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

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 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;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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 dn 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 3.0 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 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 0.9 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)。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 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为侵蚀沟的体积(m3);n为侵蚀沟的数量;其中twi为第i条沟截面的上部宽度(m);bwi为第i条沟截面的下部宽度(m);di是第i条沟截面的高度(m);li是第i条侵蚀沟的长度(m)。1.3.2 土样采集与测定 在每条侵蚀沟的沟头、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、土壤全氮和全磷含量。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HC l O4-H2S O4热 消 解 法测定2 7。1.3.3 坡面沟蚀及养分流失 坡面沟蚀量计算公式如下1 1:GE=ni=1ViBDiAx(2)式中:GE为坡面沟蚀量(g u l l ye r o s i o n,t/h m2);Vi坡面第i条侵蚀沟的体积(m3);BDi为第i条侵蚀沟的土壤容重(g/c m3);Ax是第x个试验区的面积(h m2)。沟蚀导致的总氮和总磷流失量计算如下:T N l o rT P l=ni=1ViB DiT Nio rT PiAx(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 ln 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 Ni和T Pi坡面第i条侵蚀沟的土壤全氮和全磷含量(g/k g)。1.3.4 凋落物覆盖度 凋落物覆盖度(l i t t e rc o v e r,LC)通过样带法测量2 4。具体测量的方法为:在试验区按上、中、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。凋落物覆盖度计算公式如下:LC=13ni=1dri0.5fri(4)式中:LC为试验区的凋落物覆盖度(k g/m2);dri为坡面第i个单位面积上的凋落物干重(k g);fri为坡面第i个单位面积上的凋落物鲜重(k g)。1.3.5 根系密度 甘蔗根系是利用直径1 0c m、高1 5c m的荷兰根钻在距甘蔗茎杆5c m处,分两次采集03 0c m深度中的甘蔗根系样品。在试验坡面按上、中、下采集样品。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Rd1mm,1mm Rd0.0 5),只在分蘖期时显著高于HC坡面(p0.0 5)。苗期时,除LR p坡面沟密度显著低于MR p,HR p坡面(p0.0 5)。伸长期时,研究等高种植比例对沟蚀影响发现MC坡面沟体积大于HC,LC的沟体积(p0.0 5);研究新植比例对沟蚀影响发现HR p,MR p和LR p坡面沟体积基本相同(p0.0 5),但MR p坡面沟密度显著大于LR p和HR p坡面。成熟期时,MC坡面的沟密度与LC和HC坡面无显著差异(p0.0 5),但沟体积显著大于HC(p0.0 5),但沟密度显著大于这两个坡面(p0.0 5)(见表3)。27 水土保持通报 第4 3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 e3 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 so f g u l l i e sw i t hd i f f e r e n t r a t i o so f c 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 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/1 05c m3苗 期分蘖期伸长期成熟期沟密度/(c mm-2)苗 期分蘖期伸长期成熟期LC1 51a1 11a1 33a1 33a6.31.3a3.70.4a5.10.9b6.11.1a b6.30.4a40.9a4.81.2a5.62.6a等高比例MC1 53a b92a1 02a b1 12a b7.12.2a4.71.3a6.60.3a7.40.5a5.61.2a3.10.7a3.60.8a b3.60.6aHC1 13b61b81b81b6.20.5a4.31a4.80.1b5.60.2b4.70.6a2.60.4a2.90.4b30.4aHR p1 13a61a81a81b6.20.5a4.31a4.80.1a5.60.2a4.70.6a2.60.4a2.90.4b30.4b新植比例MR p91a81a b1 02a1 01a6.40.9a61.1a6.11.5a6.61.1a4.30.6a3.70.9a4.20.2a4.20.1aLR p82a92b1 01a1 11a6.11.8a6.41.5a6.61a6.70.8a3.10.3b3.20.3a2.90.3b2.80.3b 注:HR p,MR p,LR p为不同新植比例;详见试验设计部分。下同。2.2 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1。结果显示,全生育期的坡面沟蚀量在4 4.46 6.3t/h m2之间,LC坡面沟蚀量显著大于HC坡面(p0.0 5)。