坡地茶園集水區(qū)地表徑流氮磷流失及其生態(tài)綜合控制研究.pdf

1、近年來，浙江苕溪流域內(nèi)茶葉種植面積迅速增加，大部分茶園分布在紅壤丘陵坡地，種植過程中氮(N)、磷(P)營(yíng)養(yǎng)隨地表徑流流失現(xiàn)象較為突出，加大了苕溪流域水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。因此，系統(tǒng)的研究坡地茶園地表徑流氮磷流失機(jī)理，并有針對(duì)性的提出有效的控制措施，對(duì)削減茶園氮磷營(yíng)養(yǎng)流失負(fù)荷，減少對(duì)水體環(huán)境的污染，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本研究從2010年到2012年在杭州余杭區(qū)杭州茶葉試驗(yàn)場(chǎng)典型茶園集水區(qū)采取野外監(jiān)測(cè)分析、徑流小區(qū)及人工模

2、擬降雨試驗(yàn)等方法，在分析坡地茶園地表徑流氮磷輸出機(jī)制的基礎(chǔ)上，深入探討了降雨、施肥、種植模式、地表覆蓋等因素對(duì)茶園地表徑流氮磷流失的影響，同時(shí)開展了茶樹氮素營(yíng)養(yǎng)快速診斷研究以及多水塘—溝渠濕地系統(tǒng)對(duì)氮磷污染物的凈化作用研究，進(jìn)而提出了坡地茶園集水區(qū)氮磷流失控制及水肥管理策略。主要研究結(jié)論如下:
　　 研究區(qū)域茶園土壤pH平均值為4.5，主要分布在3.2～6.6，存在著酸化的現(xiàn)象。土壤氮磷養(yǎng)分的總體供應(yīng)能力較好，總氮(TN)含量范

3、圍在1.31g/kg～6.39g/kg，平均為2.92g/kg，總磷(TP)含量范圍在0.31g/kg～2.87g/kg，平均為1.09g/kg，大部分土壤樣品達(dá)到土壤養(yǎng)分1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。茶園集水區(qū)氮磷養(yǎng)分流失嚴(yán)重，作為集水區(qū)氮磷養(yǎng)分輸出通道的溝渠，水樣中的總氮、總磷含量均值都超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中(V)類標(biāo)準(zhǔn)限值。茶園、水塘、溝渠水樣中的氮素存在形態(tài)以硝態(tài)氮為主，稻田氮素的流失形態(tài)以氨氮為主，所有“源-匯”類型中，顆粒態(tài)磷是水樣中磷素

4、的主要存在形態(tài)。
　　 通過2年(2010～2011)的小區(qū)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)探討降雨與肥料類型對(duì)茶園地表徑流氮磷流失的影響。試驗(yàn)處理包括不施肥處理、茶樹專用有機(jī)肥處理、緩釋肥處理以及常規(guī)化肥處理，3個(gè)施肥處理每年施用等量的N和P。結(jié)果表明，3個(gè)施肥處理徑流中的TN和TP濃度都與降雨量呈顯著線性關(guān)系，其中有機(jī)肥處理相關(guān)性最強(qiáng)，而對(duì)照處理徑流中的TN和TP濃度與降雨量之間不存在顯著相關(guān)。有機(jī)肥處理徑流中平均TN濃度在2010年和2011年都

5、顯著低于常規(guī)施肥處理，2010年，緩釋肥處理徑流中的TP和顆粒態(tài)磷濃度顯著低于其他施肥處理，然而，2011年，3種施肥處理徑流中各種形態(tài)磷的濃度均不存在顯著差異。盡管施用有機(jī)肥和緩釋肥有利于降低茶園徑流水中的氮磷濃度，但與常規(guī)易溶性氮肥相比，并沒有顯示出增加茶葉產(chǎn)量的作用。
　　 2012年在坡地茶園進(jìn)行野外人工模擬降雨試驗(yàn)研究，通過在施肥后不同時(shí)間間隔（第5d，第27d，第49d）分別進(jìn)行不同降雨強(qiáng)度(80mm/h，120mm

