秸稈覆蓋和綠肥種植對(duì)丘陵茶園氮磷流失的影響

俞巧鋼,姜銘北,孫萬(wàn)春,黃鄭宸,3,王 峰,王 強(qiáng),馬軍偉,*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所,浙江 杭州 310021; 2.淳安縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心,浙江 淳安 311700; 3.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,浙江 杭州 311300)

千島湖位于浙皖山區(qū)中部,是我國(guó)首批15個(gè)水質(zhì)良好湖泊之一,于2019年成為杭州市千萬(wàn)人口的飲用水水源地。千島湖風(fēng)景優(yōu)美,在水庫(kù)四周的丘陵山區(qū)密集分布著大量茶園。隨著茶葉產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,當(dāng)?shù)夭鑸@面積逐年增加。茶農(nóng)為了追求茶葉高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),往往投入高量肥料,造成土壤養(yǎng)分積累量劇增,遇強(qiáng)降雨時(shí)極易導(dǎo)致氮磷養(yǎng)分隨地表徑流大量流失,進(jìn)入湖泊和地下水體,引發(fā)面源污染[1-3]。近年來(lái),浙江千島湖水體開始出現(xiàn)氮磷含量增加、浮游植物異常增殖等現(xiàn)象,亟須采取相應(yīng)措施控制氮磷的輸入負(fù)荷[4]。

地表植被的覆蓋程度影響降水的再分配進(jìn)程,改變雨水產(chǎn)匯條件,進(jìn)而影響土壤中水分的遷移和氮磷等養(yǎng)分的徑流流失[5-6]。通過(guò)合理優(yōu)化改變地表植被的結(jié)構(gòu),可減輕降水對(duì)土壤顆粒物的剝奪分離,改善土壤物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì),抑制土壤侵蝕發(fā)生,減少?gòu)搅髁魇Оl(fā)生量和攜帶的泥沙流失[7-8]。利用各種作物秸稈覆蓋土壤是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植中常采用的技術(shù)手段之一,不僅能解決秸稈資源化消納的問(wèn)題,而且還具有改良土壤微環(huán)境的作用[9-10]。綠肥作物——鼠茅草(Vulpiamyuros),有“果園地毯”之稱,是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的唯一能自然倒伏的生草。現(xiàn)有研究表明,其密集叢生的淺根系特性不僅不會(huì)與深根作物競(jìng)爭(zhēng)水分和養(yǎng)分,而且還可以改善土壤結(jié)構(gòu),增強(qiáng)土壤透氣蓄水的性能[11-14]。

目前,探究茶園覆蓋秸稈和種植綠肥對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究相對(duì)較多,但在南方丘陵山區(qū)茶園利用秸稈覆蓋和綠肥種植來(lái)調(diào)控茶園氮磷養(yǎng)分流失的研究還相對(duì)欠缺。千島湖是重要的國(guó)家一級(jí)飲用水源保護(hù)區(qū),當(dāng)?shù)氐纳絽^(qū)丘陵具有獨(dú)特的地理氣候環(huán)境,但關(guān)于當(dāng)?shù)夭鑸@的氮磷養(yǎng)分流失特征、成因、治理技術(shù)與模式等還缺乏深入系統(tǒng)研究。為此,本文以千島湖周邊茶園為對(duì)象,將秸稈和鼠茅草相結(jié)合用于土壤覆蓋調(diào)控,系統(tǒng)探索其對(duì)茶園氮磷養(yǎng)分徑流流失、土壤肥力和茶葉產(chǎn)量的影響,以期為減少南方丘陵茶園氮磷養(yǎng)分流失和保護(hù)河流湖泊水體環(huán)境提供關(guān)鍵性科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)茶園位于浙江淳安千島湖汾口鎮(zhèn),系浙江西部丘陵區(qū)。當(dāng)?shù)貙僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,溫暖濕潤(rùn),雨量充沛,四季分明,年平均氣溫17 ℃,1月平均氣溫5.0 ℃,7月平均氣溫28.9 ℃,年平均降水量1 430 mm,年平均日照時(shí)數(shù)1 951 h。試驗(yàn)茶園的茶樹長(zhǎng)勢(shì)基本一致,系已經(jīng)種植10 a的成齡茶園,品種為龍井43。土壤類型為紅壤土類黃紅泥土土屬,pH值4.23,有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為54.8 g·kg-1、2.56 g·kg-1、196 mg·kg-1、267 mg·kg-1和204 mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤肥力分布較為均勻一致。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)茶園覆蓋所用秸稈來(lái)自于附近農(nóng)戶種植的水稻。鼠茅草綠肥種子由浙江沃土生態(tài)科技有限公司提供。雞糞有機(jī)肥由當(dāng)?shù)赜袡C(jī)肥企業(yè)——杭州鴻沃肥料科技有限公司提供,N、P2O5、K2O含量分別為1.58%、2.02%、1.91%。三元復(fù)合肥(N 21%,P2O57%,K2O 12%)由浙江惠多利肥料科技有限公司生產(chǎn)。尿素(N 46.0%)由浙江巨化股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

