程鵬，廖超林，肖其亮，彭華，簡(jiǎn)燕，胥愛(ài)平，朱堅(jiān)*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/洞庭湖農(nóng)業(yè)面源污染防治技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410125；3.湖南省南縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 南縣 413200）

坡耕地是我國(guó)重要的耕地類(lèi)型，其中南方紅壤坡耕地面積約289 萬(wàn)hm，占紅壤耕地面積的11.5%。紅壤坡耕地因具有水資源優(yōu)越、土地再生能力強(qiáng)等特點(diǎn)成為我國(guó)重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地。然而密集的人類(lèi)活動(dòng)、長(zhǎng)期不合理的生產(chǎn)方式，極易導(dǎo)致坡耕地水土及氮磷養(yǎng)分的流失，使土壤生產(chǎn)力下降，嚴(yán)重制約了紅壤丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，氮磷養(yǎng)分的流失也成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要來(lái)源，據(jù)統(tǒng)計(jì)紅壤坡耕地的土壤流失量占紅壤區(qū)水土流失總量的40%，由此可見(jiàn)，減少南方紅壤坡耕地的水土及氮磷養(yǎng)分流失成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展中亟待解決的重要問(wèn)題。

研究發(fā)現(xiàn)，不同強(qiáng)度等級(jí)的降雨是造成地表徑流、泥沙及養(yǎng)分流失的關(guān)鍵因素。在南方紅壤坡耕地，強(qiáng)降雨和正常降雨貢獻(xiàn)了68%～89%的總徑流深度和94%～98%的總土壤流失。降雨強(qiáng)度對(duì)徑流產(chǎn)生起主導(dǎo)作用，徑流累積是影響土壤流失的主要因素。改變起壟方式、增加覆蓋措施等對(duì)增加水土保持、降低氮磷養(yǎng)分流失具有一定效果，在實(shí)行輪作的坡耕地，橫坡壟作在降雨前期或強(qiáng)降雨時(shí)期對(duì)減少?gòu)搅骱屯寥懒魇У男Ч顬轱@著。與裸坡地相比，橫坡壟作年徑流深度平均減少62.0%，年土壤流失量平均減少86.3%。秸稈覆蓋可減緩雨水對(duì)表層土壤的沖擊、增加雨水入滲，從而減少地表徑流及徑流中泥沙含量，進(jìn)而降低土壤養(yǎng)分流失。然而，相關(guān)研究結(jié)果表明，單一的措施不足以解決坡耕地氮磷的流失。因此，本研究通過(guò)設(shè)置野外徑流小區(qū)試驗(yàn)，連續(xù)監(jiān)測(cè)油菜-玉米輪作模式下地表徑流產(chǎn)流特征和各次徑流不同氮磷形態(tài)的濃度變化特征，并結(jié)合4 種不同耕作處理下的紅壤坡耕地氮磷流失規(guī)律，探討紅壤坡耕地氮磷養(yǎng)分流失對(duì)橫坡壟作和秸稈覆蓋的響應(yīng)，以期為控制紅壤坡耕地養(yǎng)分流失提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)（2014 年至今），試驗(yàn)區(qū)為湖南省長(zhǎng)沙縣高橋鎮(zhèn)（113°35'E，28°48'N），屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。全年平均降雨量1 500 mm，多年平均氣溫為17 ℃，無(wú)霜期270～310 d。供試土壤類(lèi)型為第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的紅壤，供試0～20 cm 耕層土壤理化性質(zhì)：pH 4.45，土壤有機(jī)質(zhì)含量23.04 g·kg，全氮含量1.34 g·kg，全磷含量0.68 g·kg，全鉀含量16.60 g·kg，有效磷含量56.47 mg·kg，速效鉀含量205.26 mg·kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

