覆膜对沂蒙山区棕壤土壤氮矿化及水土流失的影响

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自1978年,覆膜栽培技术被引进中国之后,得到了广泛的应用,已成为我国提高农作物产量的主要措施之一。但是,由于长期覆膜引起的地力下降,土壤板结,养分过度耗竭等问题也引起了越来越多人的关注。因此,急需探索覆膜条件下土壤中养分的转化与积累,为覆膜栽培技术的合理利用提供指导。同时,由于人类的农耕活动,加剧了水土流失,增加了坡地非点源污染物的输出风险。近几十年来,对于农业水土流失和非点源污染物输出的评估与控制已成为世界范围内最重要的环境保护议题之一。而覆膜对于水土流失和养分输出的影响方面的研究较少。本研究以沂蒙山区花岗岩坡积母质发育的棕壤为实验材料,在种植花生过程中,利用野外原位氮矿化实验装置,针对全程未覆膜(M0)、播种—苗期覆膜(M1)、播种—花针期覆膜(M2)、播种—结荚期覆膜(M3)和全程覆膜(M4)共五个处理,研究了不同覆膜时期对土壤氮矿化、矿质氮淋失及花生产量的影响。同时设置了与原位氮矿化实验覆盖时期一致的野外径流小区观测实验,分别表示为RM0、RM1、RM2、RM3和RM4。探索不同覆膜时期对水土流失影响。主要研究结论如下:1.覆膜明显提高了0.7.5cm苗期的土壤温度和整个花生生长期土壤含水量。苗期,覆膜处理和未覆膜处理的平均土壤温度分别是27.1℃和25.1℃,覆膜处理较高的土壤温度有利于花生早出苗和发育。随着植株的生长,从花针期开始,覆膜的增温效果不明显。覆膜提高了花生整个生长期的土壤含水量。在花生的生长过程中,揭膜后,土壤的含水量与未覆膜处理的土壤含水量没有明显差异。2.不同覆膜时期对土壤净氮矿化量产生较为明显的影响。除饱果期外,覆膜处理在各个生长期内的净氮矿化量都明显高于全程未覆膜处理及揭膜处理。在整个花生生长过程中,全程覆膜处理(M4)的土壤净氮矿化量最高,为139.7mgkg-1;其次是播种-结荚期覆处理(M3),为132.3mgkg-1;净氮矿化量最低的是播种-苗期覆膜处理(M1),仅为32.3mg kg-1;其次是全程未覆膜处理(M0)为45.1mg kg-1。3.实验条件下的覆膜处理显著增加地表径流量和土壤侵蚀量。从9场降雨的平均径流量来看,RM4处理的平均径流量分别比RM0、RM1、RM2和RM3处理高18.2%、20.9%、13.0%和15.6%。平均径流系数从低到高的顺序依次是:RM0、RM1、RM3、RM2和RM4,分别是15.2%、15.2%、15.7%、16.0%和17.9%。9场降雨中,RM4处理的土壤侵蚀量最高。RM4处理的平均土壤侵蚀量,分别比RM0、RM1、RM2和RM3处理高8.2%、5.9%、6.8%和6.5%。4.薄膜覆盖能显著减少土壤氮素的损失。与水土流失的研究结果相反,RM4处理减少了9场降雨氮素的平均流失量,其中,NH4+-N、NO3--N、DN、PN以及TN的流失量分别比其它四个处理的平均流失量少17.1%(12.6-26.65)、18.8%(14.5-23.3%)、17.1%(13.1-21.6%)、8.2%(1.0-11.6%)和13.2%(11.8-16.5%)。从氮素的流失形态来看,覆膜没有改变氮素的主要流失形态。在所有处理中,DN占TN流失量的比例高于PN,分别为54.1%(52.0-57.2%)和45.9%(42.8-48.0%)。而DN又以NO3--N为主,占TN流失量的31.1-33.9%;NH4+-N仅占TN流失量的11.4-13.7%。另外,覆膜时期的长短显著影响土壤中矿质氮淋失。由于地膜的不渗透性,长期覆膜可以减少耕作层土壤中矿质氮的淋失量。当揭膜后,土壤中积累的矿质氮由于缺少地膜的保护,极易淋失。在实验过程中,矿质氮淋失量最少的是全程覆膜处理(M4),为14.0mg kg-1;其次是,播种-结荚期覆处理(M3),为14.3mgkg-1:全程未覆膜处理(M0)矿质氮累计淋失量,为15.7mg kg-1;矿质氮淋失量最高的是播种-苗期覆膜处理(M1),为16.3mg kg-1。5.通过研究不同覆膜时期对土壤氮矿化、水土流失及花生生长状况的影响,可以根据不用的需要确定最佳覆膜时期。从土壤氮矿化及土壤中矿质氮的淋失来看,全程覆膜处理(M4)有利于土壤中氮矿化及矿质氮的积累,减少矿质氮的淋失。覆膜增加了垄沟的水土流失,不利于水土保持,但可以减少土壤养分的径流损失。全程覆膜处理(M4),在饱果期不利于花生生长,苗期-结荚期覆膜(M3)能获得最大花生产量。
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