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水土保持措施下坡面土壤养分变化特点分析余蔚青李廷锋张博（中国航空规划设计研究总院有限公司环境保护咨询中心100120）摘要：随着大量坡地被人类加以开垦利用，防止土壤污染的相关措施并没有及时执行实施，在粗放的种植过程之后，土壤中混入了大量的泥沙、农药及化肥残留污染物，再加上水土流失的情况日益严重，造成了很多的环境污染和生态系统失衡的问题。
在本文中，我们主要以未采取水土保持措施地区的一些坡地、水平梯田和采取了合理水土保持措施的土地作为研究对象，以对比的形式分析水土保持措施下坡面土壤养分变化特点。
在分析过程中，我们通过GPS确定点位进行抽样，并采用传统的统计方式和ArcGIS地统计方法结合起来进行统计分析工作。
关键词：水土保持措施；坡面；土壤养分；分析中图分类号：S157文献标识码：A文章编号：1005-7897（2019）06-0273-01引言山区和丘陵地带的耕作常常在梯田中进行，而梯田指的就是人们在坡面上开垦出来的水平的田地。
随着坡地的逐年开垦，耕地在数量上虽然有了一定的提升，但是由于没有及时采取相关措施导致留下许多隐患。
就目前实际生产中的情况而言，人们有多种方式阻止坡地土壤养分的流失。
本文通过研究采取了部分相关水土保持措施基础的土地，对于磷、氮和其他有机物质在土壤中的含量进行分析。
旨在通过此类分析，在一定程度上使得人们在治理土壤污染和水土流失问题上更加得心应手，从而进一步达到改善生态环境的目的。
由此可见，对于水土保持措施下坡面土壤养分变化的特点的分析对于治理环境、保持水土平衡和减少土地污染上都具有非凡的意义。
1所研究地区的大概情况此次试验地点位于陕西省的一个县级市，此处海拔高度维持在900m以上，坐标位置在东经107°28′~107°34′，北纬36°57′~ 36°63′，整体地势较为倾斜，西北在上东南在下。
全年降水主要集中在七月、八月及九月。
土壤以沙壤为主，偏碱性。
红壤坡耕地土壤污染物的输出特征徐悦;王克勤;李太兴;崔富刚;王丽媛;江红【期刊名称】《中国水土保持》【年(卷),期】2013(000)007【摘要】以澄江县尖山河小流域为例,研究在自然降雨条件下红壤坡耕地土壤养分输出与泥沙流失特征,探讨红壤坡耕地土壤养分流失规律。
研究结果表明：①降雨量与红壤坡耕地的泥沙迁移量之间存在显著的相关性,相关系数为0．974。
②土壤养分流失量大小依次为全磷>全氮>碱解氮>速效磷>有机质。
③土壤养分流失与降雨量、泥沙迁移量之间存在相关关系,其中全磷流失量和降雨量之间的相关系数最大,为0.983,全磷流失量和产沙量之间的相关系数最大,为0.993。
④暴雨条件下红壤坡耕地的泥沙养分富集率大小依次为全磷>速效磷>有机质>全氮>碱解氮,其中全磷的富集率最大,为3.00,说明土壤中磷素多以泥沙形态流失。
【总页数】3页(P51-53)【作者】徐悦;王克勤;李太兴;崔富刚;王丽媛;江红【作者单位】西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224;西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224;玉溪市水利局，云南玉溪 653100;澄江县水利局，云南澄江 653102;西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224;西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224【正文语种】中文【中图分类】X522;F301.24【相关文献】1.红壤坡耕地烤烟生长季土壤水分动态变化特征 [J], 王丽媛;王克勤;李太兴;崔富刚2.红壤坡耕地耕层土壤质量特征及障碍因素研究 [J], 刘志鹏;史东梅;金慧芳;娄义宝;林姿;杨旭3.红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断 [J], 金慧芳; 史东梅; 钟义军; 黄尚书; 宋鸽; 段腾4.植草带对红壤坡耕地面源污染物输出的削减效果 [J], 王帅兵;王克勤;李秋芳;刘培静;王萍;牛红玉5.耕作深度对红壤坡耕地土壤水稳性团聚体特征的影响 [J], 何绍浪;黄尚书;钟义军;黄欠如;成艳红;张昆;武琳;李小飞;叶川因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
氮肥对草地生态系统功能的影响研究草地是地球上广泛分布的重要植被类型之一，承担着许多生态系统功能，如土壤保持、水源涵养和碳固定等。
然而，随着农业的发展和人类活动的增加，草地生态系统面临着诸多威胁，其中一个重要因素就是氮肥的使用。
本文将探讨氮肥对草地生态系统功能的影响，并提出相应的研究结果和建议。
1. 氮肥对土壤质量的影响氮肥的过度使用会导致土壤中氮含量的大幅增加，从而对土壤质量造成一定的影响。
过量的氮肥会引起土壤酸化，降低土壤pH值，影响土壤中微生物的活性和多样性。
此外，氮肥的使用还会导致土壤中的氮纳入水体，增加水体富营养化的风险，对水生生物产生负面影响。
2. 氮肥对植物生长的影响适量的氮肥对草地植物的生长有促进作用。
氮素是植物生长所需的重要营养元素之一，能够提高植物的光合作用效率，增加叶绿素含量，促进植物生长和养分吸收。
然而，过量的氮肥使用会导致植物内部的氮积累过多，对植物生长产生不利影响。
过量的氮会导致植物生长过旺，根系发育不良，增加病虫害发生的风险。
3. 氮肥对生物多样性的影响适量的氮肥使用可以促进一些耐氮植物的生长和繁殖，但过量的氮肥会导致植物物种的竞争加剧，抑制了一些植物的生长，从而导致生物多样性的降低。
氮肥的过量使用也会导致地下水中的氨氮浓度升高，对水生生物的多样性和生态系统稳定性造成不利影响。
4. 氮肥对碳固定的影响草地是重要的碳汇，能够吸收大量的二氧化碳并固定为有机物质。
然而，氮肥的使用会干扰草地生态系统中碳的循环过程。
过量的氮肥使用会增加草地植物的生物量，从而提高碳固定效率。
但同时，氮肥的过量使用还会导致土壤中的有机碳分解速率加快，增加碳排放的风险。
综上所述，氮肥对草地生态系统功能有较大的影响。
适量的氮肥使用可以促进植物生长和碳固定，从而保持草地的生态功能。
然而，过量的氮肥使用会对土壤质量、植物生长、生物多样性和碳循环等方面产生负面影响。
因此，合理控制氮肥的使用量，采取有效的管理措施，对于维护草地生态系统的健康具有重要意义。
氮添加对草地土壤微生物群落结构的影响草地是重要的生态系统，对维持生态平衡和地球生态系统功能具有重要作用。
草地土壤微生物是草地生态系统中的关键组成部分，对草地植物生长和养分循环具有重要影响。
因此，研究氮添加对草地土壤微生物群落结构的影响，对于深入理解草地生态系统的生态过程具有重要意义。
一、氮添加对土壤微生物群落丰富度的影响氮是植物生长的重要营养元素，适量的氮添加可以提高草地植物的生长和产量。
然而，过量的氮添加可能会导致土壤中氮的累积，对土壤微生物群落产生负面影响。
研究表明，氮添加可导致土壤微生物群落丰富度的下降。
过量的氮会改变土壤中氮的形态和分布，抑制一些微生物的生长和繁殖，从而导致土壤微生物多样性的降低。
