茍?zhí)壹呙?，王子芳，劉彬彬，黃容(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716)

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三種牧草對(duì)三峽庫(kù)區(qū)旱坡地氮磷養(yǎng)分流失的影響

茍?zhí)壹?，高?，王子芳，劉彬彬，黃容
(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716)

本研究以三峽庫(kù)區(qū)王家溝小流域?yàn)閷?duì)象，通過田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，以種植常規(guī)玉米為對(duì)照(T1)，利用2015年5-8月自然降雨采集的地表徑流樣品，研究了黑麥草(T2)、墨西哥玉米草(T3)、大力士甜高粱(T4)三種牧草對(duì)三峽庫(kù)區(qū)旱坡地氮磷流失的影響，為三峽庫(kù)區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，3種牧草均能顯著減少?gòu)搅骷澳嗌持械牡尊B(yǎng)分流失量，以墨西哥玉米草效果最佳；降雨造成的氮磷養(yǎng)分流失以泥沙為載體為主要流失途徑，占總氮、總磷流失量的76.34%～79.97%和81.69%～83.90%；黑麥草、墨西哥玉米草的生物量及干物質(zhì)積累量最高，分別為玉米處理的4.45、1.52倍和4.89、1.53倍，種植4種植被的養(yǎng)分截存效果表現(xiàn)為T2、T3>T4>T1?？紤]到養(yǎng)分截存效果及飼用經(jīng)濟(jì)效益，三峽庫(kù)區(qū)旱坡地應(yīng)優(yōu)先選擇種植墨西哥玉米草，其次選擇黑麥草，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玉米種植模式。

三峽庫(kù)區(qū)；旱坡地；牧草；養(yǎng)分流失；小流域

三峽庫(kù)區(qū)地處四川盆地與長(zhǎng)江中下游平原的結(jié)合部，大部分地區(qū)處于川東褶皺地帶，60%以上的土地為坡耕地，70%以上的土壤為抗蝕性較差的紫色土，土地裸露度高，植被覆蓋率低，是中國(guó)水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1-2]。庫(kù)區(qū)人多地少，耕地墾殖率及復(fù)墾率高，化肥使用量大，導(dǎo)致大量養(yǎng)分累積在土壤中，降雨集中，土壤中過量的氮磷元素隨降雨徑流及泥沙釋放到水體中，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重[3-4]。近年來，學(xué)者們對(duì)全國(guó)各地坡耕地的養(yǎng)分流失情況進(jìn)行了大量研究。目前，對(duì)草籬技術(shù)在防治南北方坡耕地水土及養(yǎng)分流失方面效益的研究最為廣泛[5-8]，主要集中在人工模擬降雨的條件下，探討不同降雨量、雨強(qiáng)下徑流及泥沙攜帶氮磷元素流失的情況[9-10]，同時(shí)還包括不同耕作方式，不同施肥方式，不同土地利用類型等因素對(duì)坡耕地氮磷養(yǎng)分流失影響的研究。彭玲等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在蘋果園種植牧草后，0～20 cm土層總氮含量高于單作蘋果，而20～40 cm及40～60 cm土層總氮含量低于單作蘋果，表明種植牧草能有效減少氮素向深層土壤淋溶損失。相關(guān)牧草研究表明，黑麥草(Loliumperenne)和墨西哥玉米草(Purusfrumentum)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，適口性好，大量種植后可作為高效牧草緩解農(nóng)區(qū)飼草短缺的問題[12-13]。周紅等[14]研究表明，墨西哥玉米草的營(yíng)養(yǎng)成分含量明顯優(yōu)于普通青貯玉米。飼用甜高粱(Sorghumbicolor)是北方重要的綠色能源作物，其營(yíng)養(yǎng)成分及飼用價(jià)值僅次于青貯玉米，其產(chǎn)量及糖分顯著高于玉米[15-16]。林超文等[17]研究表明，黑麥草的根部生長(zhǎng)快，根系發(fā)達(dá)，根系固土能力強(qiáng)，墨西哥玉米草刈割后再生能力較強(qiáng)，均有利于減少水土流失。以往的研究均是以裸地為對(duì)照或研究種植單一作物對(duì)坡耕地氮磷流失的影響，而在自然降雨條件下，以常規(guī)種植的作物為對(duì)照，探討不同植物特別是牧草種植對(duì)三峽庫(kù)區(qū)旱坡地氮磷養(yǎng)分流失影響的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)結(jié)合長(zhǎng)江中上游的氣候特點(diǎn)，選用黑麥草、墨西哥玉米草和大力士甜高粱3種牧草，以常規(guī)作物——玉米作為對(duì)照，探討在自然降雨過程中，種植4種植物對(duì)三峽庫(kù)區(qū)旱坡地養(yǎng)分流失的影響，以期為三峽庫(kù)區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)牧草收獲后可作能源作物或飼草，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)利用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于三峽庫(kù)區(qū)涪陵段珍溪鎮(zhèn)王家溝小流域(107°29′43″-107°31′01″ E， 29°53′27″-29°54′37″ N)，系長(zhǎng)江一級(jí)支流。三峽庫(kù)區(qū)主要以旱坡地為主，耕地土壤質(zhì)量差、土壤流失嚴(yán)重，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)。其中山坡丘陵面積占97.3%，大于30度的坡地面積占一半以上，由風(fēng)化的花崗巖、紫色巖發(fā)育形成的紫色土占庫(kù)區(qū)耕地的69.2%，以物理風(fēng)化為主，成土作用弱，土壤抗蝕性差，保水保土力弱，庫(kù)區(qū)土壤流失嚴(yán)重。

