促進(jìn)南方紅壤丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究
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研究典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分流失特征及影響因素構(gòu)建丘崗復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮磷攔截與生態(tài)消納模式和稻田流失氮磷生態(tài)濕地消納技術(shù)，為防控農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮磷面源污染提供技術(shù)支撐
基于桃源站養(yǎng)分流失長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了2001—2011?年典型丘崗復(fù)合農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)集水區(qū)氮、磷和鉀、鈣、鎂等養(yǎng)分輸出特征及影響因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)集水區(qū)的養(yǎng)分流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重。其中，集水區(qū)地表徑流中總氮濃度達(dá)到了?2.66?mg?·?L?1,超過了國家地表水?V?類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，年均流失量為?9.40?kg?·?hm?2；總磷流失相對較輕，在地表徑流中的濃度為?0.09?mg?·?L?1，接近國家地表水?II?類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，年均流失量為?0.30?kg?·?hm?2。集水區(qū)中鉀、鈣、鎂等陽離子的流失程度較氮、磷嚴(yán)重，其中鈣的流失最為嚴(yán)重，年均流失量達(dá)到了?59.75?kg?·?hm?2，大量的鈣流失可能是導(dǎo)致我國亞熱帶地區(qū)酸性土壤進(jìn)一步酸化的主要原因。
典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)集水區(qū)存在多種土地利用方式，明確不同土地利用方式對整個集水區(qū)的養(yǎng)分流失的影響程度，可為下一步開展針對性的調(diào)控措施提供科學(xué)依據(jù)。為此，我們構(gòu)建了不同土地利用方式養(yǎng)分流失監(jiān)測系統(tǒng)（圖?4），通過連續(xù)?2?年的監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稻田的地表徑流產(chǎn)生次數(shù)和養(yǎng)分年均流失量遠(yuǎn)大于旱地和果園，其中總氮的年均流失量占整個集水區(qū)的?60%，總磷的年均流失量占整個集水區(qū)的?30%。但強(qiáng)降雨條件下的旱地和果園的單次養(yǎng)分流失量遠(yuǎn)大于稻田。因此，采取有效措施調(diào)控稻田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程是控制典型丘崗復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分流失的關(guān)鍵，同時也應(yīng)重視旱地和果園的養(yǎng)分流失問題。
基于丘陵區(qū)不同土地利用方式氮磷等養(yǎng)分的流失特征及影響因素，結(jié)合該地區(qū)存在季節(jié)性干旱問題，以桃源站的典型丘崗地貌為基礎(chǔ)，通過修建蓄水池，構(gòu)建了以“坡地（茶園）-旱地（油菜）-水田（中稻）-生態(tài)濕地（綠狐尾藻）”為主線的丘崗復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮磷攔截與生態(tài)消納模式。該模式不僅可以實現(xiàn)流失氮、磷的梯級攔截和消納，還可以起到流失氮、磷和雨水循環(huán)利用的作用。連續(xù)?2?年的監(jiān)測結(jié)果表明，該模式每年可減少氮流失?26.01?kg?·?hm?2，磷流失?1.28?kg?·?hm?2，最終出水的氮和磷濃度分別降低到國家地表水?III?類和?II?類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，該模式還可以有效提高水分利用效率?37%。生態(tài)濕地中的綠狐尾藻經(jīng)收割作為有機(jī)肥施用到茶園，每年可提供氮素?129.63?kg?·?hm?2，磷素?22.74?kg?·?hm?2。
針對稻田氮流失嚴(yán)重的問題，我們構(gòu)建了蓮藕-綠狐尾藻組合濕地系統(tǒng)。結(jié)果顯示，該濕地系統(tǒng)可消納稻田排放出的?50%?的氮和?80%?的磷，經(jīng)由濕地系統(tǒng)出水中的氮磷濃度可分別降低到國家地表水?III?類和?II?類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)連續(xù)?2?年的試驗結(jié)果推算，1?畝蓮藕-綠狐尾藻復(fù)合人工濕地可以消納?16?畝稻田排放出的氮、磷，使稻田出水達(dá)到國家水質(zhì)?III?類排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，在亞熱帶丘陵地區(qū)可以構(gòu)建小型的蓮藕-綠狐尾藻濕地消納農(nóng)田排出的氮磷，且兼具景觀優(yōu)化功能。