二、氮添加对土壤微生物群落组成的影响氮添加不仅会改变土壤微生物群落的丰富度，还会对其组成产生影响。
研究发现，氮添加可以显著改变土壤微生物群落的组成。
一些氮添加实验显示，氮添加会导致土壤中促生和抑制生长的微生物的比例发生改变。
此外，氮添加还可能导致一些特定类型的微生物在土壤中的丰度增加或减少，从而对土壤微生物群落结构产生影响。
三、氮添加对土壤微生物群落功能的影响土壤微生物群落具有多样的功能，如有机质分解、养分转化、土壤碳氮循环等。
氮添加会改变土壤中的养分状况，并直接或间接影响土壤微生物的功能。
有研究表明，氮添加会促进一些具有寡糖分解能力的微生物的生长，加快土壤中有机质的降解速率。
然而，氮添加也可能抑制一些固氮微生物的活性，从而对固氮功能产生负面影响。
四、氮添加对土壤微生物群落稳定性的影响土壤微生物群落的稳定性是评估土壤生态系统健康状况的一个重要指标。
氮添加可能对土壤微生物群落的稳定性产生影响。
一些研究发现，氮添加会降低土壤微生物群落的稳定性，增加土壤微生物群落的变异性。
这可能是因为氮添加改变了土壤中的养分环境，导致土壤微生物群落对环境变化的响应能力降低。
总结：氮添加对草地土壤微生物群落结构具有显著影响。
农业种植土壤硝态氮淋失农业是人类社会最基础也是最重要的产业之一，而土壤硝态氮淋失是影响农业生产的重要因素之一。
一旦土壤硝态氮严重淋失，不仅会影响作物生长，还会造成严重污染，给人类和生态环境带来极大的破坏。
因此，我们有必要深入研究和了解土壤硝态氮淋失规律，寻找有效的治理和保护方法。
一、什么是土壤硝态氮淋失？土壤硝态氮淋失是指土壤中的硝态氮被水分冲刷或渗透到地下水层或河流等水体中，从而造成土壤质量下降和水体污染。
硝态氮是土壤中重要的一种养分，对作物生长和发育具有重要作用，但如果土壤中的硝态氮淋失量过多，就会造成土地贫瘠，并严重危害水体资源。
二、土壤硝态氮淋失的原因是什么？1、气候因素：气候因素是导致土壤硝态氮淋失的主要原因。
气候因素的影响主要表现在降雨量、温度和气候变化。
高温和强降雨会促进硝态氮的淋失，而干燥的气候则会使土壤中的硝态氮容易变成氨态氮而逸失。
2、水土流失：水土流失是导致土壤硝态氮淋失的重要因素之一，土壤流失、地势陡峭或土地平坡面过陡等原因都会造成土壤的硝态氮被水流带走。
3、施用不当化肥：农业化肥的使用过度或施用不当，就会使过量的化肥成分进入土壤流失，其中就包括了硝态氮等养分。
三、土壤硝态氮淋失对农业生产带来的影响1、环境影响：土壤硝态氮淋失会造成环境污染，影响周围的生态环境。
被硝酸盐污染的水体及其周边环境，会对社会生态环境产生不可逆转的影响。
2、降低作物产量：硝态氮是作物生长的主要营养元素之一，如果土壤中缺乏硝态氮，就会对作物的生长产生明显影响，甚至导致作物减产或被严重病害侵扰。
3、浪费资源：硝态氮是农耕活动中少不了的养分物质，土壤硝态氮淋失也意味着农业资源的一定程度的浪费，同时也增加了农业生产的成本。
四、如何预防土壤硝态氮淋失？1、加强管理：加强对土壤平衡的管理，对过多的氮肥要适度减少。
合理把握化肥的使用量和使用时间，避免浪费。
周期性测定土样中硝酸盐的含量，并通过避免化肥淋失，来保证土壤硝态氮的有效利用。
模拟降雨条件下红壤坡面硝态氮流失特征研究
任秀文;李开明;刘爱萍;姜国强
【期刊名称】《中国环境科学》
【年(卷),期】2013(0)S1
【摘要】为了探讨硝态氮在地表径流中的流失规律,采用室内模拟降雨实验,分析了无植被5°红壤坡面在65mm/h和120mm/h雨强条件下的产流过程和硝态氮流失特征.结果表明:两种降雨强度下流量随降雨历时的变化曲线均符合Boltzmann(玻耳兹曼)方程,累积径流量与降雨时间呈极显著线性相关;两种降雨强度下坡面产流引起的硝态氮浓度变化规律也相似,可用三次多项式较好地拟合其变化过程,累积硝态氮产生量与降雨时间也呈现极显著线性相关;累积产流量与累积硝态氮流失量之间存在显著的线性关系.不同降雨条件下径流总量是导致地表径流中硝态氮流失量差异性极显著的主导因子.
【总页数】6页(P119-124)
【关键词】模拟降雨;红壤;硝态氮;流失特征
【作者】任秀文;李开明;刘爱萍;姜国强
【作者单位】环境保护部华南环境科学研究所国家环境保护水环境模拟与污染控制重点实验室;广东省水与大气污染防治重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】S157
【相关文献】
1.模拟强降雨条件下硝态氮在土壤剖面的累积及淋溶研究 [J], 赵亮;成钢;孙鹏程
2.人工模拟降雨条件下花岗岩红壤坡面侵蚀过程与特征分析 [J], 冯秀;查轩;黄少燕
3.人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征 [J], 乔闪闪;吴磊;彭梦玲
4.施肥条件下坡面菜地径流携氮流失模拟降雨试验 [J], 钱婧;张丽萍;王文艳;刘俏
5.模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征 [J], 林庆明;丁文峰;张长伟;徐金鑫;方程;张平仓
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第43卷第5期2023年10月水土保持通报B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .43,N o .5O c t .,2023收稿日期:2023-01-19 修回日期:2023-02-12资助项目:国家自然科学基金项目 湿热区土壤水蚀面源污染对垦殖强度的响应:中缅泰对比研究 (42220104004) 第一作者:杨翠红(1999 ),女(汉族),广西壮族自治区贵港市人,硕士研究生,研究方向为土壤侵蚀及农业面源污染㊂E m a i l :369309839@q q .c o m ㊂ 通信作者:李勇(1958 ),男(汉族),北京市人,博士,教授,博士生导师,主要从事农业面源污染溯源与防控研究㊂E m a i l :l i y o n g@c a a s .c n ㊂甘蔗等高种植与新植配置比例对坡面沟蚀引起的氮磷养分流失的影响杨翠红,李勇,王旭,陈婷婷,郭豪,杨江怡,吴宗猛,周小淇,黄智刚(广西大学农学院/广西农业环境与农产品安全重点实验室,广西南宁530004)摘 要:[目的]探讨甘蔗等高种植与新植适宜的配置比例,为甘蔗种植区减少坡面沟蚀和养分流失㊁提升耕地质量和合理种植甘蔗提供技术支撑㊂[方法]通过野外测量与试验分析相结合,确定苗期㊁分蘖期㊁伸长期和成熟期4个甘蔗生长时期内低㊁中㊁高3种等高种植和新植比例的甘蔗坡面沟蚀量和养分流失量,并明确其影响因素㊂[结果]①整个甘蔗生育期,那辣流域甘蔗种植坡面沟蚀及其导致的全氮㊁全磷流失量分别在31.3~66.3t /h m 2,39.0~82.5k g /h m 2,18.0~38.4k g/h m 2之间;②苗期是那辣流域沟蚀和养分流失的主要时期,其贡献量占甘蔗全生育期的比例为47.7%~57.7%㊂③全生育期,高比例等高(H C )的坡面沟蚀和养分流失比低比例新植坡面(L C )低33.03%~35.42%(p <0.05),但中比例等高(M C )和H C ,L C 的流失量均不显著;低比例新植(L R p )坡面沟蚀和养分流失量比高比例新植(H R p )低27.41%~32.98%,比中比例新植(M R p )低21.02%~25.86%(p <0.05),凋落物覆盖度和根系密度是影响沟蚀与养分流失的重要因素㊂④全生育期,坡面全氮和全磷流失量分别占年氮肥和磷肥施用量的24.1%~39.5%和107.0%~156.7%㊂[结论]在甘蔗种植时,60%以上的等高种植比例和30%以下新植比例,可以有效减少坡面土肥流失㊂关键词:等高比例;新植比例;沟蚀;生育期;氮磷流失文献标识码:A 文章编号:1000-288X (2023)05-0069-10中图分类号:S 157.1文献参数:杨翠红,李勇,王旭,等.