本試驗(yàn)地坡度為14°，設(shè)4 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共計(jì)12 個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積30 m，內(nèi)徑長(zhǎng)10 m、寬3 m；每個(gè)小區(qū)設(shè)置1 個(gè)3 m×1 m×1 m 徑流池用以收集小區(qū)徑流液。試驗(yàn)小區(qū)采用磚混結(jié)構(gòu)澆砌而成，小區(qū)間用水泥漿砌磚間隔0.2 m，砌磚上部高出地面0.3 m，下部深埋地下0.3 m。徑流小區(qū)布置PVC管接收徑流液排入徑流池。試驗(yàn)種植模式采用“油菜-玉米兩熟”制，均為當(dāng)?shù)仄毡檫m應(yīng)栽種的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種。種植時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地種植記錄Table 1 Experimental planting records

肥料采用單質(zhì)肥料，氮肥為尿素（46% N），磷肥為過(guò)磷酸鈣（16% PO），鉀肥為氯化鉀（60% KO）。油菜季氮肥分基肥和追肥兩次施用（基肥占60%），磷肥、鉀肥作基肥，采用與表土混施的方法一次性撒入，兩年基肥施用時(shí)間分別為2018 年10 月18 日和2019年10月18日，追肥在基肥施入半個(gè)月后施用，于小雨前后撒施。玉米季肥料分兩次施入，第一次于玉米移栽時(shí)各處理施入2.02 kg 尿素，其余肥料分別于2019年5 月18 日和2020 年5 月30 日一次性施入。灌溉采用滴灌方式，病蟲(chóng)害管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。不同試驗(yàn)處理如表2所示。

表2 不同處理施肥與秸稈覆蓋量（kg·hm-2）Table 2 Fertilization and straw returning amount under different treatments（kg·hm-2）

在觀測(cè)期內(nèi)，每逢降雨產(chǎn)流后立即進(jìn)行樣品采集。每次采樣前，先用卷尺在徑流池測(cè)定各個(gè)徑流小區(qū)地表徑流的水位，用以計(jì)算各小區(qū)地表徑流流量。測(cè)定完畢后將徑流池中的水樣充分?jǐn)嚢?，采集水樣保存?50 mL 聚乙烯塑料瓶中，并放置于冰箱冷凍保存。測(cè)定時(shí)采用分測(cè)取樣，每個(gè)指標(biāo)取10 mL 樣品過(guò)0.45 μm 濾膜進(jìn)行抽濾，其濾液用于測(cè)定總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和正磷酸根鹽。在每季作物成熟期，采用五點(diǎn)取樣法采取不同小區(qū)表層土（0～20 cm）大于500 g，一部分鮮樣用于測(cè)定土樣中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和土壤水分系數(shù)；另一部分土樣自然風(fēng)干后測(cè)定其有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和pH等指標(biāo)含量。本試驗(yàn)過(guò)程共采集土樣2 次，第一次是油菜收獲后采樣，第二次是玉米收獲后采樣。降雨量數(shù)據(jù)從試驗(yàn)站人工氣象降雨觀測(cè)平臺(tái)獲取，觀測(cè)儀器為虹吸式雨量計(jì)。

1.3 分析和測(cè)定方法

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 26.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各處理間的差異顯著性采用Duncan 法（＜0.05）進(jìn)行分析；數(shù)據(jù)基礎(chǔ)處理和做圖分別采用Excel 2016 和Origin 2019進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然降雨對(duì)不同處理地表徑流產(chǎn)流量的影響

圖1為觀測(cè)期內(nèi)自然降雨下的地表徑流產(chǎn)流量，觀測(cè)期內(nèi)共產(chǎn)生降雨53 次，并非所有處理在每次降雨都會(huì)產(chǎn)生地表徑流，在53 次降雨中，CK、T1、T2、T3分別產(chǎn)生了16、15、15、16 次地表徑流。2019 年降雨量為1 339.2 mm，降雨主要集中在5 月份，降雨量峰值出現(xiàn)在5 月2 日，達(dá)到141.5 mm，不同處理的地表產(chǎn)流量大小順序?yàn)镃K＞T3＞T1＞T2，其中，T2 較CK、T3、T1 處理分別降低了85.02%、67.56%、35.80%，地表徑流流失量變化趨勢(shì)與降雨量變化大體一致。2020 年降雨量為1 109.7 mm，降雨主要集中在5—6月和8—9 月，峰值出現(xiàn)在5 月18 日，為57 mm，不同處理間地表徑流產(chǎn)流量規(guī)律與2019 年有所差異，地表徑流流失量在8月14日達(dá)到了峰值，與降雨量變化不一致，這是由于土壤處于休閑期，土壤翻耕等農(nóng)作活動(dòng)往往集中于這個(gè)時(shí)期，土壤處于松散狀態(tài)，易引起水土流失。T2處理產(chǎn)流量最小，較CK、T3、T1處理分別降低了70.22%、54.90%、21.23%。T2 處理對(duì)降低坡耕地徑流量效果最優(yōu)。

