当前的世界环境

介绍

农业措施对土壤肥力的影响在世界许多地区日益引起关注。近年来，农业耕作方式越来越多地转向森林和非常陡峭的山坡，以满足日益增长的家庭粮食需求。当原生植被被农业植物取代时，流域的自然循环通常会发生改变;并使养分易于通过径流和沉积物运输。集约化农业的高产和生产需要大量施肥。施用在作物上的养分含量越高，就意味着径流(液相)和沉积物(固相)对环境造成的污染(Zuazo等人，2004年)。

流域径流和土壤流失的变异性主要取决于流域的气候、地貌、地质、土壤类型、土地利用/土地覆盖条件和社会经济特征等特征(Kang et al.， 2001)。土壤侵蚀引起的悬浮泥沙颗粒转移对土壤质量有不利影响，如表层土的清除、土壤有机质的减少和养分的流失(Creamer et al.， 2010;Guerra, 1994)。通过沉积物和径流水去除养分不仅降低了土壤肥力，而且当这些养分被进一步输送到山谷、湖泊和水库时还会造成环境问题(Kunimatsu, 1986;Kin-Che等人，1997)。土壤侵蚀研究的难点在于如何可靠、准确地评价土壤侵蚀对环境的影响(Lal, 1994)。用于实地直接评价的侵蚀图方法是量化土壤侵蚀最有效的方法(Albadalejo et al.， 1989;索托等人，1995)。

在文献中，可以使用各种土地利用条件下的地表径流，土壤损失和养分损失之间的各种研究（Battany和Grommer，2000; Girmay等，2009; Kang等，2001年; McGrath等，2011; Pardini等，2003;兴昌等，2003; Zuazo等，2004）。然而，只有有限的信息可以在喜马拉雅山脉和印度的自然降雨条件下的自然降雨条件下的径流沉积物和营养损失的动态（Kothyari等，2004; Mandal等，2012; Narayan等，1991; rai和sharma，1998; Singh，1999; Sharma等，2001）。Sharma等。（2001年）报告说，与锡金（印度）的Khanikhola流域的其他土地使用相比，发现开放农业（裁剪）领域产生更高量的表面径流，土壤和养分损失。RAI和SHARMA（1998）发现，在三年的研究期间，锡金喜马拉雅山（西北印度南印度）中微水分水岭的土壤丧失从4.18到8.82 T / HA / YR。在流水出口中测量的年度总氮损失以33kg / ha / yr的速率，而有机碳和总磷分别为267 kg / ha / yr和5kg / ha / yr。Kothyari等。（2004）报告了0.06至5.47吨/公顷/年/千米/千米/亿土壤损失在各地使用印度喜马拉雅市中心的自然实验地块。Mandal等人。 (2012) reported that the annual surface runoff was found to vary from 96 to 1821 m^3./ha，而印度半干旱热带地区农田的土壤流失量在0.28 - 5.41 t/ha之间。

因此，在这个问题的严重性下，似乎没有作出系统的努力来评价研究区域不同农业土地利用、土壤类型和坡度下与径流-泥沙有关的养分流失及其关系，而这正是需要进行这项研究的原因。在本研究中，我们监测了雨季农田径流和沉积物中养分的运移，以评估雨养农业下的降雨-径流-沉积物和养分损失关系。

材料和方法

网站描述:

本研究进行的一个实验场位于29 50°09年“N和77°55 21”,Roorkee E区迹,北阿坎德邦(印度)(图1)。实验场以上的排水区下河,这是一个下标的恒河流域——在印度最大的流域。该地区属于亚热带湿润型气候，四季分明;季风，冬季和夏季。试验田的平均高程在平均海平面以上约266m。冬季月平均最高气温27°C，最低气温10°C;夏季为45℃和20℃。相对湿度在30%到99%之间，年平均PET约1340毫米。研究区年降水量从1120毫米到1500毫米不等，主要集中在6 - 9月季风季节。研究区土壤类型为壤土，平均砂占50 - 55%，粉砂占35 - 42%，粘粒占8- 15% (Kumar et al.， 2012)。甘蔗是研究区种植的主要作物，小麦、玉米、水稻和豆类作为季节性作物种植。

