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.pdf
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1、第4 3卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 1-1 9 修回日期:2 0 2 3-0 2-1 2 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”(4 2 2 2 0 1 0 4 0 0 4)第一作者:杨翠红(1 9 9 9),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。E m a i l:3 6
2、 9 3 0 9 8 3 9q q.c o m。通信作者:李勇(1 9 5 8),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。E m a i l:l i y o n g c a a s.c n。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5 3 0 0 0 4)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、提升耕地质量和合理种植甘蔗提供技术支撑。方法通过野外测量与试验
3、分析相结合,确定苗期、分蘖期、伸长期和成熟期4个甘蔗生长时期内低、中、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。结果整个甘蔗生育期,那辣流域甘蔗种植坡面沟蚀及其导致的全氮、全磷流失量分别在3 1.36 6.3t/h m2,3 9.08 2.5k g/h m2,1 8.03 8.4k g/h m2之间;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4 7.7%5 7.7%。全生育期,高比例等高(HC)的坡面沟蚀和养分流失比低比例新植坡面(LC)低3 3.0 3%3 5.4 2%(p0.0 5),但中比例等高(MC)和HC,LC的流失量均不显著
4、;低比例新植(LR p)坡面沟蚀和养分流失量比高比例新植(HR p)低2 7.4 1%3 2.9 8%,比中比例新植(MR p)低2 1.0 2%2 5.8 6%(p0.0 5),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。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2 4.1%3 9.5%和1 0 7.0%1 5 6.7%。结论在甘蔗种植时,6 0%以上的等高种植比例和3 0%以下新植比例,可以有效减少坡面土肥流失。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:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 5-0 0 6 9-1 0
5、中图分类号:S 1 5 7.1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,2 0 2 3,4 3(5):6 9-7 8.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3 0 3 2 7.0 0 2;Y a n gC u i h o n g,L iY o n g,W a n gX u,e ta l.E f f e c t so fc o n f i g u r a t i o nr a t i o sf o rc o n t o u rp l a n t i n ga
6、n dr e p l a n t e ds u g a r c a n eo ng u l l ye 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 s l o s s e so ns l o p e sJ.B u l l e t i no fS o i la n d W a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(5):6 9-7 8.E f f e c t so 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
7、rP l a n t i n ga n dR e p l a n t e dS u g a r c a n eo nG u l l yE 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 so nS l o p e sY a n gC u i h o n g,L iY o n g,W a n gX u,C h e nT i n g t i n g,G u oH a o,Y a n gJ i a n g y i,WuZ o n g m e n g,Z h o uX i a o q i,H u a n
8、 gZ h i g a n g(C o l l e g eo fA 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 yL a b o r a t o r yo fA g r o-e n v i r o n m e n ta n dA g r o-p r o d u c tS a f e t y,N a n n i n g,G u a n g x i5 3 0 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h es u i t a b l ec o n f i g u r a
9、 t i o nr a t i o sf o rc o n t o u rp l a n t i n ga n dr e p l a n t e ds u g a r c a n eo ns l o p e sw e r ed e t e r m i n e di no r d e rt op r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r tf o rr e d u c i n gs l o p ed i t c he r o s i o na n dn u t r i e n tl o s s,i m p r o v i n gc u l t i v a t
10、 e d l a n dq u a l i t ya n dr a t i o n a l s u g a r c a n ep l a n t i n g i ns u g a r c a n ep l a n t i n ga r e a.M e t h o d sT h r e ec 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 rp l a n t i n ga n dr e p l a n t e ds u g a r c a n ew e r ee v a l u
11、 a t e d.S l o p e-g u l l ye r o s i o na n dn u t r i e n tl o s s e sw e r ed e t e r m i n e db yf i e l d m e a s u r e m e n t sa n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t sa t t h eg r o w t hs t a g e so fe s t a b l i s h m e n tg r o w t h(E G),v e g e t a t i v eg r o w t h(VG),g r a n dg
12、 r o w t h(G G),a n dr i p e n i n gg r o w t h(R G),a n dt h ef a c t o r si n f l u e n c i n ge r o s i o na n dn u t r i e n tl o s sw e r ed e t e r m i n e d.R e s u l t s D u r i n gt h et o t a lg r o w t h(T G)o fs u g a r c a n e,t h et o t a ln i t r o g e n(T N)a n dt o t a lp h o s p h
