林下三七种植对坡面水土及碳氮流失的影响

【目的】探究天然降雨条件下不同坡度三七种植林地和自然林地的水土及碳氮流失特征,为林下种植模式的水土及碳、氮流失评估和控制提供理论依据和数据支撑。【方法】采用野外径流小区原位观测试验,以云南省寻甸县三七(Panax notoginseng(Burkill)F.H.Chen)种植林地为研究对象,对2020和2021年天然降雨条件下不同坡度(5°,10°,15°)三七种植林地和自然林地的水土及碳、氮流失特征进行对比分析,并在此基础上对水土及碳、氮流失量与降雨特征和坡度的关系进行探究。【结果】(1)三七种植林地平均总径流量、总土壤流失量分别为17.35 mm/a和14.91 t/(km^(2)·a),比自然林地分别增加了173.79%和249.43%,其中以15°坡面水土流失量最大,分别为24.10 mm/a和24.32 kg/(km^(2)·a)。(2)三七种植林地平均有机碳、全氮(TN)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO-3-N)流失量分别为740.62,75.97,9.55和7.26 kg/(km^(2)·a),比自然林地分别显著增加了251.44%,203.15%,220.47%和224.11%,其径流中TN和NH_(4)^(+)-N平均含量分别为0.77和0.33 mg/L。三七种植林地中,以侵蚀泥沙形式流失的有机碳和TN分别占各自总流失量的93.50%和82.01%,以地表径流流失的NH_(4)^(+)-N、NO-3-N分别占各自总流失量的62.09%和87.47%。(3)降雨量、降雨历时、5 min最大降雨强度(I 5)、10 min最大降雨强度(I 10)、30 min最大降雨强度(I 30)均与径流量、土壤流失量及碳、氮流失量呈显著或极显著正相关关系。坡度与水土和碳、氮流失量呈极显著正相关(P<0.01),可用二次函数拟合二者之间的关系(R^(2)>0.93)。【结论】三七种植林地土壤侵蚀强度属于微度侵蚀,最大土壤流失量远低于西南土石山区容许土壤流失量,且径流中TN、NH_(4)^(+)-N平均质量浓度分别低于Ⅲ、Ⅱ类地表水环境质量标准限值。三七种植林地水土及碳、氮流失量较自然林地显著增加,且随着坡度的增大急剧增大。建议在缓坡地段种植三七,以减少水土与养分流失。

喀斯特坡地不同土地利用方式碳氮流失的水文驱动特征

喀斯特坡地壤中流与地表径流并存,共同驱动了土壤关键生源物质的迁移,造成该区土壤生产力下降、地下水污染。为揭示喀斯特坡地土壤碳氮流失途径及其水文驱动机制,本研究以喀斯特坡地径流微区(2 m×1.2 m)为研究对象,分析了火烧、轻度砍伐、重度砍伐、人工林、耕地、牧草6种不同土地利用方式对土壤碳氮流失途径、形态及通量的影响。结果表明:降雨是土壤碳氮流失的主要驱动因子,降雨产流阈值为16 mm,55 mm时达到产流峰值。各土地利用方式仅在暴雨下有显著差异,其中,人工林的土壤碳氮流失量较大,而重度砍伐的流失量较小。土地利用方式不改变土壤碳氮的流失途径,各土地利用方式均以地表流失为主(51.29%~75.15%),壤中流为辅,其中壤中流主要通过A层流失(65.20%~89.12%)。氮素流失形态以NO_(3)^(-)-N为主(45.84%~56.49%)。研究结果可为揭示喀斯特坡地生源物质流失过程及其水文驱动机制、研发水土流失与面源污染阻控技术提供参考。

不同施肥和秸秆还田措施对稻麦轮作系统碳氮流失的影响

过量施肥和秸秆的处理问题一直是制约我国农业生态可持续发展的阻碍,并因此产生了诸多环境问题。采用DNDC模型对减量化施肥和秸秆还田措施下稻麦轮作系统中碳氮的迁移转化过程进行模拟,从而筛选适用于上海地区稻麦轮作系统中的最佳农田管理措施。结果表明:减量化施肥与秸秆还田均能显著影响稻麦轮作系统的氮素流失、温室气体排放和土壤碳储量变化。75%CK+SR处理即减量25%施肥量同时采用秸秆还田是适用于上海地区稻麦轮作系统中的最佳农田管理措施,能够在获得最佳水稻产量的同时有效减少41.67%的氮素流失量和51.85%的N_2O排放量。虽然秸秆还田会增加稻麦轮作系统的CH_4排放量,但同时也能显著增加土壤的碳储量。减量化施肥50%的处理(50%CK和50%CK+SR)则会导致水稻减产3.06%~9.90%。与目前上海地区传统的田间管理措施CK相比,75%CK+SR能够有效改善稻麦轮作系统的生态环境效益。研究结果为我国稻麦轮作系统碳氮流失的控制提供了参考。

