磷是植株生长发育所必需的元素^[1], 也是水体富营养化的关键性限制因子^[2].植株生长一般从土壤磷库和外界施入两个方向获得磷素, 但磷肥施入土壤后很容易被固定而难以被植株所利用, 所以当季利用率一般只有10%~25%^[3].在农业生产中, 为保证高产稳产, 每年会施入大量的磷肥和有机肥, 从而增加了土壤表层中的磷素累积量, 过量的磷素会通过壤中流和地表径流等方式进入水体^[4], 进而造成水体富营养化等严重的环境问题.紫色土作为西南地区的代表性土壤, 宜种作物多、出产丰富, 具有风化作用迅速、矿物组成复杂、矿质养分含量丰富和自然肥力高等特点, 是一种宝贵的农业土壤资源.但是紫色土发育时间短, 物理风化强烈, 容易形成大量胶结能力极弱的松散碎屑物, 而且紫色土分布区雨量丰富, 降雨集中, 暴雨频繁, 地面植被覆盖差, 耕地类型也主要为坡耕地, 使得紫色土分布区的土壤侵蚀非常严重, 易发生水土流失^[5~7].

生物炭是秸秆、粪便等有机物料在低氧环境下, 经过高温热解炭化产生的一种具有多孔隙、比表面积大, 富含碳元素以及有很高的生物化学稳定性的高度芳香化物质^[8~10], 常应用于土壤和环境管理领域的一类炭化有机物^[11].近年来, 生物炭在农业领域有广泛的应用, 生物炭施入土壤可以显著提高土壤有机碳含量^[12]、降低容重^{[13, 14]}、改良土壤结构^[15]和改善农作物的生长环境.生物质在炭化过程中, 会产生一部分磷酸盐, 当生物炭施入土壤后, 这部分磷酸盐可以成为土壤磷素的直接来源^[16], 为农作物生长提供必需的营养元素.生物炭还对土壤中的养分流失存在一定的影响, Laird等^[17]通过室内模拟的方法, 在土柱中加入了生物炭, 发现生物炭处理的土柱, 全磷流失量降低了69%, 证明了生物炭可以减弱土壤中磷淋失量.吴蔚君^[18]通过在水稻田中施入生物炭发现, 施用生物炭可以有效降低农田径流中的氮磷流失量和流失率.近年来, 以环境优化为基础的减量施肥配施有机肥、秸秆和生物炭已经成为众多学者关注的热点方向, 国内外对生物炭施用对磷流失影响的研究较为丰富, 但大部分学者都是以农田水稻土为研究对象, 且以地表径流为主, 而生物炭施用对紫色土坡耕地磷流失的研究还鲜有报道.因此, 开展生物炭施用对紫色土坡耕地土壤磷流失的影响研究具有重要的科学理论意义和实际生产价值.本研究在连续监测油菜-玉米轮作制度下紫色土各次径流不同磷形态的浓度变化特征, 并结合不同施肥处理下的紫色土坡耕地磷流失通量规律, 探讨了紫色土坡耕地磷流失对生物炭的响应特征, 以期为生物炭在紫色土坡耕地施用中减少磷流失的实际应用提供试验依据和理论指导.

三峡库区绝大部分是山地丘陵地貌, 面积达到58 000 km², 其中山地面积占比超过70%, 海拔落差达到2 800 m.在三峡库区范围内, 有嘉陵江、大宁河、香溪河以及乌江等主要支流, 这些支流的年径流量占长江流域年水资源总量的一半左右^[19].库区属于中亚热带湿润季风气候, 一般表现为春早、夏热、秋雨、冬暖且经常伏旱的特点, 年均温度为18℃左右, 年均降雨量约为1 100 mm, 年均相对湿度大致为82%.