13、o r u s(T P)l o s s e s c a u s e db yg u l l y e r o s i o no n s l o p e s p l a n t e d t o s u g a r c a n e i n t h eN a l aR i v e r b a s i nw e r e 3 1.36 6.3 t/h m2,3 9.08 2.5k g/h m2a n d1 8.03 8.4k g/h m2,r e s p e c t i v e l y.E G w a st h em a i ns t a g eo fg u l l ye r o s i o na n d
14、n u t r i e n t l o s s e si nt h eN a l aR i v e rb a s i n,a c c o u n t i n gf o r4 7.7%5 7.7%o ft h et o t a le r o s i o na n dn u t r i e n tl o s s e s.D u r i n gT G,g u l l ye r o s i o na n da s s o c i a t e dn u t r i e n tl o s s e sf o rh i g h e rc o n t o u rr a t i o s(HC)w e r e3 3
15、.0 3%3 5.4 2%l o w e r t h a nf o r l o w e rc o n t o u rr a t i o s(LC)(p0.0 5),b u t t h e l o s s e sf o rm e d i u mc o n t o u rr a t i o s(MC)w e r en o ts i g n i f i c a n tc o m p a r e dw i t ht h o s eo fHCa n dLC.G u l l ye r o s i o na n dn u t r i e n tl o s s e so fl o w e r r e p l
16、a n t e dr a t i o s(LR p)w e r e2 7.4 1%3 2.9 8%l o w e r t h a nt h o s eo fh i g h e r r e p l a n t e dr a t i o s(HR p),a n d2 1.0 2%2 5.8 6%l o w e r t h a nt h o s eo fm e d i u mr e p l a n t e dr a t i o s(MR p)(p宿根甘蔗草地。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。杨任翔等2 1在南亚热带地
17、区的径流小区试验结果表明等高种植全年可以降低5 6%的土壤流失量,其水土保持效果比顺坡种植更好。黄艳荟等2 2研究发现,宿根甘蔗地的侵蚀泥沙量比新植甘蔗地低8 5.4%,其水土保持效应主要集中在苗期和分蘖期。L iY o n g等2 3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。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、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
18、例。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。因此,本文以广西客兰水库那辣流域低、中、高07 水土保持通报 第4 3卷3种等高比例的新植坡面和低、中、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、实地调研和试验分析法相结合,确定不同甘蔗生长期(苗期、分蘖期、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。研究结果可为广西
19、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。1 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(2 2 2 0 3 6 2 2 2 0 5 0 N,1 0 7 3 9 2 9 1 0 7 4 0 1 7 E)。流域面积1.2k m2,丘陵地貌,坡度在0 3 5 之间;气候为南亚 热带季风气 候,多年平均 降雨量约 为11 0 0mm,约7 0%降雨集中在39月;土壤类型为赤红壤,土壤全氮和全磷含量分别在0.91.6g/k g和0.50.8g/k g之间。那辣流域甘蔗种植面积比例为8 2.8 4%,桉树、道路和河道的土地利用比例分别为1 0
20、.9 9%,5.4 0%和0.7 7%。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31 2月是甘蔗生长季,1 2月至次年3月是甘蔗榨季2 4。1.2 试验设计本研究于2 0 2 1年3月在那辣流域选择了5个相似全坡面,基于杨任翔等2 1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(HC,6 0%C1 0 0%,C为等高种植比例。下同。)、中比例等高(MC,3 0%C6 0%)和低比例等高(LC,0%C3 0%)3个处理;基于王旭2 5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
21、等高坡面上设高比例新植(HR p,6 0%Rp1 0 0%,Rp为新植比例,下同。)、中比例新植(MR p,3 0%Rp 6 0%)和低比例新植(LR p,0%Rp 3 0%)3个处理,其中HC和HR p处理设置在同一个坡面上。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1 5个试验区,在试验区的边界点插旗标记并记录G P S信息。试验坡面特征见表1。表1 试验坡面地形特征T a b l e1 T o p o g r a p h i cc h a r a c t e r i s t i c so f s t u d y s l o p e s因 素 坡 面面积/m2坡度/()坡长/m容
22、重/(gc m-3)LC36 4 91 8 4b8.20.2c1 1 52c1.4 40.0 3a等高比例MC44 3 82 0 9a1 2.00.4a1 7 05a1.4 20.0 4aHC34 4 52 6 8b9.60.6b1 3 53b1.4 30.0 2aHR p34 4 52 6 8a9.60.6c1 3 53a1.4 30.0 2c新植比例MR p31 5 24 0a8.70.1b1 1 53c1.5 30.0 2bLR p33 1 34 5a1 2.50.4a1 0 93b1.6 90.0 1a 注:LC,MC,HC为不同等高比例;同一因素下的不同字母表示差异显著(p0.0 5
23、)。下同。1.3 沟蚀测量及样品采集与分析参考前人研究2 6,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 tg r o w t h,E G)、分蘖期(v e g e t a t i v eg r o w t h,VG)、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 gg r o w t h,R G)。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
24、量作为该时期的沟蚀量。受台风影响,2 0 2 2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4 0%,其余生长期降雨量、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2。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 e2 S u g a r c a n eg r o w t hd i v i s i o na n dr 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2 0 2 1 0 3 0 12 0 2 1 0 5 1
25、 52 0 4.2分蘖期2 0 2 1 0 5 1 62 0 2 1 0 6 1 59 5.6伸长期2 0 2 1 0 6 1 62 0 2 1 0 8 3 02 9 9.9成熟期2 0 2 1 0 9 0 12 0 2 1 1 2 3 13 8 5.01.3.1 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25m测量一次侵蚀沟的沟宽、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。侵蚀沟 体积计算如下1 1:17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=12ni=1(twi+bwi)dili(1)式中:V
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