徑流小區(qū)建于2019年3月,小區(qū)四周采用磚塊水泥包裹圍隔,以防止小區(qū)間串水串肥,圍隔出露地面15 cm,地面下深度40 cm。在小區(qū)地勢(shì)較低的一邊建有配備水閥的徑流收集池,底部的排水閥能確保采樣完成后排干徑流池水樣(圖1)。徑流收集池能貯存、收集1.5 m3的水樣,上部安裝鐵皮遮蓋,防止自然降水進(jìn)入。在小區(qū)地勢(shì)較低的底部位置設(shè)有徑流收集匯入口,同時(shí)覆蓋鐵絲網(wǎng),避免小動(dòng)物的出入干擾水樣采集。試驗(yàn)小區(qū)略有一定的地勢(shì)高差,可保證降水產(chǎn)生的徑流通過(guò)PVC管向徑流池單向流動(dòng),以便充分且完全地收集地表徑流水。

1～9為試驗(yàn)小區(qū),①～⑨為徑流收集池。試驗(yàn)小區(qū)與徑流收集池之間通過(guò)PVC管相連。Numbers 1-9 show experimental plots, and ①-⑨ show runoff capture tank. The test plots and corresponding collection tanks are connected by PVC pipe.圖1 試驗(yàn)點(diǎn)小區(qū)與徑流收集池示意圖Fig.1 Sketch of test plots and runoff capture tanks

試驗(yàn)茶園采用單條等高的種植方式,坡度平均為10o,種植行距和叢距分別為150 cm和33 cm,樹高和樹冠平均為75 cm和85 cm。各小區(qū)長(zhǎng)寬統(tǒng)一設(shè)置為4.5 m和7 m,面積30 m2。小區(qū)圍隔建設(shè)過(guò)程中,土壤按照分層挖取分層回填的方式,盡量與原來(lái)土層保持一致。為最大限度地減少?gòu)搅髟O(shè)施建設(shè)對(duì)茶園的擾動(dòng),確保試驗(yàn)研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性,在各小區(qū)采用常規(guī)管理措施自然種植恢復(fù)約1.5 a后,于2020年11月開展氮磷養(yǎng)分徑流流失試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)處理:常規(guī)種植處理(CK),按照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣進(jìn)行種植;覆蓋秸稈處理(JG),在常規(guī)種植的基礎(chǔ)上,采用水稻秸稈進(jìn)行覆蓋,秸稈用量為3 000 kg·hm-2,覆蓋厚度3～5 cm,在秋冬季茶園基肥溝施覆土后均勻鋪于茶行和茶樹間隙等土壤裸露處;種植綠肥處理(LF),在常規(guī)種植的基礎(chǔ)上,在茶園行間播種鼠茅草,播種量22.5 kg·hm-2,在秋冬季茶園基肥溝施覆土后均勻撒施于土壤裸露處。各處理均重復(fù)3次。