本研究依托于中国科学院三峡库区水土保持与环境研究试验站, 其位于重庆市忠县石宝镇新政村(E108°10′, N30°22′), 距离忠县县城约32 km, 地处忠县、万州、石柱三县(区)的交界处, 是三峡库区的腹心地带.试验区内山丘起伏连绵, 田土错落, 年均温度19.2℃, 雨量充沛, 年均降雨量为1 150 mm, 无霜期320 d左右, 日照充足.试验小区位于长江主河道北岸, 土壤为紫色土, 为三峡库区的代表性耕地类型, 土壤基本理化性质为：pH 8.33, 有机质7.56 g·kg^-1, 碱解氮25.71 mg·kg^-1, 速效磷9.16 mg·kg^-1, 速效钾0.10 g·kg^-1, 全氮0.35 g·kg^-1, 全磷0.30 g·kg^-1, 全钾32.31 g·kg^-1.

本试验径流小区为长方形, 各小区投影面积为100 m²(20 m×5 m), 坡度设置为10°, 底面以及四周均为混凝土修筑, 每个小区下方地表及距离地表 40 cm设置集水槽, 以收集地表径流、泥沙和壤中流, 在集水槽一角随导流管汇入下方的集流桶, 为防止夏季产流量过大, 在集流桶旁设计添加分流桶, 具体装置见图 1.

图 1

Fig. 1

图 1 径流小区设计示意 Fig. 1 Schematic diagram of runoff plot design

本研究在该试验基地设置了4个处理, 分别为：①不施肥处理(CK处理)、②常规施肥处理、③优化施肥处理、④减量施肥配施生物炭处理.各处理分别标记为CK、常规、优化、生物炭, 各处理3次重复, 同一处理的施肥量相同, 具体施肥量见表 1, 各小区农作管理均相同.

表 1 (Table 1)

表 1 各处理施肥量 Table 1 Amount of fertilizer applied in each treatment 项目 处理 纯N/kg·亩-1 P2O5/kg·亩-1 K2O/kg·亩-1 硼砂/kg·亩-1 不施肥 0 0 0 0 油菜季 常规施肥 10 6 6 1 优化施肥 8 5 5 1 85%优化施肥+每亩666.7 kg生物炭 6.8 4.25 4.25 1 不施肥 0 0 0 0 玉米季 常规施肥 20 10 9 0 优化施肥 18 8 7 0 85%优化施肥+每亩666.7 kg生物炭 15.3 6.8 5.95 0

表 1 各处理施肥量 Table 1 Amount of fertilizer applied in each treatment

本试验种植模式采用“油玉两熟”制, 于2017年10月23日种植油菜开始, 2018年10月22日结束, 油菜和玉米的肥料用量依照当地农民种植施用量进行减量施用, 各季作物栽培方式和田间管理措施均按照当地习惯进行.其中油菜于2017年10月23日栽种, 2018年4月29日收获.玉米于2018年4月13号栽种, 2018年7月20日收获.油菜季氮肥分基肥和薹肥两次施用(基肥占80%), 磷肥、钾肥、硼肥做基肥一次性施入, 基肥和薹肥施用时间分别为2017年11月7日和2017年12月5日, 于小雨前后撒施.玉米季肥料分两次施入, 第一次为玉米移栽时, 于各处理施入尿素16.67 kg·亩^-1(250 kg·hm^-2), 其余肥料于4月27日一次性施入.

本试验观测于2017年10月23日栽种油菜后开始, 于2018年10月22日结束.在观测期内, 逢降雨产流就进行采样.每次采样时, 分别先测定各个径流小区的地表径流和壤中流的水位, 以此计算各个小区的地表径流和壤中流的流量.水位测定完毕后, 用洗净的聚乙烯塑料瓶分别采集地表径流和壤中流, 若分流桶中也有水样, 则径流桶和分流桶均需要采样.采集地表径流和壤中流时, 均需要将收集池或分流池中的水样充分搅拌, 其中地表水样搅拌后, 迅速采集水沙混合样两瓶, 一瓶用于测定养分含量, 一瓶用于测定泥沙含量及泥沙养分.而壤中流样品在搅拌后, 先让水体静置, 待悬浮物沉淀后再进行采样.收集池和分流池的样品分别测定其养分含量, 然后计算其整体的平均养分含量.