甘蔗等高种植与新植配置比例对坡面沟蚀引起的氮磷养分流失的影响[J ].水土保持通报,2023,43(5):69-78.D O I :10.13961/j .c n k i .s t b c t b .20230327.002;Y a n g C u i h o n g,L iY o n g ,W a n g X u ,e t a l .E f f e c t so f c o n f i g u r a t i o nr a t i o s f o r c o n t o u r p l a n t i n g a n dr e p l a n t e ds u ga r c a n eo n g u l l y e r o s i o n -i n d u c e dn i t r o g e na n d p h o s p h o r u s l o s s e so ns l o pe s [J ].B u l l e t i no fS o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2023,43(5):69-78.E f f e c t s o fC o n f i g u r a t i o nR a t i o s f o rC o n t o u rP l a n t i n g a n dR e p l a n t e dS u ga r c a n e o n G u l l y E r o s i o n -I n d u c e dN i t r o g e na n dP h o s p h o r u sL o s s e s o nS l o pe s Y a n g C u i h o n g ,L iY o n g ,W a n g X u ,C h e nT i n g t i n g,G u oH a o ,Y a n g J i a n g y i ,W uZ o n g m e n g ,Z h o uX i a o q i ,H u a n g Z h i g a n g(C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e ,G u a n g x iU n i v e r s i t y /K e y L a b o r a t o r y o fA g r o -e n v i r o n m e n t a n dA g r o -p r o d u c t S a f e t y ,N a n n i n g ,G u a n gx i 530004,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h es u i t a b l ec o n f i g u r a t i o nr a t i o sf o rc o n t o u r p l a n t i n g a n dr e p l a n t e ds u ga r c a n eo n s l o p e sw e r ed e t e r m i n e d i no r d e r t o p r o v i d et e c h n i c a l s u p p o r t f o rr e d u c i n g s l o ped i t c he r o s i o na n dn u t r i e n t l o s s ,i m p r o v i n g c u l t i v a t e d l a n d q u a l i t y a n d r a t i o n a l s u g a r c a n e p l a n t i n g i n s u g a r c a n e p l a n t i n g ar e a .[M e t h o d s ]T h r e e c o n f i g u r a t i o nr a t i o s (h i g h ,m e d i u m ,a n dl o w )f o rc o n t o u r p l a n t i n g a n 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n t l o s s e s i nt h e N a l a R i v e rb a s i n,a c c o u n t i n g f o r47.7% 57.7%o ft h et o t a le r o s i o na n dn u t r i e n t l o s s e s.③D u r i n g T G,g u l l y e r o s i o na n da s s o c i a t e dn u t r i e n t l o s s e sf o rh i g h e rc o n t o u rr a t i o s(H C)w e r e 33.03% 35.42%l o w e r t h a n f o r l o w e r c o n t o u r r a t i o s(L C)(p<0.05),b u t t h e l o s s e s f o rm e d i u mc o n t o u r r a t i o s(M C)w e r en o t s i g n i f i c a n t c o m p a r e d w i t ht h o s eo f H C a n d L C.G u l l y e r o s i o na n dn u t r i e n t l o s s e so f l o w e r r e p l a n t e d r a t i o s(L R p)w e r e27.41% 32.98%l o w e r t h a n t h o s e o f h i g h e r r e p l a n t e d r a t i o s(H R p),a n d 21.02%25.86%l o w e r t h a n t h o s e o fm e d i u mr e p l a n t e d r a t i o s(M R p)(p<0.05).L i t t e r c o v e r a n d r o o t d e n s i t y w e r e t h e i m p o r t a n t f a c t o r s a f f e c t i n gg u l l y e r o s i o na n dn u t r i e n t l o s s e s.