模拟降雨条件下肥料类型对坡面磷素流失的影响.pdf

第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 2 修回日期:2 0 2 2-0 7-2 4 资助项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2 0 1 7 Z X 0 7 1 0 2-0 0 1,2 0 1 7 Z X 0 7 1 0 8-0 0 2)第一作者:邱业(1 9 9 8),男,江苏宿迁人,硕士研究生,主要从事土壤侵蚀与养分流失研究。E-m a i l:q i u y e 1 9 9 8 0 5 1 81 6 3.c o m 通信作者:韩玉国(1 9 7 9),男,内蒙古通辽人,博士,副教授,主要从事土壤侵蚀与养分流失研究。E-m a i l:y g h a n b j f u.e d u.c nh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 1 6.邱业,曲芝旭,韩玉国,等.模拟降雨条件下肥料类型对坡面磷素流失的影响J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):1 0 6-1 1 2.Q I UY e,QUZ h i x u,HANY u g u o,e ta l.E f f e c to fF e r t i l i z e rT y p e so nP h o s p h o r u sL o s so nS l o p eU n d e rS i m u l a t e dR a i n f a l lJ.R e s e a r c ho fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):1 0 6-1 1 2.模拟降雨条件下肥料类型对坡面磷素流失的影响邱 业1,曲芝旭1,韩玉国1,2,彭玉璘1,吴墩睿3(1.北京林业大学 水土保持学院,北京1 0 0 0 8 3;2.北京市水土保持工程技术研究中心,北京1 0 0 0 8 3;3.北京市水务执法总队,北京1 0 2 4 0 0)摘 要:目的 明确有机肥和无机肥的磷素流失机理,探讨施用有机肥能否减少磷素流失,为防控面源污染提供科学依据。方法 以鸡粪作为有机肥,五氧化二磷作为无机肥,进行人工模拟降雨试验,分析了不同肥料类型下坡面磷素流失的规律。结果9 0mm/h降雨强度处理下坡面产流率和产沙率较6 0mm/h降雨强度处理分别高4 7.4 0%,6 4.4 8%,降雨强度对坡面产流率和产沙率影响显著(p0.0 5)。随着降雨强度增大,径流中的正磷酸盐及可溶性总磷浓度均呈现下降趋势,无机肥处理下分别下降3 0.4 3%和2 6.3 5%,有机肥处理下为1 3.5 6%和3 3.0 8%;随着降雨强度增大,无机肥处理下泥沙有效磷浓度、颗粒态总磷浓度分别降低2 7.7 8%,1 9.4 7%,而在有机肥处理下则分别增加1 2 8.1 1%,3 6.2 8%。降雨强度增加会使坡面磷素流失量增加,溶解态总磷、径流正磷酸盐、颗粒态总磷、泥沙有效磷流失量平均增加1 1.8 1%,2 7.8 2%,6 8.4 5%,1 4 4.6 4%。施用有机肥可以减少坡面的磷素流失,相比施用无机肥,溶解态总磷、径流正磷酸盐、颗粒态总磷、泥沙有效磷平均减少了6 8.1 1%,8 5.5 1%,5 4.4 7%,8 0.6 9%。结论 使用有机肥替代无机肥能够减少磷素流失,建议有施用条件的地区选择有机肥,且保证一定施用深度。关键词:人工模拟降雨;肥料类型;磷素流失量;磷素流失浓度中图分类号:S 1 5 7.4;X 5 0 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 1 0 6-0 7E f f e c t o fF e r t i l i z e rT y p e so nP h o s p h o r u sL o s so nS l o p eU n d e rS i m u l a t e dR a i n f a l lQ I U Y e1,QUZ h i x u1,HANY u g u o1,2,P E NGY u l i n1,WUD u n r u i3(1.S c h o o l o fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,B e i j i n gF o r e s t r yU n i v e r s i t y,B e i j i n g1 0 0 0 8 3,C h i n a;2.B