水样采集后, 立即进行各种形态氮磷养分的含量.如来不及分析, 则在样品中加酸酸化至pH小于2并将其储存于4℃的冰箱中.测定时, 需先将样品pH调至7.0左右, 然后取200 mL样品过0.45 μm滤膜, 用于测定硝态氮、铵态氮、可溶性总氮、正磷酸盐、可溶性总磷等指标, 全氮和全磷用未过滤水样测定.降雨量数据从试验站人工气象降雨观测平台获取, 观测仪器为虹吸式雨量计.

在各个小区中用多点随机采样, 四分法随机取样的方法采取0~20 cm表层土, 带回实验室风干后, 进行研磨和分粒径过筛, 用保鲜袋保存, 用于分析土壤的氮、磷基本理化性质.

水样测定的指标中, 全磷和可溶性全磷用过硫酸钾消解-钼酸铵分光光度法测定; 正磷酸盐用钼蓝比色法测定.颗粒态磷浓度=全磷浓度-可溶性全磷浓度.

土样测定的指标中, 全氮用H₂SO₄消煮-凯氏定氮法测定; 全磷用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定; 全钾用NaOH熔融-火焰光度计法测定; 铵态氮用KCl提取-靛酚蓝比色法测定; 硝态氮用KCl提取-紫外分光光度法测定; 碱解氮用碱解扩散法测定; 速效磷用钼蓝比色法测定.泥沙样全氮、全磷测定方法与土样相同.具体测定详细步骤参见文献[20, 21].

每次降雨后, 计算地表径流和壤中流产流量.各种形态磷流失量及年流失通量均为3个小区测定值的平均值.单次降雨事件各种形态磷流失量和各形态磷年流失通量计算公式如下：

(1)

(2)

式中, Q_i为各小区第i次降雨中地表径流或壤中流各形态磷流失量(kg), c_i为第i次降雨中各形态磷流失浓度(mg·L^-1), V_i为第i次降雨中地表径流或壤中流产流量(L).Q为各形态磷年流失通量[kg·(hm²·a)^-1].

采用EXCEL 2016、Origin 2018和SPSS 23.0软件进行数据处理和图表绘制.所有结果均用3次测定平均值表示.不同处理之间的多重比较采用LSD最小显著差数法(P < 0.05).

如图 2所示, 观测期内, 共降雨18次, 主要集中在4、5和9月, 其中降雨量峰值出现在4月26日, 达到140 mm; 7月和8月降雨量低, 且出现连续高温天气.观测期内, 并不是每次降雨所有处理都有径流或壤中流的产生, 在降雨量集中的月份, 壤中流流量均大于其地表径流量.在18次降雨中, CK、常规、优化和生物炭处理分别产生了13、14、14、13次壤中流和产生了11、9、9、11次地表径流.对壤中流而言, 各处理在降雨集中的4~5月出现了峰值, 生物炭处理的壤中流量明显低于其他处理(P < 0.05).对地表径流而言, 各处理的径流量的峰值较壤中流的峰值略有推迟, 均在5月8日达到最大值, 其中生物碳与优化处理的地表径流量明显高于其他处理.由图 3可知, 各处理的产流总量表现为:优化(20 737.23 L)>常规(18 513.17 L)>CK(18 134.58 L)>生物炭(13 594.85 L).壤中流各处理的产流总量都远高于地表径流的产流总量, 4个处理壤中流的产流总量占各处理总产流量的60.14%~87.34%, 是雨季产流的主要类型.生物炭处理的壤中流产流总量显著低于其他处理的产流总量(P < 0.05), 较常规处理的壤中流产流总量显著降低了49.94%(P < 0.05).

