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    不同培肥措施對(duì)紅壤坡耕地土壤有機(jī)碳流失的影響*

    2019-07-13 06:24:16范亞琳劉賢趙汪亞及彭新華
    土壤學(xué)報(bào) 2019年3期
    關(guān)鍵詞:紅壤坡耕地豬糞

    范亞琳 劉賢趙 高 磊 汪亞及 彭新華?

    (1 湖南科技大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南湘潭 411201)

    (2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所),南京 210008)

    南方紅壤丘陵區(qū)受季風(fēng)氣候的影響,加之雨季來臨前農(nóng)田翻耕導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞,水土流失嚴(yán)重,成為我國(guó)第二大水土流失區(qū)[1-2]。目前紅壤區(qū)水土流失面積60萬km2,主要發(fā)生在坡耕地[2]。水土流失加劇了土壤貧瘠,使有機(jī)碳累積更加困難。土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon, SOC)作為評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo),其在土壤中固持一方面可以減少碳排放和維持全球碳平衡[3],一方面可以改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤生產(chǎn)力[4]。土壤有機(jī)碳通常以溶解態(tài)和吸附態(tài)的形式隨徑流和泥沙遷移出土體,造成土壤肥力下降[5]。許多研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳流失以吸附態(tài)為主,肖勝生等[6]報(bào)道裸地坡面隨泥沙流失的有機(jī)碳占比為65%,而聶小東等[7]發(fā)現(xiàn)坡耕地泥沙所攜帶有機(jī)碳流失量占總有機(jī)碳流失量的84%以上,最高可達(dá)98%。有機(jī)碳富集在土壤表層,降雨誘發(fā)侵蝕時(shí)優(yōu)先搬運(yùn)了表層的細(xì)顆粒土壤,導(dǎo)致有機(jī)碳大量流失[8]。

    紅壤坡耕地有機(jī)碳的固持和流失一直備受研究者的廣泛關(guān)注,并在有機(jī)培肥和水土保持促進(jìn)坡耕地有機(jī)碳積累方面取得了一些進(jìn)展。例如,孟祥天等[9]基于不同有機(jī)物等碳量投入的定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭和秸稈不僅可以增加紅壤有機(jī)碳含量,還能顯著提高紅壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量;柳開樓等[10]報(bào)道長(zhǎng)期施用豬糞較常規(guī)施肥增加了18.8%~23.7%有機(jī)碳含量。陳敏全和王克勤[11]指出坡面林草和等高反坡階措施顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,阻控了土壤有機(jī)碳流失。研究表明,培肥是改良土壤結(jié)構(gòu)、減少水土流失、維持土壤肥力水平,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施[12]。但是,我國(guó)土壤培肥定位試驗(yàn)一般建立在平坦的地塊上,很少考慮侵蝕方面的影響,從而關(guān)于不同培肥措施對(duì)土壤侵蝕所導(dǎo)致的有機(jī)碳流失的報(bào)道較少。因此,本研究以水土流失較為嚴(yán)重的紅壤坡耕地為研究對(duì)象,基于不同培肥措施下侵蝕小區(qū)尺度水土流失量和泥沙中有機(jī)碳含量的監(jiān)測(cè),分析不同培肥措施下泥沙攜帶的有機(jī)碳流失規(guī)律,以期為紅壤坡耕地土壤培肥和水土流失阻控提供理論依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 研究區(qū)概況

    本研究依托位于江西省鷹潭市的中國(guó)科學(xué)院鷹潭紅壤生態(tài)實(shí)驗(yàn)站(28 °15 ′N,116 °55 ′E)。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū),年均氣溫17.8 ℃,年均降雨量1795 mm,但降水季節(jié)分配不均,50%的降水集中在4—6月份,而夏秋之間高溫少雨,7—9月份蒸發(fā)量接近全年的1/2,為季節(jié)性干旱期。土壤為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的典型紅壤,試驗(yàn)前土壤有機(jī)碳為7.44 g·kg-1。