試驗(yàn)區(qū)地形東南部較高，多為丘陵山地，西北部地勢(shì)較低，多為河谷丘陵、低山，海拔150～330 m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫18 ℃，多年平均降雨量1100 mm，雨季為每年4-10月，年積溫(≥10 ℃)5300 ℃，年日照時(shí)數(shù)1055 h，無霜期331 d，試驗(yàn)區(qū)耕地以土層薄的旱坡地為主，土壤類型為紫色土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用微區(qū)試驗(yàn)方法，設(shè)置徑流小區(qū)的坡度為9°，試驗(yàn)小區(qū)采用M7.5漿砌磚結(jié)構(gòu)修建，每個(gè)小區(qū)內(nèi)徑長(zhǎng)2.5 m，寬2.0 m。漿砌磚側(cè)墻出露地面0.2 m高，埋于地面0.3 m深。在小區(qū)頂部外開挖0.3 m寬，0.3 m深的土溝，用于截留坡頂非試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)生的地表徑流和侵蝕泥沙，以減小試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)小區(qū)底部設(shè)計(jì)0.2 m深，0.3 m寬的截水溝，用于匯集試驗(yàn)小區(qū)因降雨產(chǎn)生的地表徑流和侵蝕泥沙。截水溝匯集的地表徑流和侵蝕泥沙通過一根長(zhǎng)0.3 m，直徑為0.1 m的PVC管排到沉沙函中。沉沙函用于收集試驗(yàn)小區(qū)產(chǎn)生的地表徑流和侵蝕泥沙。沉沙函長(zhǎng)0.5 m，寬0.5 m，深0.5 m，體積為0.125 m3，采用M7.5漿砌磚結(jié)構(gòu)修建，函底和內(nèi)壁用1∶2.5砂漿抹面20 mm厚，以防止?jié)B漏。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)，共12個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組排列。4個(gè)處理設(shè)計(jì)如下：T1，常規(guī)施肥+玉米；T2，常規(guī)施肥+黑麥草；T3，常規(guī)施肥+墨西哥玉米草；T4，常規(guī)施肥+大力士甜高粱。

供試玉米品種為渝單15(國(guó)審玉2005 031)，種植密度為45000株/hm2。施肥量采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)使用量1875 kg/hm2。供試玉米2015年3月1日開始育秧，3月26日移栽并施基肥(玉米專用復(fù)合肥：GB15063-2009，同時(shí)播種3種牧草)，4月16日，各玉米試驗(yàn)小區(qū)施追肥，供試玉米于7月25日收割。