各處理統(tǒng)一于2020年11月10日施用雞糞有機(jī)肥15 000 kg·hm-2和三元復(fù)合肥450 kg·hm-2作基肥,2021年6月12日施用三元復(fù)合肥450 kg·hm-2和尿素150 kg·hm-2作追肥。為促進(jìn)茶樹對(duì)養(yǎng)分的均衡吸收,基肥采用在茶行間開挖深20 cm條溝的方式施入,然后覆土。各處理的施肥、病蟲害防治和水分管理等均按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣進(jìn)行。

1.4 樣品采集與分析

試驗(yàn)區(qū)域的降水產(chǎn)流主要發(fā)生在1—9月,因此在2021年1—9月的每月下旬采集徑流池中水樣。每次采集時(shí),先用干凈木棒攪動(dòng)池水,待充分混合后采集1 000 mL水樣于干凈的塑料瓶。各徑流池中的水深用帶刻度的直尺測(cè)定,根據(jù)水深和底面積計(jì)算徑流水體積。每次采集水樣后,通過(guò)水閥將徑流池內(nèi)的水排空并沖洗干凈。水樣中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總氮、總磷含量分別采用靛酚藍(lán)比色法、紫外分光光度法、堿性過(guò)硫酸鉀消解—紫外分光光度法和過(guò)硫酸鉀消解—鉬銻抗比色法測(cè)定[15]。于2021年10月采集茶園0～20 cm土層土壤,自然風(fēng)干過(guò)篩后,分別用開氏法、堿解擴(kuò)散法、鹽酸-氟化銨法、乙酸銨提取法、高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量[15]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 16.0軟件進(jìn)行處理,并制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶園徑流水量和泥沙流失量

試驗(yàn)地的降水主要分布于1—9月,其中,尤以2—4月的春雨和5—7月的梅雨為主。從每月的徑流水量可見,1—6月徑流水量總體逐漸增加,7—9月徑流水量逐漸減少。與CK相比,JG和LF的徑流水量都明顯更低,且其差異于降雨發(fā)生頻繁的3—6月最為明顯(圖2)。從1—9月總的徑流水量看,各處理相比,LF的最少,其次是JG,CK最大,且三者差異顯著(P<0.05)(表1)。與CK相比,JG的徑流水量減少51.4%,LF減少62.0%。

表1 不同處理的徑流總量和泥沙流失量Table 1 Runoff and sediment loss of tea garden under different treatments

圖2 茶園不同時(shí)期的徑流水量Fig.2 Amount of runoff water at different periods in tea garden

泥沙流失的主要因素是降水引發(fā)大量徑流,因而泥沙流失量與徑流水量有著較為明顯的關(guān)系,具體表現(xiàn)為隨著徑流水量增大,泥沙流失量增加。相應(yīng)地,試驗(yàn)期間CK、JG、LF的泥沙流失量分別為36.5、13.3、8.8 kg·hm-2,且三者差異顯著(P<0.05)。與CK相比,JG的泥沙流失量減少63.6%,LF減少75.8%。總的來(lái)看,種植綠肥和覆蓋秸稈均可顯著減少茶園的徑流水量和泥沙流失量,具有較好的保水和保土的效果,二者相比,以種植綠肥的效果更好。

2.2 茶園銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的徑流流失

在1—9月發(fā)生的降水徑流中,CK、JG、LF徑流水的銨態(tài)氮質(zhì)量濃度分別為0.25～2.33、0.14～1.39 、0.20～1.06 mg·L-1(圖3)?？偟膩?lái)看,各處理下徑流水的銨態(tài)氮質(zhì)量濃度均以3月和6月較高,1月和2月較低,采取覆蓋秸稈或種植綠肥的措施可以不同限度地降低各月徑流水中的銨態(tài)氮質(zhì)量濃度。經(jīng)測(cè)算,1—9月CK、JG、LF徑流水中銨態(tài)氮的平均質(zhì)量濃度分別為1.06、0.73、0.65 mg·L-1,與CK相比,JG和LF徑流水中銨態(tài)氮的平均質(zhì)量濃度分別降低了31.1%和38.7%。

圖3 不同處理茶園徑流水中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度Fig.3 Mass concentration of ammonium and nitrate nitrogen in runoff water of tea garden under different treatments