    1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    侵蝕試驗(yàn)地建于2 0 11年[13],在坡度為5°~8°的坡耕地上共設(shè)有15個(gè)長(zhǎng)20 m、寬6 m的侵蝕小區(qū),共有5個(gè)處理:不施肥(CK)、單施化肥(NPK)、化肥與秸稈覆蓋(NPK+Str)、化肥與生物質(zhì)炭(NPK+BC)、化肥與豬糞培肥(NPK+OM),每個(gè)處理三個(gè)重復(fù),小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)[14]。區(qū)內(nèi)順坡壟作種植花生。4—8月份為花生生長(zhǎng)季,其他月份為農(nóng)耕休閑期,即非生長(zhǎng)季。每季N肥(尿素)、P肥(過磷酸鈣)、K肥(氯化鉀)用量分別為N 172.5 kg·hm-2、P2O590.0 kg·hm-2、K2O 180.0 kg·hm-2。同時(shí)施用硼(B)肥0.162 kg·hm-2。水稻秸稈、生物質(zhì)炭和豬糞按碳投入量2 t·hm-2計(jì)算,施用量分別為5、4和8 t·hm-2(干重)。施肥時(shí)間為每年4月初,水稻秸稈曬干后,切碎至3~5 cm長(zhǎng)度。水稻制生物質(zhì)炭由烘干水稻秸稈在反應(yīng)爐(專利號(hào):ZL200920232191.9)中400 ℃厭氧焚燒4 h制備,豬糞提前一月堆放至田間,漚肥待用?;ㄉシN前,豬糞、水稻制生物質(zhì)炭均以撒施的方式施入,翻耕混勻,基肥N、P、K和B肥撒施,然后起壟種植花生。秸稈在花生播種后4 d,以覆蓋的方式還田。

    1.3 樣品采集與數(shù)據(jù)處理

    產(chǎn)流產(chǎn)沙監(jiān)測(cè):在每一小區(qū)下端挖坑砌池(長(zhǎng)×寬×高=1.5 m×1.0 m×0.5 m),安裝翻斗式徑流儀,翻斗大小為2 L,連接事件計(jì)數(shù)器(Onset computer corporation, Bourne, USA),2015—2017年實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)徑流事件的全過程。在翻斗計(jì)下方安裝孔徑為300目的濾網(wǎng)收集泥沙,2015年按次降雨事件收集泥沙合并為每月產(chǎn)沙量,2016年和2017年均在每月月底收集當(dāng)月所產(chǎn)泥沙。降雨數(shù)據(jù)來源于中國(guó)紅壤生態(tài)試驗(yàn)站翻斗式雨量計(jì)。

    式中,V為翻斗儀的體積(2 L),N為翻動(dòng)的次數(shù),A為小區(qū)面積(120 m2)。

    式中,Mw為泥沙濕重,Md為0.5 kg泥沙干重,A為小區(qū)面積(120 m2)。

    有機(jī)碳含量的測(cè)定及流失量計(jì)算:將泥沙風(fēng)干后,過100目篩,采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定泥沙有機(jī)碳含量,進(jìn)而獲得流失有機(jī)碳總量。

    采用Excel 2016軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理,采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行單因素方差分析、多重比較(Duncan法)和相關(guān)性檢驗(yàn)。

    2 結(jié) 果

    2.1 不同培肥措施下地表徑流動(dòng)態(tài)變化

    如圖1所示,2015—2017年降雨量分別為2162、1944、1699 mm,57.1%~61.4%的降雨發(fā)生在花生生長(zhǎng)季(即4—8月份)。

    2015年全年徑流量為222~321 mm,除NPK+Str地表產(chǎn)流峰值出現(xiàn)在11月外(60.6 mm),其他培肥處理產(chǎn)流峰值均出現(xiàn)在6月份(122~177 mm),NPK+Str花生生長(zhǎng)季產(chǎn)流86.3 mm,僅占全年產(chǎn)流的38.9%,其他培肥措施花生生長(zhǎng)季產(chǎn)流均在66%以上。

