全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 12 期摇 摇 2011 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于植被遥感的西南喀斯特退耕还林工程效果评价———以贵州省毕节地区为例
李摇 昊,蔡运龙,陈睿山,等 (3255)
………………………………
……………………………………………………………………………
扩散对破碎化景观上宿主鄄寄生种群动态的影响 苏摇 敏 (3265)…………………………………………………
湿地功能评价的尺度效应———以盐城滨海湿地为例 欧维新,叶丽芳,孙小祥,等 (3270)……………………
模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响 樊后保,廖迎春,刘文飞,等 (3277)……………………………………
中国东部森林样带典型森林水源涵养功能 贺淑霞,李叙勇,莫摇 菲,等 (3285)…………………………………
山西太岳山油松群落对采伐干扰的生态响应 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (3296)……………………………
长期施用有机无机肥对潮土微生物群落的影响 张焕军,郁红艳,丁维新 (3308)………………………………
云南元江干热河谷五种优势植物的内生真菌多样性 何彩梅,魏大巧,李海燕,等 (3315)………………………
塔里木河中游洪水漫溢区荒漠河岸林实生苗更新 赵振勇,张摇 科,卢摇 磊,等 (3322)…………………………
基于 8hm样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 张毓涛,梁凤超,常顺利,等 (3330)……………
古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应 周晓兵,张元明,陶摇 冶,等 (3340)………
Pb污染对马蔺生长、体内重金属元素积累以及叶绿体超微结构的影响 原海燕,郭摇 智,黄苏珍 (3350)……
春、秋季节树干温度和液流速度对东北 3 树种树干表面 CO2释放通量的影响
王秀伟,毛子军,孙摇 涛,等 (3358)
…………………………………
……………………………………………………………………………
云南南部和中部地区公路旁紫茎泽兰土壤种子库分布格局 唐樱殷,沈有信 (3368)……………………………
利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数 彭焕华,赵传燕,冯兆东,等 (3376)………………………………
黑河上游蝗虫与植被关系的 CCA分析 赵成章,周摇 伟,王科明,等 (3384)……………………………………
额尔古纳河流域秋季浮游植物群落结构特征 庞摇 科,姚锦仙,王摇 昊,等 (3391)………………………………
九龙江河口浮游植物的时空变动及主要影响因素 王摇 雨,林摇 茂,陈兴群,等 (3399)…………………………
东苕溪中下游河岸类型对鱼类多样性的影响 黄亮亮,李建华,邹丽敏,等 (3415)………………………………
基于 RS / GIS公路路域水土流失动态变化的研究———以榆靖高速公路为例
陈爱侠,李摇 敏,苏智先,等 (3424)
……………………………………
……………………………………………………………………………
流域景观结构的城市化影响与生态风险评价 胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等 (3432)………………………………
基于景观格局的锦州湾沿海经济开发区生态风险分析 高摇 宾,李小玉,李志刚,等 (3441)……………………
若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响 李晋昌,王文丽,胡光印,等 (3451)……………………
施用鸡粪对土壤与小白菜中 Cu和 Zn累积的影响 张摇 妍,罗摇 维,崔骁勇,等 (3460)………………………
基于 GIS的宁夏灌区农田污染源结构特征解析 曹艳春,冯永忠,杨引禄,等 (3468)……………………………
底墒和种植方式对夏大豆光合特性及产量的影响 刘摇 岩,周勋波,陈雨海,等 (3478)…………………………
不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例
谭德水,江丽华,张摇 骞,等 (3488)
……………………………
……………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌对低温下黄瓜幼苗光合生理和抗氧化酶活性的影响 刘爱荣,陈双臣,刘燕英,等 (3497)………
外源半胱氨酸对铜胁迫下小麦幼苗生长、铜积累量及抗氧化系统的影响 彭向永,宋摇 敏 (3504)……………
专论与综述
水平扫描技术及其在生态学中的应用前景 胡自民,李晶晶,李摇 伟,等 (3512)…………………………………
研究简报
昆仑山北坡 4 种优势灌木的气体交换特征 朱军涛,李向义,张希明,等 (3522)…………………………………
不同比例尺 DEM数据对森林生态类型划分精度的影响 唐立娜,黄聚聪,代力民 (3531)………………………
苏南丘陵区毛竹林冠截留降雨分布格局 贾永正,胡海波,张家洋 (3537)………………………………………
外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响 陈法霖,郑摇 华,阳柏苏,等 (3543)………………
深圳地铁碳排放量 谢鸿宇,王习祥,杨木壮,等 (3551)……………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄06
封面图说: 自然奇观红海滩·辽宁省盘锦市———在辽河入海口生长着大片的潮间带植物碱蓬草,举目望去,如霞似火,蔚为壮
观,人们习惯地称之为红海滩。 粗壮的根系加快着海滩土壤的脱盐过程,掉下的茎叶腐质后肥化了土壤,它是大海
的生态屏障。
彩图提供: 段文科先生摇 中国鸟网 http: / / www. birdnet. cn摇 E鄄mail:dwk9911@ 126. com
生 态 学 报 2011,31(12):3488—3496
Acta Ecologica Sinica
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家科技支撑计划项目(2007BAD87B05);公益性行业(农业)科研专项(201103003);现代小麦产业技术体系专项(CARS鄄03);山东
省科技支撑体系建设专项资助(2007GGC02002)
收稿日期:2010鄄06鄄20; 摇 摇 修订日期:2010鄄09鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: liuzhaohui@ saas. ac. cn
不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究
———以南四湖过水区粮田为例
谭德水1,江丽华1,张摇 骞2,孟摇 丽3,郑福丽1,高新昊1,徐摇 钰1,刘兆辉1,*
(1. 山东省农业科学院农业资源与环境研究所, 济南摇 250100; 2. 微山县昭阳街道办事处农技站, 山东微山摇 277600;
3. 微山县国有微山苗圃, 山东微山摇 277600)
摘要:为探索山东省南四湖沿岸麦玉轮作区玉米季内减少土壤无机氮素淋溶和径流损失的施肥策略,降低其对湖区水质产生的
潜在威胁,采用田间原位安装淋溶水采集器和地表水径流池收集水样结合室内分析不同形态氮含量的方法,研究了不同施肥模
式下无机氮素淋溶和径流损失特征。 结果表明:土壤淋溶水量及地表水径流量与降水呈显著正相关关系,其水量受秸秆类物质
还田的影响;硝态氮(NO-3 鄄N)与铵态氮(NH+4 鄄N)随地表水径流损失的浓度及总量均明显高于淋溶水,由径流方式损失的氮素占
2 / 3 以上,是氮素以水溶液形式流失的主要途径;淋溶和径流均以 NO-3 鄄N 损失为主(径流损失中 NO-3 鄄N 占总量的 82. 9%—
90郾 8% ,淋溶损失中 NO-3 鄄N占 63. 5%—72. 9% ),地表径流水 NO-3 鄄N浓度对水质有较大影响,但土壤淋溶水 NO-3 鄄N浓度对地下