e i j i n gE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,B e i j i n g1 0 0 0 8 3,C h i n a;3.B e i j i n gG e n e r a lB r i g a d eo fW a t e rA f f a i r sL a wE n f o r c e m e n t,B e i j i n g1 0 2 4 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ea i m so f t h i s s t u d ya r e t oe x p l o r e t h e r e a s o n s f o r t h ed i f f e r e n c e s i np h o s p h o r u s l o s sb e t w e e no r g a n i c f e r t i l i z e ra n di n o r g a n i cf e r t i l i z e ra n de x p o u n dw h e t h e r i n o r g a n i cf e r t i l i z e rc o u l db er e p l a c e dw i t ho r g a n i c f e r t i l i z e r t or e d u c ep h o s p h o r u s l o s s,a n dt h e nt op r e v e n ta n dc o n t r o lp o l l u t i o nf r o mn o n-p o i n ts o u r c e s.M e t h o d sS i m u l a t e d r a i n f a l l e x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u t t o c o m p a r e t h ed i f f e r e n c e s i n t h e c h a r a c t e r-i s t i c so fp h o s p h o r u s l o s s e so nt h es l o p e sw i t hc h i c k e nm a n u r ea so r g a n i c f e r t i l i z e ra n dp h o s p h o r u sp e n t o x i d ea s i n o r g a n i cf e r t i l i z e r.R e s u l t sR a i n f a l l i n t e n s i t yh a ds i g n i f i c a n te f f e c t so nt h er u n o f fy i e l da n ds e d i m e n ty i e l do nt h e s l o p e(p0.0 5).W i t ht h e i n c r e a s eo f r a i n f a l l i n t e n s i t y,s o l u b l et o t a l p h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o ni nr u n o f fa n do r t h o p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni nr u n o f fd e c r e a s e db y2 9.7 2%a n d2 2.0 0%o na v e r a g e,r e s p e c t i v e l y.T h e i n c r e a s eo f r a i n f a l l i n t e n s i t ya l s o r e d u c e d t h e t o t a l p a r t i c u l a t ep h o s-p h o r u sc o n c e n t r a t i o na n da v a i l a b l es e d i m e n tp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o no nt h es l o p ew i t hi n o r g a n i cf e r t i l i z e ra p p l i c a t i o nb y1 9.4 