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紫色土是三峡库区主要的农业土壤类型,紫色土旱坡地占三峡库区耕地总面积的80%左右,库区坡度较大,降雨量丰富且暴雨集中,表层土壤发育较快,导致库区紫色土土壤侵蚀较为严重,尤其库区暴雨集中,更是加剧紫色土水土流失状况。由于三峡库区人多地少,垦殖指数及复种指数较高,农业经济发展相对滞后,坡耕地占比大,机械化程度较低,粮食安全形势严峻。近年来,随着城市快速扩张,耕地面积不断减少,大量依赖水肥投入来缓解粮食供应压力,直接导致农业投入增加,造成土壤酸化,资源浪费,土壤微生物活性变弱,土壤养分失调,重金属活性增加以及水体富营养化等潜在危害,严重影响紫色土的生产和生态功能。因此,研究合理的施肥措施来降低土壤养分流失和提高作物产量,对三峡库区农业面源污染防控及农业绿色发展具有重要意义。目前国内外关于土壤养分流失及防控技术的研究取得了较多的研究进展。但化肥减量配施生物炭和秸秆覆盖对土壤地表径流和壤中流的影响及氮磷养分年际流失通量的变化特征还不十分清楚。因此,本试验通过田间小区试验,连续三年(2017年10月至2020年10月)在15°坡度下设置不施肥(CK处理)、常规施肥、优化施肥、化肥减量配施生物炭、化肥减量配施秸秆覆盖五种处理,分别记CK处理、常规处理、优化处理、生物炭处理和秸秆处理,探究不同施肥处理下三峡库区紫色土旱坡地在小区尺度下的径流中氮素迁移年际变化特征,旨在为库区农田土壤氮磷流失防控提供理论依据。同时对三峡库区石盘丘小流域2017年11月到2020年11月期间小流域出口断面的水质进行连续性监测,以期掌握小流域内不同土地利用方式下地表径流氮磷流失年际变化特征及流失量,为库区面源污染的评价及防治提供科学依据。主要结果如下:(1)2018-2020年间不同施肥处理地表径流总产流量CK处理最高(13872.22 L),秸秆覆盖处理最低(2967.11 L),其中化肥减量秸秆覆盖处理降低地表径流的效果最显著,化肥减量配施生物炭处理总产流量与常规处理基本一致,但较优化处理提高了18.16%,且在2020年各施肥处理地表径流产流量较2018年和2019年均显著下降;2018-2020年间各施肥处理的壤中流总产流量大小顺序为:生物炭>优化处理>秸秆覆盖>常规处理>CK处理。其中,秸秆覆盖壤中流产流量较常规处理和优化处理提高了20.42%和12.13%。且在2020年各施肥处理较前2年均提高了壤中流产流量,其中秸秆覆盖提高较为明显;另外,秸秆覆盖可以降低地表径流的产沙量,而生物炭则增加地表径流的产沙量。(2)壤中流是土壤全氮流失的主要途径。在地表径流中,2018年和2019年全氮流失通量远高于2020年流失通量,在2018年和2019年颗粒态氮是地表径流主要流失途径,而在2020年颗粒态氮流失量和流失能力减弱;在壤中流中,土壤全氮流失通量远高于地表径流。2018-2020年不同施肥处理下硝态氮总流失通量与全氮总流失通量的比例均超过50%,秸秆覆盖的比例达到最高,为69.21%,其次为优化处理,为62.28%。而颗粒态氮与全氮的总流失通量的比例均不超过10%,且秸秆覆盖可以有效降低颗粒态氮在地表径流的流失,但在壤中流和全氮流失总量中硝态氮是氮素流失的关键因素。(3)地表径流各形态磷素的流失主要以颗粒态磷流失为主,其中颗粒态磷流失通量在2018-2020年与总磷的比例均超过50%,且2020年各形态磷流失通量均表现为较低的水平。对于正磷酸盐,在2020年常规处理的流失通量表现为最低,而2018年的常规处理流失通量最高。颗粒态磷是地表磷素流失的关键因素,秸秆覆盖可以有效的减少地表径流各磷素的流失,而生物炭则可以增加地表径流磷素的流失。整个试验期内,地表径流和壤中流的径流全磷的流失通量呈现逐年上升的趋势,在2018年和2019年颗粒态磷是磷素流失的主要流失途径,颗粒态磷流失通量与全磷的比例最高达到69.43%,但2020年壤中流是磷素流失的主要途径,颗粒态磷所占的比例最高只有3.22%。(4)2018-2020年各施肥处理的油菜、玉米产量均显著高于CK处理,除CK处理外各处理之间并无显著差异性,说明化肥减量配施生物炭和秸秆覆盖不会显著降低油菜和玉米的产量,过量施肥并不能显著显著提高作物产量,适量的减量施肥或配施生物炭和秸秆覆盖可以提高产量。其中,2018-2020年油菜总产量为常规处理>优化处理>秸秆覆盖>生物炭处理>CK处理,2018-2020年玉米总产量为优化处理>常规处理>秸秆覆盖>生物炭处理>CK处理。在2018-2020年,化肥减量配施生物炭和秸秆较单施化肥可以提高土壤各形态氮素含量。生物炭处理和秸秆覆盖土壤全氮年平均含量均显著高于常规处理。秸秆覆盖土壤碱解氮年平均含量表现最高,生物炭处理次之,优化处理最低。常规处理、生物炭处理和秸秆覆盖之间土壤硝态氮年平均含量并无显著差异性,并显著高于CK处理的土壤硝态氮年平均含量。化肥减量配施秸秆和生物炭可以较不施肥及单施化肥能有效地维持甚至提高土壤磷素的含量。秸秆土壤全磷年平均含量最高,为0.702 g·kg-1,常规处理、优化处理和生物炭处理略低于秸秆覆盖。不同施肥处理土壤有效磷的年平均含量从大到小依次为秸秆覆盖、生物炭处理、常规处理、优化处理和CK处理。(5)石盘丘小流域各形态氮素月平均流失浓度较高的月份主要集中在小流域作物施肥季和收获期,其中在全氮、硝态氮和铵态氮月平均流失浓度最高的月份均出现在2019年9月份,分别为5.534 mg·L-1、4.216 mg·L-1和0.346 mg·L-1。铵态氮全氮、硝态氮和铵态氮年平均排放浓度均呈现上升后降低的趋势,均在2019年份年均排放浓度达到最高。全氮与硝态氮和铵态氮均表现极显著相关(P<0.01)。全氮流失通量在2019年最高,2020年最低。各形态磷素排放浓度范围由大到小顺序分别为:总磷、颗粒态氮、可溶性总磷和正磷酸盐。总磷、可溶性总磷和正磷酸盐年平均流失浓度均在2019年表现最低,颗粒态氮月均排放浓度在2017年11月平均排放浓度最高,是2018年平均排放浓度的3.30倍。总磷流失通量在2019年最高,分别是2018年和2020年的1.11倍和1.13倍。小流域可溶性总磷流失通量远高于其他形态磷的流失通量。可见,在小流域可溶性总磷是磷素流失的重要因素。从小区产流产沙、土壤氮磷养分流失特征及作物产量、土壤养分方面综合考虑,化肥减量配施秸秆覆盖是最佳的施肥处理。同时在小流域中应采用合理施肥方式和土地利用类型,减少小流域氮磷养分的输出。