平原河网区农田耕作强度对土壤氮磷流失的影响及机制研究

Farming intensity is one of the main influencing factors on agricultural nonpoint pollution. It not only determines the chemical formations and amounts of soil nutrient losses, but also affects the lake eutrophication process on some degree. Studying the impacts and driving mechanisms of farming intensity on soil nitrogen and phosphorus losses will be realistically and theoretically important on reducing the lake eutrophication. In this project, the riverine plain area in Taihu lake region will be selected as study area. We will recover the agricultural system in the 1980s, and compare it with the agricultural system at the present situation through farm control experiments. We will use leaky pipes and runoff pots to collect water samples and analyze different forms of nitrogen and phosphorus contents. Based on this, we will carry out the comparative researches on the chemical formations and seasonal changes of soil nitrogen and phosphorus in the surface runoff and subsurface flow. The WinEPIC model will be used to simulate soil nutrient loss. The object of this study is to examine the impact of changing agricultural intensity on soil nutrient movement that is important to water quality, provide scientific evidence to understand the driving mechanisms of agricultural nonpoint pollution and control lake eutrophication.

农田耕作强度的改变是导致农业非点源流失的主要驱动因素之一，不仅决定了土壤氮、磷流失的形态与总量，同时在一定程度上也影响着湖泊的长期富营养化过程。探讨农田耕作强度对土壤氮、磷流失的影响及驱动机制，对于湖泊富营养化的治理具有重要理论与现实意义。本研究拟选择农田耕作强度发生显著变化的江苏太湖平原河网区为研究区域，通过农田控制实验再现20世纪80年代和现在的农业耕作制度，采用原位安装渗漏管采集器和地表水径流缸收集水样，结合室内分析不同形态氮、磷含量的方法，对比研究不同耕作强度下土壤氮、磷在地表径流和壤中流的形态特征和季节变化；利用WinEPIC模型技术，研究土壤氮、磷在地表径流和壤中流流失量的逐日变化特征，揭示农田耕作强度对土壤氮、磷流失的影响机理，为深刻认识农业非点源流失的驱动机制及水体富营养化控制提供科学依据。

研究背景：20世纪80年代以来，太湖流域农业耕作方式发生了较大变化，主要表现在肥料施用种类变化以及化肥施用强度增加。为了研究太湖流域农业耕作方式变化对土壤氮磷流失的影响机制，选择位于太湖流域平原河网区的常熟生态试验站，开展了农田径流小区对比试验。.研究内容分为2部分：.（1）不同耕作强度下农田地表径流与壤中流N、P输出的形态特征与季节动态. 在暴雨和不降雨两种情形下，通过农田控制试验、分阶段采样分析与同步监测等手段，分析不同的施肥种类、数量、作物种植及灌溉方式下，农田地表径流与壤中流水体中不同形态的N、P 含量，揭示不同耕作强度下农田地表径流N、P输出的形态特征与季节动态。.（2）不同耕作强度下土壤N、P 流失量的模拟与影响评估. 通过模型计算和ArcGIS 技术，对田间尺度土壤N、P的流失量进行模拟，分析一个完整年份内农田土壤N、P在地表径流、壤中流和作物生长吸收等不同途径流失通量的时间变化特征，识别农田土壤N、P流失的关键阶段和主要部位，并结合1985年和2005年太湖平原河网区土地利用变化，对太湖平原河网区自20世纪80年代以来耕作强度改变对土壤N、P流失的影响程度进行定量评估。.重要结果：相比较1980s，2000s耕地的施肥强度增加了59%，而地表径流TN和NO3-N流失分别增加了40%和70%，淋溶TN输出增加了60%。麦季流失方式以渗漏为主，大致占总流失量的60%，稻季流失以径流流失为主，大致占总流失量的95%；粮食增产的效果不明显，麦季粮食产量增加了52%，稻季甚至减产24%。.关键数据：获取了一个完整稻麦轮作季节地表径流与壤中流氮磷浓度、流失量数据以及植株体内氮磷含量与生物量数据。.科学意义：本项研究探讨耕作强度变化对土壤氮磷流失的影响机理，为定量评估1980s以来农业耕作制度变化对农村水环境的影响提供科学依据。