圖1 自然降雨條件下不同耕作處理紅壤坡耕地地表徑流量Figure 1 Surface runoff of sloping farmland of red soil under different tillages under natural rainfall

2.2 不同處理對(duì)紅壤坡耕地地表徑流氮磷流失的影響

2.2.1 不同處理對(duì)紅壤坡耕地地表徑流總氮流失的影響從圖2（a）中可以看出，2019年4個(gè)處理總氮的濃度峰值在6 月10 日，表現(xiàn)為T(mén)2＞T1＞T3＞CK，而在其他時(shí)間，4 個(gè)處理表現(xiàn)為T(mén)3＞CK＞T1＞T2。各處理地表徑流中總氮平均流失濃度大小順序?yàn)門(mén)2（4.62 mg·L）＜T1（4.74 mg·L）＜CK（5.28 mg·L）＜T3（6.04 mg·L）；T3 處理的總氮流失濃度變化范圍最大，為3.37～9.55 mg·L，T2 處理的變化范圍最小，為0～4.25 mg·L。在圖2（b）中，CK、T1、T2和T3處理的總氮流失通量大小分別為13.29、2.67、1.44 kg·hm·a和5.89 kg·hm·a，不同處理間總氮流失通量表現(xiàn)為T(mén)2＜T1＜T3＜CK，CK 處理流失通量顯著高于其他處理（＜0.05）。在2020 年，各處理在1 月和6 月出現(xiàn)兩次峰值。第一次峰值出現(xiàn)于1月9日，其中CK處理總氮流失濃度達(dá)到全年最高（6.47 mg·L），其他處理較CK處理流失濃度較低；在6 月28 日，各處理在不同次降雨中出現(xiàn)第2 次峰值，其中T3 處理的峰值最大，為5.21 mg·L；從濃度均值來(lái)看，CK 處理總氮流失濃度均值最大，為3.84 mg·L，T2 處理最小，為1.98 mg·L。從流失通量看，CK、T1、T2和T3處理的總氮流失通量分別為19.72、4.78、3.06 kg·hm·a和10.01 kg·hm·a，不同處理間總氮流失通量表現(xiàn)為T(mén)2＜T1＜T3＜CK，CK處理顯著高于其他處理，T3處理顯著高于T1和T2處理（＜0.05）。觀測(cè)期內(nèi)不同處理總氮平均流失濃度表現(xiàn)為T(mén)2（3.30 mg·L）＜T1（3.77 mg·L）＜CK（4.56 mg·L）＜T3（4.59 mg·L）；CK、T1、T2 和T3處理的總氮流失通量分別為16.51、3.73、2.25 kg·hm·a和7.95 kg·hm·a，不同處理間總氮流失通量表現(xiàn)為T(mén)2＜T1＜T3＜CK。橫坡壟作+秸稈覆蓋對(duì)減少地表徑流總氮濃度和流失通量效果最好。

圖2 地表徑流總氮流失濃度變化情況及流失通量特征Figure 2 Changes of TN loss concentration in surface runoff and total flux

2.2.2 不同處理對(duì)紅壤坡耕地地表徑流硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失的影響