    2016年全年徑流量196~306 mm,CK處理下徑流峰值出現(xiàn)在11月(79.7 mm),NPK、NPK+Str和NPK+OM徑流峰值均出現(xiàn)在5月份,分別為53.6、52.1和96.3 mm,NPK+BC峰值出現(xiàn)在6月份(77.8 mm),花生生長(zhǎng)季地表產(chǎn)流占全年徑流量的60%~88%。

    2017年全年徑流量為140~255 mm,地表徑流峰值均出現(xiàn)在6月份(60.4~130.4 mm),花生生長(zhǎng)季產(chǎn)流量占全年的66%~96%。地表產(chǎn)流除了與降水量和雨強(qiáng)有關(guān)外,同時(shí)還受當(dāng)?shù)禺a(chǎn)流機(jī)制的影響,紅壤區(qū)雨季多以蓄滿產(chǎn)流為主,旱季則以超滲產(chǎn)流為主。

    由表1可知,3年平均地表產(chǎn)流由高到低依次為:NPK+BC(297.1 mm)、CK(265.2 mm)、NPK(242.9 mm)、NPK+OM(217.0 mm)、NPK+Str(188.8 mm)。除NPK+Str處理外,約有69%~83%的地表徑流產(chǎn)生于花生生長(zhǎng)季。2015年產(chǎn)流系數(shù)為10.3%~14.8%,CK處理下花生生長(zhǎng)季徑流系數(shù)為20.3%,為NPK+Str處理的3倍。2016年和2017年分別有10.1%~17.4%、8.2%~15.0%的降雨轉(zhuǎn)化為地表徑流,花生生長(zhǎng)季均以NPK+BC徑流系數(shù)最高(21.5%、18.9%),NPK+Str徑流系數(shù)最低(10.9%、8.9%)。

    圖1 2015—2017年不同培肥措施下降雨和徑流的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamic of rainfall and runoff during the period of 2015—2017 relative to soil fertility building practice

    2.2 不同培肥措施下土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)變化

    圖2 所示為2015—2017年不同培肥措施下土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)變化,2015年全年土壤侵蝕量為291~3644 t·km-2,CK、NPK和NPK+OM處理下侵蝕峰值出現(xiàn)在5月份(1 445、1 467、871 t·km-2),NPK+BC侵蝕峰值出現(xiàn)在6月份(1 126 t·km-2),NPK+Str侵蝕峰值則出現(xiàn)在10月份(110 t·km-2),各培肥處理在1月、2月、7月和12月均未觀測(cè)到土壤侵蝕,生長(zhǎng)季侵蝕量占全年侵蝕量的38.1%~86.2%。

    2016年土壤侵蝕動(dòng)態(tài)與2015年相似,全年侵蝕量為258~4 131 t·km-2,侵蝕峰值均出現(xiàn)在5月份(115~1 427 t·km-2),花生生長(zhǎng)季侵蝕量占全年侵蝕量的94%以上。

    表1 2015—2017年不同培肥措施下地表產(chǎn)流狀況Table 1 Generation of surface runoff during the period of 2015—2017 relative to soil fertility building practice

    圖2 2015—2017年不同施肥措施下侵蝕量的動(dòng)態(tài)變化Fig. 2 Dynamic of soil erosion during the period of 2015—2017 relative to soil fertility building practice

    2017年全年侵蝕量為448~5 235 t·km-2,除NPK+BC侵蝕峰值出現(xiàn)在6月外(1 895 t·km-2),其他培肥措施的侵蝕峰值均出現(xiàn)在8月份(1 610、1 344、295和544 t·km-2),花生生長(zhǎng)季土壤侵蝕量占全年侵蝕量的77%~89%。