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5 3%5 4%,其沟蚀量分别为分蘖期、伸长期和成熟期沟蚀量的2.2 2.4倍、33.2倍和8.61 0.3倍。LC,MC和HC坡面在苗期沟蚀量分别为3 5.1,3 0.1,2 4.7t/h m2。苗期、分蘖期和伸长期的沟蚀量显著性与全生育期一致。成熟期时,低、中、高比例等高耕作的坡面间沟蚀量平均值均为3.1t/h m2,无显著性差异(p0.0 5)。如表4所示,全生育期的坡面沟蚀导致的总氮、总磷流失量分别在5 3.78 2.5,2 4.83 8.4k g/h m2,其中HC坡面总氮、总磷流失量显著低于LC坡面(p0.0 5)。随着生育期递进,坡面总氮、总磷流失量均逐渐降低。低、中、高比例等高坡面在苗期总氮流失量分别为4 3.8,3 8.2,2 9.1k g/h m2,总磷流失量分别为2 2.0,1 9.1,1 3.1k g/h m2,3种比例坡面的总氮、总磷流失量均在苗期时最大,约占全年总氮、总磷流失总量的5 3%5 4%和5 2%5 8%。苗期总氮流失量大约是分蘖期、伸长期和成熟期的2.2 2.5倍、2.93.0倍和9.11 1.2倍;总磷流失量约是分蘖期、伸长期和成熟期的2.12.4倍、3.14.2倍和1 0.11 3.6倍。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 ng u l l ye r o s i o nw i t hd i f f e r e n t r a t i o so fc o n t o u rp l a n t i n g s u g a r c a n e s l o p e s苗期、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(p0.0 5)。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。此外,LC坡面总磷流失量只在苗期时显著高于HC坡面(p0.0 5)。表4 不同等高比例甘蔗种植坡面的沟蚀导致的总氮(T N)、总磷(T P)流失量T a b l e4 G u l l ye r o s i o n-i n d u c e dT Na n dT Pl o s s e su n d e rd i f f e r e n t r a t i o so f c o n t o u rp l a n t i n g s u g a r c a n e s l o p e s k g/h m2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LC4 3.85.2a1 9.81.3a1 5.01.3a3.91.2a8 2.56.2a2 2.04.5a9.60.9a5.30.4a1.60.4a3 8.45.6aMC3 8.29.6a1 7.66.0a b1 2.72.0a b3.90.5a7 2.51 2.6a b1 9.14.1a b8.02.9a4.51.1a1.40.2a3 3.15a bHC2 9.16.5a1 1.81.6b9.62.2b3.20.3a5 3.77.0b1 3.11.6b6.30.9a4.20.8a1.30.2a2 4.80.6b2.3 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2。全生育期的坡面沟蚀量在3 1.34 4.4t/h m2之间,HR p和MR p坡面沟蚀量显著大于LR p坡面(p0.0 5)。高、中、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5 0%5 4%,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、伸长期和成熟期沟蚀量的2.32.4倍、2.53.1倍和6.08.6倍。苗期时,HR p,MR p和LR p坡面沟蚀量为2 4.7,2 1.5,1 5.6t/h m2,其显著性与坡面全生育期沟蚀量显著性相同。分蘖期时,LR p坡面沟蚀量只显著低于HR p坡面沟蚀量(p0.0 5)。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 m2,无显著差异(p0.0 5)。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 ng u l l ye r o s i o nw i t hd i f f e r e n tr a t i o so f r e p l a n t e ds u g a r c a n e s l o p e s 不同新植比例坡面的养分流失量见表5。全生育期的坡面沟蚀导致的总氮、总磷流失量分别在3 9.05 3.7,1 8.02 4.8k g/h m2之间,其显著性与坡面全生育期沟蚀量显著性相同。坡面总氮、总磷流失随着生育期递进逐渐减少。苗期总氮、总磷流失量最大,分别占总氮、总磷流失 总量的4 8%5 4%和5 2%5 6%。不同新植比例坡面苗期总氮流失量在1 8.72 9.1k g/h m2之间,分别是分蘖期、伸长期和成熟期的2.3 2.5倍、2.33.0倍和5.19.1倍;而总磷流失量在1 0.0 1 3.6k g/h m2之间,分别是分蘖期、伸长期和成熟期的2.1 2.6倍3.1 4.0倍和7.7 1 0.1倍。HR p坡面氮流失量在苗期和全生育期都高于LR p坡面(p0.0 5),后3个时期各坡面的总氮流失量分别在8.31 1.8,8.39.2,3.24.1k g/h m2之间。LR p坡面总磷流失量在苗期和分蘖期时显著低于HR p和MR p坡面(p0.0 5)。表5 不同新植比例甘蔗种植坡面沟蚀导致的总氮(T N)、总磷(T P)流失量T a b l e5 G u l l ye r o s i o n-i n d u c e dT Na n dT Pl o s s e su n d e rd i f f e r e n t r a t i o so f r e p l a n t e ds u g a r c a n e s l o p e sk g/h m2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HR p2 9.16.5a1 1.81.6a9.62.2a3.20.3a5 3.77a1 3.11.6a6.30.9a4.20.8a1.30.2a2 4.80.6aMR p2 7.13.4a b1 1.83.3a9.52.3a4.10.4a5 2.65.8a1 3.61.6a5.70.5a3.40.4a1.50.1a2 4.11.4aLR p1 8.71.2b8.31.6a8.31.4a3.70.7a3 9.02.0b1 0.00.2b3.80.6b2.90.6a1.30.2a1 8.00.4b 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。