如圖3（a）所示，2019 年各處理地表徑流硝態(tài)氮流失濃度與總氮濃度相似，在6 月份較高。各處理在6 月10 日出現(xiàn)峰值，其中CK 處理最低，為5.74 mg·L，其他處理的硝態(tài)氮流失濃度均較高，變化范圍為7.22～8.77 mg·L；各處理地表徑流硝態(tài)氮平均流失濃度大小順序?yàn)镃K（3.17 mg·L）＞T1（2.87 mg·L）＞T3（2.64 mg·L）＞T2（2.60 mg·L）。2020 年各處理在6月1日和6月28日出現(xiàn)了兩次峰值。在6月1日，T2處理的硝態(tài)氮流失濃度最低，為1.40 mg·L，CK、T1和T3 處理分別是T2 處理的2.97、2.45 倍和2.77 倍。不同處理地表徑流硝態(tài)氮平均流失濃度大小順序?yàn)镃K（2.67 mg·L）＞T1（2.36 mg·L）＞T3（2.04 mg·L）＞T2（1.32 mg·L）。觀測(cè)期內(nèi)不同處理硝態(tài)氮平均濃度呈現(xiàn)為T(mén)2（1.96 mg·L）＜T3（2.34 mg·L）＜T1（2.62 mg·L）＜CK（2.92 mg·L）。橫坡壟作+秸稈覆蓋處理可有效降低地表徑流硝態(tài)氮濃度。

由圖3（b）可知，2019 年5 月2 日各處理地表徑流銨態(tài)氮流失濃度達(dá)到峰值，其中CK處理濃度最大，為4.86 mg·L，分別是T1、T2 和T3 處理的2.10、7.25 倍和1.26 倍；從平均濃度來(lái)看，T2 處理也遠(yuǎn)低于其他處理，各處理平均濃度大小順序?yàn)镃K（1.45 mg·L）＞T3（1.01 mg·L）＞T1（0.67 mg·L）＞T2（0.28 mg·L）。2020年各處理地表徑流銨態(tài)氮流失濃度與2019年有較大差異，各處理平均濃度大小順序?yàn)镃K（0.56 mg·L）＞T3（0.30 mg·L）＞T1（0.29 mg·L）＞T2（0.27 mg·L）。兩年間不同處理銨態(tài)氮濃度均值大小順序?yàn)門(mén)2（0.28 mg·L）＜T1（0.48 mg·L）＜T3（0.66 mg·L）＜CK（1.01 mg·L）。T2處理地表徑流銨態(tài)氮濃度最低。

圖3 地表徑流硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失濃度變化情況Figure 3 Changes of and loss concentration in surface runoff

從圖4可以看出，2019—2020年不同處理硝態(tài)氮占總氮的百分比變化范圍為56.73%～73.89%，銨態(tài)氮占總氮的百分比變化范圍為10.28%～25.85%；從兩年均值來(lái)看，不同處理硝態(tài)氮占總氮比例大小順序?yàn)門(mén)3（67.34%）＞T1（65.31%）CK＞（63.74%）＞T2（63.44%）；銨態(tài)氮占總氮比例大小順序?yàn)镃K（20.29%）＞T3（15.02%）＞T1（14.70%）＞T2（12.59%）；T2處理硝態(tài)氮、銨態(tài)氮占總氮比例均為最低，不同處理間差異較小。

圖4 地表徑流不同形態(tài)氮占總氮百分比Figure 4 Percentage of different forms of N in TN in surface runoff

2.2.3 不同處理對(duì)紅壤坡耕地地表徑流總磷流失的影響

由圖5（a）可知，2019 年各處理的總磷流失濃度共出現(xiàn)兩次峰值，第一次峰值出現(xiàn)在5 月2 日，其中T3 處理總磷流失濃度最大，為0.61 mg·L；第二次峰值出現(xiàn)在8 月16 日，其中T1 處理流失濃度最大，為0.52 mg·L，T2 處理和T3 處理較T1 處理分別降低了30.77%和7.69%；各處理流失濃度均值大小順序?yàn)門(mén)3（0.37 mg·L）＞T2（0.33 mg·L）＞T1（0.30 mg·L）＞CK（0.29 mg·L）；由圖5（b）可知，不同處理地表總磷流失通量大小呈現(xiàn)出CK＞T3＞T1＞T2，CK 處理顯著高于其他處理（＜0.05）。2020 年各處理流失濃度峰值除T3處理外均出現(xiàn)于6月28日，CK、T1、T3處理流失濃度較為接近，分別為0.367、0.379、0.378 mg·L，T2處理較CK、T1、T3 處理分別降低了38.69%、40.63%和40.74%；各處理流失濃度均值大小順序?yàn)門(mén)3（0.245 mg·L）＞CK（0.221 mg·L）＞T1（0.216 mg·L）＞T2（0.150 mg·L）。不同處理地表總磷流失通量大小順序?yàn)镃K＞T3＞T1＞T2，CK 總磷流失通量最大，為1.001 kg·hm·a，T2處理的流失通量顯著低于CK和T3（0.05）。在觀測(cè)期內(nèi)，T2 處理相比于其他處理地表徑流總磷流失通量最低，降低了36.84%～79.66%。