7%a n d2 7.7 8%o na v e r a g e.A st h er a i n f a l l i n t e n s i t yi n c r e a s e d,t h ec o n c e n t r a t i o n so fp a r t i c u l a t e t o t a l p h o s p h o r u s a n da v a i l a b l ep h o s p h o r u s i ns e d i m e n t o n t h e s l o p ew i t ho r g a n i c f e r t i l i z e r a p p l i c a-t i o n i n c r e a s e db y3 6.2 8%a n d1 2 8.1 1%o na v e r a g e.T h e i n c r e a s eo fr a i n f a l l i n t e n s i t ya l s ol e dt ot h el o s so fd i s s o l v e dt o t a lp h o s p h o r u s,r u n o f fp h o s p h a t e,p a r t i c u l a t e t o t a lp h o s p h o r u s a n ds e d i m e n t a v a i l a b l ep h o s p h o r u s,w h i c h i n c r e a s e db y1 1.8 1%,2 7.8 2%,6 8.4 5%a n d1 4 4.6 4%o na v e r a g e,r e s p e c t i v e l y.T h ep h o s p h o r u sc o n-c e n t r a t i o n i n t h e t r e a t m e n t o f i n o r g a n i c f e r t i l i z e rw a s s e v e r a l t i m e sh i g h e r t h a n t h a t i no r g a n i c f e r t i l i z e r t r e a t-m e n t,a n d t h ed i s s o l v e d t o t a l p h o s p h o r u s,r u n o f f o r t h o p h o s p h a t e,p a r t i c u l a t e t o t a l p h o s p h o r u s a n ds e d i m e n ta v a i l a b l ep h o s p h o r u sw e r e2.2 2t i m e s,6.8 3t i m e s,2.7 3t i m e sa n d8.2 0t i m e s,r e s p e c t i v e l y.C o m p a r e dw i t hi n o r g a n i c f e r t i l i z e rt r e a t m e n t,o r g a n i cf e r t i l i z e rt r e a t m e n tc o u l dr e d u c es l o p ep h o s p h o r u sl o s s,w h e r ed i s-s o l v e dt o t a l p h o s p h o r u s,r u n o f fo r t h o p h o s p h a t e,p a r t i c u l a t e t o t a l p h o s p h o r u s,s e d i m e n t a v a i l a b l ep h o s p h o r-u s l o s sd e c r e a s e db y6 8.1 1%,8 5.5 1%,5 4.4 7%,8 0.6 9%o na v e r a g e,r e s p e c t i v e l y.C o n c l u s i o nR e p l a c i n gi n o r g a n i c f e r t i l i z e rw i t ho r g a n i c f e r t i l i z e rc o u l dr e d u c ep h o s p h o r u s l o s sc o n c e n t r a t i o na n dp h o s p h o r u s l o s so ns