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氮、磷是植物生长发育必需营养元素,也是土壤的重要组成成分。土壤中的氮素、磷素不仅是植物氮磷需求的主要供应途径,同时也是生态系统中极其重要的生态因子。农业生产中施用氮磷肥料是提高作物产量的有效手段,但长期大量施用这些化肥不仅使肥料利用率降低,而且会加大氮磷流失量,进而引起一系列水环境污染问题,尤其是引发水体富营养化现象,因此农田氮磷含量状况及养分流失特性已经引起了社会的广泛关注。
本研究以太湖流域内土壤肥沃的宜兴地区作为研究区域,设置样点1874个,高密度采集不同利用方式的农田土样,运用地统计学方法进行分析制图,从而掌握农田土壤氮磷含量及其空间变异状况。同时,量化水稻生长期田间排水对外部水体氮磷的贡献,并通过小麦大田试验来研究该区域高肥力小麦田土壤的合理施肥问题,探讨农田施用氮磷肥料的最佳综合效益,为减少农业生产过程中土壤氮磷流失、控制农区水体富营养化提供理论依据和技术指导。因此,本研究对了解区域土壤养分分布状况,选择合适的养分管理方式,提高肥料利用效率和环境生态效益,进一步减少农区水域污染,保护区域水环境质量都具有重要的意义。
不同利用方式下土壤各采样点相关指标的检测结果表明:全氮、速效磷平均含量分别达1.42g·kg-1和31.31mg·kg-1,处于Ⅰ级水平,这与研究区长期以来较高的氮肥、磷肥施加量有关。就相同利用方式的土壤而言,速效磷的变异系数达0.58,说明其空间分布不均,这是土壤速效磷分布特性的普遍特点。不同利用方式土壤之间,水稻土全氮含量(1.6g·kg-1)、菜园土速效磷含量(41.90mg·kg-1)均显著高于其他三类土壤,表明作物类型、经济效益和耕作管理模式等人为因素对土壤氮、磷含量具有明显影响。
运用克里格插值法的半方差模型参数进行分析的结果可以看出,土地利用方式与全氮、速效磷的空间分布特性密切相关。四种土壤全氮的变程由小到大依次为菜园土(1.08),水稻土(2.01),茶园土(2.67)和果园土(2.84),说明果园土的氮素渐变范围较大,而菜园土由于受人为作用影响明显,空间相关性最弱。不同利用方式土壤磷素的变程差异也表现出相似的规律。果园土、茶园土,水稻土和菜园土全氮含量的块基比分别为26.45%,28.64%,30.69%,44.87%,速效磷含量的块基比分别为21.88%,34.04%,48.78%,58.82%。果园土全氮和速效磷的块基比在25%左右,具有很强的空间相关性,受成土母质、土壤类型和地形等自然结构性因素的影响十分明显,水稻土与菜园土的速效磷块基比高,明显受到施肥、灌溉和其他管理水平等人为因素的影响。
克里格插值图反映出不同利用方式下表层土壤氮磷的空间分布特性各异,差别较大。总体而言,氮磷分布不均,部分区域水稻、菜园土壤氮素、磷素积累迅速,滨湖地区土壤中磷素过高,而研究区内西南、东北区域的果园土、茶园土则可适当补充氮素。
水稻土不同土层以及田面水氮磷含量相关性的分析表明,相邻土层的土壤全氮、速效磷含量有显著的正相关关系,且氮素垂直迁移能力强于磷素。耕层土壤全氮含量与田面水总氮、硝态氮和氨态氮含量呈显著性正相关,速效磷含量与可溶性正磷酸盐和总磷含量也呈显著正相关关系。排水期稻田田面水总氮、氨态氮含量达到严重污染水平,总磷含量处于警戒线附近,综合污染指数为3.46,属严重污染水体,排出后会将大量氮素带入外部水体,造成环境问题,对此必须引起重视。
研究区高肥力小麦大田试验结果表明,土壤肥沃且常规施肥量较高的情况下,可以适当减少氮肥、磷肥的施用。在本试验条件下,氮肥、磷肥各减少至常规施用量的85%(分别为191.3和63.8kg·hm-2)可以保证产量,维持利润稳定,同时提高肥料利用率,降低施肥带来的环境风险,并兼顾环境效益。