圖5 地表徑流總磷流失濃度變化情況及流失通量特征Figure 5 Changes of TP loss concentration and flux characteristics in surface runoff

2.2.4 不同處理對(duì)紅壤坡耕地地表徑流正磷酸鹽流失的影響

如圖6 所示，2019 年正磷酸鹽出現(xiàn)了兩次峰值，第一次在5 月2 日，T3 處理達(dá)到全年最高，為0.53 mg·L，在6 月24 日各處理除T3 外出現(xiàn)第二次峰值，T1 處理的流失濃度最高，為0.34 mg·L，CK 處理最低，為0.23 mg·L；各處理地表徑流正磷酸鹽平均流失濃度大小順序?yàn)門(mén)3（0.27 mg·L）＞T2（0.19 mg·L）＞T1（0.18 mg·L）＞CK（0.17 mg·L）。2020 年各處理正磷酸鹽流失濃度一共出現(xiàn)了3 次峰值，T2 處理均低于其他處理，各處理正磷酸鹽平均流失濃度大小順序 為T(mén)3（0.130 mg·L）＞T1（0.114 mg·L）＞CK（0.113 mg·L）＞T2（0.070 mg·L）。從兩年均值來(lái)看，不同處理正磷酸鹽平均流失濃度均值為T(mén)1（0.26 mg·L）＞T3（0.20 mg·L）＞CK（0.14 mg·L）＞T2（0.13 mg·L）。

圖6 地表徑流正磷酸鹽流失濃度變化情況Figure 6 Changes of surface runoff concentration

2.3 不同處理對(duì)紅壤坡耕地地表徑流氮磷流失量的影響

如表3所示，通過(guò)連續(xù)2 a的觀察，橫坡組T1、T2處理地表徑流總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和正磷酸鹽流失總量均顯著低于CK（＜0.05），T3處理對(duì)地表徑流養(yǎng)分流失有一定的截留作用，但效果不及T1、T2處理。與CK相比，T1、T2和T3處理地表徑流總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和正磷酸鹽流失通量在油菜季分別平均降低了70.54%～94.64%、73.17%～93.90%、78.57%～92.86%、47.92%～85.42%和44.00%～84.00%，在玉米季分別平均降低了46.22%～88.29%、28.57%～84.69%、34.13%～96.93%、28.57%～79.85%和6.07%～84.11%。

表3 不同耕作處理下地表徑流氮磷流失量（kg·hm-2）Table 3 Nitrogen and phosphorus loss flux in surface runoff under different tillage treatments（kg·hm-2）

2.4 不同處理對(duì)紅壤坡耕地土壤氮、磷含量的影響

2.4.1 不同處理對(duì)土壤氮素含量的影響

如圖7（a）所示，不同處理2019 年土壤全氮含量大小順序?yàn)門(mén)3（1.50 g·kg）＞CK（1.45 g·kg）＞T2（1.39 g·kg）＞T1（1.35 g·kg），2020 年土壤全氮含量與2019 年有所差異，為T(mén)2（1.66 g·kg）＞T3（1.65 g·kg）＞T1（1.60 g·kg）＞CK（1.56 g·kg）。各處理2020年土壤全氮含量較2019 年均有所上升，T1、T2 和T3增幅較為明顯，分別增加了18.52%、19.42% 和10.00%。土壤總氮含量年際差異較大，主要與不同年際間的氣候、降雨條件有關(guān)。從兩年均值來(lái)看，不同處理土壤全氮含量大小順序?yàn)門(mén)3（1.58 g·kg）＞T2（1.53 g·kg）＞CK（1.51 g·kg）＞T1（1.48 g·kg）。秸稈覆蓋處理的土壤全氮含量較高。