在1—9月發(fā)生的降水徑流中,CK、JG、LF徑流水的硝態(tài)氮質(zhì)量濃度分別為1.98～9.91、1.95～6.26、1.18～6.11 mg·L-1。總的來(lái)看,各處理下徑流水的硝態(tài)氮質(zhì)量濃度總體以1月、4月和6月較高,5月、7月和8月較低。從1—9月徑流水中硝態(tài)氮的平均質(zhì)量濃度看,CK、JG、LF分別為4.89、3.62、3.23 mg·L-1,與CK相比,JG和LF徑流水中硝態(tài)氮的平均質(zhì)量濃度分別降低26.0%和33.9%。

分別測(cè)算各處理下1—9月銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的徑流流失量(表2、表3),結(jié)果顯示,均以6月份最多。推測(cè)其主要原因是,6月份正值梅雨季,降雨多,徑流發(fā)生量大。將1—9月的數(shù)據(jù)累加,CK銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失總量分別為1.02、4.16 kg·hm-2,硝態(tài)氮的流失總量是銨態(tài)氮的4.08倍;JG銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失總量分別為0.32、1.41 kg·hm-2,硝態(tài)氮的流失總量是銨態(tài)氮的4.41倍;LF銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失總量分別為0.21、1.01 kg·hm-2,硝態(tài)氮的流失總量是銨態(tài)氮的4.81倍。以上結(jié)果說(shuō)明,茶園徑流中的無(wú)機(jī)氮流失以硝態(tài)氮為主,銨態(tài)氮相對(duì)較少。與CK相比,JG和LF銨態(tài)氮的流失總量分別顯著(P<0.05)減少68.6%和79.4%,硝態(tài)氮的流失總量分別顯著(P<0.05)減少66.2%和75.8%。也就是說(shuō),無(wú)論是覆蓋秸稈還是種植綠肥,都可以使茶園不同時(shí)期的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮徑流流失量較CK大幅下降,且以種植綠肥的效果更好。

表2 各處理銨態(tài)氮的徑流流失量Table 2 Runoff loss of ammonium nitrogen in tea garden under different treamtments kg·hm-2

表3 各處理硝態(tài)氮的徑流流失量Table 3 Runoff loss of nitrate nitrogen in tea garden under different treatments kg·hm-2

2.3 茶園總氮和總磷的徑流流失

經(jīng)測(cè)算,1—9月,CK、JG、LF徑流水中總氮的質(zhì)量濃度分別為3.42～15.96、3.04～11.96、2.40～8.93 mg·L-1(圖4)。各處理徑流水中總氮的質(zhì)量濃度均以1月、4月和6月較高,7月、8月和9月相對(duì)較低。從1—9月各處理徑流水中總氮的平均質(zhì)量濃度來(lái)看,CK、JG、LF分別為7.61、5.48、4.86 mg·L-1,與CK相比,JG和LF徑流水中總氮的平均質(zhì)量濃度分別降低28.0%和36.1%。

圖4 茶園徑流水中總氮和總磷濃度Fig.4 Total nitrogen and total phosphorus concentration in runoff water of tea garden

1—9月,CK、JG、LF徑流水中總磷的質(zhì)量濃度分別為0.21～0.93、0.16～0.80、0.13～0.79 mg·L-1。各處理徑流水中總磷的質(zhì)量濃度均以1月、4月和6月較高,2月和3月相對(duì)較低。從1—9月徑流水中總磷的平均質(zhì)量濃度來(lái)看,CK、JG、LF分別為0.57、0.44、0.40 mg·L-1,與CK相比,JG和LF徑流水中總磷的質(zhì)量濃度分別降低22.8%和29.8%。

與銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的徑流流失量相似,各處理總氮和總磷的徑流流失量也以6月份最高(表4、表5)。經(jīng)測(cè)算,1—9月,CK、JG、LF總氮的流失總量分別為6.44、2.36、1.55 kg·hm-2,總磷的流失總量分別為0.45、0.18、0.13 kg·hm-2。茶園氮、磷養(yǎng)分的徑流流失以總氮為主,總磷相對(duì)較少。與CK相比,1—9月,JG和LF的總氮流失總量分別顯著(P<0.05)減少63.4%和75.9%,總磷流失總量分別顯著(P<0.05)減少60.7%和72.2%。也就是說(shuō),采用覆蓋秸稈或種植綠肥的措施均可有效削減總氮、總磷的流失總量,且以種植綠肥的效果更好。

表4 各處理總氮的徑流流失量Table 4 Runoff loss of total nitrogen in tea garden under different treatments kg·hm-2

表5 各處理總磷的徑流流失量Table 5 Runoff loss of total phosphorus in tea garden under different treatments kg·hm-2

2.4 對(duì)茶園土壤肥力和茶葉產(chǎn)量的影響

與CK相比,JG的土壤全氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別顯著(P<0.05)增加14.6%、10.7%、18.9%和10.5%,LF的土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別顯著(P<0.05)增加17.8%、13.2%、13.3%、9.6%和8.3%(表6)。從茶葉的產(chǎn)量看,CK、JG、LF分別為971.7、1 034.6和1 018.4 kg·hm-2。與CK相比,JG和LF的鮮葉產(chǎn)量分別顯著(P<0.05)增加6.47%和4.81%。這可能是因?yàn)?覆蓋秸稈或種植綠肥均有助于增加茶園土壤的地表覆蓋度,可通過(guò)地表徑流水力學(xué)參數(shù)的改變減少土壤中氮、磷養(yǎng)分經(jīng)徑流或泥沙攜帶流失。同時(shí),秸稈的礦化降解,以及鼠茅草地上部和地下淺根系的枯萎礦化降解,均可向土壤提供有機(jī)質(zhì)和其他養(yǎng)分,進(jìn)而改善茶園土壤的肥力,提高茶葉產(chǎn)量。

表6 不同處理下茶園土壤的養(yǎng)分含量與茶葉產(chǎn)量Table 6 Soil nutrients contents and tea yield under different treatments in tea garden

2.5 茶園徑流水量、氮磷流失負(fù)荷與土壤肥力的相關(guān)分析

相關(guān)分析的結(jié)果顯示,土壤徑流水量與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總氮、總磷的徑流流失量之間均存在極顯著(P<0.01)的正相關(guān)性(表7),相關(guān)系數(shù)均高于0.857;銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總氮、總磷的徑流流失量相互之間也存在極顯著(P<0.01)的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均高于0.707。這說(shuō)明,茶園采用秸稈覆蓋或種植綠肥的措施,可通過(guò)增加雨水的地表入滲作用降低徑流水量,從而削減氮磷養(yǎng)分的流失量。

表7 茶園徑流水量與氮磷流失總量負(fù)荷的相關(guān)分析Table 7 Correlation analysis of water runoff and nitrogen and phosphorus losses in tea garden

土壤全氮含量與徑流水量、泥沙流失量,以及總氮、總磷的徑流流失量之間存在顯著(P<0.05)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(表8);土壤堿解氮含量與徑流水量、泥沙流失量,以及總氮、總磷的徑流流失量之間也存在顯著(P<0.05)的負(fù)相關(guān)關(guān)系; 土壤有效磷含量與徑流水量、泥沙流失量,以及總氮、總磷的徑流流失量之間也存在顯著(P<0.05)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這說(shuō)明,土壤全氮、堿解氮、有效磷含量受降雨徑流的影響非常明顯,茶園采用秸稈覆蓋和種植綠肥的措施可通過(guò)地表覆蓋削減徑流量,降低總氮、總磷流失,從而有效提高茶園土壤氮、磷養(yǎng)分的含量。

表8 土壤肥力指標(biāo)與氮磷流失總量負(fù)荷的相關(guān)分析Table 8 Correlation analysis of soil fertility and nitrogen and phosphorus runoff losses