水污染不构成威胁;农民习惯施肥处理在玉米整个生育期淋溶和径流氮损失最高。 在保证玉米产量前提下,降低氮素流失造成
湖区的污染,平衡施用氮磷钾肥、施用控释氮肥、有机替代无机和秸秆还田等措施均可在沿南四湖区农田使用。
关键词:施肥模式;南四湖农田;无机氮素;流失
In situ study on influences of different fertilization patterns on inorganic nitrogen
losses through leaching and runoff: a case of field in Nansi Lake Basin
TAN Deshui1, JIANG Lihua1, ZHANG Qian2, MENG Li3, ZHENG Fuli1, GAO Xinhao1, XU Yu1, LIU
Zhaohui1,* 摇
1 Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China
2 Agricultural Technology Popularizing Center in Zhaoyang Town, Weishan 277600, China
3 State Plant Nursery of Weishan, Weishan 277600, China
Abstract: Nansi Lake is the largest lake in Shandong province and the northern area of China, which is an important buffer
lake of the South鄄to鄄North Water Diversion Project (east route) . Eutrophication has become the central problem of water
environment in Nansi Lake where the eutrophic state is from mesotrophic state to hypereutrophic state. A field study was
conducted to investigate the characteristics of inorganic N loss by leaching and runoff during the maize growing season in the
Nansi Lake Basin, and determine fertilizer application strategies to reduce N losses and their potential threats to lake water
quality. Under different fertilization patterns (In this experiment, 7 different fertilization treatments were installed, such as
follows: (1) CK: no fertilizer was applied to soil; (2) FP: farmer忆s practice of traditional fertilization; (3) PK: in this
treatment, only phosphate and potash fertilizer applied to soil; (4) OPT: nitrogen, phosphate and potash fertilizers were
mixed to a balanced nutrition; (5) CRF: in the treatment, controlled鄄release nitrogen fertilizer replaced common nitrogen
fertilizer, and other nutrition was invariable; (6) 80%OPT+M: total amount of nutrition applied to soil was equal to the
4th treatment, but 20% of total inorganic nutrition was replaced by that existed in the organic matter鄄poultry excrement;
(7) OPT+St: a balanced N, P and K nutrition was applied to soil, and total amount was equal to the 4th treatment,
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meanwhile, wheat straw was returned to cover the soil surface), Collectors for leaching and surface runoff water were
installed in鄄situ in each treatment. Water samples were collected for analysis of different forms of inorganic nitrogen in
laboratory. The results indicated a positive correlation between quantity of leachate water, surface runoff water and
precipitation. The amount of water was affected by substances such as wheat straw; The Concentration and total amount of
NO-3 鄄N and NH
+
4 鄄N losses from runoff were significantly higher than their losses through leaching, and accounts for 2 / 3 or
more of N losses, which was the primary means of N losses in the form of aqueous solutions. N losses through leaching and
runoff were mainly NO-3 鄄N form (NO
-
3 鄄N runoff loss accounted for 82. 9% 90. 8% of total, and leachate water loss
accounted for 63. 5% 72. 9% of total N. Concentration of NO-3 鄄N in runoff water greatly affected water quality, but it did
not constitute a threat to groundwater pollution through leaching; N losses through leaching and runoff were highest in
treatment FP (Farmers practice) for the whole maize growing season. To maintain maize grain yield while reducing N
pollution of the lake, a balanced application of NPK fertilizer is required, combined with the application of controlled鄄
release nitrogen fertilizer, organic alternative to inorganic and the use of straw incorporated into the soil. Appropriate
practices will need to be introduced to the farmland in the Nansi Lake basin.
