喀斯特农业小流域土壤-水系统中氮磷迁移过程与表层岩溶水质响应机理研究

通过研究西南喀斯特山区典型农业小流域（以旱地农业生态系统为主体）土壤氮磷向水体迁移的形态特征及其浓度变化，探讨喀斯特小流域农业生产过程中土壤氮磷迁移的生态规律与表层岩溶水氮磷的变化及水质响应过程，从微观上研究喀斯特农业生态系统中氮磷在土-水界面迁移转化的特点及碳酸盐岩-土-水-作物相互作用与表层岩溶水污染敏感性之间的耦合关系，揭示强度的农业活动下土壤氮磷的生物地球化学过程及其对浅层地下水质的潜在影响，为喀斯特地区的生态环境安全监控和水环境安全评价提供理论依据。本项目的特色和创新之处表现在将作物-土壤-水看作不可分割的系统，研究喀斯特小流域农业生态系统中土-水界面氮磷的迁移规律与表层岩溶水质的响应过程，阐明农业活动影响下喀斯特小流域土壤氮磷的地下迁移特征以及HCO3-Ca型水体对氮磷输入的缓冲容量与地下水污染的关联性。

本项目针对喀斯特地区农业生态系统中土壤氮磷向水体的迁移特征，探讨碳酸盐岩制约下农业活动过程中土壤氮磷向水体输入及转化对表层岩溶水质的影响机理与地下水污染的关联性。本项目主要开展了喀斯特农业小流域土壤-水界面氮磷迁移过程及其影响因素、农业生态系统中氮磷迁移的生态规律与表层岩溶水氮磷的动态变化、表层岩溶水氮磷变化对水质的影响机理等方面的研究。通过三年的研究工作，基本了解喀斯特山区农业土地利用过程中土壤氮磷迁移的生态规律及表层岩溶水质的演变趋势。研究结果表明，随着喀斯特石漠化程度的增加，地表径流中PO4-3的输出量明显的增加，其次是Ca2+、NO3-，这部分养分的迁移造成土壤养分水平的下降。在长期种植不同种类作物的情况下，喀斯特山区旱地氮磷的迁移量出现明显的差异，地表径流中NH4+-N和NO3--N含量的大小顺序均为蔬菜地＞玉米地＞烤烟地, 而PO4-3-P含量的大小顺序为蔬菜地＞烤烟地＞玉米地。喀斯特石漠化区生态模式从阔叶林生态系统-农林生态系统-旱作农业生态系统-复合农业生态系统方向的演替过程中，其浅层地下水的NH4+、PO43-、NO3- 含量发生了明显的变化，在低复种指数地区表现为NH4+ 含量的增加；而在高复种指数地区则表现在NO3-、NH4+ 含量的明显增加。本项目研究结果在中文核心期刊上发表了7篇学术论文，在国际学术会议上发表了2篇学术论文，完成了计划研究的内容及基本目标。本项目的科学意义是探讨农业活动过程中土壤-水系统氮磷的迁移特征，揭示喀斯特农业小流域土壤氮磷迁移与表层岩溶水氮磷变化及水质的响应规律，从微观上对喀斯特山区农业小流域土壤氮磷向水体迁移进行生态风险评价及环境影响评价，为喀斯特地区的生态环境安全监控和水环境安全评价提供科学依据。