供試黑麥草品種為冬牧70黑麥草，播種量為45 kg/hm2。在播種前施基肥，氮肥900 kg/hm2、磷肥45 kg/hm2、鉀肥90 kg/hm2，等黑麥草長(zhǎng)高至40～50 cm，割第1次草，以后每隔20～30 d收割1次，每次割草后留茬至少5～6 cm高。于割草3～5 d后追肥，追肥尿素150 kg/hm2，并結(jié)合灌水，每次收割后中耕除草松土1次。

供試墨西哥玉米草優(yōu)12，播種前用35 ℃溫水浸泡24 h。溫度穩(wěn)定在15 ℃左右即可播種，播種前土地要平整，播種量為22.5 kg/hm2，基肥施尿素450 kg/hm2，等苗長(zhǎng)高至30 cm，追肥施尿素150 kg/hm2，苗長(zhǎng)高至1.4 m以上可第1次刈割，割時(shí)應(yīng)在分蘗點(diǎn)以上開鐮，以后每隔20 d左右收割1次，可在收割當(dāng)天或第2天結(jié)合灌水及除草松土，每次收割3～5 d后追肥尿素150 kg/hm2。

供試大力士甜高粱播種量為22.5 kg/hm2，基肥施尿素450 kg/hm2，拔節(jié)時(shí)中耕追肥施尿素150 kg/hm2，株高達(dá)到1.2 m時(shí)第1次收割，每次收割3～5 d后追肥施尿素75 kg/hm2。當(dāng)株高再長(zhǎng)到1.2 m時(shí)可第2次收割，每次收割必須留茬10～15 cm。

于2015年3月25日，在玉米移栽前，采集各徑流小區(qū)內(nèi)0～20 cm混合土測(cè)定出小區(qū)土壤基本性質(zhì)為：pH 5.8，全氮1.61 g/kg，堿解氮 106 mg/kg，全磷 1.24 g/kg，有效磷 33.61 mg/kg，全鉀 16.13 g/kg，速效鉀 124 mg/kg。

根據(jù)玉米生長(zhǎng)季，于3月26日移栽玉米的同時(shí)播種3種牧草，同年5月18日對(duì)牧草進(jìn)行第1次刈割，6月14日對(duì)牧草進(jìn)行第2次刈割，7月25日收割玉米及3種牧草。待玉米移栽及牧草播種后，玉米收獲前(2015年5月至8月)采集樣品，由于4月降雨量少(僅40.8 mm)，降雨強(qiáng)度低，且土壤墑情差，未形成明顯徑流，因此本研究的玉米生長(zhǎng)季采集了5月3日、5月16日、6月4日、6月19日、7月4日、7月22日、8月20 日共7場(chǎng)自然降雨的徑流產(chǎn)流時(shí)間及徑流量。降雨情況采用虹吸式日記雨量計(jì)(DSJ2，中國(guó)上海)測(cè)定，徑流量則采用SW40型日記式水位計(jì)(中國(guó)南京)結(jié)合45°三角堰流量查表計(jì)算。

1.3 試驗(yàn)方法

采樣在每次降雨徑流終止后進(jìn)行，將小區(qū)引水槽淤泥掃入徑流池，用水?dāng)嚢杈鶆颍诔刂腥≈鶢钏畼?～3個(gè)(總量1000～3000 mL)，并混合在一起。取2500 mL混合樣于密閉容器中，滴入4 mL濃硫酸終止微生物活動(dòng)，然后將其置于4 ℃下保存以待后期養(yǎng)分測(cè)定；將剩余的500 mL水樣沉淀并過濾，采用烘干稱重法測(cè)定其泥沙含量。待水樣采集完畢，清池，采用靜置過濾的方法收集徑流泥沙樣品。供實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)分分析。

徑流水樣中測(cè)定總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷4個(gè)指標(biāo)：將水樣分成兩份，一份用0.45 μm濾膜抽濾，過濾后的溶液用于測(cè)定硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)，另一份不抽濾，用于測(cè)定總氮(total N,TN)和總磷(total P,TP)。其中TN采用堿性過硫酸鉀消解―紫外分光光度法測(cè)定；TP采用過硫酸鉀消解―鉬酸銨分光光度法測(cè)定；NO3--N采用紫外分光光度法測(cè)定；NH4+-N采用納氏試劑比色法測(cè)定[18]。