l o p e.I na g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n,o r g a n i c f e r t i l i z e r s h o u l db e c o n s i d e r e d f i r s t,a n da c e r t a i nd e p t ho f f e r t i l i z a-t i o ns h o u l db en e c e s s a r yt oa v o i ds u r f a c ea p p l i c a t i o n.K e y w o r d s:s i m u l a t e dr a i n f a l l;f e r t i l i z e r t y p e;p h o s p h o r u s l o s s;p h o s p h o r u s l o s sc o n c e n t r a t i o n 磷是植物生长必需的大量元素,我国土壤普遍存在缺磷现象,农业中常选择大量施用无机磷肥来提高土壤磷含量,以增加农作物产量1-2。无机磷肥进入土壤后,易与土壤中的离子结合,或被等氧化物、微生物固定,形成无法被吸收利用的无效态磷3,在土壤中留存大量磷素,降雨时进入水体会造成面源污染,引发环境问题4。由于农业生产中长时间施用无机磷肥,我国当季磷肥利用率仅有1 3.0%1 6.9%左右,而发达国家能达到4 0%以上5-6。为此,部分学者提出能否使用有机肥来替代传统磷肥,以提高利用率,控制面源污染。磷素流失浓度方面,O h n o和C r a n n e l l等的研究表明,有机肥的施用增加了土壤中的有机酸含量,进而降低土壤吸附磷的能力,提高磷在土壤中的迁移能力和地表径流中的磷素浓度7;韩笑等在昆明菜地开展的研究结果显示,施用有机肥会使径流总磷浓度比化肥处理提高1 2.3%4 9.1%8;而K h a n等认为施用有机肥可以提高磷肥利用率9;孔文杰也通过油稻轮作田间试验表明,有机肥较无机肥能显著减少地表径流全磷浓度1 0。在磷素流失量方面,袁浩凌等通过田间试验得出有机肥较无机肥会增加径流总磷流失量的2 6.3 3%1 1;马凡凡等研究结果表明有机肥替代无机肥会显著增加稻季农田径流全磷流失量1 2;而原政等在洱海流域的试验研究表明,施用有机肥可以减少径流总磷流失量的1 3.6 3%2 7.6 3%1 3;袭培栋等在紫色土坡耕地径流小区的试验结果表明,有机肥较无机肥可以显著减少径流中磷素流失量,达2 0.0 3%5 8.0 1%1 4。目前对不同肥料类型下的坡面磷素流失特征存在初步认识,但并没有统一结论。因此,本研究以鸡粪作为有机肥,五氧化二磷作为无机肥,进行人工模拟降雨试验,分析不同肥料类型下坡面磷素流失的规律,明确有机肥和无机肥的磷素流失机理,探讨施用有机肥能否减少磷素流失,为农业生产合理施用磷肥和防治面源污染提供理论依据。1 材料与方法1.1 供试材料供试土壤采集于北京市典型坡耕地的无种植区域,采集深度为03 5c m,土壤类型为碳褐土,母质类型为黄土,试验开始前先除去土壤中的碎石块、植物根茬等杂质,后过4mm孔筛网,风干、混合均匀,测定理化性质,见表1;商用鸡粪有机肥出厂有机质含量为3 6.5%,含磷量为0.9 3%;化学磷肥选择五氧化二磷,含磷量为4 4%。表1 供试土壤理化性质容重/(gc m-3)p H土壤粒径组成/%黏粒(0.0 5mm)有机质含量/(gk g-1)全磷含量/(gk g-1)有效磷含量/(m gk g-1)1.2 68.2 59.8 35 3.5 03 6.7 41 6.7 00.3 21 8.5 5701第5期 邱业等:模拟降雨条件下肥料类型对坡面磷素流失的影响1.2 试验设计与方法2 0 1 9年8月于鹫峰降雨大厅开展人工模拟降雨试验。试验用土槽规格为3m0.5m0.5m(长宽高),底部打孔以渗水,试验槽底端设置“V”形集流口以收集产流产沙。模拟天然裸坡进行填土;依据自然侵蚀和加速侵蚀的临界值,土槽坡度设置为5,并根据北京地区侵蚀性强降雨特征1 5,选择6 0mm/h,9 0mm/h作为降雨强度;走访调查,获得当地无机磷肥施用量,为2 7 2.8k g/h m2,折算出有机肥施用量(磷折纯量相同)。不同雨强、肥料处理下每场降雨均设置3个相同土槽作为重复。土槽底部铺设4层纱布,纱布中间覆上5c m沙。槽内土层厚度为3 5c m,通过计算称量使得填槽密度为1.2 6g/c m3,在装填每一层土壤之前,抓毛下层土壤表面,在表层5c m土壤混施肥料后,耙平土槽坡面并沉降4h。试验开始前4h,对坡面进行雾状喷水处理,以保证上层的土壤达到饱和含水量,喷水过程中也要防止结皮。