浓度的降低是3种农艺措施有效控制磷输出的主要机制,其中植物篱+秸秆覆盖的效果最好,可以作为源头控制巢湖沿岸坡耕地农业面源污染物磷输出的有效措施。

本试验磷流失及其负荷的计算主要关注地表径流中磷形态的损失,而未考虑磷的淋溶损失,需要在后续工作中进一步完善。

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Effect of agronomic measures on phosphorous loss via runoff in sloping croplands around Chaohu Lake*

WANG Jing1,2,3,WANG Yunqing1,3,YE Yin1,3,MENG Chaofeng4,WANG Daozhong1,3, GUO Xisheng3**,LYU Guo’an2**

(1.Institute of Soil&Fertilizer,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,China;2.College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;3.Provincial Key Lab for Nutrient Cycling,Resources& Environment of Anhui Province,Hefei 230031,China;4.Soil and Fertilizer Station of Xuancheng,Xuancheng 242000,China)

Phosphorous;Runoff;Sloping cropland;Hedgerow ofHemerocallis citrina;Straw mulching;Contour ridge; Chaohu Lake

Oct.17,2016;accepted Feb.24,2017

S157.4;X524

A

1671-3990(2017)06-0911-09

10.13930/j.cnki.cjea.160916

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* 国家自然科学基金项目(41401308)、国家水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07204-007)和安徽省重点实验室绩效评价补助项目(1606c08231)资助

**通讯作者:郭熙盛,主要从事植物营养与施肥研究,E-mail:gxssfiaa@mail.hf.ah.cn;吕国安,主要从事水土资源利用研究,E-mail:

lvguoanhzau@126.com

王静,主要从事农业面源污染防控研究。E-mail:wangjinghf1982@163.com

2016-10-17 接受日期:2017-02-24

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China(41401308),the Mega-projects of Science Research for Water Environment Improvement of China(2015ZX07204-007)and the Performance Evaluation Funding for the Key Lab of Anhui Province Technical Program(1606c08231).

**Corresponding authors:GUO Xisheng,E-mail:gxssfiaa@mail.hf.ah.cn;LYU Guo’an,E-mail:lvguoanhzau@126.com