A Trial for Nitrogen Loss Control in Purple Soil of Citrus Orchards in the Three Gorges Reservoir Area

本试验地设在重庆市北碚区中国农业科学院柑桔研究所甜橙园，属亚热带温暖湿润季风气候.试验区地貌为丘陵坡地，东南向，坡度15°左右，2003年改为等高梯台地，台面坡度6°，内高外低.土壤质地主要是粉沙岩和矿质页岩，土壤为紫色土.

试验材料为8年生枳砧中熟北碚447锦橙，栽植株行距为3.00 m×4.45 m，平均每667 m²栽植50株.共试肥料尿素含氮(N计)46%，过磷酸钙含磷(P₂O₅计)12%，硫酸钾肥含钾(K₂O计)50%.

汪涛等^[16]研究认为，坡耕地平衡施肥能降低土壤氮素随径流损失，本试验采用同一配方施肥，所有处理施肥量均为氮肥(以N计)0.46 kg+磷肥(以P₂O₅计)0.368 kg+钾肥(以K₂O计)0.552 kg/(株·年)^[17]，土壤施肥方式是柑桔园施肥传统且主流的方式，采用穴施、条沟施肥、环状沟施肥，一般施肥深度10~35 cm之间，在考虑土壤田间施肥习惯基础上，为了比较不同施肥深度对氮磷流失的影响，因而确定采用10 cm和30 cm 2种深度的条沟施肥处理，与清耕(5次/年，深度5~8 cm)、自然生草和秸秆覆盖3种耕作方式相组合，共6个试验处理(表 1)，其中处理1，2的耕作方式为清耕，处理3，4的耕作方式为自然生草，处理5，6的耕作方式为桔柑覆盖.每处理3株柑桔树(即为1行)，3次重复，随机区组排列，以该试验园地面撒施肥1次(氮肥(以N计)0.26 kg+磷肥(以P₂O₅计)0.15 kg+钾肥(以K₂O计)0.15 kg/(株·年))中耕2次作对照，分3次施肥.共21个径流小区，行间用塑料薄膜隔断至地表以下50 cm，以防止降雨时水分和氮、磷、钾养分侧渗，每个处理的土坎外壁下方底部修建长60 cm×宽50 cm×深50 cm集水池3个，分别用70 mm直径塑料管将地表径流水、地表至40 cm土层侧渗流和40 cm以下至母岩表面侧渗流接入集水池，降雨产生地表径流和土壤渗出水后计量各自水池中的总集水量，并用500 mL纯净水塑料瓶取水样备测.

水量调查：调查各处理及对照的降雨产生地表径流、0~40 cm土层侧渗流和40 cm以下母岩土层侧渗出流水量.

水样采集：每次调查水量时，用木棍搅匀各处理各层次集水池中的水，用干净塑料瓶从中取水500 mL，拧紧瓶盖，贴好标签，供测试pH值、总氮用.

土壤样品采集与处理：9月20日，采集处理和对照树株树冠外围滴水线土表以下10~30 cm土层土壤1 kg，将土样摊在干净的白瓷盘中，在阴凉通风处风干，风干场所无酸、碱等气体及灰尘污染，风干土样用圆木棒磨碎，摊在干净的纸上，平均分成3份，其中一份全部过2 mm孔径土壤筛，磨口玻璃瓶中保存，供测定土壤pH值、碱解氮、有效磷、速效钾等用；另一份全部过0.25 mm孔径土壤筛磨口玻璃瓶中保存，供测定土壤有机质用；第三份全部过0.149 mm孔径土壤筛，磨口玻璃瓶中保存，供测定全氮、全磷、全钾等用.

水样测试分析：水样pH值采用电极法测定；总氮采用消解-蒸馏定氮法测定.

土样测试分析：土壤pH值的测定按“NYT 1377-2007土壤pH的测定”执行；土壤有机质测定按“NYT 1121.6-2006土壤检测第6部分：土壤有机质的测定”执行；土壤碱解氮测定按“NYT 1849-2010酸性土壤铵态氮、有效磷、速效钾的测定联合浸提-比色法”执行；土壤有效磷测定按“NY/T 1121.7-2006土壤检测第7部分：酸性土壤有效磷的测定”执行；土壤速效钾测定按“NY/T 889-2004土壤速效钾和缓效钾的测定”执行；土壤全氮按“LY/T1228-1999森林土壤全氮的测定”执行；土壤全磷测定按“LY/T1232-1999森林土壤全磷的测定”执行；土壤全钾测定按“LY/T1234-1999森林土壤全钾的测定”执行；土壤容重测定按“NYT 1121.4-2006土壤检测第4部分：土壤容重的测定”执行.土壤样、水样委托西南大学资源环境学院土壤化学实验室测试分析.

数据统计分析采用方差分析、线性回归、曲线回归、多模型拟合选优以及双重筛选逐步回归分析等统计分析过程均用SPSS软件完成.其中双重筛选逐步回归分析中因子入选临界(Fx=2.84，Fy=2.89)采用系统默认值.

