红壤区典型小流域氮磷积累空间变异与环境效应研究

我国亚热带地区长期的农业高投入导致农田土壤氮磷积累明显，农业面源污染问题突出。本项目以亚热带红壤区典型小流域（50km2）为研究对象，运用地统计学和MAPGIS技术，通过密集采样研究土壤全氮、全磷、矿质氮（铵态氮与硝态氮）和Olsen-P的空间变异规律及其与地形地貌、土壤性质、土地利用以及施肥管理措施等的关系，揭示小流域土壤氮磷积累的主控因子；采用室内土柱模拟试验的方法，确定土壤氮磷迁移的临界值及其与有机质、游离氧化铁铝、黏粒等主要土壤性质的关系；通过多点联动观测小流域内土壤、地下水与地表水氮磷含量的动态变化，并结合气象和水文实测资料，估算氮磷的迁移量，定量评价小流域氮磷垂直和水平迁移强度的时空变化，对小流域土壤氮磷积累的环境效应进行定量评价。本研究将从小流域尺度揭示亚热带红壤区土壤氮磷积累的主控因子，探索氮磷积累环境效应的定量评价方法，为亚热带地区农业面源污染的科学防控提供理论依据。

亚热带地区是我国农业活动最活跃的地区之一，农业面源污染问题突出。本项目以亚热带典型红壤小流域（52 km2）-脱甲河小流域为研究区，通过密集采集表层土样、室内土柱模拟试验、多点联动观测土壤-地表水-地下水氮磷含量的动态变化等研究措施，系统研究了小流域氮磷积累空间变异与环境效应。项目取得如下主要研究结果：（1）脱甲河小流域表层土壤全氮磷具有中等至高等的空间变异性，空间分布特征略有差异。TN高值区主要分布在北部相对地势较高的区域，以林地为主；而NO3--N、Olsen-P和TP主要高值区为农业耕种区，肥料施用是影响土壤氮磷累积和空间变异的主要因子。（2）硝态氮在红壤、水稻土中的淋失过程为高浓度快速降低和低浓度缓慢降低两个阶段；淋失过程存在明显的拐点，该点对应的累积入渗量（拐点入渗量）变化范围为38.1 - 219.7 mm，随土壤硝态氮含量增加呈幂函数增加趋势；而淋溶液中溶解态反应性磷（DRP）浓度则总体上呈现为先增加、达到峰值后开始缓慢平稳下降的趋势。红壤和水稻土P淋失浓度达到最大的累计入渗量差异较大，为500->1000mm。（3）NP淋失强度的定量估测结果表明，在年降水入渗量700 mm和土壤硝态氮和Olsen-P含量为20 mg /kg条件下，研究区表层土壤（0-20cm）年平均淋失量为N 484.9 kg /hm2、P 0.476 kg /hm2，可见自然条件下P淋失强度相对较低。研究区实际观测结果表明，不同时间稻田土壤N 的淋失形态有显著差异（P<0.05），水稻生长期（4—10月）淹水条件下淋失形态主要为铵态氮，而闲田期（10月—翌年3 月）非淹水条件下则主要为硝态氮。研究区10—12 月（闲田期）是稻田土壤P淋失的主要阶段。（4）脱甲河小流域各子流域的水体富营养化率 (TP >0.05 mg P/L)平均为86.7%，水环境已达到严重富营养化的程度。导致的原因除土壤氮磷累积迁移流失以外，养殖密度过高也是导致研究区水体NP负荷较高的重要原因，养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2%和62.0%。降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是研究区面源污染防治的有效途径。课题执行期内发表研究论文17篇，其中SCI收录论文5篇，EI收录论文6篇，核心期刊论文12篇；培养硕士研究生9名，已经顺利毕业6名。