Key Words: fertilization patterns; fields of Nansi Lake Basin; inorganic nitrogen; loss
南四湖是我国山东地区最大的淡水湖,是南水北调过水区和输水通道。 南四湖属富营养湖类型,其富营
养化主要是氮、磷、悬浮物和其他有机物大量入湖引发的污染[1]。 该湖流域以农业为主,农业生产上化肥的
不合理投入造成的农田污染是南四湖区面源污染的主要原因[2鄄5]。 由于该地区降水丰富,降雨回归水及少雨
季节时的农业灌溉水产生的化学养分径流和淋溶损失给南四湖水带来了较大的影响,有监测数据表明在南四
湖流域的支流河水环境中,化学耗氧量超标达 92. 3% ,生物需氧量超标率为 83. 3% ,湖面长期监测点中 20%
的点位总磷超标,来自农田径流的总氮、总磷比重逐年升高,各种入湖途径中,农田流失的总氮比例接近
40% ,而总磷也达到 7. 6%以上,对水资源安全构成重要隐患[1,6],这其中农用化学肥料过量和不合理施用是
导致农业面源污染的主要原因[7鄄8],控制与降低化肥用量和发展农用化学替代品是解决面源污染的重要
途径。
针对上述情况,前人对相近特征的内陆湖流域进行过各方面的研究[9鄄11],但多数研究还停留在单纯的调
查和机理研究层面上[12鄄13],就技术而论,缺乏适合我国国情(人多地少、土地经营分散化等)和特定湖区流域
内可以推广应用的农业面源污染控制技术。 加强沿湖农业面源污染防控及综合治理是维护南四湖流域农业
生产安全及可持续发展的必然要求。 为此,本研究在沿南四湖区的主要种植制度(小麦 /玉米一年两作)上进
行减肥及化学养分替代等不同的施肥模式进行污染防控,通过研究氮素的径流、淋溶损失特征进行总体评价,
在基本保证南四湖区作物(玉米)增产、增加农民受益的前提下,探索减少农田氮素径流和淋溶损失的技术措
施,以此降低地下水和湖水污染,为南水北调水源质量提供相应的技术保障。
1摇 材料与方法
1. 1摇 基本概况
试验地位于山东省济宁市微山县昭阳办事处,处于薛河西(该河水直接流入南四湖),经纬度为:N 34毅46忆
58义,E 117毅08忆 56义,海拔 36m。 该地区年常年平均降水量为 772mm,试验地周围地下水位常年在 1. 5—3m。 耕
作模式:小麦—玉米轮作。 试验作物为玉米,6 月 12 日播种,10 月 12 日收获,种植品种:中玉 9 号,等行距播
种,行距 60cm,株距 25cm,密度为 4444 株 / 667m2,玉米为小麦收获后人工挖穴点种。 供试土壤为潮土,为粘
壤土。 0—20cm耕层土壤基础理化性状:pH值 8. 3,有机质含量为 1. 53% ,有效磷含量 9. 3mg / kg,有效钾含量
140. 8mg / kg,硝态氮含量为 2. 06mg / kg,铵态氮含量为 1. 69mg / kg。
1. 2摇 处理设置
CK(空白处理:不施用任何肥料);FP(23鄄0鄄0,指每 667m2 N、P2O5、K2O纯养分含量)(即农民习惯施肥处
9843摇 12 期 摇 摇 摇 谭德水摇 等:不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例 摇
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理:试验地周围 15 个农户调查的平均数据,每 667m2施用尿素 50kg,底施和追施各半,不施用磷钾肥);PK(0鄄
4. 4鄄6. 6)(只施用磷钾肥处理:不施用氮肥,每 667m2施用重钙 10kg,氯化钾 11kg,全部底施);OPT(12鄄4. 4鄄
6郾 6)(优化施肥处理:每 667m2施用尿素 26kg,底施和追施各半,重钙 10kg,氯化钾 11kg,磷钾肥全部底施);
CRF(9. 6鄄4. 4鄄6. 6)(控释肥处理:每 667m2施用控释尿素 22. 86kg,重钙 10kg,氯化钾 11kg,氮磷钾肥全部底
施);80%OPT+M(9. 6鄄3. 52鄄5. 28鄄80 kg干鸭粪 / 667m2)(优化施肥 80%肥料用量加 80kg干鸭粪处理:总养分
投入量等同于优化施肥处理,即每 667m2施用尿素 20. 8kg,底施和追施各半,重钙 10 kg,氯化钾 11kg,磷钾肥
与干鸭粪全部底施);OPT+St(12鄄4. 4鄄6. 6鄄400 kg 小麦干秸秆 / 667m2)(每 667m2施用尿素 26kg,底施和追施
各半,重钙 10kg,氯化钾 11kg,磷钾肥和小麦秸秆全部底施)。 干鸭粪含 N 1. 76% ,P2O5 2. 50% ,K2O 1郾 50% ,
有机质含量为 16. 5% ,小麦秸秆含 N 0. 34% ,P 0. 05% ,K 1. 68% 。
玉米基肥为开沟施入各种肥料及鸭粪,秸秆还田处理为麦秸粉碎后覆盖,各处理氮肥的追施均在玉米大
喇叭口期开沟进行施用。 各小区随机区组排列,每处理重复 3 次,小区面积 45 m2。 各小区之间及周边垂直地
面放置 60cm塑料薄膜并进行水泥砖加固隔离,防止互相串水串肥。 玉米生育期内不进行人工灌溉,各处理
其他管理措施均等同于大田生产。
1. 3摇 小区淋溶及径流安装装置
各处理小区淋溶装置如图 1 所示,在不破坏土体垂直结构的前提下原位安装,从淋溶盘一侧进行土壤的
剖面挖掘安置接液瓶、抽液管,侧掏土放置淋溶盘,利用抽气泵抽气产生负压提取淋溶水。 各处理小区径流装
置如图 2 所示,种植小区不被破坏,均在小区一侧挖掘并构建宽 1m 深 1m 的径流池,贴小区一侧地面有直径
为 5cm连接径流池内部的 PVC管,用于排小区内地表径流产生的水(各处理小区淋溶水和径流水氮受降水带
来氮的影响因小区及淋溶盘面积相同认定等同)。
图 1摇 土壤淋溶水收集装置
Fig. 1摇 Installation of collecting eluvaiated solution from soil
图 2摇 小区径流水收集装置
Fig. 2摇 Installation of collecting runoff water in plot
1. 4摇 水样收集与指标测定
作物各生育期阶段内降水通过安装在试验田附近(距离 50m)的 SDM6A型雨量器收集观测,玉米生长典
型生育时期(拔节期、喇叭口期、开花期、乳熟期和完熟期)将淋溶水和径流水收集,收集前将水样尽量混匀,
并将淋溶水接液瓶中的水和径流池中的水排空。 收集到的水样立即送实验室低温保存或即时测定。 淋溶及
径流水量为容积法测量;硝态氮(NO-3 鄄N)和铵态氮(NH+4 鄄N)用全自动流动分析仪法测定。
1. 5摇 数据统计与分析
以地表径流(或地下淋溶)途径流失的养分数量等于整个监测周期中(一个完整的作物生长季节)各次径
