生物炭施用对丹江口库区坡耕地水土与氮磷流失的影响机理研究

The Danjiangkou reservoir is source area of the middle route project of South – North water transfer. Coordinated development of soil erosion and food supply of sloping land in Danjiangkou reservoir is an urgent problem need to be solved presently. This project intend to address this issue by improving soil aggregate structure, water binding capacity, nutrient adsorption and plant nutrient utilization of slope land with use of biochar soil amendments. Runoff plot trials and laboratory simulation experiments will be carried out in the Danjiangkou reservoir area to study the regulate effects and mechanisms of biochar on soil erosion, nutrient loss and crop yields. The main research contents include: ① effects of biochar on runoff, soil loss, water soluble nitrogen and phosphorus contents of runoff, particulate nitrogen and phosphorus contents of runoff, soil aggregate features and yields; ② soil physical structure mechanisms, soil water movement mechanisms, transport mechanisms of nitrogen and phosphorus nutrient in soil-plant system with biochar to control nitrogen, phosphorus, soil and water loss on sloping land; ③ regulatory function of biochar in the whole processes of rainfall infiltration, runoff, soil loss, and nitrogen and phosphorus nutrient losses. This project aims to reveal the regulation mechanism of biochar on nitrogen, phosphorus, soil and water loss, and yields of sloping land. The results will provide the scientific basis and effective technical support for applying biochar to control runoff, the utilization of agricultural waste, and biochar application in agriculture.

丹江口库区是国家南水北调中线工程的水源地，该区坡耕地农业开发引起的水土流失与粮食供应之间的协调发展是国家关注的重大问题。本研究从改善土壤团聚结构、持水性、养分吸附性和作物养分高效利用方面入手，以施用生物炭土壤改良剂为手段，通过室内模拟和野外径流小区试验，开展控制坡耕地水土、氮磷流失和作物产量的技术及机理研究。主要研究内容包括：①生物炭对坡耕地径流量、土壤流失量、径流液中水溶性、颗粒性氮磷养分含量、土壤团聚体特性以及产量的调控效应研究；②生物炭控制水土和氮磷流失的土壤物理结构机制、土壤水分运动机制和土壤植物系统氮磷运移机制研究；③生物炭在整个强降雨过程中降雨入渗-产流-土壤侵蚀-氮磷流失过程的调节功能研究。以期揭示生物炭对坡耕地水土和氮磷流失的影响及机理，构建丹江口库区坡耕地水土流失防治和作物增产的施用技术，为丹江口及类似坡耕地水肥流失防控、废弃物利用和生物炭应用提供技术和理论依据。

丹江口库区是国家南水北调中线工程的水源地，该区坡耕地农业开发引起的水土流失与粮食供应之间的协调发展是国家关注的重大问题。本研究从改善土壤团聚结构、持水性、养分吸附性和作物养分高效利用方面入手，以生物炭土壤改良剂为手段，通过室内模拟和野外径流小区试验，开展控制坡耕地水土、氮磷流失和作物产量的技术机理研究。主要内容包括：生物炭对坡耕地径流、土壤及氮磷养分流失、以及产量的调控效应研究；生物炭控制水土和氮磷流失的土壤物理结构机制、土壤团聚结构土壤水分关键过程机理研究；分析生物炭在降雨过程中对土壤侵蚀和氮磷流失过程的调节功能研究，以期揭示生物炭对坡耕地水土和氮磷流失的影响及机理，构建丹江口库区坡耕地水土流失防治和作物增产的施用技术，为丹江口及类似坡耕地水肥流失防控、废弃物利用和生物炭应用提供技术和理论依据。研究获得以下主要结论：.长期土壤增施生物炭对控制坡耕地水土、氮磷流失和作物产量方面有积极的改善作用。增施生物炭显著降低土壤侵蚀量25-64%，降低径流量4-34%，减少氮磷养分流失量2-40%和23-63%。在生物炭40t ha-1的用量以下，随施用量的增加，控制水土和养分流失的效果逐渐提升。对农作物产量而言，生物炭添加可以增加小麦产量17-56%，玉米产量18-58%，柑橘产量19-22%。生物炭控制水土及养分流失的重要作用机理在于它对土壤物理结构的改变，土壤团聚结构稳定性的提高，容重的降低，土壤孔隙度的增加，提高了土壤水分的入渗，延长了产流的时间，降低氮磷养分流失量的重要原因还在于它对氮磷养分的吸附作用以及提高了作物对氮磷的吸收利用作用。然而，在强降雨的作用下，由于生物炭质地较轻的特性，地表土壤依然会出现土壤以及生物炭侵蚀现象。地表覆盖可有效降低此现象发生，进一步增强生物炭控制水土及养分流失的作用，与单施生物炭比较，降低氮磷养分流失量11-61%和25-40%。