④D u r i n g T G,T Na n dT P l o s s e so n s l o p e s a c c o u n t e d f o r24.1% 39.5%a n d107.0% 156.7%o f t h e a n n u a lNa n dPa p p l i c a t i o n,r e s p e c t i v e l y.[C o n c l u s i o n]P l a n t i n g s u g a r c a n e o n s l o p e sw i t h a c o n t o u r p l a n t i n g r a t i o o f g r e a t e r t h a n60%a n d a r e p l a n t e d r a t i oo f l e s s t h a n30%c a ne f f e c t i v e l y r e d u c e s o i l a n dn u t r i e n t l o s s e s o n s l o p e s.K e y w o r d s:c o n t o u r r a t i o;r e p l a n t e d r a t i o;g u l l y e r o s i o n;g r o w t h s t a g e;n i t r o g e na n d p h o s p h o r u s l o s s e s广西壮族自治区是中国最大的甘蔗生产区,种植面积和产量比例均超过60%[1]㊂然而,随着食糖需求的增长,该地区甘蔗种植区域正逐渐往地势起伏较大的丘陵坡地和林地上扩展,在降雨径流的作用下,极易造成水土流失[2]㊂据王正兴等[3]估算,不合理地耕作与种植方式导致广西已成为中国侵蚀面积增加比例最高的省份,土壤侵蚀面积达3.80ˑ104k m2[4]㊂降雨径流在引起农田水土流失的同时,驱动大量氮磷迁移入河,不仅会导致农田耕地质量下降和土壤退化等问题;还会加剧水体富营养化,严重威胁饮水安全[5-6]㊂因此,研究广西甘蔗种植坡面土壤侵蚀及养分流失对提升耕地质量和降低面源污染具有重要意义㊂有研究表明,包括浅沟㊁细沟在内的临时性坡面沟蚀是农业耕地中最为严重的侵蚀类型[7-8],其贡献量占总侵蚀量的50%~90%[9-10]㊂莫雅棋[11]通过连续2a实地测量发现,甘蔗种植坡面的年沟蚀量在24.2~65.4t/h m2,侵蚀强度在轻度 强烈程度之间;沟蚀导致的氮磷养分流失量分别在33~80,12.1 ~27.3k g/h m2之间㊂虽然临时性切沟只是沟渠发育过程中的一种过渡形态,且在农业耕作活动中都容易被填埋,但已形成的浅沟㊁细沟很难通过填埋措施消除,恢复平整坡面[12]㊂所以如何减少坡面沟蚀,降低坡面沟蚀的环境负效应已成为广西甘蔗种植区亟待解决的问题㊂沟蚀主要受降雨[13]㊁土壤特征[14]㊁地形(坡位㊁坡长㊁坡度和坡形等)[15-17]㊁土地管理[18-19]和作物特性等[20-21]因素共同影响㊂郭太龙等[13]在华南地区红壤坡面的研究结果表明暴雨产流是水蚀的动力机制,降雨与径流交互冲刷会增加坡面侵蚀产流㊂T h o m a z E.L.等[14]研究巴西甘蔗地土壤侵蚀发现土壤容重和透水能力影响沟蚀强度,沙壤土比壤土更容易被径流冲刷㊂邵帅等[15]在研究黑土区地形因子对土壤侵蚀的过程中发现坡顶的土壤侵蚀小于中坡,凹形坡的土壤侵蚀强度大于直型坡,微凸和微凹地形分别能加剧和抑制土壤侵蚀;Z h a n g X i y u等[16]发现当坡度较低且坡面较长时,汇水面积较大,降雨时径流也会携带大量土壤顺坡冲刷,造成水土流失;此外,坡度增加会加速沟宽和沟深的发育速度,加快坡面浅沟侵蚀过程[17]㊂等高种植㊁免耕留茬等土地管理方式可以通过改变地表微地形㊁提升地面覆盖度等措施阻碍泥沙搬运,降低33%~44%的沟蚀量[18-19]㊂Y o u l t o nC.等[20]在巴西的研究发现草地变为新植甘蔗再变为宿根甘蔗的过程中,土壤侵蚀量先增大再减小,其大小排序为:新植甘蔗>宿根甘蔗>草地㊂然而,在气候条件不受控制,地形和土壤特性短时间难以改变的情况下,优化土地管理和调控作物种植已成为减少沟蚀的主要措施㊂杨任翔等[21]在南亚热带地区的径流小区试验结果表明等高种植全年可以降低56%的土壤流失量,其水土保持效果比顺坡种植更好㊂黄艳荟等[22]研究发现,宿根甘蔗地的侵蚀泥沙量比新植甘蔗地低85.4%,其水土保持效应主要集中在苗期和分蘖期㊂L iY o n g等[23]通过实地测量细沟侵蚀及养分流失量发现,调控新植和宿根甘蔗在坡面上的空间分布,合理的新植宿根比例可以通过改变地面枯落物覆盖度以及甘蔗根系显著降低坡面沟蚀量和养分流失量㊂由于甘蔗生产实际过程中,新植与宿根模式交替种植不可避免,坡位㊁坡度对种植方向的选择以及农户以种植方向区分地块的习惯导致等高与顺坡,新植与宿根甘蔗在坡面交替分布,这意味着坡面必然产生不同的等高和新植比例㊂然而,目前尚缺乏不同甘蔗等高和新植比例对沟蚀和养分流失的影响,尤其是关于不同生长期坡面沟蚀和养分流失量的研究㊂因此,本文以广西客兰水库那辣流域低㊁中㊁高07水土保持通报第43卷3种等高比例的新植坡面和低㊁中㊁高3种新植比例的等高坡面为研究对象,通过野外原位测量㊁实地调研和试验分析法相结合,确定不同甘蔗生长期(苗期㊁分蘖期㊁伸长期和成熟期)下,甘蔗等高和新植种植比例的坡面沟蚀量和养分流失量,探究采取哪种等高比例可以有效降低新植坡面沟蚀和养分流失以及等高种植时的坡面的最佳新植比例范围,明确那辣流域坡面沟蚀及氮磷养分流失的主要时期,确定减少坡面沟蚀和养分流失的最佳比例范围㊂研究结果可为广西地区合理种植甘蔗,减少沟蚀和养分流失,降低农业生产活动环境负效应提供技术支撑㊂1材料与方法1.1研究区概况研究区位于广西壮族自治区客兰水库那辣流域(22ʎ20'36ᵡ 22ʎ20'50ᵡN,107ʎ39'29ᵡ 107ʎ40'17ᵡE)㊂流域面积1.2k m2,丘陵地貌,坡度在0ʎ~35ʎ之间;气候为南亚热带季风气候,多年平均降雨量约为1100mm,约70%降雨集中在3 9月;土壤类型为赤红壤,土壤全氮和全磷含量分别在0.9~1.6g/k g 和0.5~0.8g/k g之间㊂那辣流域甘蔗种植面积比例为82.84%,桉树㊁道路和河道的土地利用比例分别为10.99%,5.40%和0.77%㊂流域内甘蔗种植年限一般为3a,第一年为新植甘蔗,后两年为宿根甘蔗,每年3 12月是甘蔗生长季,12月至次年3月是甘蔗榨季[24]㊂1.2试验设计本研究于2021年3月在那辣流域选择了5个相似全坡面,基于杨任翔等[21]关于甘蔗等高种植对侵蚀产沙的影响和那辣流域农户甘蔗种植情况,在全新植甘蔗坡面设置高比例等高(H C,60%ɤCɤ100%, C为等高种植比例㊂下同㊂)㊁中比例等高(M C,30% <C<60%)和低比例等高(L C,0%ɤCɤ30%)3个处理;基于王旭[25]在那辣流域研究次降雨事件下,新植甘蔗比例对坡上部侵蚀及其引起的养分流失的研究结果,在3个等高坡面上设高比例新植(H