如圖7（b）所示，2019 年土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均在CK 處理最低，分別為4.70 mg·kg和6.36 mg·kg，其中硝態(tài)氮含量在T1 處理最高，為5.35 mg·kg，銨態(tài)氮含量在T2 處理最高，為10.10 mg·kg；2020年土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均在T2處理最高，分別為4.57 mg·kg和3.69 mg·kg，CK 最低，分別為3.62 mg·kg和2.72 mg·kg。從兩年均值來(lái)看，不同處理土壤硝態(tài)氮含量大小順序?yàn)門(mén)2（4.47 mg·kg）＞T1（4.28 mg·kg）＞T3（3.93 mg·kg）＞CK（3.71 mg·kg），土壤銨態(tài)氮含量大小為T(mén)2（7.34 mg·kg）＞T1（5.69 mg·kg）＞T3（5.29 mg·kg）＞CK（4.99 mg·kg），觀測(cè)期內(nèi)T2 處理土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均為最高。

圖7 不同處理下土壤氮素含量Figure 7 Soil nitrogen content under different treatments

2.4.2 不同處理對(duì)土壤磷素含量的影響

如圖8（a）所示，2019 年不同處理土壤全磷含量大小順序?yàn)門(mén)3（0.95 g·kg）＞CK（0.92 g·kg）＞T2（0.91 g·kg）＞T1（0.85 g·kg），2020 年土壤全磷大小順序?yàn)門(mén)2（1.11 g·kg）＞T3（1.05 g·kg）＞T1（0.99 g·kg）＞CK（0.98 g·kg）。各處理2020年土壤全磷含量較2019 年 均 有 所 上 升，T1、T2、T3 分 別 增 加 了16.47%、21.98%、10.53%。從兩年均值來(lái)看，不同處理土壤全磷含量大小順序?yàn)門(mén)2（1.01 g·kg）＞T3（1.00 g·kg）＞CK（0.95 g·kg）＞T1（0.92 g·kg）。

如圖8（b）所示，不同處理2019 年土壤有效磷含量與全磷含量變化一致，均為T(mén)3 處理含量最高，為40.63 mg·kg，T1 處理最低，為31.10 mg·kg。2020年不同處理土壤有效磷含量大小順序?yàn)門(mén)3（103.70 mg·kg）＞T2（99.90 mg·kg）＞CK（81.64 mg·kg）＞T1（68.66 mg·kg）。觀測(cè)期內(nèi)不同處理土壤有效磷含量大小順序?yàn)門(mén)3（72.17 mg·kg）＞T2（68.07 mg·kg）＞CK（57.11 mg·kg）＞T1（49.88 mg·kg）。秸稈覆蓋處理土壤有效磷含量高于其他處理。

圖8 不同處理下土壤磷素含量Figure 8 Soil phosphorus content under different treatments

3 討論

3.1 橫坡壟作與秸稈覆蓋對(duì)坡耕地徑流損失的影響

在我國(guó)南方紅壤坡耕地，降雨是影響水土流失的主要原因，與裸坡地相比，橫坡壟作的土壟改變了坡面微地貌，增大了地表粗糙度和地表水流阻力，促使更多水流入滲而減少?gòu)搅髁?；秸稈覆蓋增加了雨水的土壤滲透面積和土壤蓄水能力，降低了雨水沖刷的動(dòng)能，阻礙了徑流的匯集，從而降低了地表的徑流率。在本研究中，橫坡壟作+秸稈覆蓋的紅壤坡耕地地表徑流產(chǎn)流量遠(yuǎn)低于其他處理，相較于順坡壟作處理，橫坡壟作和順坡壟作+秸稈覆蓋處理顯著降低了地表徑流產(chǎn)流量24.46%～74.90%。唐柄哲的研究表明，在紫色土坡耕地橫坡壟作較順坡耕作配施有機(jī)肥可降低徑流系數(shù)30.06%～60.17%，YANG 等通過(guò)模擬降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋可減少地表徑流量11.74%～65.93%，與本研究結(jié)果一致。橫坡壟作和秸稈覆蓋均能有效降低地表徑流流失，橫坡壟作+秸稈覆蓋對(duì)減少坡耕地徑流損失效果更為明顯。