流水(或收集到的淋溶水)中养分浓度与收集水体积乘积之和。 计算公式如下:
P =移
n
i = 1
Ci 伊 Vi
0943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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式中,P为养分流失量;C为第 i 次径流(或淋溶)水中某种养分的浓度;V 为第 i 次径流(或淋溶)水的
体积。
作物生育期内淋溶水量和径流水量、不同形态氮的浓度及流失量等试验数据输入 EXCEL 进行基本的平
均数及标准偏差计算,利用 DPS 7. 05 软件通过多重比较法(LSD P<0. 05)进行显著性差异分析。
2摇 结果与分析
2. 1摇 不同施肥处理下无机氮素淋溶特征
2. 1. 1摇 各生育期降水量及不同施肥处理的土壤淋溶水量
由表 1 得知,各处理土壤水淋溶量随降水量的增加而增加,各处理土壤水的淋溶量(Y)与玉米各生育时
期阶段降水量(X)存在着显著的正相关关系(Y = 0. 026X+2. 135,R2 = 0. 780**,n = 35),即从土壤孔隙间淋溶
到土壤深层的水溶液与降水量关系密切。 玉米从播种到拔节期、拔节到大喇叭口期降水量在不同生育阶段内
较高,生育后期内降水量相对较少,其中喇叭口期到开花期降水量最少。 处理之间相比,OPT+St与 80% OPT+
M处理收集到的淋溶水总量最大,CRF、PK和 CK处理淋溶水量较少,其中 CK处理整个玉米生育期内收集到
的淋溶水量最少,有 16. 4 L /盒,不同处理间在各生育期阶段内收集淋溶水量特点基本相似。
表 1摇 各生育时期降水量及不同施肥处理淋溶水量 / (L /盒)
Table 1摇 The quantity of eluviated solution and rainfall in each period
玉米生育期
Maize忆s growth stage
播种鄄拔节
Sowing鄄joining
拔节鄄喇叭口
Joining鄄trumpet
喇叭口鄄开花
Trumpet鄄flowering
开花鄄乳熟
Flowering鄄milky
乳熟鄄完熟
Milky鄄maturity
总量
Total
阶段内降雨量 / mm
Rainfall in stage 99. 1 116. 2 25. 0 60. 6 52. 7 353. 6
CK 4. 3依0. 2 4. 3依0. 3 2. 3依0. 2 3. 1依0. 4 2. 4依0. 1 16. 4 d
FP 5. 2依0. 4 4. 9依0. 2 2. 8依0. 2 3. 5依0. 2 3. 7依0. 2 20. 1 bc
PK 4. 8依0. 1 5. 0依0. 3 2. 7依0. 1 3. 7依0. 3 2. 9依0. 2 19. 1 c
OPT 5. 1依0. 2 5. 2依0. 1 2. 9依0. 3 3. 8依0. 1 3. 9依0. 3 20. 9 b
CRF 4. 7依0. 3 4. 8依0. 3 2. 7依0. 1 3. 5依0. 3 3. 5依0. 1 19. 2 c
80%OPT+M 5. 5依0. 4 5. 2依0. 4 2. 9依0. 2 4. 1依0. 2 4. 2依0. 3 21. 9 ab
OPT+St 5. 7依0. 3 5. 7依0. 2 3. 0依0. 1 4. 3依0. 2 4. 3依0. 2 23. 0 a
摇 摇 同一列不同小写字母表示 0. 05 水平上差异显著(LSD法)
图 3摇 各时期不同施肥处理土壤淋溶水硝态氮和铵态氮浓度
Fig. 3摇 Concentration of NO-3 鄄N and NH+4 鄄N of soil eluviated solution in different treatment in each stage
2. 1. 2摇 不同施肥处理对土壤淋溶水无机氮浓度的影响
由图 3 可以看出,土壤淋溶水硝态氮浓度随玉米生育期变化呈现中期降低后期稍有升高的现象,在拔节
期(基肥施用 20—25d)及喇叭口期(追肥后)的硝态氮浓度较高,玉米开花期到乳熟期阶段时间相对较短,没
有施肥措施,硝态氮浓度降低,乳熟到成熟期经过一相对较长的时间淋溶累积,硝态氮浓度又有一上升的趋
势。 处理间淋溶水浓度比较,基本与氮素的投入量相吻合,即 FP处理硝态氮浓度最高,无氮投入(CK和 PK)
1943摇 12 期 摇 摇 摇 谭德水摇 等:不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例 摇
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处理在各生育期浓度均最低,生育后期各处理差异不明显,但至完熟期农民常规施肥处理(FP)的淋溶水硝态
氮处于较高的浓度水平。
淋溶水铵态氮浓度随生育期呈现先升高后降低的特征,基本趋势与硝态氮类似。 由于在喇叭口期的氮素追
施,铵态氮处于一较高的浓度水平,其中 FP处理浓度最高,但大部分处理铵态氮浓度在生育后期差异不明显。
2. 1. 3摇 不同施肥处理下无机氮素淋溶损失量
在玉米整个生育期内随水淋溶到 90cm深度土层的硝态氮和铵态氮总量见图 4 和图 5。 其中 FP 处理的
硝态氮淋溶损失量显著高于其余施肥处理,接近 0. 9 kg / hm2,CRF 和 80% OPT+M 处理的硝态氮淋溶量显著
低于 OPT和 OPT+St处理;铵态氮淋溶量亦是 FP处理最高,OPT+St与 80%OPT+M处理铵态氮的淋溶损失量
处于一个较高的水平[14],与 FP 处理差异不显著,在有氮投入处理中 CRF 铵态氮损失量显著低于其它处理,
无氮投入处理(CK和 PK)的硝态氮和铵态氮损失量均表现最低。
图 4摇 玉米季各处理硝态氮淋溶损失量
Fig. 4 摇 The quantity of NO-3 鄄N of eluviated solution in different
treatment
图 5摇 玉米季各处理铵态氮淋溶损失量
Fig. 5 摇 The quantity of NH+4 鄄N of eluviated solution in different
treatment
2. 2 摇 不同施肥处理下无机氮素径流特征
2. 2. 1摇 各生育期不同施肥处理的径流水量
由表 2 看出,各处理小区的径流水量(Y)与玉米各生育阶段内降水量(X)(各生育期阶段内降水见表 1)
亦存在着显著的正相关关系(Y= 6. 337X-68. 46,R2 = 0. 671**,n = 35),随降水量的增加径流水量相应增加,
但其相关程度低于淋溶水与降水。 5 个生育阶段内从播种至拔节、拔节至喇叭口期径流水量较高,玉米生育