图 2

Fig. 2

图 2 不同施肥下各处理壤中流和地表径流产流情况 Fig. 2 Runoff and surface runoff production and flow under different fertilization treatments

图 3

Fig. 3

图 3 不同施肥下各处理壤中流和地表径流产流总量 Fig. 3 Characteristics of midstream and surface runoff production under different fertilization treatments

从表 2中可以看出, 各处理的泥沙流失总量表现为CK(1 998kg·hm^-2)>生物炭(1 884 kg·hm^-2)>优化(1 681 kg·hm^-2)>常规(910kg·hm^-2).CK处理泥沙流失总量最大, 达到1 998 kg·hm^-2, 其次为生物炭处理(1 884 kg·hm^-2), 常规施肥处理的泥沙流失总量最低, 显著低于其他处理(P < 0.05), 仅为910kg·hm^-2.较CK处理的泥沙流失量降低了54.45%.

表 2 (Table 2)

表 2 不同施肥下各处理产沙情况/kg·hm-2 Table 2 Sediment yield of different fertilization treatments/kg·hm-2 处理 日期(月-日) 总量 04-26 05-08 05-20 05-26 06-05 07-30 08-08 08-23 09-27 CK 295 477 817 193 205 1 3 2 5 1 998 常规 81 531 264 12 0 1 0 5 16 910 优化 69 451 232 196 99 17 51 566 0 1 681 生物炭 151 573 49 144 47 46 116 291 26 1 884

表 2 不同施肥下各处理产沙情况/kg·hm-2 Table 2 Sediment yield of different fertilization treatments/kg·hm-2

如图 4(a)所示, 各施肥处理之间变化趋势大致相同, 均在4月和9月浓度较高, 其他月份较低, 且均出现了两次峰值.第一次峰值出现于4月15日, 且以常规处理(0.058 mg·L^-1)为最大, 第二次峰值出现于9月, 但各处理的峰值并不是出现在同一次降雨中, 且各处理的峰值差别不大, 分布在0.021~0.029 mg·L^-1之间.从图 4(b)可以看出, 生物炭处理浓度均值最大, 达到0.022 mg·L^-1, 但各处理之间的浓度均值并不存在显著性差异.

图 4

Fig. 4

图 4 不同施肥下各处理壤中流中正磷酸盐浓度变化特征 Fig. 4 Characteristics of orthophosphate concentration in the middle stream under different fertilization treatments

从图 5(a)中可以看出, 各施肥处理正磷酸盐浓度变化趋势大致相同, 在施肥后(5月8日)径流中明显提升, 然后迅速下降, 除在7月30日径流中有波动外, 其余时间均处于一个较低的浓度水平.在5月8日的径流中, 浓度最大的为优化处理, 达到0.58 mg·L^-1, 而CK处理浓度显著低于各施肥处理, 仅为0.010 mg·L^-1.在7月30日的径流中, 各处理的径流浓度均有所提升, 常规处理较前一次径流浓度提升最大.从正磷酸盐浓度均值来看[图 5(b)], 常规处理的浓度均值最大, 达到0.15 mg·L^-1, 优化处理和生物炭处理浓度均值相差不大, 均在0.11 mg·L^-1左右, CK处理浓度均值显著低于常规处理.从极值范围看, 常规处理的变化范围最大, 为0.020~0.43 mg·L^-1; 优化处理的变化范围最小, 为0.030~0.12 mg·L^-1.