图1:位于Roorkee的试验田， Distt。迹,北阿坎德邦,印度 点击此处查看数字

实验设置，数据收集和实验室分析：

选定进行试验工作的农田分成12块，每块面积为22米× 5米。采用四种不同的土地用途(甘蔗、玉米、黑克和休耕)测量径流、沉积物和养分损失。这些地块的建造方式是，每个土地用途应有三个不同的斜坡(5%、3%和1%)。采用双环入渗仪对每个小区进行入渗试验，以了解水文土群(HSG)。为了达到雨养农业的目标，适当地进行了土地整备和作物栽培，采用了标准的农业做法。雨量资料分别用普通型雨量计及记录型雨量计进行测量，以供核对。在每个地块的下游侧建造了一个尺寸为1m x1m x1m的收集室，用于收集径流。每个室通过一个3米长的输送通道与各自的地块相连，该通道与筛管和有五个槽的多槽除数相连。将收集槽内采集的地表径流实测量乘以5，得到降雨事件(过去24小时)产生的径流总量。

化学分析:

首先，在一个瓶子里收集一部分径流样本，然后过滤，分析沉积物和营养流失。过滤径流样品后保留的沉淀物在50℃烘箱中烘干24小时。土壤流失量的计算方法是将地表径流总量与径流水中测得的泥沙浓度相乘。同样，总N也通过径流水量与径流水中检测到的总N浓度的乘积来计算。对于全磷和全钾的测定，使用干燥样品和滤液径流进行分析。通过对径流和沉积物中养分损失的总和计算养分损失总量。

氮(N)采用微量凯氏定氮法测定(Jan-Åke, 2008)，磷(p)（P）和钾（K）通过酸消化方法使用电感耦合等离子体测量

质谱（ICP-MS）（Ammann，2007）。

平均径流系数的确定:

小区的平均径流系数是通过取所有单独降雨事件的径流系数的平均值来确定的。

在那里,问_我是事件i，p的直接表面径流_我为事件i的降雨量，n为事件总数。

统计分析:

使用SPSS 20.0软件对现场观测数据进行分析。进行回归分析，决定系数(R²)的值，以显示降雨、径流、土壤和养分流失之间的关系。两个变量之间的关系被认为有统计学意义，P<0.05。

结果与讨论

在本研究中，对所有试验区的数据进行了单独分析，以检验它们对正在研究的变量的影响。在研究(季风)期间捕获的降雨径流事件总数为20次，其中只有6次产生了足够的径流来收集沉积物和营养成分分析的样本(表1)。

降雨径流关系:

为了研究降雨与径流之间的关系，采用简单的线性回归模型进行了检验。在本研究中，所有地块的降雨和径流之间的关系被发现具有统计学意义(R²=0.675 ~ 0.928, p<0.05, n=13)(表2)。小区土地利用、坡度和土壤类型显著影响径流生成(表1)。从表1中可以看出，对于给定的土壤类型和土地利用，最高等级的小区产流量(即径流系数)最高。而坡度为5和1%的甘蔗样地则是坡度越高径流量越小的特例。在甘蔗样地中，坡度为5%的样地的入渗率高于坡度为1%的样地。因此，在这两个小区中，小区坡度的影响不如土壤的影响显著，坡度越高的小区产生的径流量可能越小。不同特性试验小区的降雨径流数据表明，在给定的降雨输入条件下，坡度为1%的甘蔗土地利用小区的径流量最大。同样，坡度为1%的休耕地块产生的径流量最少。

表1：径流系数，沉积物产量和营养素 亏损的情节有多种特点。 点击此处查看表格

表2:决定系数表(R2) 降雨（mm）与径流（mm）之间的关系（n = 13）。 点击此处查看表格

径流 - 土壤损失关系

首先，将事件土壤流失量(t/ha)与相应的降雨量(mm)值相对照。这些关系证实了降雨和土壤流失之间存在较差的相关性。因此，日土壤流失(t/ha)值与相应的径流值(m^3./ha)，如图所示。2 (a - c)。相对较低的R值²可以注意到与这些关系相关的0.131-0.931）。各种特征实验曲线的土壤损失表明，对于给定的降雨投入，平均甘蔗土地利用的地块被发现产生大量的土壤损失，然后产生玉米，休耕土地和黑色。