后期几个阶段内收集径流水量相对较少,与相应时期内降水特点以及后期作物需水量越来越大有密切关系。
从 45m2的试验小区收集径流水量分析,由于没有产生开沟施肥等改变土壤表面的农事操作效应[15],土壤相
对紧实,因此 CK处理收集水总量最大,与其它处理差异均达显著水平,80% OPT+M与 OPT+St处理径流水量
总最少,显著低于其它处理。 从表中也可看出,各处理小区在不同生育阶段内的径流水量差异亦比较明显。
表 2摇 玉米各生育时期不同施肥处理小区径流水量 / (L / 45m2)
Table 2摇 The quantity of runoff water in different treatment in each period
玉米生育期
Maize忆s growth stage
播种鄄拔节
Sowing鄄joining
拔节鄄喇叭口
Joining鄄trumpet
喇叭口鄄开花
Trumpet鄄flowering
开花鄄乳熟
Flowering鄄milky
乳熟鄄完熟
Milky鄄maturity
总量
Total
CK 839依38 550依19 202依12 251依13 139依7 1981a
FP 808依26 532依21 184依17 242依14 135依6 1901b
PK 812依20 555依17 189依9 240依10 143依10 1939ab
OPT 798依22 536依22 193依13 243依15 138依9 1908b
CRF 817依23 552依14 179依7 247依12 141依8 1936ab
80%OPT+M 775依19 539依19 164依10 239依11 130依6 1847c
OPT+St 752依28 522依20 152依6 231依14 122依8 1779d
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2. 2. 2摇 施肥处理对径流水无机氮浓度的影响
从图 6 看出,各处理小区径流水溶液硝态氮浓度随玉米生育期进程呈现一个单峰曲线的变化,而铵态氮
浓度整体则呈现降低—升高—降低的曲线变化,7 个不同处理趋势基本一致。 径流水中硝态氮浓度远远高于
铵态氮。 径流水硝态氮浓度以开花期含量最高,这与前期降水较多、径流水量较大而开花期降水较少有密切
关系,铵态氮浓度与硝态氮相似,不同之处在于拔节期时除 CK和 PK 处理外,其余 5 个有氮投入处理铵态氮
均表现出相对较高的浓度水平,生育期后期趋于平缓,变化幅度较小。
图 6摇 各时期不同施肥处理径流水硝态氮和铵态氮浓度
Fig. 6摇 Concentration of NO-3 鄄N and NH+4 鄄N of runoff water in different treatment in each period
在玉米各生育期间,FP 处理径流水硝态氮浓度在各个时期均表现较高,这源于较高的氮素投入,CK 和
PK较低,其余 4 个处理相差不明显,而不同生育期的铵态氮浓度在各处理间均无显著差异(除 CK 和 PK 处
理)。
2. 2. 3摇 不同施肥处理下无机氮素径流损失量
在玉米一个生长周期后,随地表径流途径流失的硝态氮和铵态氮总量在不同处理间表现出较一致的趋势
(图 7 和图 8)。 FP处理的径流氮素(包括硝态氮和铵态氮)流失量在 7 个处理中最高,其损失量与其它处理
达显著差异(其中硝态氮径流损失达 2. 07kg / hm2,铵态氮径流损失达 0. 38 kg / hm2),CK和 PK处理的氮损失
量最低。 OPT和 80%OPT+M处理的硝态氮径流损失量和铵态氮径流损失量均高于 CRF和 OPT+St处理。
图 7摇 玉米季各处理径流水硝态氮损失量
摇 Fig. 7 摇 The quantity of NO-3 鄄N of runoff water in different
treatment
图 8摇 玉米季各处理径流水铵态氮损失量
摇 Fig. 8 摇 The quantity of NH+4 鄄N of runoff water in different
treatment
2. 3摇 各施肥处理氮素淋溶及径流损失分布
由图 9 看出,各施肥处理通过土壤水淋溶以及以地表水径流途径损失的无机态氮(硝态氮和铵态氮)在
3943摇 12 期 摇 摇 摇 谭德水摇 等:不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例 摇
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图 9摇 玉米季各处理水溶液氮损失分配及硝态氮比例
摇 Fig. 9 摇 The distribution of N loss in solution of different
treatment in maize season
2郾 0—4. 0 kg / hm2之间,以 FP 处理氮损失最高,可达到
3. 67 kg / hm2。 OPT、CRF、80% OPT+M、OPT+St 处理无
机氮损失量较 FP处理分别少 0. 67、1. 00、0. 86 和 0郾 92
kg / hm2;从氮随水溶液损失分布分析(这其中包括降水
中的氮、土壤氮以及肥料氮),各处理均以径流途径损
失的氮为主,以径流形式损失的氮素占总损失量的
65%—75% ;总体分析淋溶和径流两种损失途径,水溶
性氮均以硝态氮的形式为主,在淋溶水中,硝态氮占无
机氮总损失量的 63. 5%—72. 9% ,在径流水中,硝态氮
占无机氮总量的 82. 9%—90. 8% ,除 CK和 PK外,其余
处理硝态氮所占的比例相差不大。
3摇 讨论
在南水北调过水区———南四湖流域小麦 /玉米轮作
区,农民习惯在玉米作物上大量投入氮肥以保证其产
量,这种方式极不利于保持土壤养分平衡以及大大提高了地下水和地表水的硝酸盐污染,使南四湖沿岸成为
生态脆弱区域[6]。
影响农田氮淋溶和径流的因素有多方面:如降水特征(包括降水量和强度)、土壤特性、农田氮素投入量
和氮肥形态、土地利用方式 /土壤表面覆盖程度、农事操作管理的方式方法等[16]。 水是氮流失的载体,本试验
在玉米生长期内各处理间产生较大的淋溶水和径流水收集量差异,其中 80% OPT+M 和 OPT+St 处理淋溶水
收集量较大而径流水量相对较小,这是由于秸秆还田、施用有机肥等物料与土壤混合后有较大孔隙,土壤质地
疏松,一定程度上阻止降水在地表横向流动,增加土壤水向下的淋溶效果[17];而后期农事操作(施氮处理后期
需追肥开沟)措施降低了表层土壤容重,增加了土壤总孔隙度,致使土壤水沿土壤孔隙而下渗[15,18],同时产生
粗糙土壤表面,这也是淋溶水和径流水量差生差异的主要原因所在。