6、/h，160mm/h)的模擬降雨，探討了徑流量、氮磷流失量與降雨量及前期土壤含水量之間的關(guān)系，評(píng)估了肥料類型對(duì)坡地茶園氮磷流失量的影響。結(jié)果表明，徑流量、徑流中總氮、總磷的流失量與降雨量、前期土壤含水量均呈顯著線性正相關(guān)。在施肥后第49d進(jìn)行的模擬降雨中，施用緩釋肥和茶樹專用有機(jī)肥的處理，其TN的流失量分別為52.07g/hm2、45.23g/hm2，顯著低于施用常規(guī)化肥的處理(73.47g/hm2)，但在研究期間，3種施肥處理的TP流

7、失量不存在顯著差異。
　　 在等高種植和順坡種植的茶園進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，施肥量及其他管理措施相同，分析了兩種種植模式的茶園徑流水中的氮磷元素的含量、形態(tài)特征及其隨時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明:在整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)期內(nèi)，等高種植茶園徑流中總氮、硝氮、氨氮含量分別比順坡種植茶園低8.54％～43.01％，4.05％～46.70％，5.92％～33.19％，但兩種種植模式之間不存在顯著差異;等高種植茶園徑流水中總磷、可溶態(tài)總磷、顆粒態(tài)磷的含量分別比順

8、坡種植低8.51％～31.07％，0.39％～17.91％，8.45％～36.86％，兩種種植模式之間徑流水中總磷、顆粒態(tài)磷含量存在極顯著差異，可溶態(tài)磷含量不存在顯著差異。總的來說，等高種植模式能更好地截留茶園氮磷營(yíng)養(yǎng)元素，防止其隨地表徑流流失。
　　 通過小區(qū)尺度(100m2)和田間尺度(32hm2)的茶園試驗(yàn)，探討了在田間尺度利用葉綠素儀（SPAD-502）開展田間氮素診斷施肥的可行性，研究了茶葉氮素及SPAD值的時(shí)空變異情

9、況，分析了時(shí)空變化對(duì)茶葉氮素含量與SPAD值相關(guān)關(guān)系的影響。結(jié)果表明，使用SPAD值直接評(píng)估茶樹葉片氮素含量，應(yīng)該考慮時(shí)空變異對(duì)其適用性的影響。茶葉氮含量與SPAD值在8月份小區(qū)尺度下呈顯著正相關(guān)，但在11月份時(shí)相關(guān)不顯著。田間尺度下，未發(fā)現(xiàn)茶葉氮含量與SPAD值呈顯著相關(guān)關(guān)系。未來還需要深入研究來確定SPAD值與茶葉氮含量之間穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系，這將有利于實(shí)現(xiàn)茶樹實(shí)時(shí)實(shí)地優(yōu)化施肥。
　　 通過研究在茶園間種白三葉草、覆蓋稻殼+液體

10、生態(tài)地膜兩種地表覆蓋措施，探討了生態(tài)覆蓋措施對(duì)茶園地表徑流氮磷流失特征的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)耕作相比，間種白三葉草處理徑流中的總氮濃度降低24.2％，總磷濃度降低44.5％;稻殼+液體生態(tài)地膜覆蓋處理徑流中的總氮濃度降低42.7％，總磷濃度降低50.5％，間種白三葉草與稻殼+液體生態(tài)地膜2種地表覆蓋措施都能顯著降低徑流中的氮磷污染物濃度。
　　 在自然多水塘—溝渠濕地系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過在水塘種植多種水生植物進(jìn)行生物強(qiáng)化處理，探

11、討了多水塘—溝渠濕地系統(tǒng)對(duì)茶園徑流氮磷污染物的削減能力，分析了茶園集水區(qū)氮磷污染物濃度沿水的流程的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，多水塘—溝渠濕地系統(tǒng)有效降低了茶園集水區(qū)出水口氮磷污染物的濃度，與茶園徑流中的平均濃度相比，出水口水樣中總氮濃度降低32.3％，硝態(tài)氮濃度降低24.3％，氨氮濃度降低48.9％，總磷濃度降低48.9％，可溶態(tài)磷濃度降低74.1％，顆粒態(tài)磷濃度降低83.7％?？偟膩碚f，多水塘—溝渠濕地系統(tǒng)對(duì)顆粒態(tài)磷的去除效果最好，其次是可