太湖源坡地雷竹林土壤氮、磷流失特征及拦截控制研究

摘要

雷竹(Phyllostachys praecox f.Preveynalis)种植业是太湖苕溪流域农村主要经济支柱产业之一,为了提高雷竹生产的经济效益,竹农采用大量施肥的高效覆盖栽培技术以提高竹笋产量及经济价值,并在管理中对地面进行翻垦除草,以致竹林地土壤裸露、疏松,使得土壤中大量氮磷养分容易流失并进入苕溪,最终流入太湖,从而加剧太湖水体富营养化。因此,从源头降低氮磷养分流入苕溪,对于缓解及改善太湖水质有重要的积极作用。本文选取太湖源地区坡地雷竹林为研究对象,在野外坡地雷竹林中建立了径流小区,设置了“原生竹林带”、“竹林+竹炭带”、“生态草带”、“生态草+竹炭带”4种拦截方式,观测分析了1年内坡地雷竹林土壤中氮磷的径流及渗漏损失,研究了氮磷输出形态及特征,同时根据田间试验结果在室内模拟研究了竹炭对磷的吸附,主要成果如下:
　　 1)自2010年1月至2010年12月试验期间,共收集雷竹林地表径流23次,估算坡地雷竹林全年氮的地表径流损失量为1338 g/hm2,磷的流失量为518.3g/hm2,与其它林种相比,氮磷径流损失量并不大；与氮的径流损失相比,土壤中磷易于跟土壤颗粒结合,不易随水体迁移,因而径流损失量相对较低。在氮磷的径流损失中,颗粒态氮与可溶态氮是坡地雷竹林土壤氮素流失的两种主要形态,分别占全氮的48.27％与51.73％,而颗粒态磷则是磷流失的主要形态,占全磷的60.37％。相对径流损失来说,淋溶损失是坡地雷竹林最主要的氮磷输出方式,淋溶渗漏中铵态氮、硝态氮、速效磷分别为11.35 kg/hm2、36.6 kg/hm2、17.6 kg/hm2,分别占到了施肥量的3.15％、10.17％、11.20％,这主要是由于在坡地雷竹林中土层薄且土壤砂砾含量高,氮磷易于从缝隙中流走,因此,在坡地雷竹林中氮磷的淋溶渗漏损失及其控制需要引起高度重视。同时结果表明,在雷竹林的地表径流中可溶态氮的浓度为0.68-10.62 mg/L,可溶态磷的浓度为0.16-1.47 mg/L,均远高于引起水体富营养化的氮磷阈值。降雨和施肥是影响地表径流氮磷浓度的重要因素,要减少氮磷进入水体的风险,有必要从施肥方式和拦截管理措施上将氮磷截留在陆地生态系统中,从源头减少氮磷的排放,从而降低对水体的污染。
　　 2)从不同拦截方式对雷竹林养分流失控制的结果来看,生态草带(黑麦草,狗牙根)对氮磷的吸附拦截效率并不高,仅为29.82％与25.40％(以原生竹林为对照),其中对颗粒态氮磷的拦截效率要高于对可溶态氮磷的拦截效率,植被带可以起到滞缓径流,能减少径流搬运颗粒的作用。本研究中,两种草带处理的拦截效率并不很高,可能是由于拦截宽度偏低(1 m)。相对来说,黑麦草对氮磷的拦截效率分别为28.90％与34.06％,要显著高于狗牙根的拦截效率(氮13.49％、磷15.33％),然而,黑麦草的生长周期较短只有半年,因此在利用黑麦草做拦截带时要提前做好收割,种植后续生长的狗牙根。相比,生态草带的拦截效果要优于加竹炭处理,竹炭处理的效果要低于预期,甚至可能加剧氮磷的径流损失,竹炭在田间作为吸附剂的实际应用需要进一步探究。
　　 3)室内竹炭对磷吸附的模拟试验表明,随磷平衡浓度的增大,竹炭对磷的吸附量增大,不同平衡浓度下竹炭对磷的吸附百分率在40％-50％之间。对吸附数据处理发现,Temkin模型可以很好拟合竹炭对磷的等温吸附,而Elovich方程则可较好拟合磷的动力吸附过程。竹炭对磷的室内模拟吸附结果表明,竹炭对磷的吸附效果并不理想,在利用竹炭作为吸附剂吸附氮磷时,首先要对初步制成的竹炭进行预处理,其次要考虑对竹炭改性以提高吸附性能,相关工作有待进一步的完善。