不同处理硝态氮和铵态氮淋溶损失量与氮素投入量关系较大,普通尿素氮在足量的淋洗条件下十分容易
损失掉,而大颗粒包膜尿素氮通过包膜需要一个过程,这是 CRF处理硝态氮和铵态氮淋溶损失量均显著低于
其它有氮投入处理的原因所在[19]。 氮磷钾平衡施肥有利于促进对玉米对各种养分的吸收,提高氮素利用,从
而使淋溶减少,而鸭粪、小麦秸秆等有机物料处理中氮投入绝对量的减少也是这几种模式下不同形态氮淋溶
损失量低于农民习惯处理的主要原因。 径流水所带走的氮素多为存留在土壤表面的氮,氧化态氮含量较高,
因此径流水硝态氮浓度远远高于铵态氮,肥料或土壤(也包括降水)中无机氮素的径流损失多以硝态的形成
流走。 FP处理的硝铵态氮径流损失量均显著高于其它处理,这其中有氮肥投入量的原因,亦有土地利用方式
及氮素投入形态的因素影响[16],这其中 OPT 和 80% OPT+M 处理的硝态氮和铵态氮径流损失量均高于 CRF
和 OPT+St处理,这是由于 CRF处理中较大的包膜尿素颗粒在土壤的覆盖下亦并不容易随水冲走和快速溶
解,OPT+St处理则是由于秸秆覆盖的阻碍作用从而减少地表水径流量的缘故。
本试验条件下,各施肥处理通过淋溶以及地表水径流途径损失的无机态氮量在 2. 0—4. 0 kg / hm2之间,以
FP处理氮损失最大,其损失量与我国大部分沿湖地区农田相比较小[20鄄21],但其氮浓度仍然值得关注。 试验环
境与特殊降雨特征有利于反硝化反应[22],这可能是本试验硝态氮含量低于其它农田的主要影响因素,原因需
进一步探讨。 OPT、CRF、80%OPT+M、OPT+St处理氮损失较 FP处理分别少 0. 67、1. 00、0. 86 和 0. 92 kg / hm2,
为沿湖农田区可以选择的几种施肥策略;以水溶液为载体损失的氮分布分析(包括降水中的氮、土壤氮以及
肥料氮),各处理均以径流损失氮为主(径流形式损失的氮素占 65%—75% ),这源于南四湖岸区降雨较密较
急、地下水位相对高等因素的影响[23鄄24];硝态氮在淋溶和径流两种损失途径中占绝对比例,其中淋溶水硝态
氮占无机氮总损失的比例相比其它农田小(63. 5%—72. 9% ) [20],这是由于土壤含水量较高,有氧环境缺乏导
4943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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致氮素由铵态转化为硝态过程较缓慢的缘故[25],这种状况是否影响玉米根系对氮素的吸收效率,这有待于进
一步试验研究。 综合以上分析,减少地表径流水和土壤侵蚀,降低地表土速效氮含量是以南四湖为例的我国
内陆湖沿湖农田区减少氮流失的关键,其中通过增加入渗的耕作措施减少地表水径流量和进行土壤基质修复
是有效的技术途径[26]。
4摇 结论
(1)不同施肥模式下土壤水淋溶量和地表水径流量与降水呈显著正相关关系,但秸秆还田与有机肥(尤
其是较松散的有机物)等物料投入可改变淋溶水和地表径流水量。
(2)沿湖特殊的水位条件下,土壤容易达到水饱和使地表径流量占有较大比例,径流水硝态氮及铵态氮
浓度均较高,造成了氮素损失以径流途径为主(占 2 / 3 以上),是南四湖支流河水氮浓度较高的主要原因。
(3)试验条件下通过淋溶或径流损失的氮形态以硝态氮为主,某生育阶段通过地表径流的硝态氮含量接
近 10mg / L,对地下水水质有潜在威胁。 通过淋溶到土壤深层的硝态氮浓度较低,对地下水威胁相对较小。 因
此该农区需采用深施、覆土后压实的生产措施,防止氮素随地表径流及硝化后再进行发生反硝化作用造成的
损失。
(4)农民习惯施肥模式虽能保证玉米产量,但从降低湖区氮素流失造成污染、提高水质量安全角度考虑,
氮磷钾平衡施用、控释氮肥以减少氮素投入、有机替代部分无机和秸秆还田等措施均可在沿湖区利用,其中控
释肥的应用效果较好。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 12 June,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Effect assessment of the project of grain for green in the karst region in Southwestern China: a case study of Bijie Prefecture
LI Hao, CAI Yunlong,CHEN Ruishan, et al (3255)
………
………………………………………………………………………………
The effect of dispersal on the population dynamics of a host鄄parasite system in fragmented landscape SU Min (3265)………………
The effect of spatial scales on wetland functions evaluation: a case study for coastal wetlands in Yancheng, Jiangshu Province
OU Weixin, YE Lifang, SUN Xiaoxiang,et al (3270)
………
………………………………………………………………………………
Effects of simulated nitrogen deposition on nutrient balance of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) seedlings
FAN Houbao, LIAO Yingchun, LIU Wenfei, et al (3277)
……………………
…………………………………………………………………………
The water conservation study of typical forest ecosystems in the forest transect of eastern China
HE Shuxia, LI Xuyong, MO Fei, et al (3285)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
The ecological responses of Pinus tabulaeformis forests in Taiyue Mountains of Shanxi to artificial Harvesting
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke, et al (3296)