图 5

Fig. 5

图 5 不同施肥下各处理地表径流中正磷酸盐浓度变化特征 Fig. 5 Characteristics of orthophosphate concentration in surface runoff under different fertilization treatments

从图 6中可以看出, 各施肥处理的正磷酸盐流失通量表现为:优化[0.20 kg·(hm²·a)^-1]>生物炭[0.15 kg·(hm²·a)^-1]>常规[0.090kg·(hm²·a)^-1]>CK[0.040 kg·(hm²·a)^-1].各施肥处理与CK处理相比较正磷酸盐流失通量提高了1.17~3.90倍; 优化处理流失通量最大, 为0.20 kg·(hm²·a)^-1, 生物炭处理与优化处理相比下降了22.42%.在各小区处理中, 地表径流流失通量占比达到55.35%~87.49%, 说明正磷酸盐主要通过地表径流途径流失.

图 6

Fig. 6

图 6 不同施肥处理下正磷酸盐流失通量特征 Fig. 6 Characteristics of loss flux of orthophosphate in different fertilization treatments

从图 7中可以看出, 各施肥处理在4、5月和7、8月的径流中, 颗粒态磷浓度较大, 各施肥处理均出现两次峰值.第一次峰值出现于5月8日, 其中常规处理浓度最大, 达到0.79 mg·L^-1, CK处理浓度最低, 仅为0.10 mg·L^-1.各施肥处理第二次峰值出现于不同时期的径流中, 主要集中在8月8日及其左右两次径流, 其中优化处理浓度最高, 为0.72 mg·L^-1, 而CK处理浓度为0.41 mg·L^-1, 较前期径流的浓度有大幅提升.

图 7

Fig. 7

图 7 不同施肥下各处理颗粒态磷浓度变化特征 Fig. 7 Characteristics of granular phosphorus concentration under different fertilization treatments

从图 8可以看出, 各处理颗粒态磷流失通量表现为：常规[0.11 kg·(hm²·a)^-1]>生物炭[0.10 kg·(hm²·a)^-1]>优化[0.082 kg·(hm²·a)^-1]>CK[0.036 kg·(hm²·a)^-1].各施肥处理颗粒态磷流失通量与CK处理相比较显著提高了1.24~2.06倍, 其中常规处理流失通量最大, 达到0.11 kg·(hm²·a)^-1, 生物炭处理与常规处理相比无显著性差异; 优化处理与常规处理相比显著下降了26.80%(P < 0.05).CK处理的颗粒态磷流失通量最低, 仅为0.04 kg·(hm²·a)^-1, 仅为常规处理的32.43%.

图 8

Fig. 8

图 8 不同施肥处理下颗粒态磷流失通量特征 Fig. 8 Characteristics of loss flux of particulate phosphorus in different fertilization treatments

从图 9(a)中可以看出, 各处理之间壤中流全磷浓度变化趋势无明显差异, 均在4月浓度较大, 其余时间浓度处于较低水平.除生物炭处理外, 各处理浓度峰值均出现于4月15日, 其中CK处理浓度最大, 达到0.10 mg·L^-1; 生物炭处理的峰值出现于4月26日, 浓度为0.07 mg·L^-1, 与CK处理浓度峰值相比下降了32.61%.从平均浓度来看[图 9(b)], CK处理的平均浓度为0.03 mg·L^-1, 各施肥处理平均浓度大小依次为常规处理>优化处理>生物炭处理, 与CK处理相比, 分别上升了27.14%、10.20%和9.17%, 各处理之间的全磷平均浓度无显著性差异(P < 0.05).从极值范围看, CK处理的变化范围最大, 为0~0.1 mg·L^-1.

图 9

Fig. 9

图 9 不同施肥下各处理壤中流中全磷浓度变化特征 Fig. 9 Characteristics of TP concentration in the middle stream under different fertilizations treatments