R p,60%ɤR pɤ100%,R p为新植比例,下同㊂)㊁中比例新植(M R p,30%<R p<60%)和低比例新植(L R p,0%ɤR p ɤ30%)3个处理,其中H C和H R p处理设置在同一个坡面上㊂每个坡面划分为3个面积相当的3个小区作为重复试验,共15个试验区,在试验区的边界点插旗标记并记录G P S信息㊂试验坡面特征见表1㊂表1试验坡面地形特征T a b l e1T o p o g r a p h i c c h a r a c t e r i s t i c s o f s t u d y s l o p e s因素坡面面积/m2坡度/(ʎ)坡长/m容重/(g㊃c m-3) L C3649ʃ184b8.2ʃ0.2c115ʃ2c1.44ʃ0.03a 等高比例M C4438ʃ209a12.0ʃ0.4a170ʃ5a1.42ʃ0.04aH C3445ʃ268b9.6ʃ0.6b135ʃ3b1.43ʃ0.02aH R p3445ʃ268a9.6ʃ0.6c135ʃ3a1.43ʃ0.02c 新植比例M R p3152ʃ40a8.7ʃ0.1b115ʃ3c1.53ʃ0.02b L R p3313ʃ45a12.5ʃ0.4a109ʃ3b1.69ʃ0.01a 注:L C,M C,H C为不同等高比例;同一因素下的不同字母表示差异显著(p<0.05)㊂下同㊂1.3沟蚀测量及样品采集与分析参考前人研究[26],将甘蔗整个生长周期称为全生育期(t o t a l g r o w t h,T G),并将其划分苗期(e s t a b l i s h-m e n t g r o w t h,E G)㊁分蘖期(v e g e t a t i v e g r o w t h,V G)㊁伸长期(g r a n d g r o w t h,G G)和成熟期(r i p e n i n g g r o w t h,R G)㊂甘蔗种植后(3月)进行坡面初始侵蚀状况测量,而后在甘蔗生长的4个时期末期对坡面沟蚀进行测量与采样,一个时期的末期沟蚀量减去其初期沟蚀量作为该时期的沟蚀量㊂受台风影响,2022年甘蔗成熟期时,那辣流域降雨量增高,成熟期降雨量约占全生育期40%,其余生长期降雨量㊁降雨时间分布均与正常年份无明显差异,甘蔗生长时期划分与降雨见表2㊂表2研究期间那辣流域甘蔗生育期划分与降雨量T a b l e2S u g a r c a n e g r o w t hd i v i s i o na n d r a i n f a l l i nN a l aw a t e r s h e dd u r i n g s t u d yp e r i o d时期起止日期降雨量/mm 苗期20210301 20210515204.2分蘖期20210516 2021061595.6伸长期20210616 20210830299.9成熟期20210901 20211231385.0 1.3.1细沟测量确定侵蚀沟起点后,利用卷尺沿着侵蚀沟走向测定沟长,每间隔2~5m测量一次侵蚀沟的沟宽㊁深,同时用G P S记录侵蚀沟分布位置,确定每个试验小区的侵蚀沟数量㊂侵蚀沟体积计算如下[11]:17第5期杨翠红等:甘蔗等高种植与新植配置比例对坡面沟蚀引起的氮磷养分流失的影响V=12ðn i=1(t w i+b w i)ˑd iˑl i(1)式中:V为侵蚀沟的体积(m3);n为侵蚀沟的数量;其中t w i为第i条沟截面的上部宽度(m);b w i为第i 条沟截面的下部宽度(m);d i是第i条沟截面的高度(m);l i是第i条侵蚀沟的长度(m)㊂1.3.2土样采集与测定在每条侵蚀沟的沟头㊁中部以及沟尾的沟壁处用环刀法分别采集两个土壤样品,用于测定土壤容重㊁土壤全氮和全磷含量㊂其中,土壤容重采用烘干称重法测定,土壤全氮和全磷含量分别采用凯式定氮法以及H C l O4-H2S O4热消解法测定[27]㊂1.3.3坡面沟蚀及养分流失坡面沟蚀量计算公式如下[11]:G E=ðn i=1V iˑB D iA x(2)式中:G E为坡面沟蚀量(g u l l y e r o s i o n,t/h m2);V i 坡面第i条侵蚀沟的体积(m3);B D i为第i条侵蚀沟的土壤容重(g/c m3);A x是第x个试验区的面积(h m2)㊂沟蚀导致的总氮和总磷流失量计算如下:T N l o rT P l=ðn i=1V iˑB D iˑT N i o rT P iA x(3)式中:T N和T P分别为坡面沟蚀导致的总氮流失量(t o t a l n i t r o g e nl o s s,T N l,k g/h m2)和总磷流失量(t o t a l p h o s p h o r u s l o s s,T P l,k g/h m2);T N i和T P i 坡面第i条侵蚀沟的土壤全氮和全磷含量(g/k g)㊂1.3.4凋落物覆盖度凋落物覆盖度(l i t t e rc o v e r, L C)通过样带法测量[24]㊂具体测量的方法为:在试验区按上㊁中㊁下采集单位面积样带内的甘蔗枯叶,称鲜重记录后,再取0.5k g鲜样于烘箱干燥,记录干重㊂凋落物覆盖度计算公式如下:L C=13ðn i=1d r i0.5ˑf r i(4)式中:L C为试验区的凋落物覆盖度(k g/m2);d r i为坡面第i个单位面积上的凋落物干重(k g);f r i为坡面第i个单位面积上的凋落物鲜重(k g)㊂1.3.5根系密度甘蔗根系是利用直径10c m㊁高15c m的荷兰根钻在距甘蔗茎杆5c m处,分两次采集0 30c m深度中的甘蔗根系样品㊂在试验坡面按上㊁中㊁下采集样品㊂通过湿筛法获取甘蔗根系,烘干后通过游标卡尺测量根系直径,并将根系分为R dɤ1mm,1mm<R d<2mm和R dȡ2mm3种规格称重[11,24]㊂根系密度计算公式为:R d=13ðn i=1R w iπˑr2ˑh(5)式中:R d为试验区的甘蔗根系密度(r o o td e n s i t y, m g/d m3);R w i为第i个坡面甘蔗根系的干重(m g); r为根钻的底面半径,取值为5c m;h为取样深度,取值为30c m;π取3.14㊂1.3.6数据统计分析本研究原始数据处理在E x c e l 2019中完成,利用I B M S P S SS t a t i s t i c s25进行数据统计分析,通过A r c M a p10.3以及O r i g i n2018绘图㊂采用单因素方差分析(A N O V A)在95%置信水平对不同等高比例和新植比例坡面沟蚀特征㊁沟蚀量及养分流失量进行显著性比较;通过皮尔逊双变量相关分析法,分别建立沟蚀量及养分流失量与地面凋落物覆盖度㊁甘蔗根系密度之间的相关关系㊂2结果与分析2.1不同等高和新植比例甘蔗种植坡面的侵蚀沟特征各坡面的平均侵蚀沟数量在8~15条之间㊁沟体积范围是3.7~7.1ˑ105c m3,沟密度范围是3.1~ 6.3c m/m2㊂除M R p,L R p坡面外,其余4个坡面侵蚀沟各项数值在苗期最大;苗期后,各坡面侵蚀沟数量㊁沟体积㊁沟密度随时间逐渐增大㊂分蘖期坡面沟数量小于苗期,分蘖期到成熟期间各坡面侵蚀沟数量逐渐增加㊂不同等高比例坡面间,L C坡面沟蚀数量显著大于H C坡面,是其1.4~1.8倍㊂M