施用有机肥农田氮磷流失模拟研究

摘要

近年来，我国畜禽养殖量迅速增加，仅北京、河北、河南、山东四省畜禽粪便产生氮磷纯养分量达到974和267万吨/年，农户调查显示：目前养殖农户农田施用有机肥用量、方法、品种差异很大，这一地区夏季雨量丰富，暴雨和大暴雨时有发生，施用有机肥后如遇降雨，特别是大雨，就会造成有机肥养分的流失。至目前为止，华北地区关于不同流失方式下，有机肥用量、方法、品种对农田氮磷流失影响的研究尚为缺少。为了解华北地区施用有机肥对农田N、P流失的影响，2008年在河北廊坊布置了原位人工模拟降雨实验，实验设置了26个处理，包括表施和翻耕施2种施肥方法、3个磷水平的有机肥用量、4种有机肥品种等，研究了种植春玉米的条件下，地表径流和渗漏2种流失方式下的氮磷流失特征。主要结论如下：
　　 1．农田人工模拟降雨实验在降雨量为160 mm条件下，地表径流水量和渗漏水量差异不显著，分别为降雨量的48.64％、44.90％。13个试验处理结果显示地表径流方式下降雨结束后产流延续时间仅为渗漏方式的1/5，两者平均分别为3.36 min、16.75 min，而地表径流方式下产流速率是渗漏方式的1.5倍，两者平均分别为71.97mL/min、48.43 mL/min。
　　 2．在三个磷水平的有机肥用量条件下（0、75、225 kg P/hm2），地表径流方式农田总磷流失量分别为1.02、3.86和6.66 kg P/hm2，差异显著，径流液总磷流失浓度差异不显著，3个磷水平的浓度分别为0.17、0.73、1.92 mgP/L；渗漏方式下3个磷水平的农田总磷流失量分别为0.77、3.03和12.12 kg P/hm2，差异显著，渗漏液总磷流失浓度差异显著，分别为0.30、1.03和2.75 mg/L。三个磷水平的有机肥用量条件下N量可归并为3个等级，分别为0、<500 kg N/hm2（220～440 kg N/hm2）、>500kg N/hm2（660～1320 kg N/hm2），其农田径流总氮流失量分别4.89、12.75和23.6kgN/hm2，差异不显著，径流液水溶性氮浓度分别为0.81、2.3、5.62 mgN/L，差异显著，农田渗漏总氮流失量平均分别为20.99、38.56和51.02 kg N/hm2，差异不显著。
　　 3．在有机肥用量为0～320 Tg·鲜重/hm2范围内，表施和翻耕施两种施肥方式的地表径流总磷流失量分别为7.92 kg．P/hm2和2.6 kg P/hm2，差异显著；两种施肥方式下，渗漏总磷流失量分别为11.97 P/hm2和5.19 P/hm2，差异显著；两种施肥方式下，地表径流总氮流失量分别为22.58和13.77 kg N/hm2，差异不显著，渗漏总氮流失量分别为45.42和44.16 kg N/hm2，差异不显著。
　　 4．在磷量为75 kg P/hm2有机肥用量条件下，牛粪、猪粪、鸡粪三种有机肥表施的农田径流总磷流失量分别为5.20、3.41、5.43 kgP/hm2，总氮流失量分别为11.02、47.19、13.79 kg P/hm2；渗漏总磷流失量分别为7.03、2.70、2.92 kg P/hm2，总氮流失量分别为23.6、56.88、34.99 kg P/hm2；三种有机肥翻耕施条件下农田径流总磷流失量分别为2.18、1.89、2.413 kg P/hm2，总氮流失量分别为3.74、15.34、10.83 kg P/hm2；渗漏总磷流失量分别为6.48、3.03、3.14 kg P/hm2，总氮流失量分别为35.57、45.37、64.66 kgP/hm2。
　　 在磷量为225 kg P/hm2有机肥用量条件下，猪粪、鸡粪、鸭粪三种有机肥表施的农田径流总磷流失量分别为13.28、8.28、9.17 kg P/hm2，总氮流失量分别为18.05、22.47、22.95 kg P/hm2；渗漏总磷流失量分别为18.51、13.55、22.17 kg P/hm2，总氮流失量分别为42.84、54.52、59.71 kg P/hm2；三种有机肥翻耕施条件下农田径流总磷流失量分别为3.91、2.47、2.86 kg P/hm2，总氮流失量分别为14.17、20.71、17.81kg P/hm2；渗漏总磷流失量分别为6.27、5.12、7.08 kg P/hm2，总氮流失量分别为29.71、58.50、31.17 kg P/hm2。
　　 上述结果表明，表施有机肥的环境风险要高于翻耕施肥方式，有机肥用量为0～320 Tg·鲜重/hm2条件下，有机肥表施后农田无论径流还是渗漏引起的总磷流失量均比翻耕施平均高近一倍。高有机肥用量条件下，农田渗漏总磷流失量极高，可达到12.12 kg P/hm2，是地表径流方式的2倍。研究结果还表明，在华北地区，大雨引起的地表径流或持续降雨形成的侧渗两种流失过程都会引起农田氮磷养分流失，造成农业面源污染。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、英文缩略表