从图 10(a)中可以看出, 各施肥处理在5、7和8月的流失浓度较高, 其余月份浓度基本低于0.4 mg·L^-1.各施肥处理均出现了两次峰值, 第一次峰值出现于5月8日, 其中常规处理浓度最大, 为0.94 mg·L^-1, CK处理浓度最低, 为0.11 mg·L^-1; 除CK与生物炭处理外, 其余施肥处理第二次峰值均出现于7月30日, 其中常规处理全磷浓度以0.84 mg·L^-1为最大, 生物炭处理的第二次峰值出现于8月23日, 浓度为0.66 mg·L^-1, 是该处理全年浓度的最大值, CK处理全磷浓度在8月8日达到峰值, 较5月8日浓度提高了2.76倍.从浓度均值来看[图 10(b)], 优化处理>常规处理>生物炭处理>CK处理, 其中CK处理分别与常规处理和优化处理之间存在显著性差异(P < 0.05).从极值范围来看, 常规处理极值范围最大, 为0.06~0.94 mg·L^-1; CK处理的极值范围最小, 为0.01~0.28 mg·L^-1; 各施肥处理的极值范围均明显大于CK处理的极值范围, 说明施肥会提高地表径流全磷浓度变化范围.

图 10

Fig. 10

图 10 不同施肥下各处理地表径流中全磷浓度变化特征 Fig. 10 Characteristics of total phosphorus concentration in surface runoff under different fertilization treatments

从表 3中可以看出, 各处理的全磷流失通量表现为:生物炭[1.01 kg·(hm²·a)^-1]>优化[0.67 kg·(hm²·a)^-1]>CK[0.64 kg·(hm²·a)^-1]>常规[0.53 kg·(hm²·a)^-1].在各处理小区中, 生物炭处理全磷流失通量与CK处理相比显著提高了59.61%, 常规处理和优化处理与CK处理之间无显著差异; 泥沙是全磷流失的主要途径, 各处理通过泥沙流失的全磷通量占总流失通量的比例达到63.79%~78.74%, 壤中流流失通量占比最小, 仅占2.63%~12.91%, 其中以生物炭处理的占比最低, 生物炭处理的壤中流流失通量与常规处理相比降低了56.45%.各处理通过地表径流流失的全磷通量占总流失通量的比例为8.35%~24.58%, 其中以常规处理的占比最高, CK处理的占比最低.通过地表径流流失和泥沙流失的全磷流失通量都是生物炭处理最多, 与常规处理相比分别增加了73.28%和123.53%.

表 3 (Table 3)

表 3 不同施肥处理下全磷流失通量特征1)/kg·(hm2·a)-1 Table 3 Characteristics of loss flux of total phosphorus in different fertilization treatments/kg·(hm2·a)-1 处理 壤中流流失通量 地表径流流失通量 泥沙流失通量 总流失通量 CK 0.082±0.013a 0.053±0.008c 0.50±0.122b 0.635±0.143b 常规 0.062±0.011b 0.131±0.024b 0.34±0.046bc 0.533±0.064bc 优化 0.064±0.010b 0.136±0.031b 0.47±0.063b 0.670±0.097b 生物炭 0.027±0.002c 0.227±0.018a 0.76±0.141a 1.014±0.153a 1)表中不同字母表示同一流失途径不同施肥处理之间差异显著(P < 0.05)

表 3 不同施肥处理下全磷流失通量特征1)/kg·(hm2·a)-1 Table 3 Characteristics of loss flux of total phosphorus in different fertilization treatments/kg·(hm2·a)-1

本研究中, 由于生物炭具有丰富的孔隙度和较大的表面积, 具有较强的吸附性, 施入生物炭可以增加土壤持水量^[22], 从而显著减少生物炭处理产流量.虽然施生物炭处理在一定程度上降低了壤中流产流量, 可是生物炭处理对地表径流截留效果不佳.这是因为生物炭具有较强的吸水性, 减少了水流向下渗漏, 但生物炭具有保水性的同时也存在一定的临界值, 在降雨量较大的时候, 径流量超过了其保水性^[23], 因此在降雨量较大的时期, 施生物炭处理的地表径流径流量较高, 甚至超过了常规施肥处理.施入土壤中的磷肥容易被表层土壤固定, 而较难向下层土壤渗透^[24].有研究表明, 地表径流是土壤中磷流失的主要途径, 而在地表径流中, 颗粒态磷是其流失的主要形态^[25], 在本研究中, 坡耕地土壤随地表径流流失的不同磷素浓度也均远大于壤中流.与氮素情况不同, 施肥对地表径流的磷素浓度的影响远大于壤中流, 本试验中, 5月8日各施肥处理地表径流的正磷酸盐浓度和全磷浓度均大幅上升, 而壤中流浓度变化幅度不大, 这与蒋锐等^[26]的研究结果一致.壤中流带走的磷素较少, 但近年的研究发现壤中流对磷素迁移也具有重要的作用, 特别是在地表径流处于低流速的状态时, 壤中流在磷素迁移过程中的重要性将大幅增加^[27].