3 討論

降水產(chǎn)流與土壤水分的入滲作用密不可分,雨水濺蝕可使土壤,尤其是裸露的土壤結(jié)構(gòu)破碎,造成細(xì)顆粒淤塞孔隙,阻礙水分滲入,從而加劇徑流發(fā)生,并促使攜帶的泥沙流失[5,16-17]。覆蓋秸稈能大幅增加茶園近地表土壤的粗糙度,增加雨水入滲,減少產(chǎn)流量,具有非常好的固定養(yǎng)分和攔截泥沙的效應(yīng)[18-20]。鼠茅草近90%的細(xì)根生物量分布于表層土壤,其龐大的地下根系有著非常好的固定黏結(jié)土壤顆粒的作用,同時(shí)其地表生物量可達(dá)7 500 kg·hm-2,能夠緊密匍匐覆蓋裸露土壤,使無(wú)覆蓋的土壤基本消失[13]。在地表覆蓋秸稈和種植鼠茅草,還可通過(guò)腐殖化作用積累有機(jī)質(zhì),促使土壤團(tuán)聚體由小顆粒向中顆粒轉(zhuǎn)化,增加土壤大團(tuán)粒水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量,促進(jìn)毛管孔隙形成,提高土壤的通透性和水分入滲能力,從而提高土壤的蓄水能力[14,16,21-22]。本試驗(yàn)表明,茶園覆蓋秸稈和種植鼠茅草可有效減輕降水對(duì)土壤的沖刷,顯著降低茶園的徑流水量和泥沙流失量。土壤中的氮、磷養(yǎng)分主要通過(guò)徑流及其攜帶的泥沙流失[7,16]。雨水的侵蝕率與近地面雨滴的動(dòng)能呈顯著正相關(guān)性,將秸稈覆蓋于茶園裸露地表或在茶園裸露地表種植鼠茅草,均可避免雨水對(duì)土壤的直接擊濺侵蝕,進(jìn)而有效削弱徑流和泥沙損失,以及伴隨的氮磷養(yǎng)分流失[5,16]。土壤膠體顆粒固持吸附磷的能力也十分強(qiáng)大,因此大部分的磷主要以顆粒態(tài)形式存在于土壤中。當(dāng)降水發(fā)生時(shí),土壤中的磷易受雨滴擊濺而伴隨徑流或泥沙流失,流失形態(tài)也以顆粒態(tài)為主;因此,降低土壤磷素流失最有效的方式就是減少?gòu)搅魉亢湍嗌硵y帶量[9,23]。本試驗(yàn)表明,覆蓋秸稈和種植綠肥可通過(guò)減少地表土壤侵蝕徑流,降低茶園總氮和總磷的流失水平。同時(shí),覆蓋秸稈和種植綠肥都還能明顯減少茶園土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等無(wú)機(jī)氮的流失。分析其原因,首先仍是覆蓋秸稈有效削減了雨水的沖刷濺蝕,減輕了土壤無(wú)機(jī)氮的大量溶出,以及隨水流發(fā)生的遷移。其次,鼠茅草從1月份開始就可逐漸旺盛生長(zhǎng)并覆蓋于土壤上,且鼠茅草直立性弱,易倒伏,具有非常好的致密遮蓋作用,可有效避免雨水沖擊,從而減輕土壤無(wú)機(jī)氮的釋放,以及隨水流的流失[8,11]。再次,覆蓋秸稈于土壤表層,其降解過(guò)程可緩慢向土壤補(bǔ)充活性有機(jī)質(zhì),促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)繁殖并固定部分無(wú)機(jī)氮,進(jìn)而降低土壤無(wú)機(jī)氮的流失[10]。此外,鼠茅草生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)吸收一部分近表層土壤的無(wú)機(jī)氮養(yǎng)分,這也有助于降低土壤的無(wú)機(jī)氮流失。