试验园土壤理化性质与氮流失如表 2所示.结果显示，清耕浅施肥、清耕深施肥、生草深施肥和覆盖深施肥处理柑桔单株周年氮流失总量与10~20 cm土层土壤容重呈极显著线性正相关，其线性方程为：y_{(氮流失量)}=64.64+51.04x_{(10~20 cm深土层土壤容重)}(r=0.999，r_0.01=0.990(n=2))，与40 cm以下土层土壤容重相关性无统计学意义.本试验土壤pH值、土壤有机质、土壤全氮、土壤碱解氮质量浓度等与柑桔单株周年氮流失总量之间相关性无统计学意义.

在周年试验过程中，首次施肥时间是2015年8月22日，根据降雨及径流、侧渗流产生情况，调查流失水量和采集水样各10次，具体观测时间如表 3所示.

研究结果显示，同种耕作管理方式条件下，浅施肥处理(411.91~439.12 L/株)比相应的深施肥处理(396.23~410.91 L/株)的地表径流量略大，相应处理单株多流失水量分别是67.23，66.28，50.52 L/株，但均比对照流失水量少(图 1)；不同耕作管理方式对流失水量的影响较大，总体来看，秸秆覆盖各层次流失的水量最大，其次是生草方式和清耕方式，对照(中耕2次)流失的水量处于覆盖和生草之间，降雨流失量由大到小的顺序是：覆盖深施肥、覆盖浅施肥、中耕2次撒施肥(对照)、生草深施肥、清耕深施肥、生草浅施肥、清耕浅施肥(图 2).

试验园柑桔各处理和对照平均单株地表径流流失水量与各次累计降雨量的正相关有或极有统计学意义(表 4).景可等^[18]研究认为，地表径流与降水量和降雨强度密切相关，但不同地区其影响程度不同.在北方特别是黄土高原区，地表径流和土壤侵蚀主要取决于降雨强度，南方地区则主要取决于降雨量，本研究与他们的研究结果一致.

试验园各处理地表径流氮流失变化趋势总体上不具一致性(图 3).但是，在第2次、第4次和第9次调查中发现，除对照外，其他处理均出现地表径流氮显著高峰值，此与该3次降雨频次较为集中存在一定关系.地表径流水中氮流失范围是1.42~11.94 mg/L，其中以第9次覆盖深施肥处理氮流失最高，第1次覆盖浅施肥处理氮流失最低，10次观测中，清耕浅施肥、生草浅施肥、生草深施肥、覆盖深施肥处理和对照分别出现氮流失最大值；地表径流平均单株柑桔树氮流失总量也出现3次高峰值(图 4)，与地表径流氮流失高峰值不同步，单株柑桔树地表径流氮流失量范围是152.31~1 407.86 mg，其中第5次生草浅施肥处理氮流失量最大，第1次覆盖浅施肥处理氮流失量最小，清耕浅施肥、生草浅施肥、清耕深施肥、覆盖深施肥处理和对照氮流失量最大值分别出现.由此可见，在施肥量一致的条件下，不同施肥深度和不同耕作方式对地表径流氮流失和流失量均有较大影响.

试验园各处理0~40 cm土层侧渗流在第2次、第4次和第8次除生草浅施肥处理和对照外，其他处理氮流失均出现显著高峰值(图 5). 0~40 cm土层侧渗流流失水中氮范围是0.91~18.78 mg/L，其中以第8次覆盖深施肥处理氮流失最高，第6次对照氮流失最低，清耕浅施肥、清耕深施肥、生草深施肥、覆盖浅施肥、覆盖深施肥处理和对照分别出现氮流失最大值；0~40 cm土层侧渗流平均单株柑桔树氮流失总量也出现3次显著高峰值(图 6)，分别是第2次、第5次和第8次，单株柑桔树氮流失量范围是34.95~3 947.40 mg，其中第8次覆盖深施肥处理氮流失量最大，第9次对照氮流失量最小，清耕浅施肥、清耕深施肥、生草浅施肥、生草深施肥、覆盖浅施肥和覆盖深施肥处理氮流失量分别出现最大值.周年试验结果表明，清耕、生草和秸秆全园覆盖方式下，全年氮肥深施比氮肥浅施氮素的流失分别多11.25%，20.94%，10.28%.

试验园各处理40 cm以下土层侧渗流氮流失(图 7)仅第2次出现氮流失显著高峰值. 40 cm以下土层侧渗流流失水中氮范围是1.81~146.51 mg/L，其变幅较大，以第2次生草深施肥处理氮流失最高，第10次对照氮流失最低，清耕浅施肥、清耕深施肥、生草浅施肥、生草深施肥和覆盖深施肥处理分别出现氮流失最大值；40 cm以下土层侧渗流平均单株柑桔树氮流失总量也出现3次高峰值(图 8)，分别是第2次、第5次和第8次，单株柑桔树流氮流失量范围是94.36~4 279.91 mg，其中第8次生草浅施肥处理氮流失量最大，第7次生草深施肥处理氮流失量最小，清耕深施肥、生草浅施肥、生草深施肥和覆盖深施肥处理氮流失量分别出现最大值.