土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性可以減緩地表徑流引起的水土流失。土壤黏粒高時(shí)其團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，紅壤土壤黏重、黏粒含量高，臨時(shí)性微團(tuán)聚體穩(wěn)定性較好，因此具備較強(qiáng)抗沖和抗崩解性能；土壤非毛管孔隙發(fā)達(dá)，能夠改善土壤的入滲性能，紫色土與紅壤均具有良好的滲透和排水能力，且土壤存在“上硬下軟”的特點(diǎn)，即表層土壤抗沖性能遠(yuǎn)高于深層土壤，因此南方紅壤和紫色土在表層結(jié)構(gòu)完好時(shí)，土壤不易被水流沖蝕而流失，但表層結(jié)構(gòu)一旦被破壞，土壤的抗沖性將大大減弱；相較于土壤剖面相對(duì)單一的北方黃土，南方紅壤和紫色土土壤顆粒間內(nèi)聚性較強(qiáng)，不易水解。在高雨強(qiáng)下秸稈覆蓋降低了雨水沖刷的動(dòng)能，減弱了雨滴的濺蝕作用，阻礙了徑流的匯集，從而降低了地表的徑流率；橫坡壟作形成的生物屏障不僅縮短了坡長(zhǎng)，攔截了徑流，而且提高了土壤的綜合抗蝕性。因此在南方紅壤坡耕地上，橫坡壟作+秸稈覆蓋不僅能有效降低地表徑流流失，還能提高土壤的抗沖和抗崩解性能。

3.2 橫坡壟作與秸稈覆蓋對(duì)地表徑流氮磷的影響

相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，總氮流失濃度與硝態(tài)氮流失濃度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，不同處理地表徑流硝態(tài)氮占總氮含量高達(dá)58.32%～63.12%，說(shuō)明地表徑流氮素流失以硝態(tài)氮為主，這與熊子怡等的研究結(jié)果一致。銨態(tài)氮易被土壤顆粒和土壤膠體吸附而存在于土壤表層，在達(dá)到吸附飽和后將通過(guò)地表徑流、地下淋溶和氨揮發(fā)的途徑損失，而硝態(tài)氮不會(huì)被土壤吸附，極易在降雨的作用下隨徑流和淋溶損失。2019 年和2020 年橫坡組地表徑流總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度均小于順坡壟作和順坡壟作+秸稈覆蓋處理，橫坡壟作+秸稈覆蓋處理最低；觀測(cè)期內(nèi)橫坡組橫坡壟作和橫坡壟作+秸稈覆蓋處理地表徑流總氮流失通量均顯著低于順坡壟作和順坡壟作+秸稈覆蓋處理，說(shuō)明橫坡壟作有效減少了地表徑流總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的流失，且在控制紅壤坡耕地地表徑流氮損失方面橫坡壟作處理優(yōu)于秸稈覆蓋處理。橫坡壟作+秸稈覆蓋效果最好，這與張鴻燕等的研究結(jié)論一致。