茶園土壤為酸性,一般不利于氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行,土壤銨態(tài)氮含量較高,這有助于喜銨作物——茶樹的生長(zhǎng)[24]。銨根離子帶正電荷,雖容易被土壤黏粒礦物膠體所吸附固持,但當(dāng)其濃度過(guò)高、土壤吸附飽和時(shí)也容易隨徑流發(fā)生流失[25]。硝態(tài)氮移動(dòng)性強(qiáng),不易被帶負(fù)電荷的土壤膠體黏粒吸附固持,極易隨降水產(chǎn)流流失[25]。本試驗(yàn)表明,茶園土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在降水發(fā)生時(shí)都可隨徑流流失,但流失量差異較大。在1—9月發(fā)生的徑流中,常規(guī)種植處理下硝態(tài)氮的流失量是銨態(tài)氮的4.08倍,在覆蓋秸稈和種植綠肥處理下硝態(tài)氮的流失量是銨態(tài)氮的4.41～4.81倍,說(shuō)明茶園可溶性無(wú)機(jī)氮的流失以硝態(tài)氮為主要形態(tài),銨態(tài)氮的流失相對(duì)較低。這與席運(yùn)官等[2]的研究結(jié)果相似。

總體而言,茶園氮磷養(yǎng)分的流失主要與降水環(huán)境下發(fā)生的地表徑流有關(guān),而地表徑流水量則與土壤的地表覆蓋程度、土壤滲透性和持水能力等因素關(guān)系密切。受施肥翻耕等的影響,茶園地表土壤疏松裸露,當(dāng)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí),大量養(yǎng)分極易伴隨徑流和泥沙流失。覆蓋秸稈和種植綠肥的措施,可有效增加土壤覆蓋程度,發(fā)揮攔截降水、增加入滲的作用,進(jìn)而減輕茶園土壤氮磷養(yǎng)分的徑流流失,從而提升地力[5,12,26]。本試驗(yàn)表明,覆蓋秸稈和種植綠肥均可培肥土壤,提升茶葉產(chǎn)量。覆蓋秸稈和種植綠肥之所以能夠增加茶葉產(chǎn)量,一方面是因土壤氮磷養(yǎng)分隨徑流流失的數(shù)量減少,另一方面是其可提升冬春季低溫環(huán)境下土壤的地溫,具有增溫保墑的效應(yīng),可促進(jìn)茶葉幼芽萌發(fā)[6,11]。

千島湖周圍耕地較少,利用丘陵坡耕地種植農(nóng)作物的開發(fā)強(qiáng)度大,存在水土和氮磷養(yǎng)分流失、加劇水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。茶園是千島湖庫(kù)區(qū)一種典型的土地利用方式。成年茶園雖然植被生物量大、覆蓋度較高,但在肥料投入強(qiáng)度較大、表層土壤養(yǎng)分積累量高的背景下,強(qiáng)降水造成氮磷養(yǎng)分流失的風(fēng)險(xiǎn)仍不容忽視。新開墾的幼齡茶園,土壤裸露情況較為嚴(yán)重,極低的地表植被覆蓋更易引發(fā)土壤侵蝕和養(yǎng)分流失。利用農(nóng)業(yè)廢棄物(如水稻秸稈)覆蓋地表,可通過(guò)資源化手段解決秸稈消納問(wèn)題,適于在秸稈資源豐富的茶園區(qū)域采用。對(duì)于秸稈資源緊張、搬運(yùn)不便的茶園,種植綠肥作物(如鼠茅草)是一種非常有效的對(duì)策。種植綠肥可提升土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤肥力,還可有效增加土壤覆蓋度,減少水土流失,尤其適合于交通不便和土壤肥力較為貧瘠的新墾茶園。

綜上,本研究表明,千島湖周邊茶園的地表徑流主要發(fā)生在1—9月的春雨和梅雨季節(jié),6月是氮磷流失量最大的時(shí)期,無(wú)機(jī)氮流失的主要形態(tài)是硝態(tài)氮。與常規(guī)種植相比,茶園采用覆蓋秸稈或種植綠肥的措施,徑流水量和泥沙流失量可分別削減51.4%和63.6%以上,總氮和總磷流失量分別降低63.4%和60.7%以上,蓄水固土效果明顯,還可促進(jìn)茶園土壤肥力的提升,增加茶葉產(chǎn)量,具有顯著的蓄水固土保肥一體化功效,宜在南方丘陵茶園推廣應(yīng)用。