试验园各处理单株周年氮流失总量由大到小排列顺序是：生草深施肥、覆盖深施肥、清耕深施肥、覆盖浅施肥、生草浅施肥、清耕浅施肥、对照，其氮流失总量分别是7 859.20，7 174.27，7 137.72，6 505.50，6 498.23，6 415.69和4 256.48 mg(表 5)；此处仅考虑施肥流失，则其氮流失系数分别是1.71%，1.56%，1.55%，1.41%，1.41%，1.39%和2.84%，由此可知，柑桔果园地面撒施氮肥比开沟施肥氮流失量大66%以上，除撒施氮肥外，浅施肥处理比对应深施肥处理的地表氮流失量大，但氮肥浅施比深施氮流失量小3.4%~8.8%，由此可见，柑桔果园土壤施肥氮素流失以侧渗流为主，占总流失量的67.7%~77.3%，地表径流只占少部分.

在同种耕作管理方式条件下，浅施肥处理比相应的深施肥处理的地表径流量略大，此与施肥开沟深度相关，浅施肥开沟深度只有10 cm，施肥沟扰动土壤深度浅，降雨下渗力相对低，其地表径流量略大，相反，深施肥处理施肥沟扰动土壤深度达35 cm，降雨下渗力相对高，地表径流量小，此与0~40 cm土层深施肥处理比相应浅施肥处理侧渗流流失水量大，及40 cm以下至母岩土层深施肥处理侧渗流流失水量显著大于相应浅施肥处理道理一致.

不同耕作管理方式对流失水量的影响较大，秸秆覆盖各层次流失的水量最大，此与秸秆覆盖处理增加了土壤有机质，增强了土壤微生物和土壤动物活性，同时增大了土壤孔隙度和通透性，有利于降水下渗.生草管理具有保蓄水分效能，对照(中耕2次)流失的水量处于覆盖和生草之间，景可等^[18]研究认为，地表径流与降水量和降雨强度密切相关，本研究表现出降雨量大时地表径流量大，不同耕作方式地表径流量的差异较小，此与降雨下渗速率随降雨量的增大而降低；降雨量小时地表径流量小，不同耕作方式地表径流量的差异较大.各处理和对照40 cm以下土层流失水量与各次累计降雨量呈正相关，由此表明，降雨量越大，柑桔园侧渗流流失水量越大.

试验各处理地表径流水中氮流失范围是1.42~11.94 mg/L，变幅较小，但浅施肥处理地表氮流失大于深施肥处理；0~40 cm土层侧渗流流失水中氮范围是0.91~18.78 mg/L，变幅较大；40 cm以下土层侧渗流流失水中氮范围是1.81~146.51 mg/L，其变幅最大. 0~40 cm土层和40 cm以下土层侧渗流流失水中氮均以深施肥处理大于浅施肥处理，由此可见，浅施肥处理氮随地表径流流失的可能性大，深施肥处理氮随侧渗流流失的可能性大.

试验处理各层次氮流失与氮流失量不同步，而且变幅很大，单株柑桔树周年地表径流氮流失量范围是152.31~1407.86 mg，0~40 cm土层侧渗流单株柑桔树流氮流失量范围是34.95~3947.40 mg，40 cm以下土层侧渗流单株柑桔树流氮流失量范围是94.36~4 279.91 mg，表现出的总趋势是氮流失量随流失水量的增加而增大，在果园中修建蓄水池，每修1个，总蓄水能力30 m³以上，既能截留降雨，又能保蓄果园流出的氮等养分，同时还能保证生态安全，而且氮肥深施比氮肥浅施氮的流失对应增加11.25%，20.94%和10.28%，而柑桔园地面撒施氮肥比开沟施肥氮流失量大66%以上，由此说明，地面撒施氮肥不可取，制定施肥方案时应考虑氮肥适当浅施.

1) 三峡库区柑桔园降雨量小时，不同耕作方式地表径流量的差异大，降雨量越大，地表径流量越大，总径流量增加；秸秆覆盖处理流失水总量最大，其次是生草、中耕和清耕.

2) 各试验处理0~40 cm土层氮流失最大，其次是40 cm以下至母岩层，地表径流氮流失最小；生草深施肥有增加氮流失量的趋势，侧渗流渗出水带走的氮量大.

3) 三峡库区紫色土柑桔园耕作制对氮素养分流失有影响很大；全面控制紫色土的氮流失，应采取控制施肥深度，调节土壤容重，果园修建微型蓄水池等措施.

4) 本研究在果园进行，有很多因素不可控，降雨频次、时间等因素的影响的影响还需进一步的研究.