    不同培肥處理下,土壤侵蝕以C K、NPK+BC、NPK最多,再次為NPK+OM,最后為NPK+Str,有70%~90%的侵蝕發(fā)生在花生生長(zhǎng)季。2015年和2016年土壤侵蝕動(dòng)態(tài)主要受降雨和地表產(chǎn)流的影響,2017年土壤侵蝕除與降雨和徑流存在一定的響應(yīng)關(guān)系外,還受降雨強(qiáng)度的影響,8月降雨強(qiáng)度為3.42 mm·h-1,對(duì)土壤侵蝕峰值影響明顯。由表2可知,CK處理下,2015-2017年的年均土壤侵蝕模數(shù)為3 995 t·km-2·a-1,相當(dāng)于每年有3.20 mm表層土壤流失,且主要發(fā)生在花生生長(zhǎng)季(84.5%)。NPK處理下土壤流失量為3 745 t·km-2·a-1,NPK+BC處理與之基本持平(3 931 t·km-2·a-1),但是NPK+Str和NPK+OM均極顯著減少了土壤侵蝕(P< 0.001),分別為332和1 455 t·km-2·a-1。

    表2 2015—2017年不同培肥措施下土壤侵蝕狀況Table 2 Soil erosion in the peanut field during the period of 2015—2017 relative to soil fertility building practice

    2.3 不同培肥措施下有機(jī)碳流失動(dòng)態(tài)

    圖3為不同培肥措施下泥沙有機(jī)碳含量的變化狀況,與土壤侵蝕量的動(dòng)態(tài)變化不同,有機(jī)碳含量并無明顯的季節(jié)變化。2015—2017年泥沙有機(jī)碳含量總體以NPK+OM 最高,順次為NPK+BC,再次為NPK+Str 和NPK ,最后為CK。與NPK相比,NPK+Str、NPK+BC和NPK+OM均顯著提高了有機(jī)碳含量(P< 0.05),分別增加6.2、7.1、10.2 g·kg-1。

    2015年CK處理下泥沙有機(jī)碳平均含量為8.6 g·kg-1,與CK相比,NPK、NPK+Str、NPK+BC和NPK+OM培肥處理分別增加了1.3、3.4、6.9、12.0 g·kg-1有機(jī)碳。各培肥處理并無明顯峰值。

    相較2015年,2016年CK處理下泥沙有機(jī)碳平均含量降低2.2 g·kg-1,但與NPK相比,NPK+Str、NPK+BC和NPK+OM三種有機(jī)培肥處理有機(jī)碳分別增加3.3、3.8、5.3 g·kg-1。

    2017年CK處理下泥沙有機(jī)碳平均含量為6.8 g·kg-1,與NPK相比,NPK+Str、NPK+BC和NPK+OM有機(jī)培肥處理有機(jī)碳分別增加10.3、11.6、13.2 g·kg-1。CK和NPK+OM有機(jī)碳峰值均出現(xiàn)在4月(10.9和41.0 g·kg-1),NPK和NPK+BC有機(jī)碳峰值出現(xiàn)在12月(14.1和30.3 g·kg-1),NPK+Str有機(jī)碳峰值出現(xiàn)在8月(36.1 g·kg-1)。

    從2015—2017年際間變化來看,以2017年泥沙有機(jī)碳含量差異最大,不同處理間泥沙有機(jī)碳含量相差25.1 g·kg-1,NPK+Str處理下泥沙有機(jī)碳含量顯著高于其他處理(P< 0.05),2015年NPK+OM處理下泥沙有機(jī)碳含量顯著高于其他處理(P<0.05),2016年泥沙有機(jī)碳含量則以NPK+Str最高,與NPK+BC和NPK+OM處理間差異不顯著(P>0.05)。