徑流泥沙樣中測(cè)定總氮、總磷2個(gè)指標(biāo)：總氮采用H2SO4-H2O2消煮―蒸餾滴定法測(cè)定；全磷采用H2SO4-H2O2消煮―釩鉬黃比色法測(cè)定[19]。以上水樣及土樣分析方法詳細(xì)步驟見《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[18]和《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析》[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

坡面泥沙流失量計(jì)算：

式中：A為泥沙總流失量；Gi為次降雨徑流量；Ni為次降雨徑流中泥沙含量。

坡面徑流氮、磷流失量計(jì)算：

式中：TN、TP為土壤氮、磷總流失量；Gi為次降雨徑流量；Ni為次降雨徑流中氮(磷)平均含量。

采用Eexcel和SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)徑流中養(yǎng)分流失的影響

2.1.1 徑流中的總氮、總磷流失量 整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期，與常規(guī)玉米(T1)處理相比，黑麥草(T2)、墨西哥玉米草(T3)、大力士甜高粱(T4)牧草種植處理在不同次降雨產(chǎn)生的徑流中總氮、總磷含量均下降。3種牧草處理的徑流總氮流失總量比T1處理分別下降了45.11、55.30和45.56 mg/m2。如圖1所示，當(dāng)降雨量小于60 mm時(shí)，各處理的徑流總氮流失量表現(xiàn)為T1>T4>T2、T3，其中除T2和T4處理在8月20日即地上部分全部收割后，采集的徑流總氮流失量與T1處理間不存在顯著差異外，牧草處理在其他次降雨采集的徑流總氮流失量均顯著低于T1處理(P<0.05)；當(dāng)降雨量超過60 mm時(shí)，各處理的徑流總氮流失量均超過了27 mg/m2，具體表現(xiàn)為T1>T2>T3、T4，同時(shí)6月4日(平均雨強(qiáng)3.37 mm/h)牧草處理的總氮流失量比T1處理顯著減少了9.62～16.61 mg/m2，而6月19日(平均雨強(qiáng)4.17 mm/h)牧草處理比T1處理顯著減少了6.20～10.13 mg/m2，低于6月4日，這是因?yàn)橐环矫嬗衩兹~面阻擋了降雨的沖刷，降低了土壤徑流量，另一方面試驗(yàn)于6月14日對(duì)牧草進(jìn)行了第2次刈割，刈割后的植株生長(zhǎng)速度快，對(duì)氮素的需求量增加，大量吸收了土壤中的氮素，因此在6月19日T2、T3、T4處理的總氮流失量低于6月4日。

牧草處理的徑流總磷流失量總量比T1處理下降了28.21%～38.15%，從圖2可以看出，當(dāng)降雨量小于60 mm時(shí)，各處理的徑流總磷流失量表現(xiàn)為T1最大，其中除T4處理在8月20日采集的徑流總磷流失量與T1處理差異不顯著外，牧草處理在其他次降雨采集的徑流總磷流失量均顯著低于T1處理(P<0.05)，T2、T3、T4之間未呈現(xiàn)出明顯規(guī)律，這可能是因?yàn)椴煌N類牧草在不同階段對(duì)磷素的需求量不同；當(dāng)降雨量超過60 mm時(shí)，牧草處理的總磷流失量比T1處理顯著減少21.1%～38.48%，各處理的徑流總磷流失量表現(xiàn)為T1>T4>T2>T3，表明在強(qiáng)降雨條件下，墨西哥玉米草在減少旱坡地磷素流失方面效果最佳。

圖1 不同處理下次降雨徑流中總氮流失量Fig.1 The loss amount of total nitrogen in the runoff under different treatments

圖2 不同處理下次降雨徑流中總磷流失量Fig.2 The loss amount of total phosphorus in the runoff under different treatments

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。The different small letters mean the significant differences atP<0.05, the same below.