生物炭还田对土壤中的磷流失量具有一定的影响, 一般认为其可以有效地减少土壤可溶态磷的淋失量^[28], 这与本试验研究结果一致, 本试验中, 施生物炭处理均有效降低了正磷酸盐流失通量, 这是因为生物炭可以促进阴离子交换能力, 影响磷与阳离子的相互作用, 从而增加了土壤中有效磷的活性, 减少可溶性磷的流失^[29].韩晓飞等^[30]和冯轲等^[31]通过在水稻田中施入适量生物炭后发现生物炭对降低田面水的全磷流失量具有明显的效果, 而本研究中, 生物炭处理的地表径流与泥沙的磷流失通量均表现为4个处理中的最高值, 从而使得生物炭处理的全磷的流失通量最高, 生物炭施用增加了坡耕地的全磷流失风险, 这可能是因为生物炭自身含有大量磷, 其所含的磷不能完全被植所吸收, 在降雨产生径流时, 一部分磷会通过解析作用以可溶态磷形态流失, 另一部分未被吸收的剩余磷素则会以颗粒态磷形态随地表径流和泥沙流失, 从而加大了坡耕地全磷的流失风险.Steiner等^[32]的研究发现, 在较高配比的混施生物炭能够使土壤中有效性较低的闭蓄态磷向有效磷转化, 提高土壤中磷素的流失风险.所以在今后生物炭的研究与实际应用中, 可以进一步探讨最优的生物炭-化肥投放比例, 减少配施化肥中的磷素投入, 在保障作物良好生长的前提下, 减少土壤磷素流失.紫色土是由紫色页岩发育而成, 其孔隙大、质地松、渗透能力强, 是一种侵蚀型高生产力的“岩土二元结构体”^[33], 易产生水土流失, 因此控制紫色土坡耕地磷流失首先最重要的是控制土壤侵蚀, 其次也应在平衡配施生物炭的同时采取增加地表覆盖、增厚土层以及提升土壤有机质等农田治理措施, 进一步减少土壤的磷素流失.

(1) 壤中流是雨季径流输出的主要途经, 泥沙流失是全磷流失的主要方式, 通过泥沙流失的全磷含量占比达到了63.74%~78.74%, 而壤中流的全磷流失通量的占比最小, 仅占2.63%~12.91%.所以控制紫色土坡耕地的磷素流失的主要任务是控制土壤侵蚀.

(2) 施肥对地表径流的磷素浓度的影响远大于壤中流.地表径流是正磷酸盐的主要流失方式.减量施肥配施生物炭可以降低正磷酸盐的流失通量, 但对于颗粒态磷流失通量无明显影响.

(3) 减量施肥配施生物炭能够有效减少紫色土坡耕地土壤的壤中流产流量, 以及壤中流的全磷流失通量, 与常规施肥相比分别降低了49.44%和56.45%.但是对地表径流的截留效果不佳, 同时增加了地表径流与泥沙中的全磷流失风险, 生物炭处理的地表径流和泥沙流失的全磷流失通量与常规施肥处理相比分别增加了73.28%和123.53%.因此, 应进一步优化生物炭与农业化肥的投入配比, 减少磷素流失.