坡面沟蚀及氮磷流失量与凋落物覆盖度、根系密度的回归分析结果显示,甘蔗凋落物覆盖度(图3)、根系密度(图4)与坡面沟蚀、氮磷流失均呈显著负相关关系(pHCLC,LC坡面沟蚀导致的总氮流失量占年施氮量的比例显著高于MC和HC坡面(pMR pLR 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(p0.0 5)。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(p0.0 5)。如表7所示,不同等高比例坡面的年施磷量范围在2 1.62 4.5k g/h m2之间,LC,MC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HC坡面(p 0.0 5)。HC坡面磷流失量占施磷量的比例(1 0 7%)比MC和LC坡面少4 6%5 0%。不同新植比例坡面的年施磷量在1 5.32 3.2k g/h m2之间,大小排序为HR pMR pLR p,但各坡面全年磷流失量占施磷量的比例顺序为MR pLR pHR p。HR p坡面在苗期时磷流失量占施磷量的比例显著大于MR p坡面,在成熟期时却低于其他两个坡面。表6 不同等高、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 e6 P e r c e n t a g eo fT Nl o s s i ns u g a r c a n e s l o p ew i t hd i f f e r e n t r a t i o so fc o n t o u rp l a n t i n ga n dr e p l a n t e dt oa n n u a ln i t r o g e na p p l i c a t i o n因 素坡 面年施氮量/(k gh 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LC2 0 9.02 1.02.5a9.50.6a7.20.6a1.90.6a3 9.53.0a等高比例MC2 3 4.41 6.34.1a b7.52.6a b5.40.9b1.70.2a3 0.95.4bHC2 1 3.91 3.63.0b5.50.7b4.51.0b1.50.2a2 5.13.3bHR p2 1 3.91 3.63.0a5.50.7a4.51.0a1.50.2b2 5.13.3a新植比例MR p1 8 3.51 4.81.9a6.41.8a5.21.2a2.20.2a2 8.63.2aLR p1 6 1.11 1.60.8a5.11.0a5.10.9a2.30.4a2 4.21.2a57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 e7 P e r c e n t a g eo fT Pl o s s i ns u g a r c a n e s l o p ew i t hd i f f e r e n t r a t i o so fc o n t o u rp l a n t i n ga n dr e p l a n t e dt oa n n u a l p h o s p h o r u sa p p l i c a t i o n因 素坡 面年施磷量/(k gh 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LC2 4.58 9.71 8.2a3 93.8a2 1.51.5a6.31.6a1 5 6.72 2.7a等高比例MC2 1.68 8.21 9.0a3 7.21 3.2a2 0.95.1a6.71.0a1 5 3.02 3.3aHC2 3.25 6.36.9b2 7.03.8a1 8.03.6a5.60.7a1 0 7.02.7b新植比例HR p2 3.25 6.36.9a2 7.03.8a1 8.03.6a5.60.7b1 0 7.02.7cMR p1 9.07 1.48.6b2 9.82.6a1 7.72.0a8.10.8a1 2 6.97.1a3 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、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1 1。本研究中,LC,MC,HC,HR p和MR p坡面侵蚀沟的沟数量、沟体积和沟密度呈先减小后增大趋势,且除MR p坡面成熟期的沟体积、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。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2 3(表3)。LR p沟数量、沟体积、随时间增加,沟密度随时间先增加后减小,这与郑粉莉1 2关于侵蚀沟发育过程的论述结论一致。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、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2 8。HR p坡面的沟数量、沟密度在填沟活动后小于MR p,这可能是与HR 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、细、浅有关,使得分蘖期后沟数量、沟密度比MR p低。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LC坡面侵蚀沟沟数量显著多于HC外,其他沟特征的差异性变化不大,这与R o n gL i等2 9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。3.2 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2 1的研究结果一致。这可能与罗建3 0提