C坡面沟蚀数量基本与L C,H C无显著差异(p>0.05),只在分蘖期时显著高于H C坡面(p<0.05)㊂苗期时,除L R p坡面沟密度显著低于M R p,H R p坡面(p<0.05),是其66%~ 72%外,其余坡面侵蚀沟体积㊁沟密度差异大多不显著㊂分蘖期时,各坡面的侵蚀沟体积㊁沟密度均无显著差异(p>0.05)㊂伸长期时,研究等高种植比例对沟蚀影响发现M C坡面沟体积大于H C,L C的沟体积(p<0.05),但其沟密度与L C坡面相近(p>0.05);研究新植比例对沟蚀影响发现H R p,M R p和L R p坡面沟体积基本相同(p>0.05),但M R p坡面沟密度显著大于L R p和H R p坡面㊂成熟期时,M C坡面的沟密度与L C和H C坡面无显著差异(p>0.05),但沟体积显著大于H C(p<0.05);M R p坡面的沟体积与H R p和L R p 坡面无差异(p>0.05),但沟密度显著大于这两个坡面(p<0.05)(见表3)㊂27水土保持通报第43卷表3 不同等高和新植比例甘蔗种植坡面的侵蚀沟特征T a b l e 3 M o r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f g u l l i e sw i t hd i f f e r e n t r a t i o s o f c o n t o u r p l a n t i n g a n d r e p l a n t e d s u g a r c a n e s l o p e s 因素坡面沟数量/条苗期分蘖期伸长期成熟期沟体积/105c m 3苗期分蘖期伸长期成熟期沟密度/(c m ㊃m -2)苗期分蘖期伸长期成熟期L C15ʃ1a11ʃ1a13ʃ3a13ʃ3a6.3ʃ1.3a 3.7ʃ0.4a 5.1ʃ0.9b 6.1ʃ1.1a b6.3ʃ0.4a4ʃ0.9a 4.8ʃ1.2a 5.6ʃ2.6a等高比例M C 15ʃ3a b 9ʃ2a10ʃ2a b 11ʃ2a b7.1ʃ2.2a 4.7ʃ1.3a 6.6ʃ0.3a 7.4ʃ0.5a 5.6ʃ1.2a 3.1ʃ0.7a 3.6ʃ0.8a b 3.6ʃ0.6aH C 11ʃ3b 6ʃ1b 8ʃ1b 8ʃ1b 6.2ʃ0.5a 4.3ʃ1a 4.8ʃ0.1b 5.6ʃ0.2b4.7ʃ0.6a 2.6ʃ0.4a 2.9ʃ0.4b 3ʃ0.4a H R p 11ʃ3a 6ʃ1a8ʃ1a8ʃ1b6.2ʃ0.5a 4.3ʃ1a 4.8ʃ0.1a 5.6ʃ0.2a4.7ʃ0.6a 2.6ʃ0.4a 2.9ʃ0.4b 3ʃ0.4b 新植比例M R p 9ʃ1a 8ʃ1a b10ʃ2a10ʃ1a6.4ʃ0.9a 6ʃ1.1a 6.1ʃ1.5a 6.6ʃ1.1a 4.3ʃ0.6a 3.7ʃ0.9a 4.2ʃ0.2a 4.2ʃ0.1aL R p8ʃ2a9ʃ2b10ʃ1a 11ʃ1a 6.1ʃ1.8a 6.4ʃ1.5a 6.6ʃ1a6.7ʃ0.8a3.1ʃ0.3b 3.2ʃ0.3a 2.9ʃ0.3b 2.8ʃ0.3b 注:H R p ,M R p ,L R p 为不同新植比例;详见试验设计部分㊂下同㊂2.2 不同等高比例甘蔗种植坡面沟蚀与养分流失量不同等高比例坡面的坡面沟蚀量见图1㊂结果显示,全生育期的坡面沟蚀量在44.4~66.3t /h m 2之间,L C 坡面沟蚀量显著大于H C 坡面(p <0.05),但M C 坡面沟蚀量与H C 和L C 坡面均无显著性差异(p >0.05)㊂从苗期到成熟期,坡面沟蚀量逐渐减少,苗期是沟蚀产生的主要时期,约占全年侵蚀量的53%~54%,其沟蚀量分别为分蘖期㊁伸长期和成熟期沟蚀量的2.2~2.4倍㊁3~3.2倍和8.6~10.3倍㊂L C ,M C 和H C 坡面在苗期沟蚀量分别为35.1,30.1,24.7t /h m2㊂苗期㊁分蘖期和伸长期的沟蚀量显著性与全生育期一致㊂成熟期时,低㊁中㊁高比例等高耕作的坡面间沟蚀量平均值均为3.1t /h m 2,无显著性差异(p >0.05)㊂如表4所示,全生育期的坡面沟蚀导致的总氮㊁总磷流失量分别在53.7~82.5,24.8~38.4k g /h m 2,其中H C 坡面总氮㊁总磷流失量显著低于L C 坡面(p <0.05),而M C 坡面总氮㊁总磷流失量与其他坡面无显著性差异(p >0.05)㊂随着生育期递进,坡面总氮㊁总磷流失量均逐渐降低㊂低㊁中㊁高比例等高坡面在苗期总氮流失量分别为43.8,38.2,29.1k g /h m 2,总磷流失量分别为22.0,19.1,13.1k g /h m 2,3种比例坡面的总氮㊁总磷流失量均在苗期时最大,约占全年总氮㊁总磷流失总量的53%~54%和52%~58%㊂苗期总氮流失量大约是分蘖期㊁伸长期和成熟期的2.2~2.5倍㊁2.9~3.0倍和9.1~11.2倍;总磷流失量约是分蘖期㊁伸长期和成熟期的2.1~2.4倍㊁3.1~4.2倍和10.1~13.6倍㊂图1 不同等高比例坡面的坡面沟蚀量的变化F i g .1 C h a n g e s i n g u l l y er o s i o nw i t hd i f f e r e n t r a t i o s o f c o n t o u r p l a n t i n g s u g a r c a n e s l o pe s 苗期㊁成熟期时,不同等高比例坡面总氮流失量之间无显著性差异(p >0.05)㊂分蘖期和伸长期时,不同等高比例坡面氮流失量的显著性与全生育期一致㊂此外,L C 坡面总磷流失量只在苗期时显著高于H C 坡面(p <0.05)㊂低㊁中㊁高比例等高坡面在分蘖期㊁伸长期和成熟期总磷流失量范围分别在6.3~9.6,4.2~5.3,1.3~1.6k g /h m 2之间,无显著差异(p >0.05)㊂表4 不同等高比例甘蔗种植坡面的沟蚀导致的总氮(T N )㊁总磷(T P )流失量T a b l e 4 G u l l y e r o s i o n -i n d u c e dT Na n dT P l o s s e s u n d e r d i f f e r e n t r a t i o s o f c o n t o u r p l a n t i n g s u g a r c a n e s l o pe s k g /h m 2等高比例总氮流失量苗期分蘖期伸长期成熟期全生育期总磷流失量苗期分蘖期伸长期成熟期全生育期L C43.8ʃ5.2a 19.8ʃ1.3a15.0ʃ1.3a3.9ʃ1.2a82.5ʃ6.2a22.0ʃ4.5a9.6ʃ0.9a5.3ʃ0.4a1.6ʃ0.4a38.4ʃ5.6aM C 38.2ʃ9.6a 17.6ʃ6.0a b 12.7ʃ2.0a b 3.9ʃ0.5a 72.5ʃ12.6a b 19.1ʃ4.1a b 8.0ʃ2.9a4.5ʃ1.1a 1.4ʃ0.2a 33.1ʃ5a b H C29.1ʃ6.5a 11.8ʃ1.6b 9.6ʃ2.2b 3.2ʃ0.3a 53.7ʃ7.0b 13.1ʃ1.6b 6.3ʃ0.9a4.2ʃ0.8a 1.3ʃ0.2a 24.8ʃ0.6b 2.3 