模拟降雨前用烘干法测定坡面3处土壤的含水量;并在开始降雨前对降雨强度进行率定,保证雨区均匀度达到9 0%,实测雨强与目标强度的差值小于5%时正式开始降雨。降雨试验场次安排见表2。表2 降雨试验安排处理初始土壤含水量/%设定降雨强度/(mmh-1)实际降雨强度/(mmh-1)降雨历时/m i n降雨均匀度/%肥料施用量/g鸡粪五氧化二磷6 0有机肥3 0.4 16 06 19 09 24 4 0 0-9 0有机肥2 9.8 79 08 99 09 24 4 0 0-6 0无机肥3 0.0 36 06 09 09 1-9 19 0无机肥3 1.7 29 09 39 09 5-9 1 记录降雨时间以及开始产流时间。由于产流初期坡面径流量、泥沙量变化波动较大,所以在产流开始的5m i n内用塑料小桶分别在1,3,5m i n收集3次径流样;在此之后,每隔1 0m i n使用大桶收集径流样。降雨历时为9 0m i n,降雨停止后收集尾样,并记录产流停止的时间。称量桶中水、沙混合样重量,过滤后得到澄清水样以及土样。水样放入4冷储存柜中保存,泥沙烘干后封袋避光保存,水样、土样均于2 4h内测定。1.3 样品测定称重法换算出径流量与泥沙量。使用AM SA l-l i a n c eF UTUR A连续流动分析仪测定水样、泥沙的氮磷指标,水样经0.4 5m滤膜过滤后测定可溶性正磷酸盐,经过硫酸钾消解后测定可溶性总磷;颗粒态总磷和泥沙有效磷是过滤后土样分别经过HC l O4-H2S O4消解和0.5m o l/L的N a HC O3浸提后测定。1.4 数据处理与分析试验数据为3个土槽测定的均值,使用E x c e l2 0 1 9进行初步分析,使用S P S S2 6进行显著性分析,并用O r i g i n2 0 2 1进行绘图。2 结果与分析2.1 坡面产流产沙特征坡面产流率随产流时间变化见图1。不同处理下产流率变化趋势相近,随着降雨进行产流率逐渐增加,一段时间后保持稳定。9 0mm/h降雨强度下坡面产流率较6 0mm/h降雨强度平均高4 7.4 0%,降雨强度对坡面产流率影响显著(p0.0 5)。上述现象可能是由于本试验为室内模拟降雨试验,土槽坡面为平整裸坡,无明显坑洼,故降雨初期无填洼现象,且降雨前通过喷水使得坡面土壤含水量接近饱和,前期降雨强度大于坡面土壤入渗率,坡面含水率迅速上升,使得径流形成时间很短。产流率取决于降雨强度和入渗率,表层混施时,肥料类型并不能影响入渗率,故本试验中降雨强度成为响坡面产流率的唯一因素1 6。坡面产沙率随产流时间变化见图1。不同处理下的产沙率有着相近的变化趋势,降雨初期产沙率增加,后逐渐下降并趋于稳定。9 0mm/h降雨强度下坡面产沙率较6 0mm/h降雨强度平均高6 4.4 8%,降雨强度对坡面产沙率影响显著(p0.0 5)。可能是由于降雨初期,坡面产流量低,侵蚀能力弱,随着降雨的进行,径流作用增强,加之降雨前期,坡面松散的土壤在雨滴击溅和径流冲刷作用下被快速搬运,而随着径流趋于稳定,可搬运物质减少,使得产沙率逐渐降低并趋于稳定1 7。2.2 坡面磷素流失浓度不同处理下坡面径流可溶性总磷浓度和正磷酸盐浓度的变化趋势相似,见图2。均表现为初始浓度较低,后迅速升高,接下来逐渐降低并趋于稳定。可能是由于刚开始径流携带磷素能力较弱,随着降雨的801 水 土 保 持 研 究 第3 0卷进行逐渐增大,表层土壤中的磷素迅速流失,使得径流磷素浓度开始时迅速升高,后缓慢降低并趋于稳定。过程中出现小幅度上下波动可能是由于表层土壤结皮的周期性1 8-2 0。图1 坡面产流产沙特征图2 坡面溶解态磷素流失特征 由图2可知,降雨强度的增大导致径流可溶性总磷浓度下降,施用有机肥的坡面平均下降幅度为3 3.0 8%,施用无机肥的坡面平均下降幅度为2 6.3 5%;降雨强度增大也会使径流正磷酸盐浓度下降,施用有机肥的坡面平均下降幅度为1 3.5 6%,施用无机肥的坡面平均下降幅度为3 0.4 3%。这可能是在肥料类型和施用量相同时,不同处理下坡面土壤所能提供的磷素量相同,在发生降雨时,径流磷素浓度取决于径流作用以及携带磷素能力。显然大雨强下坡面径流有着更大的作用力和携带磷素能力,同时大雨强也带来了更多径流量,在坡面土壤磷库相同的情况下,径流量增大使得稀释作用更为明显,即浓度偏低2 1。施用无机肥的坡面径流可溶性总磷浓度是施用有机肥的2 1 7%2 2 7%;施用无机肥的坡面径流正磷酸盐浓度是施用有机肥处理的4 8 1%8 8 5%。这可能是因为五氧化二磷溶于水生成磷酸,使得土壤溶液中磷含量上升,降雨时,土壤溶液与径流间发生物质交换,使得径流中磷含量上升,而鸡粪中的可溶性磷含量较低,进入土壤后不会使土壤溶液中磷含量大幅度上升,所以其径流磷素浓度相对较低2 2。