2.1.2 徑流中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮流失量 整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期， T2、T3和T4牧草種植處理在不同次降雨產(chǎn)生的徑流中硝態(tài)氮含量均顯著低于常規(guī)玉米種植處理T1。如圖3所示，當(dāng)降雨量小于60 mm時(shí)，各牧草處理的徑流中硝態(tài)氮流失量之間差別僅為0.08～0.54 mg/m2，但未呈現(xiàn)出明顯規(guī)律；當(dāng)降雨量大于60 mm時(shí)，各處理的徑流中硝態(tài)氮流失量具體表現(xiàn)為T1>T2、T4>T3，其中6月4日(平均雨強(qiáng)3.37 mm/h)T2、T4牧草處理與玉米處理T1差異不顯著，而6月19日(平均雨強(qiáng)4.17 mm/h)的3種牧草處理均顯著低于玉米處理T1，尤其是T3處理的徑流中硝態(tài)氮流失量?jī)H為T1處理的74.93%。

如圖4所示，當(dāng)降雨量小于35 mm時(shí)，各處理徑流中銨態(tài)氮流失量差異均較小，僅為0.01～0.39 mg/m2；當(dāng)降雨量大于35 mm時(shí)，各處理的徑流銨態(tài)氮流失量具體表現(xiàn)為T1> T4>T2>T3，其中T3處理徑流銨態(tài)氮流失量?jī)H為T1處理的45.58%～64.63%?？梢娫诮涤炅坎皇翘貏e大(5月16日、7月22日)時(shí)，牧草種間就出現(xiàn)了明顯的銨態(tài)氮流失量差異，且在降雨量較大時(shí)(6月4日、6月19日)，T3處理依舊表現(xiàn)出截留銨態(tài)氮的顯著優(yōu)勢(shì)，表明墨西哥玉米草在減少?gòu)搅髦械匿@態(tài)氮含量方面的能力極佳。

徑流中的氮素流失形態(tài)以硝態(tài)氮為主，其中硝態(tài)氮占總氮流失量的65.78%～72.19%,銨態(tài)氮占27.89%～34.22%(圖5)。在試驗(yàn)結(jié)束后，與T1處理相比，T2、T3和T4牧草種植處理均顯著降低了硝態(tài)氮流失總量和銨態(tài)氮流失總量，其中牧草處理的硝態(tài)氮流失總量和銨態(tài)氮流失總量分別較T1處理下降了6.96～9.31 mg/m2和1.14～5.12 mg/m2，但各牧草處理間差異不顯著。

2.2 不同處理對(duì)泥沙中養(yǎng)分流失的影響

2.2.1 泥沙流失量 如圖6所示，整個(gè)試驗(yàn)檢測(cè)期，除6月19日外，牧草處理T2、T3、T4泥沙流失量均低于玉米處理T1，其中T3處理的泥沙流失量總是顯著低于T1處理。 6月19日T2、T3、T4處理的泥沙流失量(98.64、89.46、94.52 g/m2)達(dá)到試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期最高，均高于T1處理(82.67 g/m2)，這可能是由于在6月14日進(jìn)行了牧草刈割后，地面覆蓋度降低造成的；同時(shí)6月19日T3和T1處理的泥沙流失量之間差異不顯著，這是因?yàn)樘幚鞹3再生能力和分蘗力強(qiáng)，在刈割后生長(zhǎng)速度較快，相比T2和T4處理能快速恢復(fù)水土保持能力。另外，5月16日，牧草處理T2、T3、T4泥沙流失量相對(duì)玉米處理T1顯著減少最為明顯，僅為玉米處理T1泥沙流失量的49.27%～60.38%。

圖3 不同處理下次降雨徑流中NO3--N流失量Fig.3 The loss amount of NO3--N in the runoff under different treatments

圖4 不同處理下次降雨徑流中NH4+-N流失量Fig.4 The loss amount of NH4+-N in the runoff under different treatments

圖5 不同處理下徑流中氮素流失特征Fig.5 The characteristics of nitrogen forms in the runoff under different treatments

圖6 不同處理下次降雨泥沙流失量Fig.6 The loss amount of sediment loss under different treatments