    如圖4所示,2015—2017年不同培肥措施下,泥沙攜帶有機(jī)碳流失總量由高到低依次為NPK+BC(33.2~78.8 t·km-2)、NPK(21.4~34.8 t·km-2)、CK(23.7~29.0 t·km-2)、NPK+OM(10.6~23.4 t·km-2)、NPK+Str(2.5~10.2 t·km-2)。泥沙攜帶有機(jī)碳流失總量受侵蝕量的影響,表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化,花生生長(zhǎng)季泥沙攜帶有機(jī)碳流失總量在4.0~44.6 t·km-2之間,占全年流失總量的78%以上。從年際變化來看,除 NPK+Str外,2015年其他培肥處理下的有機(jī)碳流失主要發(fā)生在花生生長(zhǎng)季,占全年流失總量的比重分別為80.2%、79.8%、79.9%、76.5%,而2016、2017年各處理下泥沙有機(jī)碳流失均發(fā)生在花生生長(zhǎng)季,占比分別為94.0%~95.6%、79.4~89.9%。通過相關(guān)分析可知,CK、NPK、NPK+BC和NPK+OM處理下泥沙有機(jī)碳流失總量與降雨量、降雨強(qiáng)度和徑流量均呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01),NPK+Str培肥措施下泥沙有機(jī)碳流失總量除與降雨強(qiáng)度顯著相關(guān)外(P< 0.05),與降雨量和地表徑流量相關(guān)性均不顯著(P> 0.05)(表3)。

    圖3 2015—2017年不同培肥措施下泥沙有機(jī)碳含量Fig. 3 Content of SOC in sediment during the period of 2015—2017 relative to soil fertility building practice

    圖4 2015—2017年不同施肥措施下泥沙有機(jī)碳流失總量Fig. 4 Total SOC loss in sediment during the period of 2015—2017 relativeto soil fertility building practice

    表3 泥沙有機(jī)碳流失總量影響因素相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis of influencing factors of total SOC loss in sediments

    3 討 論

    3.1 培肥措施對(duì)土壤侵蝕的影響

    本研究表明,紅壤坡耕地降雨主要發(fā)生花生生長(zhǎng)季,降雨與徑流、侵蝕之間均存在一定的響應(yīng)關(guān)系。常規(guī)施肥條件下,紅壤坡耕地平均土壤侵蝕模數(shù)為3 745 t·km-2·a-1(表2),是紅壤區(qū)土壤容許流失量的7倍以上,侵蝕模數(shù)僅低于湘中贛中丘陵區(qū)和贛南閩西南低山區(qū),與湘西中低山黃壤區(qū)基本持平,在土壤潛在危險(xiǎn)性分級(jí)中為危險(xiǎn)型[15],說明常規(guī)施肥條件下紅壤坡耕地防治土壤侵蝕面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

    與常規(guī)施肥相比,秸稈覆蓋和豬糞培肥土壤侵蝕模數(shù)分別降低了91%和61%,顯著地阻控了土壤侵蝕(P< 0.05)(圖2、表2)。施用秸稈覆蓋減少了地表產(chǎn)流(圖1、表1),主要是因?yàn)榻斩捀采w不僅能夠改善下墊面狀況,增加地表入滲,滯后坡面產(chǎn)流時(shí)間,還能有效削弱雨滴濺蝕,減緩?fù)寥澜Y(jié)皮的形成,此外秸稈覆蓋可以有效攔蓄土壤顆粒隨徑流遷移,減少土壤侵蝕量[16]。豬糞培肥改善土壤侵蝕僅次于秸稈覆蓋,主要是因?yàn)樨i糞培肥能夠顯著增加花生生物量(P< 0.05)[17],地上生物量增多有利于地表植被截留降雨,降低雨滴動(dòng)能,進(jìn)而減緩徑流對(duì)地表的沖刷,同時(shí)地下生物量的增加和植物根系在土體中的生長(zhǎng),在一定程度上提高了土壤抗濺蝕的能力,起到了抑制地表侵蝕的作用[18]。另有研究表明,豬糞培肥能夠顯著提高土壤有機(jī)碳和團(tuán)聚體水穩(wěn)定性,改善土壤結(jié)構(gòu),有利于減少地表產(chǎn)流[13]。相關(guān)研究表明,生物質(zhì)炭豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán),使其具有一定的持水性[19],施用生物質(zhì)炭可以增加主導(dǎo)產(chǎn)流作用的有效孔隙度,提高土壤飽和導(dǎo)水率,有利于削減地表徑流,減少土壤侵蝕[20]。但本研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照處理相比,添加水稻生物質(zhì)炭并沒有起到減少徑流和抑制土壤侵蝕的作用,這與吳昱[21]、魏永霞[22]等的研究不符,除與秸稈生物質(zhì)炭本身質(zhì)量輕、顆粒小、團(tuán)聚能力弱等物理性質(zhì)有關(guān)外,還可能受紅壤坡耕地降雨特征和地形的影響,使土體中水稻生物質(zhì)炭極易隨地表徑流和侵蝕土壤損失[17]。在本研究中,泥沙有機(jī)碳以施肥加生物質(zhì)炭處理流失最多,進(jìn)一步佐證了大量生物質(zhì)炭極易流失,說明水稻生物質(zhì)炭并不適宜作為水土流失的阻控措施在紅壤坡耕地實(shí)施。

