典型红壤区农田养分平衡估算及环境影响 ——以祁阳县为例

论文摘要

南方红壤区是我国最重要的农业生产地区之一,土地面积仅占全国的1/5,却养育了全国40%的人口。近年来,随着农业投入的不断增加,该区农业生产和农村生活造成的农业面源污染日益凸显。本文以湖南省祁阳县为例,在进行了大量的农户调查、农田区域实地访问及相关资料收集的基础上,采用野外取样和室内分析测定的方法,通过与当地长期定位试验的结果进行对比分析,探讨了红壤地区农田土壤有机质及养分变化、养分平衡状况,并通过估算养分损失量为农业面源污染的防控提供科学依据。本文主要结论如下:（1）第二次土壤普查以来,研究区农田耕作层的有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均有不同程度的提高,其中水稻土分别提高了约9.6%、17.4%、23.4%和46.5%,旱地分别提高了约13.2%、8.3%、6.1%和49.4%。而土壤速效钾含量下降较明显,水稻土和旱地分别降低了18.4%、24.1%。从土壤剖面中养分的变化来看,水稻土和旱地土壤剖面各层次的有机质和全氮含量均有所增加,全磷含量则呈现下降趋势,水稻土的耕作层和犁底层及旱地土壤的耕作层和心土层全钾含量下降,而水稻土的淀积层及旱地土壤的母质层全钾含量则有所提高。分析对比土壤剖面各土层的厚度变化情况;水稻土耕作层和犁底层分别变薄了9cm和8cm,旱地土壤耕作层厚度增加了5cm,但心土层减少了4cm。（2）祁阳县所有农田中,氮、磷均有盈余,且氮素的盈余量较大,而钾素则全面亏缺。根据相关结果计算得出,水田中氮素盈余量为194.63 kg·hm-2·a-1243.44 kg·hm-2·a-1,平均盈余率为89.20%;旱地为50.96 kg·hm-2·a-1150.84 kg·hm-2·a-1,盈余率为50.88%。水田磷素盈余量为2.86 kg·hm-2·a-1 32.35 kg·hm-2·a-1,平均盈余率为13.96%;旱地磷素盈余量为26.63 kg·hm-2·a-1 39.98 kg·hm-2·a-1,平均为27.75%。水田钾素亏缺量为69.07 kg·hm-2·a-1 137.52 kg·hm-2·a-1,平均亏缺率为34.55%;旱地亏缺量为10.32 kg·hm-2·a-1 164.69 kg·hm-2·a-1,平均亏缺29.07%。（3）在小麦-玉米一年两熟的轮作制度下,不施肥（CK）处理的土壤年均供氮、磷、钾能力分别为21.43 kg·hm-2·a-1、10.72 kg·hm-2·a-1和31.71 kg·hm-2·a-1,作物吸收养分数量逐年下降,土壤中氮磷钾养分损耗严重,处于严重亏缺状态。单施氮、磷、钾化肥处理,土壤中氮磷钾的养分平衡均上升,特别是氮素盈余量达211.88 kg·hm-2·a-1 254.17 kg·hm-2·a-1。在氮磷钾配施有机肥（NPKM）处理中,耕层土壤全量氮、磷、钾的含量均有增加,作物对养分的吸收量呈上升趋势,土壤养分收支平衡表现为基本处于平衡状态,是较理想的施肥模式。（4）根据相关方法估算,祁阳县农田土壤中氮素总损失量26933.10吨,其中淋失量362.72吨,氨挥发量为26141.6吨,硝化-反硝化损失量428.78吨。全县磷素损失量3.30吨,其中渗漏损失2.64吨,径流损失0.66吨。全县钾素损失量507.81吨,其中渗漏损失422.08吨,径流损失85.73吨。这些养分的损失不仅是有限资源的严重浪费,也在一定程度上提高了农业的生产成本,降低了农业的整体效益,更可能是导致农田面源污染的重要原因。综上所述,在祁阳县现有施肥和耕作管理模式下,针对土壤中氮磷盈余、钾素亏损和相应养分的损失情况,在施肥结构和用量上,应增加有机肥施用量,同时提倡作物秸秆还田,促进农田有机物质循环,提高土壤肥力和养分库容,减少氮磷素向环境流失,构建有利于作物优质高产和资源节约环境发展友好的农业发展模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 国内外研究概述
• 1.1.1 国外研究进展
• 1.1.2 国内研究进展
• 1.2 研究区概况
• 1.2.1 自然概况
• 1.2.2 社会经济概况
• 1.2.3 农业生产概况
• 1.3 研究意义
• 1.4 研究内容
• 1.6 数据来源与研究方法
• 1.7 数据处理
• 第二章 祁阳县农田养分含量状况
• 2.1 祁阳县农田养分含量现状
• 2.2 祁阳县农田土壤养分含量分级
• 2.2.1 水稻土耕作层养分分级
• 2.2.2 旱地耕作层养分分级
• 2.3 祁阳县不同剖面农田土壤养分含量变化
• 2.3.1 水稻土不同剖面土壤养分含量变化
• 2.3.2 旱地不同剖面土壤养分含量变化
• 2.4 讨论
• 2.4.1 农田土壤养分变化情况
• 2.4.2 影响农田土壤养分变化的主要因素
• 2.5 本章小结
• 第三章 祁阳县农田中养分的平衡
• 3.1 资料收集
• 3.2 农田养分平衡计算方法
• 3.2.1 农田养分输入
• 3.2.2 养分输出
• 3.2.3 养分平衡计算公式
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 祁阳县农田氮素收支平衡状况
• 3.3.2 祁阳县农田磷素收支平衡状况
• 3.3.3 祁阳县农田钾素收支平衡状况
• 3.4 讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 长期不同施肥处理对红壤养分平衡的影响
• 4.1 试验设计
• 4.2 养分平衡计算方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 氮素收支平衡状况
• 4.3.2 磷素收支平衡状况
• 4.3.3 钾素收支平衡状况
• 4.4 讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 农田养分损失及其环境效应
• 5.1 氮素损失及其途径
• 5.1.1 淋失
• 5.1.2 氨挥发
• 5.1.3 氮素硝化-反硝化损失
• 5.2 磷素损失及其途径
• 5.3 钾素损失及其途径
• 5.4 氮磷素损失对环境的影响
• 5.5 讨论
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 讨论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简历