声明

第一章 前言

1.1研究背景

1.1.1农业面源污染的概念及特征

1.1.2水体富营养化

1.1.3(农田)氮磷流失与水体富营养化

1.2氮磷流失研究进展

1.2.1农田氮磷流失途径

1.2.2农田氮磷流失特征

1.2.3影响农田氮磷养分流失的主要因素

1.3农田氮磷养分流失特征的主要研究方法及存在的问题

1.3.1野外实地监测

1.3.2人工模拟实验

1.4研究目标与研究内容

第二章 材料与方法

2.1氮磷流失研究区域概况

2.1.1研究区域地理位置

2.1.2地形地貌条件

2.1.3土壤、植被与水系

2.1.4气候条件

2.2施用有机肥农田氮磷流失模拟试验

2.2.1施用有机肥农田氮磷流失模拟试验设计

2.2.2人工模拟降雨试验

2.2.3模拟降雨试验装置

2.2.4样品采集及分析方法

2.2.5计算方法

2.2.6长期定位试验的农田N、P平衡分析

第三章 模拟降雨条件下渗漏与地表径流流失特征

3.1地表径流与渗漏的产流时间与速率

3.1.1地表径流与渗漏的平均产流时间与产流速率

3.1.2地表径流与渗漏产流过程中速率变化特征

3.1.3不同施肥方式下径流与渗漏流失特征

3.2地表径流与渗漏流失水量特征

3.2.1地表径流与渗漏流失水量特征

3.2.2地表径流与渗漏累积流失水量变化特征

3.2.3渗漏排水的特点

3.3降雨前后土壤剖面含水量变化

第四章 有机肥施用农田氮素流失特征

4.1渗漏液和径流液中氮素浓度变化特征

4.1.1地表径流和渗漏方式下农田氮素流失浓度

4.1.2地表径流与渗漏过程中氮素浓度变化特征

4.2地表径流与渗漏流失方式下农田氮素流失量

4.2.1不同有机肥用量下农田氮素地表径流和渗漏流失量

4.2.2不同有机肥施肥方式下农田氮素地表径流和渗漏流失量

4.2.3地表径流与渗漏方式下不同有机肥品种对氮素流失量影响

4.2.4地表径流和渗漏流失氮素流失量比较

4.3地表径流和渗漏方式下流失氮素形态构成

4.3.1地表径流方式下氮素流失构成

4.3.2渗漏方式下氮素流失构成

4.4有机肥施用对土壤剖面氮素含量影响及降雨前后土壤剖面氮素含量变化

4.5小结

第五章 有机肥施用农田磷素流失特征

5.1径流液和渗漏液中磷素浓度变化特征

5.1.1地表径流和渗漏方式下农田磷素流失浓度

5.1.2地表径流与渗漏过程中磷素浓度变化特征

5.2农田径流与渗漏磷素流失量与形态构成

5.2.1不同有机肥用量下农田磷素地表径流和渗漏流失量

5.2.2不同有机肥施肥方式下农田磷素地表径流和渗漏流失量

5.2.3地表径流与渗漏方式下不同有机肥品种对磷素流失量影响

5.2.4地表径流和渗漏流失磷素流失量比较

5.3地表径流和渗漏方式下流失磷素形态构成

5.4有机肥施用对土壤剖面磷素含量影响

5.5 小结

第六章 长期施肥对磷素平衡与土壤磷的影响

6.1长期施用磷肥对作物的影响

6.1.1长期施用磷肥的作物产量效应

6.1.2长期施用磷肥的作物农学效率

6.2施用磷肥土壤磷的平衡和回收率

6.3施用磷肥土壤磷的变化

6.4小结

第七章 结论与展望

7.1主要结论

7.1.1地表径流和渗漏方式下的农田水流失特征

7.1.2农田磷素流失特征

7.1.3农田氮素流失特征

7.1.4施肥对土壤养分含量的影响

7.2研究展望

参考文献

致谢

作者简历