    3.2 培肥措施對(duì)土壤有機(jī)碳流失的影響

    不同培肥措施下泥沙有機(jī)碳含量存在差異,有機(jī)碳含量以豬糞培肥處理最高,再次為秸稈覆蓋和水稻生物質(zhì)炭處理(圖3),但有機(jī)碳流失總量以水稻生物質(zhì)炭流失最多,豬糞培肥和秸稈覆蓋處理下有機(jī)碳流失總量均低于對(duì)照和常規(guī)施肥處理(圖4),說明施用豬糞培肥和秸稈覆蓋不僅可以增加土體中有機(jī)碳含量,同時(shí)相較其他培肥處理,還可以有效減少有機(jī)碳隨侵蝕土壤流失。已有研究表明,坡面侵蝕過程中,由于土壤有機(jī)碳的選擇性遷移,有機(jī)碳在泥沙中存在明顯富集現(xiàn)象[6,23],降雨特征和土壤侵蝕量是決定侵蝕過程中有機(jī)碳流失量關(guān)鍵因子[7,24],這與本文研究結(jié)果相一致(表3)。

    泥沙中有機(jī)碳含量以豬糞培肥最高,這主要是因?yàn)樨i糞本身富含有機(jī)碳,施入后能夠顯著增加土壤團(tuán)聚體含量,增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[25],但由于紅壤坡耕地降雨主要發(fā)生在花生生長(zhǎng)季,暴雨集中出現(xiàn)在花生出苗期、苗期和開花下針期(4-6月份),該時(shí)段花生地上部分生長(zhǎng)緩慢,葉面積指數(shù)較低[16],未能有效攔截降雨,導(dǎo)致豬糞培肥處理下泥沙有機(jī)碳含量偏高;而在花生生長(zhǎng)季后期,花生地上冠層生長(zhǎng)旺盛,滯留降雨作用凸顯,減少了雨滴對(duì)地面的侵蝕,地下根系的生長(zhǎng)在一定程度上增加了地表入滲,減少了地表徑流。總體而言,施用豬糞培肥,增加了流失土壤的有機(jī)碳含量,但由于其地上冠層的滯流作用、地下根系對(duì)徑流的入滲作用以及豬糞促進(jìn)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性多種作用疊加,使豬糞培肥下泥沙有機(jī)碳流失總量低于對(duì)照和常規(guī)施肥處理,有效抑制了土壤中有機(jī)碳隨侵蝕遷移出土體。秸稈還田是促進(jìn)團(tuán)聚體形成和增加表層土壤有機(jī)碳的重要措施[9],本研究中,秸稈覆蓋處理下有機(jī)碳含量高于常規(guī)施肥處理,但徑流系數(shù)遠(yuǎn)低于其他培肥措施(圖3,表1),雖然秸稈覆蓋處理下泥沙細(xì)顆粒富含有機(jī)碳,但由于流失泥沙量最少(圖2,表2),因而有機(jī)碳流失總量低(圖4)。水稻生物質(zhì)炭雖然也在一定程度上增加了流失土壤的有機(jī)碳含量,但水稻生物質(zhì)炭質(zhì)量輕、顆粒小,在南方強(qiáng)降雨條件下,地表徑流又以蓄滿產(chǎn)流為主[26],使生物質(zhì)炭極易被帶出土體。因此,生物炭處理下土壤侵蝕量大(圖2,表2),有機(jī)碳總流失量大(圖4)。

