黄壤坡耕地玉米-油菜轮作磷素输出特征及风险分析

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本研究在南方山地丘陵区面源污染监测基地的平台上,于2008~2014年连续7年进行定位观测,以当地主要农作物种植模式(玉米-油菜轮作)为对象,在不同施肥与耕作措施下进行典型黄壤坡耕地磷流失定位试验,研究不同施肥量(常规施肥、优化施肥)和耕作措施(顺坡垄作、横坡垄作)的作物产量特征、作物单位产量磷养分吸收量、磷肥利用率以及磷养分流失特征,旨在弄清黄壤坡耕地磷素流失特征,揭示玉米/油菜轮作以及不同耕作模式与土壤磷素流失间的关系。以期为完善农业面源污染物迁移机理及预测模型的构建奠定基础,为黔中农业可持续发展和生态环境建设提供理论和技术支撑。主要研究结果如下:  (1)在2008~2014年间, CK处理的玉米/油菜产量都有明显逐年降低的趋势,施肥对轮作下的玉米/油菜产量均有不同程度的提高,常规施肥和优化施肥的产量较CK分别增长19.8%~86.8%、51.0%~55.4%。不同施肥方式中,优化施肥的玉米和油菜年平均产量CK分别增产70.3%、52.8%,较常规施肥增产16.6%、3.5%;不同耕作措施中,横坡垄作比顺坡垄作的玉米和油菜平均产量分别高16.5%、0.01%。  (2)不同施肥与耕作措施下处理间作物(玉米-油菜轮作)地上部分总生物量、总吸磷量差异性较大。施肥处理吸磷量较不施肥处理显著增加,即玉米、油菜磷素吸收量均以优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+植物篱处理最高,年平均吸磷量分别为52.58 kg/hm2、38.07 kg/hm2;从不同作物来看,玉米7a平均吸收磷量均高于油菜,玉米平均占周年磷素养分吸收总量的62.20%;油菜-玉米轮作磷素肥料周年利用率以常规耕作施肥处理的最低,为17.48%,以优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+植物篱最高,为30.97%,其较常规耕作施肥处理当季磷肥周年利用率提高了77.20%。  (3)耕作模式对不同处理地表径流影响差异较大,横坡垄作年平均地表径流为116.84 mm,顺坡垄作年平均地表径流为129.01 mm,横坡垄作较顺坡垄作减少了10.42%,横坡垄作有助于减少地表径流量。不同施肥与耕作模式处理之间磷流失量差异较大,以常规耕作施肥磷素流失最大,年均为1.39 kg/hm2,磷素年均流失量大小顺序为:常规耕作施肥>优化施肥+顺坡垄作>优化施肥+横坡垄作>优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖>优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+植物篱> CK,优化施肥、横坡垄作、秸秆覆盖和植物篱都对黄壤坡耕地磷素的流失控制有较大效果。  (4)黄壤坡耕地系统中磷素养分收支平衡 CK处理处于亏缺状态,至2014年累计亏缺335.23 kg/hm2,年均亏缺47.89 kg/hm2,施肥处理磷素养分均产生盈余。不施肥处理土壤磷素耗竭较快,不利于土壤的持续利用,会造成土壤严重退化的风险;优化施肥比常规施肥平均减少了33.0%的磷流失量,常规施肥处理的磷流失量最大,对磷素引起农业面源污染风险也最大;顺坡垄作较横坡垄作磷素流失量大,平均大3.49%,横坡垄作有利于减少磷素流失风险;秸秆覆盖比未覆盖处理平均减少了1.17%的磷流失量,覆盖对黄壤坡耕地磷素流失降低效果不明显;植物篱比未设篱处理平均减少了17.63%的磷流失量,植物篱极大地降低了磷的流失量,植物篱能有效控制磷素面源污染风险。
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