2.2.2 泥沙中的總氮、總磷流失量 在玉米生長(zhǎng)前中期(5-6月)，除6月19日外，種植牧草處理T2、T3、T4泥沙中總氮流失量顯著低于種植玉米處理T1，僅為T1的27.76%～72.28%(圖7)。6月19日由于牧草刈割，T2、T3、T4處理泥沙中總氮流失量達(dá)到監(jiān)測(cè)期最高值，分別高達(dá)192.35、186.97、224.01 mg/m2，是種植玉米處理T1的136.07%～164.22%。這是由于地表覆蓋地降低，不能很好地減少雨滴對(duì)地表土壤的沖擊及沖刷，導(dǎo)致大量養(yǎng)分隨泥沙流失。玉米生長(zhǎng)后期(7月)及土地閑置期(8月)，T2、T3、T4處理對(duì)泥沙中的總氮流失量的改善效果逐漸減弱，說明在玉米成熟后，種植牧草較種植玉米在改善泥沙中的總氮流失量方面的優(yōu)勢(shì)降低。

整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期，3種牧草處理在不同次降雨泥沙中總磷流失量均顯著低于玉米種植處理T1，僅為處理T1的44.91%～80.74%，且在7月4日和8月20日，3種牧草處理泥沙總磷流失量?jī)H占處理T1的44.91%～59.81%，說明種植牧草處理在整個(gè)玉米生長(zhǎng)過程以及土地閑置期對(duì)泥沙中的磷素流失量的減少能力都顯著強(qiáng)于種植玉米處理(圖8)。相比5月16日，6月4日和6月19日次降雨量大幅提高，T1處理泥沙中總磷流失量分別增加了22.53%、13.22%，T2處理分別增加22.94%和減少12.48%，T3處理分別減少9.02%、21.75%，T4處理泥沙總磷流失量分別增加3.07%和減少12.38%，可見在暴雨天氣下，T2、T3、T4牧草處理對(duì)泥沙中磷素流失的截留能力仍強(qiáng)于玉米處理T1，且以墨西哥玉米草的效果最佳。

圖7 不同處理次降雨泥沙中總氮流失量Fig.7 The loss amount of total nitrogen in the sediment under different treatments

圖8 不同處理次降雨泥沙中總磷流失量Fig.8 The loss amount of total phosphorus in the sediment under different treatments

2.3 徑流及泥沙中的氮素、磷素總流失量

如表1所示，4種不同作物的徑流及泥沙中的氮素總流失量表現(xiàn)為T1>T4>T2>T3，T2、T3、T4處理分別占玉米處理T1的75.23%、72.56%、84.23%。表明在整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期，較常規(guī)玉米，3種牧草種植處理均能更有效地減少降雨引起的旱坡地氮素流失，其中墨西哥玉米草處理效果最好。

如表2所示，4種不同作物的徑流及泥沙中的磷素總流失量呈現(xiàn)出T1>T4>T2>T3的趨勢(shì)，T2、T3、T4處理分別為玉米處理T1的61.26%、54.36%、63.70%，說明較種植常規(guī)玉米，種植牧草更能有效減少降雨引起的旱坡地磷素流失。

不同處理的泥沙中氮素、磷素流失量分別占總氮、總磷流失量的76.34%～79.97%和81.69%～83.90%，是徑流中氮素、磷素流失量的3.23～3.99倍和4.51～5.21倍，說明降雨造成的氮磷養(yǎng)分流失以泥沙流失攜帶的方式為主。

2.4 不同植被地上部生物量及氮素截存效果

3種牧草處理在不同刈割茬次下的生物量鮮重均高于T1處理(26511.9 kg/hm2)，且T2、T3、T4的總生物量鮮重分別為T1的4.45、4.89和3.78倍(圖9)。不同植被地上部分生物量干重表現(xiàn)為T2、T3(16955.7、17105.02 kg/hm2)>T4(12039.01 kg/hm2)>T1(11161.51 kg/hm2)(圖10)。其中墨西哥玉米草的總生物量最高(129726.5 kg/hm2)，黑麥草次之(117885.894 kg/hm2)，遠(yuǎn)高于玉米的總生物量(26511.9 kg/hm2)。

表1 不同處理下氮素流失總量Table 1 The loss amount of total nitrogen under different treatments mg/m2

表2 不同處理下磷素流失總量Table 2 The loss amount of total phosphorus under different treatments mg/m2

同行不同字母表示差異顯著(P<0.05)。
The different letters mean the significant differences atP<0.05.