…………………………
………………………………………………………………
The influence of the long鄄term application of organic manure and mineral fertilizer on microbial community in calcareous fluvo鄄
aquic soil ZHANG Huanjun, YU Hongyan, DING Weixin (3308)…………………………………………………………………
Endophytic fungal diversity of five dominant plant species in the dry鄄hot valley of Yuanjiang, Yunnan Province, China
HE Caimei, WEI Daqiao, LI Haiyan, et al (3315)
………………
…………………………………………………………………………………
Seedling recruitment in desert riparian forest following river flooding in the middle reaches of the Tarim River
ZHAO Zhenyong, ZHANG Ke, LU Lei, et al (3322)
………………………
………………………………………………………………………………
Scaling up for transpiration of Pinaceae schrenkiana stands based on 8hm permanent plots in Tianshan Mountains
ZHANG Yutao, LIANG Fengchao, CHANG Shunli, et al (3330)
……………………
…………………………………………………………………
Responses of soil enzyme activities and microbial biomass N to simulated N deposition in Gurbantunggut Desert
ZHOU Xiaobing, ZHANG Yuanming, TAO Ye, et al (3340)
……………………
………………………………………………………………………
Effects of Pb on growth, heavy metals accumulation and chloroplast ultrastructure of Iris lactea var. Chinensis
YUAN Haiyan, GUO Zhi, HUANG Suzhen (3350)
………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of temperature and sap flow velocity on CO2 efflux from stems of three tree species in spring and autumn in Northeast
China WANG Xiuwei, MAO Zijun, SUN Tao, et al (3358)………………………………………………………………………
The soil seed bank of Eupatorium adenophorum along roadsides in the south and middle area of Yunnan, China
TANG Yingyin, SHEN Youxin (3368)
……………………
………………………………………………………………………………………………
Extracting the canopy structure parameters using hemispherical photography method
PENG Huanhua, ZHAO Chuanyan,FENG Zhaodong,et al (3376)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
The CCA analysis between grasshopper and plant community in upper reaches of Heihe River
ZHAO Chengzhang, ZHOU Wei, WANG Keming, et al (3384)
…………………………………………
……………………………………………………………………
Community structure characteristics of phytoplankton in argun River Drainage Area in autumn
PANG Ke, YAO Jinxian, WANG Hao, et al (3391)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of phytoplankton and impacting factors in Jiulongjiang Estuary of Xiamen, China
WANG Yu, LIN Mao, CHEN Xingqun, et al (3399)
………………………
………………………………………………………………………………
Effect of bank type on fish biodiversity in the middle鄄lower reaches of East Tiaoxi River, China
HUANG Liangliang, LI Jianhua, ZOU Limin, et al (3415)
………………………………………
………………………………………………………………………
Study on dynamic changes of soil and water loss along highway based on RS / GIS: an example of Yujing expressway
CHEN Aixia, LI Min, SU Zhixian, et al (3424)
…………………
……………………………………………………………………………………
The urbanization effects on watershed landscape structure and their ecological risk assessment