黄土高原典型坝系流域碳氮湿沉降与水体碳氮流失特征

本研究通过对黄土高原坝系流域的碳(C)、氮(N)湿沉降过程、降雨径流过程及其基流过程的动态监测,揭示C、N湿沉降对流域水体碳氮流失的贡献,探讨C、N流失负荷在降雨-径流中的分布,进一步评估黄土高原雨季水体碳氮流失状况。结果表明,研究区域碳、氮湿沉降通量分别为173.95 kg km^(-2)mon^(-1)和43.01 kg km^(-2)mon^(-1),而通过径流的碳、氮流失量为11.52 kg km^(-2)mon^(-1)和2.19 kg km^(-2)mon^(-1)。雨季C、N湿沉降对该地区水体C、N流失的贡献率分别为65.81%和100%,其中流水侵蚀引起的C、N流失贡献率为59.20%和56.16%。黄土高原主要以流水侵蚀为主,C、N主要集中在降雨径流后期,因此截留后期径流可以有效控制养分流失。

红壤区林下侵蚀劣地次降雨土壤及碳氮养分流失对恢复措施的响应:基于^(7)Be示踪技术

为评价红壤区林下侵蚀劣地恢复措施的有效性,以江西宁都典型马尾松退化林地为对象,设置7个处理:无恢复措施(CT)、鱼鳞坑+乔草(FG)、鱼鳞坑+乔灌(FS)、鱼鳞坑+乔灌草(FGS)、小水平沟+乔草(FGP)、小水平沟+乔灌(FSP)、小水平沟+乔灌草(FGSP),利用^(7)Be示踪技术评价了林下劣地次降雨事件土壤侵蚀及碳氮养分流失对不同恢复措施的响应。结果表明,试验4年后,各恢复措施土壤^(7)Be面积活度显著高于CT,面积活度残留率为-6.84%~-33.13%,土壤侵蚀速率(RBe)为4.43~24.04 t·hm^(-2)·event^(-1),各恢复措施减蚀效率为21.19%~85.49%,其中FGSP和FGS减蚀量最大(分别为85.49%和83.81%);与CT相比,各恢复措施土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)含量的增幅为25.10%~65.71%、9.79%~46.85%、-30.68%~1.29%;鱼鳞坑和小水平沟区组下,乔灌草复合植被措施(FGSP和FGS)可显著减少土壤碳氮养分流失,但两种工程措施无显著差异。简单相关和逐步回归分析表明,土壤^(7)Be面积活度与SOC、TN、AN含量呈极显著正相关(P<0.01),RBe和植被盖度(VC)解释了SOC流失94.7%的变异,RBe、TN和VC共同解释了TN流失98.3%的变异,而RBe解释了AN流失85.6%的变异,说明SOC、TN、AN组分与^(7)Be同一物理运移,土壤碳氮养分流失受植被-土壤-水土过程耦合互作影响。综上,7 Be可有效评价不同恢复措施下林下侵蚀劣地短期土壤侵蚀及养分流失状况,实施恢复措施4年后,草灌乔复合植被措施相对于工程措施对降低土壤侵蚀及碳氮养分流失作用更显著。本研究结果为林下侵蚀劣地恢复和生态效益评估提供了科学依据。

猪粪干、湿法厌氧发酵过程中碳、氮的流失

试验以新鲜猪粪为发酵原料,研究湿法和干法两种不同厌氧发酵过程的碳、氮排放量。湿发酵和干发酵组发酵料液的总固体（TS）含量分别为8%和20%,发酵液pH为6.8-7.4,发酵温度为35℃,体积为1.2 L,周期为21 d。试验期间每天测产气量,每4天取发酵样,测其全氮含量和TS降解率。结果表明,湿法和干法发酵组的CH4总产气量分别为9114 mL和12537 mL;CO2的总产气量分别为251.90 mmol和343.67 mmol;TS降解率分别为52.5%和29%。湿发酵的碳流失率和全氮流失率极显著高于干发酵（P〈0.05）。