圖9 不同處理地上部生物量鮮重Fig.9 The fresh biomass in shoots under different treatments

圖10 不同處理地上部生物量干重Fig.10 The dry matter in shoots under different treatments

對(duì)4種植被的地上部氮素截存量進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，4種植被的施氮量為T2>T3>T4>T1，而土層中的氮素積累量表現(xiàn)為T1>T2>T4>T3，其中T2的土層氮素積累量雖僅低于T1，但其施氮量及干物質(zhì)氮素積累量較高，說明T2、T3的氮素截存效果最好，分別為T1截存量的3.21和2.34倍，T4的截存效果僅略高于T1(表3)。

3 討論

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤侵蝕主要由降雨所造成，尤其是在土壤結(jié)構(gòu)較松散的地區(qū)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使

表3 不同處理下植株地上部分對(duì)氮素的截存Table 3 Nitrogen retention of plants under different treatments kg/hm2

用化肥致使土壤中的水溶性N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素大量累積，降雨引起的地表徑流會(huì)將溶解在水中的營(yíng)養(yǎng)元素帶入河流、湖泊中，引起面源污染。尤其在三峽庫(kù)區(qū)這樣的丘陵和坡地的地形條件下，當(dāng)降雨量較大時(shí)，雨水易形成地表徑流，造成水土流失。在本研究中對(duì)徑流中養(yǎng)分流失量和降雨量進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，除墨西哥玉米草(T3處理)的總磷流失量外，其余各處理在徑流中的養(yǎng)分流失量與降雨量間均存在顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系(表4)。因此控制水土流失， 減少地表徑流，可以有效控制面源污染。降雨條件下，坡面易受到降雨沖刷、侵蝕，大量泥沙隨降雨產(chǎn)生的徑流輸出，造成泥沙流失，土壤中的氮磷養(yǎng)分附著于土壤表面或溶解于徑流中，以徑流和泥沙為載體隨降雨流失。大量研究表明土壤對(duì)磷素有較強(qiáng)的固定作用，且磷素本身的遷移能力較弱，故在降雨條件下，泥沙流失是磷素流失的主要途徑[9,20-21]。李博等[22]的研究中總氮隨泥沙流失量為隨徑流流失量的1.7～2.6倍，總磷隨泥沙流失量為隨徑流流失量的2.1～3.1倍；焉莉等[23]對(duì)東北黑土玉米地的氮磷流失情況研究發(fā)現(xiàn)，泥沙中的氮素流失是徑流中的7倍，磷素流失是徑流中的16倍；徐暢等[4]對(duì)三峽庫(kù)區(qū)小流域旱坡地的氮磷流失特征研究發(fā)現(xiàn)， 徑流中的氮素流失相對(duì)較小，最大值僅為53.63 mg/m2，而泥沙中所攜帶的氮素流失量相對(duì)較大，最大值達(dá)131.25 mg/m2。本研究中，氮素、磷素流失均是主要以泥沙為載體，是徑流中氮素、磷素流失量的3.23～3.99倍和4.51～5.21倍，與上述結(jié)果一致。同時(shí)，本研究中的徑流氮素流失以硝態(tài)氮為主，是徑流中銨態(tài)氮含量的1.92～2.59倍，這與張洋等[24]的研究結(jié)果一致。

表4 徑流中養(yǎng)分流失量與降雨量的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between the amount of nutrients in the runoff and rainfall capacity

注：*表示相關(guān)性水平P<0.05;**表示相關(guān)性水平P<0.01。

Note: * Correlation is significant at the 0.05 level; ** Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).