图2(a):产沙关系 不同土地使用的坡度为1％ 点击此处查看数字

图2(b):产沙关系 为不同土地用途之间3%的坡度 点击此处查看数字

图2(c):产沙关系 为不同土地用途之间5%的坡度 点击此处查看数字

土壤流失-养分流失关系:

与溶解的损失相比，沉积物中的营养物质损失非常低（即径流水）。在作物生长的初始阶段，发现沉积物和径流水中的营养浓度浓度更多。作物生长周期的初始阶段被认为是土壤侵蚀方面的关键时期（Laflen和Tabatabai，1984; Yoo等，1988）。

在目前的研究中，在2013年5月的最后一周种植了作物。因此，目前研究的关键期限于2013年7月，期间，与其他时期相比，观察到沉积物浓度高的沉积物浓度和营养损失。所有三个主要营养素viz。绘制TN，TP，TK损耗（KG / HA）值针对每个实验图的相应土壤损失（kg / ha）值绘制。这些关系揭示了营养素与土壤损失之间存在的相关性差。

季节性降雨，径流，土壤流失和养分损失：

从各种特性的实验曲线的平均径流系数，土壤损失和营养损失的季节性值如表1所示。发现降雨降至表面径流的平均百分比转化为14％至45％。从各种特性的实验图记录的土壤损失范围为0.79和1.75 T / HA。虽然，本研究是基于季节，但其结果仍然可以与其他年度的研究相当，因为在印度季风季节期间发生在每年的年度降水量约为70％。Kothyari等。（2004）在印度喜马拉雅市中心地区的不同土地使用系统中报道了0.06至5.47吨/千米/年土壤损失。Mishra等。（2010）在印度半干旱地区的农业土壤中报告了土壤损失0.56-1.01 T / HA / YR。此外，由RAI和Sharma（1998）和Mandal等人有关的工作。（2012）报告了农业用地的土地损失相对较高的土壤损失，但印度次大陆的宽容限制（Bhattacharya等，2008）。本研究表明，根据印度次大陆的土壤侵蚀耐受性限制（2.5至12.5吨/千/年），土壤损失处于耐受性限制（Bhattacharya等，2008）。

如表1所示，季节性总P损耗从0.689到27.291 kg / ha变化，并且从各种特性的实验图中记录的总K从3.368到10.423 kg / ha变化。rai和sharma报道，每年损失为5公斤/公顷（1998年）;虽然Mandal等人报告的年均年营养损失。（2012）为总N，1.0kg / ha / yr的总P和20.07kg / ha / yr的总K.总K.本研究报道的总K.然而，与其他研究相比，本研究报告的总研究表现出相对较高的变异。

结论

本研究旨在从印度北阿坎德邦鲁尔基的12个不同特征的试验田中探索降雨、径流、土壤流失和养分流失之间存在的关系。试验地块分为甘蔗、玉米、黑土和休耕四种不同土地利用方式、土壤类型和坡地类型。在给定的土地使用和土壤类型下，最高等级的地块产生的径流量(即径流系数)最高。不同特征试验田的土壤流失量表明，在给定的降雨输入下，平均来看，甘蔗地的土壤流失量较高，其次是玉米地、休耕地和黑土地。与溶解损失相比，沉积物中的营养损失很低。径流水和沉积物中的养分浓度在关键时期较高。试验区土壤流失量均在容许范围内。TP的季节损失量在0.689 ~ 27.291 kg/ hm2之间，TK值在3.368 ~ 10.423 kg/ hm2之间。土地利用和土地处理极大地影响了沉积物产量和总养分损失，而良好的冠层覆盖降低了这些损失，反之亦然。

符号

TK =总钾

Tn =总氮

TP =总磷

kg / ha / yr =每公顷千克/千克

吨/公顷=每公顷吨

确认

作者感谢印度国家地表水委员会(INCSW)(前印度国家水文委员会(INCOH))，印度政府水资源部，新德里，资助了这项研究。

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