不同新植比例甘蔗种植坡面的沟蚀与养分流失量及其影响因素不同新植比例坡面沟蚀量见图2㊂全生育期的坡面沟蚀量在31.3~44.4t /h m 2之间,H R p 和M R p 坡面沟蚀量显著大于L R p 坡面(p <0.05),但H R p 和M R p 坡面沟蚀量无显著性差异(p >0.05)㊂高㊁中㊁低比例新植坡面E G 侵蚀量均随生育期递进而逐渐减少,苗期沟蚀量最大,约占总沟蚀量的50%~54%,分别是37第5期 杨翠红等:甘蔗等高种植与新植配置比例对坡面沟蚀引起的氮磷养分流失的影响分蘖期㊁伸长期和成熟期沟蚀量的2.3~2.4倍㊁2.5~3.1倍和6.0~8.6倍㊂苗期时,H R p ,M R p 和L R p 坡面沟蚀量为24.7,21.5,15.6t /h m 2,其显著性与坡面全生育期沟蚀量显著性相同㊂分蘖期时,L R p 坡面沟蚀量只显著低于H R p 坡面沟蚀量(p >0.05)㊂伸长期及成熟期时,不同新植比例坡面间平均沟蚀量分别为7.2,2.9t /h m 2,无显著差异(p >0.05)㊂图2 不同新植比例坡面沟蚀量的变化F i g .2 C h a n g e s i n g u l l y er o s i o nw i t hd i f f e r e n t r a t i o s o f r e p l a n t e d s u g a r c a n e s l o pe s 不同新植比例坡面的养分流失量见表5㊂全生育期的坡面沟蚀导致的总氮㊁总磷流失量分别在39.0~53.7,18.0~24.8k g/h m 2之间,其显著性与坡面全生育期沟蚀量显著性相同㊂坡面总氮㊁总磷流失随着生育期递进逐渐减少㊂苗期总氮㊁总磷流失量最大,分别占总氮㊁总磷流失总量的48%~54%和52%~56%㊂不同新植比例坡面苗期总氮流失量在18.7~29.1k g /h m 2之间,分别是分蘖期㊁伸长期和成熟期的2.3~2.5倍㊁2.3~3.0倍和5.1~9.1倍;而总磷流失量在10.0~13.6k g /h m 2之间,分别是分蘖期㊁伸长期和成熟期的2.1~2.6倍3.1~4.0倍和7.7~10.1倍㊂H R p 坡面氮流失量在苗期和全生育期都高于L R p 坡面(p <0.05),但在分蘖期㊁伸长期及成熟期时均无显著性差异(p >0.05),后3个时期各坡面的总氮流失量分别在8.3~11.8,8.3~9.2,3.2~4.1k g /h m 2之间㊂L R p 坡面总磷流失量在苗期和分蘖期时显著低于H R p 和M R p 坡面(p <0.05),这与全生育期沟蚀总量的趋势相同;而伸长期和成熟期各新植比例的坡面间总磷流失量范围分别在2.9~4.2,1.3~1.5k g/h m 2之间,无显著差异(p >0.05)㊂表5 不同新植比例甘蔗种植坡面沟蚀导致的总氮(T N )㊁总磷(T P )流失量T a b l e 5 G u l l y e r o s i o n -i n d u c e dT Na n dT P l o s s e s u n d e r d i f f e r e n t r a t i o s o f r e p l a n t e d s u g a r c a n e s l o pe s k g/h m 2新植比例总氮流失量苗期分蘖期伸长期成熟期全生育期总磷流失量苗期分蘖期伸长期成熟期全生育期H R p 29.1ʃ6.5a 11.8ʃ1.6a9.6ʃ2.2a3.2ʃ0.3a53.7ʃ7a13.1ʃ1.6a6.3ʃ0.9a4.2ʃ0.8a1.3ʃ0.2a24.8ʃ0.6aM R p 27.1ʃ3.4a b 11.8ʃ3.3a9.5ʃ2.3a 4.1ʃ0.4a 52.6ʃ5.8a 13.6ʃ1.6a 5.7ʃ0.5a 3.4ʃ0.4a 1.5ʃ0.1a 24.1ʃ1.4a L R p 18.7ʃ1.2b 8.3ʃ1.6a8.3ʃ1.4a 3.7ʃ0.7a 39.0ʃ2.0b10.0ʃ0.2b 3.8ʃ0.6b 2.9ʃ0.6a 1.3ʃ0.2a 18.0ʃ0.4b 不同新植比例坡面的凋落物覆盖度和根系密度等植被特性存在明显差异,且随着甘蔗的新植比例增加,凋落物覆盖度和根系密度均在降低㊂坡面沟蚀及氮磷流失量与凋落物覆盖度㊁根系密度的回归分析结果显示,甘蔗凋落物覆盖度(图3)㊁根系密度(图4)与坡面沟蚀㊁氮磷流失均呈显著负相关关系(p <0.01)㊂其中,甘蔗根系凋落物覆盖度越大,坡面沟蚀和养分流失越少;坡面沟蚀和氮磷流失量随着植物根径小于1mm ,根径在1~2mm 和根径大于2mm 的根系密度增大而减小㊂2.4 坡面T N ,T P 流失占施肥量的比例关系试验坡面氮肥和磷肥施用量分别在161.1~234.4,15.3~24.5k g/h m 2之间(表6 7)㊂不同等高比例种植坡面沟蚀导致的总氮流失量占施氮量的25.1%~39.5%,总磷流失量占施磷量的107.0%~156.7%㊂不同新植比例坡面沟蚀导致的总氮流失量占施氮量的24.2%~28.6%,总磷流失量占施磷量的107.0%~126.9%㊂沟蚀导致的总磷流失量均大于施磷量,沟蚀导致的总磷流失量占施磷量比例是总氮流失量占施氮量比例的4.0~5.0倍㊂注:G E 是沟蚀引起的土壤流失量,T N l 和T P l 分别是沟蚀引起的土壤氮流失量和磷流失量㊂下同㊂图3 坡面沟蚀及其引起的养分流失量与凋落物覆盖度的关系F i g .3 R e l a t i o n s h i p s b e t w e e n g u l l y er o s i o na n d i t s i n d u c e d T Na n dT P l o s s e sw i t h l i t t e r c o v e r47 水土保持通报 第43卷图4 坡面沟蚀及其引起的养分流失量(G E )与根系密度(R d )的关系F i g .4 R e l a t i o n s h i p s b e t w e e n g u l l y e r o s i o n -i n d u c e dT Na n dT P l o s s e s (G E )w i t h r o o t d e n s i t y (R d ) 如表6所示,不同等高比例坡面的年施氮量大小顺序为M C >H C ʈL C ,L C 坡面沟蚀导致的总氮流失量占年施氮量的比例显著高于M C 和H C 坡面(p <0.05),各生育期中,L C 坡面的这一比例分别是M C 和H C 坡面的1.1~1.3倍和1.2~1.7倍㊂不同新植比例坡面的年施氮量大小排序为H R p >M R p >L R p ,但各坡面的总氮流失量占施氮量的比例之间无显著性差异(p >0.05)㊂除成熟期外,同一个时期内不同新植比例坡面的总氮流失量占年施氮量的比例也无显著差异(p >0.05)㊂如表7所示,不同等高比例坡面的年施磷量范围在21.6~24.5k g/h m 2之间,L C ,M C 坡面苗期总磷流失量和全年总磷流失量占施磷量的比例均显著高于H C 坡面(p <0.05),该比例在各坡面其余3个时期均无显著差异(p >0.05)㊂H C 坡面磷流失量占施磷量的比例(107%)比M C 和L C 坡面少46%~50%㊂不同新植比例坡面的年施磷量在15.3~23.2k g/h m 2之间,大小排序为H R