磷在土壤中的吸附能力強(qiáng)，主要以顆粒態(tài)存在于土壤表層，降雨時(shí)易受雨滴的擊濺作用并伴隨著徑流的沖刷損失，而磷的流失以顆粒態(tài)為主且主要通過(guò)地表徑流損失。本文研究14°紅壤坡耕地結(jié)果表明，橫坡壟作+秸稈覆蓋較常規(guī)耕作處理和單一的優(yōu)化耕作處理可以有效減少坡耕地地表徑流總磷損失36.84%～79.66%。朱浩宇等對(duì)紫色土10°坡耕地的研究表明，化肥減量配施秸稈處理下，地表徑流顆粒態(tài)磷相較于常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥處理顯著下降了70.92%和60.28%，與本研究結(jié)果有所差異，這可能是由于一方面橫坡壟作攔截了地表徑流、增加土壤入滲、防止土壤侵蝕，另一方面坡度對(duì)產(chǎn)沙和磷損失也有顯著影響，因?yàn)槠露鹊淖兓赡軙?huì)影響雨水入滲土壤的時(shí)間和速度，陡峭的斜坡和徑流過(guò)剩攜帶了大量的侵蝕土壤粒子，軟弱土凝聚力與大松散的土壤顆粒之間的孔隙空間可能導(dǎo)致大量的沉積物和顆粒態(tài)磷損失。因此減小坡耕地的磷素流失風(fēng)險(xiǎn)，首先應(yīng)控制水土侵蝕，減少坡耕地的地表徑流量。

3.3 橫坡壟作與秸稈覆蓋對(duì)土壤氮磷含量的影響

通過(guò)2 a 的連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，橫坡壟作在一定程度上減少了地表徑流硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失，從而增加了土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。兩年間橫坡壟作和秸稈覆蓋處理土壤全氮、全磷含量均有所增加，T2 處理增幅最為明顯，土壤全氮和全磷含量分別增加了19.42%和21.98%，這可能是由于一方面橫坡壟作增大了地表粗糙度和地表水流阻力，減少了水土流失；另一方面秸稈覆蓋可以保護(hù)坡面，攔截徑流泥沙，保護(hù)土壤，同時(shí)由于秸稈的含氮量高，在分解的過(guò)程中可以釋放更多氮素，使更多的氮素保存在土壤中，從而減少氮素流失，延長(zhǎng)土壤氮素滯留時(shí)間。秸稈經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期腐解，其內(nèi)部易礦化的有機(jī)磷加速釋放到土壤，提升了土壤有效磷的含量，從而改善了土壤養(yǎng)分。彭石磊對(duì)紫色土坡耕地連續(xù)9 a 監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，9 a 間橫坡壟作單施肥處理土壤全氮、全磷含量分別下降了30.50%和51.65%，與本研究結(jié)果不一致，這可能是長(zhǎng)期以來(lái)人為耕作和施肥等因素的影響，引起了紫色土坡耕地肥力水平的衰退，同時(shí)單一的橫坡壟作處理雖然增大了地表粗糙度和地表水流阻力，但在高雨強(qiáng)下裸坡面降落的雨水直接擊打地表形成濺蝕，使得土壤顆粒分散，也可能導(dǎo)致水土流失加劇。本文僅基于2019—2020 年監(jiān)測(cè)結(jié)果，其長(zhǎng)期效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）不同處理徑流液中全氮濃度與硝態(tài)氮濃度均呈顯著正相關(guān)。紅壤坡耕地地表徑流氮流失形態(tài)以硝態(tài)氮為主，占地表徑流總氮含量的58.32%～63.12%。在控制紅壤坡耕地地表徑流氮、磷損失方面橫坡壟作處理優(yōu)于秸稈覆蓋處理。

（2）相較于其他處理，橫坡壟作+秸稈覆蓋處理在觀測(cè)期內(nèi)的地表徑流流失量、總氮流失通量、總磷流失通量分別下降24.46%～74.90%、39.60%～86.37%、36.84%～79.66%。橫坡壟作+秸稈覆蓋處理能顯著降低紅壤坡耕地地表徑流流失量及徑流氮、磷養(yǎng)分含量。

（3）橫坡壟作+秸稈覆蓋處理對(duì)紅壤坡耕地土壤氮、磷素地表徑流損失具有很好的消減效應(yīng)，可分別增加土壤全氮和全磷含量19.42%和21.98%。橫坡壟作+秸稈還田能有效降低坡耕地氮磷養(yǎng)分流失，對(duì)減少我國(guó)南方丘陵地區(qū)土壤養(yǎng)分流失、緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀、實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤的可持續(xù)利用具有重要意義。因此，在紅壤坡耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)大力提倡橫坡壟作+秸稈還田耕作方式。