促進南方紅壤丘陵區農業可持續發展的復合農業生態系統研究
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研究典型農田生態系統養分流失特征及影響因素構建丘崗復合農業生態系統氮磷攔截與生態消納模式和稻田流失氮磷生態濕地消納技術，為防控農田生態系統氮磷面源污染提供技術支撐
基于桃源站養分流失長期監測數據，系統分析了2001—2011?年典型丘崗復合農田生態系統集水區氮、磷和鉀、鈣、鎂等養分輸出特征及影響因素。結果發現，典型農田生態系統集水區的養分流失現象較為嚴重。其中，集水區地表徑流中總氮濃度達到了?2.66?mg?·?L?1,超過了國家地表水?V?類水質標準，年均流失量為?9.40?kg?·?hm?2；總磷流失相對較輕，在地表徑流中的濃度為?0.09?mg?·?L?1，接近國家地表水?II?類水質標準，年均流失量為?0.30?kg?·?hm?2。集水區中鉀、鈣、鎂等陽離子的流失程度較氮、磷嚴重，其中鈣的流失最為嚴重，年均流失量達到了?59.75?kg?·?hm?2，大量的鈣流失可能是導致我國亞熱帶地區酸性土壤進一步酸化的主要原因。
典型農田生態系統集水區存在多種土地利用方式，明確不同土地利用方式對整個集水區的養分流失的影響程度，可為下一步開展針對性的調控措施提供科學依據。為此，我們構建了不同土地利用方式養分流失監測系統（圖?4），通過連續?2?年的監測結果發現，稻田的地表徑流產生次數和養分年均流失量遠大于旱地和果園，其中總氮的年均流失量占整個集水區的?60%，總磷的年均流失量占整個集水區的?30%。但強降雨條件下的旱地和果園的單次養分流失量遠大于稻田。因此，采取有效措施調控稻田生態系統養分循環過程是控制典型丘崗復合農業生態系統養分流失的關鍵，同時也應重視旱地和果園的養分流失問題。
基于丘陵區不同土地利用方式氮磷等養分的流失特征及影響因素，結合該地區存在季節性干旱問題，以桃源站的典型丘崗地貌為基礎，通過修建蓄水池，構建了以“坡地（茶園）-旱地（油菜）-水田（中稻）-生態濕地（綠狐尾藻）”為主線的丘崗復合農業生態系統氮磷攔截與生態消納模式。該模式不僅可以實現流失氮、磷的梯級攔截和消納，還可以起到流失氮、磷和雨水循環利用的作用。連續?2?年的監測結果表明，該模式每年可減少氮流失?26.01?kg?·?hm?2，磷流失?1.28?kg?·?hm?2，最終出水的氮和磷濃度分別降低到國家地表水?III?類和?II?類水質標準。此外，該模式還可以有效提高水分利用效率?37%。生態濕地中的綠狐尾藻經收割作為有機肥施用到茶園，每年可提供氮素?129.63?kg?·?hm?2，磷素?22.74?kg?·?hm?2。
針對稻田氮流失嚴重的問題，我們構建了蓮藕-綠狐尾藻組合濕地系統。結果顯示，該濕地系統可消納稻田排放出的?50%?的氮和?80%?的磷，經由濕地系統出水中的氮磷濃度可分別降低到國家地表水?III?類和?II?類水質標準。根據連續?2?年的試驗結果推算，1?畝蓮藕-綠狐尾藻復合人工濕地可以消納?16?畝稻田排放出的氮、磷，使稻田出水達到國家水質?III?類排放標準。因此，在亞熱帶丘陵地區可以構建小型的蓮藕-綠狐尾藻濕地消納農田排出的氮磷，且兼具景觀優化功能。