不同处理下坡面颗粒态总磷浓度和泥沙有效磷浓度存在差异,但变化趋势相似,见图3。均表现为产流初期相对较高,随着产流的进行逐渐降低并趋于稳定。原因可能是在产流初期,径流刚形成时,坡面土壤较为松散,而细颗粒土壤比表面积大,能够富集更多磷素,因此产流初期浓度较高;而随着降雨的进行,加上雨滴击溅和径流冲刷,径流搬运的粗颗粒土壤增加,浓度逐渐降低;直至径流稳定时,浓度也逐渐趋于稳定2 3。由图3可知,施用有机肥的坡面下,降雨强度增大使坡面颗粒态总磷浓度增加1 4.3 5%5 8.2 1%,泥沙有效磷浓度增加4 7.9 2%2 0 8.2 9%;施用无机肥的坡面,降雨强度增大使坡面颗粒态总磷浓度降低6.6 5%3 2.2 9%,泥沙有效磷浓度降低1 6.3 8%3 9.1 8%。出现上述现象,一方面可能是降雨强度较大时,击溅作用明显,鸡粪很快被浸润、分散,随着径流流出断面出口,所以浓度较高;另一方面可能是降雨发生时,五氧化二磷迅速溶解,土壤溶液中磷酸盐含量增大,更多地与土壤颗粒结合,使得流出断面出口的颗粒态浓度取决于径流磷浓度,从上述研究结果来看,6 0mm/h雨强下,径流磷浓度更高,故其颗粒态浓度也相对较高。施用无机肥的坡面颗粒态总磷浓度为施用有机肥的1 4 7%3 9 9%;施用无机肥的坡面泥沙有效磷浓度也高于施用有机肥的,是其2 6 3%13 7 6%。这901第5期 邱业等:模拟降雨条件下肥料类型对坡面磷素流失的影响可能是由于磷易被土壤吸附,土壤溶液中磷浓度越高,颗粒态磷浓度也就越高。在降雨发生时,施用无机肥的坡面能够释放更多的磷,使得其土壤溶液和径流中的磷浓度较高,故其颗粒态磷浓度也相对较高。图3 坡面颗粒态磷素流失特征2.3 坡面磷素流失量表3为各处理下的坡面磷素流失量。大雨导致更多的磷素流失,溶解态总磷、径流正磷酸盐、颗粒态总磷、泥沙有效磷分别多流失了3.1 4%2 0.4 8%,1 6.1 1%3 9.5 2%,2 3.0 7%1 1 3.8 3%,4.4 5%2 8 4.8 2%。施用有机有效减少了坡面磷素流失,上述4种形式的磷流失量分别减少了6 5.6 3%7 0.5 8%,8 4.1 8%8 6.8 4%,4 2.2 0%6 6.7 3%,6 9.6 2%9 1.7 5%。表3 坡面磷素流失量处理溶解态总磷/m g径流正磷酸盐/m g颗粒态总磷/m g泥沙有效磷/m g6 0有机肥3 4 6.0 62 3.8 2 b1 0 3.3 28.3 1 b2 3 4 8.1 62 3 7.6 8 c4 7 0.2 64 8.1 7 c9 0有机肥3 5 6.9 13 7.7 8 b1 4 4.1 61 3.7 7 b5 0 2 1.1 34 5 9.2 7 b1 8 0 9.6 31 6 8.5 2 b6 0无机肥1 0 0 6.7 77 5.7 0 a7 8 4.8 26 4.9 5 a7 0 5 8.0 06 8 2.6 4 a5 7 0 2.1 25 5 9.9 4 a9 0无机肥1 2 1 2.9 79 5.2 1 a9 1 1.2 67 1.3 9 a8 6 8 6.5 77 3 1.3 9 a5 9 5 5.7 15 0 2.1 7 a注:不同小写字母表示处理间差异显著(p0.0 5),甚至施用无机肥的坡面在小雨强下流失了更多的颗粒态总磷;6 0mm/h降雨强度下坡面溶解态总磷流失量均高于9 0mm/h雨强处理,且施用无机肥的坡面差异显著(p0.0 5)。因此大雨强较小雨强磷素流失量高的主要原因是其总产流量和产沙量高。自然条件下,降雨强度通常较小,甚至会发生只产流不产沙的情况3 1,磷素流失以径流溶解态形式流失,因此长历时、小雨强降雨也应密切关注。3.2 肥料类型对坡面磷素流失的影响本研究表明,施用有机肥替代无机肥可以有效减少坡面径流磷浓度,其中径流可溶性总磷浓度降低幅度达5 3.8 2%7 9.1 3%、径流正磷酸盐浓度达7 9.2 1%8 8.7 0%,与吴美玲等3 2在稻田中的研究结果相似。本研究中,施用无机肥的坡面径流正磷酸盐浓度占径流可溶性总磷浓度的3/4以上,是径流磷素流失的主要形式,施用无机肥的地区应以正磷酸盐作为水质磷含量的检测指标。施用有机肥的坡面,径流正磷酸盐浓度仅占2 9.8 6%4 0.3 9%,径流中,磷主要为可溶011 水 土 保 持 研 究 第3 0卷性小分子有机磷,进入水体会使水体需氧量(C O D)上升,引发水体有机物污染。此外,本试验中无机肥施用量参考了北京地区耕地实际施用量,推算此施肥水平会造成5 3.7 76 6.0 0k g/h m2的磷素流失。从磷素流失量来看,施用有机肥替代无机肥可以减少4 5.6 7%6 6.5 9%的坡面磷素流失。