HU Hebing,LIU Hongyu,HAO Jingfeng,et al (3432)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of ecological risk of coastal economic developing zone in Jinzhou Bay based on landscape pattern
GAO Bin, LI Xiaoyu, LI Zhigang, et al (3441)
………………………
……………………………………………………………………………………
Impacts ofland use and cover changes on ecosystem service value in Zoige Plateau
LI Jinchang, WANG Wenli, HU Guangyin, et al (3451)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of chicken manure application on Cu and Zn accumulation in soil and Brassica sinensis L.
ZHANG Yan,LUO Wei,CUI Xiaoyong, et al (3460)
………………………………………
………………………………………………………………………………
GIS analysis of structural characteristics of pollution sources in irrigable farmland in Ningxia China
CAO Yanchun,FENG Yongzhong,YANG Yinlu,et al (3468)
…………………………………
………………………………………………………………………
Effects of pre鄄sowing soil moisture and planting patterns on photosynthetic characteristics and yield of summer soybean
LIU Yan, ZHOU Xunbo, CHEN Yuhai, et al (3478)
………………
………………………………………………………………………………
In situ study on influences of different fertilization patterns on inorganic nitrogen losses through leaching and runoff: a case of
field in Nansi Lake Basin TAN Deshui, JIANG Lihua, ZHANG Qian, et al (3488)……………………………………………
Effects of AM fungi on leaf photosynthetic physiological parameters and antioxidant enzyme activities under low temperature
LIU Airong, CHEN Shuangchen, LIU Yanying, et al (3497)
…………
………………………………………………………………………
Effects of exogenous cysteine on growth, copper accumulation and antioxidative systems in wheat seedlings under Cu stress
PENG Xiangyong, SONG Min (3504)
…………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The horizon scanning technology and its application prospect in Ecology HU Zimin, LI Jingjing, LI Wei, et al (3512)………………
Scientific Note
The gas exchange characteristics of four shrubs on the northern slope of Kunlun Mountain
ZHU Juntao, LI Xiangyi, ZHANG Ximing, et al (3522)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of DEM data at different scales on the accuracy of forest Ecological Classification system
TANG Lina, HUANG Jucong, DAI Limin (3531)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Canopy interception of rainfall by Bamboo plantations growing in the Hill Areas of Southern Jiangsu Province
JIA Yongzheng, HU Haibo, ZHANG Jiayang (3537)
…………………………
………………………………………………………………………………
Effects of exotic species slash pine (Pinus elliottii) litter on the structure and function of the soil microbial community
CHEN Falin, ZHENG Hua, YANG Bosu, et al (3543)
………………
……………………………………………………………………………
The carbon emission analysis of Shenzhen Metro XIE Hongyu, WANG Xixiang, YANG Muzhuang, et al (3551)……………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 12 期摇 (2011 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 12摇 2011
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