    總之,紅壤坡耕地主要以水力侵蝕為主,在降雨和徑流的共同作用下,土體遭受侵蝕,養(yǎng)分在泥沙中富集,土壤侵蝕一方面破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,另一方面流失泥沙攜帶養(yǎng)分遷移進(jìn)入水體,導(dǎo)致原坡面養(yǎng)分流失,土壤肥力下降,造成受納水體富營(yíng)養(yǎng)化,形成非點(diǎn)源污染[27]。本研究表明,秸稈覆蓋和豬糞培肥在阻控紅壤坡耕地水土流失、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、保持土壤肥力方面效果顯著。秸稈覆蓋能夠極大地改善下墊面狀況,降低地表徑流對(duì)土壤的侵蝕,同時(shí)由于秸稈能夠在水熱條件下快速分解并釋放養(yǎng)分,促進(jìn)作物生長(zhǎng)[28]。本研究水稻秸稈覆蓋效果最好,但是從稻田到旱地的秸稈運(yùn)輸成本高。紅壤旱地一般種植經(jīng)濟(jì)作物,就地取材的秸稈資源貧乏,秸稈覆蓋措施難以大范圍推廣。調(diào)查發(fā)現(xiàn),紅壤地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá),豬糞資源豐富[17],豬糞不僅能夠有效增加土壤養(yǎng)分,還能增加水穩(wěn)性大團(tuán)聚體數(shù)量、提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性,有效改良土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)作物地上部分生長(zhǎng),在雨季后期截留降雨,阻控水土流失效果明顯。因此,施用豬糞是紅壤坡耕地培肥土壤和阻控水土流失有效且適宜的措施。

    4 結(jié) 論

    紅壤坡耕地降雨主要發(fā)生花生生長(zhǎng)季,降雨與徑流、侵蝕之間均存在一定的響應(yīng)關(guān)系。秸稈覆蓋和豬糞培肥減流減沙效果明顯優(yōu)于單施化肥和添加水稻生物質(zhì)炭,能夠改善紅壤坡耕地土壤侵蝕狀況。泥沙有機(jī)碳含量以施肥加豬糞培肥最高,有機(jī)碳流失總量以施肥加水稻生物質(zhì)炭最高,常規(guī)施肥和不施肥次之,再次為施肥加豬糞培肥,以施肥加秸稈覆蓋措施下流失最少,且泥沙有機(jī)碳流失主要發(fā)生在花生生長(zhǎng)季。秸稈和豬糞作為高含碳量物質(zhì),分別以覆蓋和施入土體的形式作用于紅壤坡耕地,有效抑制了泥沙攜帶土壤有機(jī)碳流失,在防治紅壤坡耕地土壤侵蝕,減少土壤養(yǎng)分流失方面作用顯著。水稻生物質(zhì)炭受當(dāng)?shù)刈匀惶卣骱妥陨碣|(zhì)地的影響,極易隨地表徑流和侵蝕土壤大量流失,在紅壤區(qū)水土保持方面并無顯著作用。

    致 謝感謝中國(guó)科學(xué)院鷹潭紅壤生態(tài)實(shí)驗(yàn)站提供降雨數(shù)據(jù)。

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