图4 等雨量下坡面磷素流失量 部分研究认为施用有机肥替代无机肥会使磷素流失量和流失浓度增加,可能原因有二。一方面,其选择畜禽粪便作为有机肥,且为鲜粪。罗春燕等研究发现,畜禽鲜粪便易流失的可溶性总磷含量可占总磷的2 0.0 0%4 4.0 0%3 3;杜会英等在淮河流域的研究也认为畜禽鲜粪便易溶性总磷平均可占全磷4 7.0 0%6 3.0 0%,最高达到9 8.0 0%3 4。因此当选择畜禽鲜粪便作为有机肥时,降雨可能导致更高的地表径流总磷浓度和流失量。而通常施用有机肥前会对有机肥进行腐熟处理3 5-3 6,以往的鲜粪研究可能更适用于畜禽养殖场粪便的磷流失情况;另一方面,部分研究虽使用商品有机肥,但其施肥方式为表施。养分存于土壤表层,坡面发生土壤侵蚀时,缺少土体支撑,随径流流出断面出口,使得施用有机肥较无机肥有着更大的磷素流失量2 2,3 7。因此在施用有机肥时,应保有一定深度。综上,有机肥替代无机肥可以减少磷素流失浓度和磷素流失量,农业生产中有条件的地区应尽量选择有机肥,并保有一定施肥深度;畜禽有机肥施用前要进行腐熟处理。4 结 论(1)降雨强度对坡面产流率和产沙率影响显著(p 0.0 5)。施用无机肥的坡面径流可溶性总磷浓度、径流正磷酸盐浓度、颗粒态总磷浓度、泥沙有效磷浓度均远高于有机肥。有机肥处理较无机肥可以减少坡面磷素流失。(3)明确大雨强下磷素流失量高的主要原因是其产流量和产沙量较大;施用无机肥坡面磷素流失量高的主要原因是其磷素浓度高。农业生产中有施用条件的地区应尽量选择有机肥,并避免表施,畜禽鲜粪便施用前要进行腐熟。参考文献:1 张福锁,王激清,张卫峰,等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径J.土壤学报,2 0 0 8,6 1(5):9 1 5-9 2 4.2 朱兆良,金继运.保障我国粮食安全的肥料问题J.植物营养与肥料学报,2 0 1 3,1 9(2):2 5 9-2 7 3.3 李慧敏,王瑞,施卫明,等.菜地土壤解磷微生物特征及其在磷形态转化调控中的作用J.土壤,2 0 2 0,5 2(4):6 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e r l o n g-t e r mf e r t i l i z a t i o nf o rs i n g l ea n dd o u b l ec r o p-p i n gs y s t e m sJ.A g r i c u l t u r e,E c o s y s t e m s&E n v i r o n-m e n t,2 0 1 8,2 5 6:1-1 1.111第5期 邱业等:模拟降雨条件下肥料类型对坡面磷素流失的影响1 0 孔文杰.油稻轮作下有机无机肥配施对作物产量及氮磷流失的影响J.作物杂志,2 0 1 3,2 9(3):6 3-6 6.1 1 袁浩凌,黄思怡,孔小亮,等.不同施肥模式对早稻季农田氮磷径流流失的影响J.农业现代化研究,2 0 2 1,4 2(4):7 7 6-7 8 4.1 2 马凡凡,邢素林,甘曼琴,等.有机肥替代化肥对水稻产量、土壤肥力及农田氮磷流失的影响J.作物杂志,2 0 1 9,3 5(5):8 9-9 6.1 3 原政,欧阳铖人,杨德海,等.不同用量有机肥替代化肥对洱海流域氮磷养分流失和烟叶产质量的影响J.江西农业学报,2 0 2 2,3 4(1):9 4-9 9.1 4 袭培栋,张鹏程,何为媛,等.模拟降雨下不同农作措施紫色土坡耕地氮磷流失特征J.中国水土保持科学,2 0 2 1,1 9(6):6 9-7 6.1 5 孙继松,雷蕾,于波,等.近1 0年北京地区极端暴雨事件的基本特征J.气象学报,2 0 1 5,7 3(4):6 0 9-6 2 3.1 6 曲芝旭,韩玉国,郭虎林,等.不同肥料类型及用量对坡面氮素流失的影响J.水土保持学报,2 0 2 1,3 5(6):1-6.1 7 李苗,王晓,庞宗强,等.沛沿河流域农田地表径流氮流失的模拟研究J.环境污染与防治,2 0 1 0,3 2(1 2):1 8-2 1.1 8 周明华,朱波,汪涛,等.紫色土坡耕地磷素流失特征及施肥方式的影响J.水利学报,2 0 1 0,4 1(1 1):1 3 7 4-1 3 8 1.1 9 陈玲,宋林旭,崔玉洁,等.模拟降雨条件下黄棕壤坡耕地磷素流失规律研究J.农业环境科学学报,2 0 1 3,3 2(1):4 9-5 5.2 0 雷胜友,唐文栋.黄土在受力和湿陷过程中微结构变化的C T扫描分析J.岩石力学与工程学报,2 0 0 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