p >M R p >L R p ,但各坡面全年磷流失量占施磷量的比例顺序为M R p >L R p >H R p ㊂H R p 坡面在苗期时磷流失量占施磷量的比例显著大于M R p 坡面,在成熟期时却低于其他两个坡面㊂表6 不同等高㊁新植比例甘蔗种植坡面总氮流失量占年氮肥施用量比例T a b l e 6 P e r c e n t a g e o fT Nl o s s i n s u g a r c a n e s l o pew i t hd i f f e r e n t r a t i o s o f c o n t o u r p l a n t i n g a n d r e p l a n t e d t o a n n u a l n i t r o g e na p pl i c a t i o n 因素坡面年施氮量/(k g ㊃h m -2)总氮流失量占年氮肥施用量比例/%苗期分蘖期伸长期成熟期全生育期L C 209.021.0ʃ2.5a9.5ʃ0.6a7.2ʃ0.6a1.9ʃ0.6a39.5ʃ3.0a 等高比例M C 234.416.3ʃ4.1a b 7.5ʃ2.6a b 5.4ʃ0.9b1.7ʃ0.2a 30.9ʃ5.4bH C 213.913.6ʃ3.0b 5.5ʃ0.7b 4.5ʃ1.0b 1.5ʃ0.2a 25.1ʃ3.3b H R p 213.913.6ʃ3.0a 5.5ʃ0.7a 4.5ʃ1.0a 1.5ʃ0.2b 25.1ʃ3.3a 新植比例M R p 183.514.8ʃ1.9a 6.4ʃ1.8a 5.2ʃ1.2a 2.2ʃ0.2a 28.6ʃ3.2a L R p161.111.6ʃ0.8a 5.1ʃ1.0a 5.1ʃ0.9a 2.3ʃ0.4a 24.2ʃ1.2a 57第5期 杨翠红等:甘蔗等高种植与新植配置比例对坡面沟蚀引起的氮磷养分流失的影响表7 不同等高、新植比例甘蔗种植坡面总磷流失量占年磷肥施用量比例T a b l e 7 P e r c e n t a g e o fT P l o s s i n s u g a r c a n e s l o pew i t hd i f f e r e n t r a t i o s o f c o n t o u r p l a n t i n g a n d r e p l a n t e d t o a n n u a l p h o s p h o r u s a p pl i c a t i o n 因素坡面年施磷量/(k g㊃h m -2)总磷流失量占年磷肥施用量比例/%苗期分蘖期伸长期成熟期全生育期L C24.589.7ʃ18.2a39ʃ3.8a21.5ʃ1.5a6.3ʃ1.6a156.7ʃ22.7a等高比例M C 21.688.2ʃ19.0a 37.2ʃ13.2a20.9ʃ5.1a 6.7ʃ1.0a 153.0ʃ23.3a H C 23.256.3ʃ6.9b 27.0ʃ3.8a 18.0ʃ3.6a 5.6ʃ0.7a 107.0ʃ2.7b 新植比例H R p 23.256.3ʃ6.9a 27.0ʃ3.8a 18.0ʃ3.6a 5.6ʃ0.7b 107.0ʃ2.7c M R p19.071.4ʃ8.6b29.8ʃ2.6a 17.7ʃ2.0a 8.1ʃ0.8a 126.9ʃ7.1a 3 讨论3.1 不同等高和新植比例对甘蔗种植坡面的侵蚀沟特征的影响侵蚀沟的数量㊁体积以及沟密度等侵蚀沟特征变化可以直观反映沟蚀剧烈程度[11]㊂本研究中,L C ,M C ,H C ,H R p 和M R p 坡面侵蚀沟的沟数量㊁沟体积和沟密度呈先减小后增大趋势,且除M R p 坡面成熟期的沟体积㊁沟密度达到了苗期的侵蚀程度外,其他坡面的侵蚀沟特征均低于苗期㊂这是由于苗期降雨后,种植户对这5个坡面内的新植蔗地的侵蚀沟进行填埋,并人工培垄以保障后期甘蔗正常生长,填埋后,分蘖期侵蚀沟变少,体积变小[23](表3)㊂L R p 沟数量㊁沟体积㊁随时间增加,沟密度随时间先增加后减小,这与郑粉莉[12]关于侵蚀沟发育过程的论述结论一致㊂降雨径流发生时,密集的水网连接在初期不断制造出坡面侵蚀沟,增加沟数量,在中期源源不断地增大㊁增长侵蚀沟,后期沟壁崩塌的土壤堆积在沟槽下部减小沟长导致沟密度变小[28]㊂H R p 坡面的沟数量㊁沟密度在填沟活动后小于M R p ,这可能是与H R p 坡面新植比例更高,苗期沟蚀更为严重,分蘖期前被填埋的沟更多,种植户管理较为细致有关;也可能与后期新生侵蚀沟少㊁细㊁浅有关,使得分蘖期后沟数量㊁沟密度比M R p 低㊂本研究发现随着坡面的等高比例升高,侵蚀沟特征在数值上呈减小趋势,但除L C 坡面侵蚀沟沟数量显著多于H C 外,其他沟特征的差异性变化不大,这与R o n g Li 等[29]认为等高种植的方式有利于减少土壤沟蚀发生,降低侵蚀沟特征变化的结论一致㊂3.2 不同等高比例对甘蔗种植坡面沟蚀与养分流失量的影响本研究中,甘蔗种植坡面的沟蚀及其导致的养分流失量均随着等高比例的增加而降低(图1,表4),这说明等高种植可以有效降低坡面沟蚀和养分流失,这与杨任翔等[21]的研究结果一致㊂这可能与罗建[30]提出横坡垄作措施可以改变坡面的微地形,截断径流路径㊁削弱坡面地形对侵蚀效应的积极影响有关㊂一般认为,顺坡种植的排水效果好,但是降雨径流更容易造成侵蚀,而等高种植则弥补了这一缺点[18]㊂在本研究中,M C 坡面沟蚀和养分流失量与L C 和H C 坡面无显著性差异(p >0.05),这可能说明等高比例在30%~60%间存在一个降低沟蚀量的等高比例临界值,并不是甘蔗种植等高比例越高,阻断坡面径流的效果越好,因为径流在汇聚的过程也是一个能量累积的过程,当径流累积到一定等高行的最大拦截限度时,径流冲破田垄,反而会加剧沟蚀和养分流失[31]㊂此外,这可能是由于M C 坡面的坡长和坡度大于L C 和H C 坡面导致的㊂坡面侵蚀与坡长㊁坡度呈正相关关系,长坡长㊁陡坡度可以通过增加径流动能加剧侵蚀[32],从而导致这样的结果㊂研究结果表明,等高种植,尤其是高比例等高种植降低沟蚀和养分流失主要集中在苗期㊁分蘖期㊁伸长期,但在成熟期无显著作用(图1,表4)㊂这可能是由于前3个甘蔗生育期,农民会经常性地在雨后对甘蔗地进行培土,将冲垮的垄重新培高,继续发挥截流作用,降低沟蚀[24]㊂而在成熟期时,等高种植的甘蔗行在经历了大量降雨径流冲蚀后,田间垄行已被削平,此时甘蔗坡面趋于平缓,地表起伏和土壤表面的粗糙程度较低[24,33],失去等高行的保护作用,此时L C ,M C 和H C 坡面田间形态接近,所以沟蚀量和养分流失量相当㊂整体而言,高比例等高种植养分流失量占年肥料施用量的百分比均比低中比例的低(表6 7),因此,高比例等高种植也可作为一个通过减少农田土壤养分流失来降低肥料施用量的措施㊂3.3 不同新植比例对甘蔗种植坡面沟蚀与养分流失量的影响不同新植比例坡面沟蚀与养分流失结果表明,氮磷流失量与沟蚀量趋势一致,且沟蚀和养分流失量随新植比例和甘蔗生育期改变而变化㊂本研究中,新植比例越低,沟蚀和养分流失量越小(图2,表5),这与王旭[25]研究次降雨事件下不同新植甘蔗比例对土壤侵蚀和养分流失的影响结果相同㊂而莫雅棋[11]研究发现新植甘蔗最佳比例为30%,超过30%时,沟蚀速67 水土保持通报 第43卷。