與種植傳統(tǒng)玉米相比，牧草處理均能顯著減少?gòu)搅骷澳嗌持械牡尊B(yǎng)分流失量，其中降雨量較大時(shí)，墨西哥玉米草總能表現(xiàn)出顯著的養(yǎng)分及泥沙截留優(yōu)勢(shì)，其次為黑麥草。一方面是由于墨西哥玉米草和黑麥草的生物量較大(圖9，10)，這兩種牧草的生物量鮮重分別為玉米生物量鮮重的4.45和4.89倍，干物質(zhì)積累量分別為玉米處理的1.52和1.53倍；與玉米處理相比，二者對(duì)養(yǎng)分的需求量相應(yīng)較大，能通過吸收養(yǎng)分供自身生長(zhǎng)方式減少土壤養(yǎng)分流失[25]。同時(shí)，本試驗(yàn)中對(duì)牧草進(jìn)行多次刈割后，留下的茬口能增加地表粗糙度，減少土壤侵蝕，也是造成牧草的減少養(yǎng)分流失效果優(yōu)于玉米處理的原因之一[17]。另一方面是由于種植牧草的地面覆蓋度高于種植玉米的覆蓋度，有研究表明植被覆蓋度越高，越能減少水土流失的強(qiáng)度，且牧草能在地面形成較致密的下墊面，而玉米不具備此特點(diǎn)[10,22]。

通過對(duì)4種植被的施氮量及土層中的氮素積累量計(jì)算出各植被的氮素截存量，發(fā)現(xiàn)黑麥草和墨西哥玉米草的截存量最大，為玉米處理的3.21和2.34倍，說明黑麥草和墨西哥玉米草對(duì)養(yǎng)分的吸收能力很強(qiáng)，而大力士甜高粱的氮素截存量?jī)H略高于玉米處理。這可能主要是因?yàn)榇罅κ刻鸶吡坏纳锪坎蝗绾邴湶莺湍鞲缬衩撞荨?/p>

4 結(jié)論

1)相比種植常規(guī)玉米，3種牧草處理均能顯著減少?gòu)搅骷澳嗌持械牡尊B(yǎng)分，以墨西哥玉米草效果最佳，黑麥草次之。

2)黑麥草及墨西哥玉米草的地上生物量鮮重及干物質(zhì)重量最高，為玉米處理的4.45、1.52倍和4.89、1.53倍，4種植被的氮素截存量表現(xiàn)為T2、T3>T4>T1。

3)降雨造成的氮磷養(yǎng)分流失以泥沙流失攜帶的方式為主，不同處理泥沙中的氮素、磷素流失量分別占總氮、總磷流失量的76.34%～79.97%和81.69%～83.90%；徑流中的氮素流失形態(tài)以硝態(tài)氮為主，占總氮流失量的65.78%～72.19%。

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Effects forages on nitrogen and phosphorus loss from sloping land draining into the Three Gorges Reservoir

GOU Tao-Ji, GAO Ming*, WANG Zi-Fang, LIU Bin-Bin, HUANG Rong

CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China

The research was conducted in a small catchment, Wangjiagou, draining into the Three Gorges Reservoir. We combined field experiments and laboratory analysis; corn was used as the control (T1), which was compared toLoliumperenne(T2),Purusfrumentum(T3) andSorghumbicolor(T4). Samples of the surface runoff after rainfall from May to August in 2015 were collected and analysed for nitrogen (N) and phosphorus (P) allowing losses to be calculated. The results showed that all three forages significantly reduced N and P losses both in the runoff and the sediment. The most effective species wasP.frumentum; N and P losses caused by natural rainfall occurred mainly in sediment which accounted for 76.34%-79.97% and 81.69%-83.90% of total N and total P losses, respectively. The fresh and dry biomass yields ofL.perenneandP.frumentumwere higher than corn, the mean advantage being 4.45 and 1.52 times, and 4.89 and 1.53 times that of corn, respectively. The nutrient sequestration effect of the four crop types were ranked T2, T3>T4>T1. The nutrient sequestration and feed economic benefits ofP.frumentumindicate that it has the greatest potential as a substitute for corn in Three Gorges Reservoir catchments, followed byL.perenne.

Three Gorges Reservoir; dry sloping land; forages; N and P losses; small catchment

10.11686/cyxb2016350

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-09-18；改回日期：2016-11-28

十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD14B18)資助。

茍?zhí)壹?1993-)，女，重慶北碚人，在讀碩士。E-mail：604346463@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail：gaoming@swu.edu.cn

茍?zhí)壹? 高明, 王子芳, 劉彬彬, 黃容. 三種牧草對(duì)三峽庫(kù)區(qū)旱坡地氮磷養(yǎng)分流失的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(4): 53-62.

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