水土流失是全球重要的环境问题,其引发的农业面源污染已成为世界水环境污染的最大污染源。降雨径流不仅是农业面源污染的主要驱动力,也是土壤养分流失的动力和输移载体。当土壤养分随径流进入下游水体后,可使水体中的各种养分比例失衡,进而改变水体生物地球化学循环过程,造成水质恶化和水体逐渐富营养化。同时,养分流失后土壤养分元素比例失衡,会直接影响作物对养分的吸收效率,从而影响作物的生长发育和产量。生态化学计量学是一门研究生态系统中多种化学元素(主要是C、N、P)平衡关系和相互作用的科学。然而目前,很少有研究从生态化学计量学出发,探究作物、土壤、径流中的碳(C)、氮(N)和磷(P)生态化学计量比变化特征,并揭示它们之间的耦合关系。此外,研究表明,不同的农艺措施对作物养分吸收效率,土壤养分元素积累以及水土流失情况均有不同程度的影响,但关于它们对作物、土壤、径流中的C、N、P生态化学计量特征及其之间关系的影响方面的研究更是少见。紫色土是重要的土壤类型,有发育程度浅,土质疏松,极易发生水土流失的特点。因此,探究不同农艺措施下紫色土坡耕地径流-土壤-作物系统C、N、P生态化学计量特征,有助于了解在施肥和耕作措施下农田系统C、N、P流失机制及其与农业面源污染的关系,为控制区域农业面源污染提供新思路。本研究通过建立在西南大学后山农场水土保持试验场中不同农艺措施的野外监测小区,以重庆当地玉米品种“中糯309”作为供试品种,开展田间作物、土壤以及径流的定位监测试验。监测小区共布设了5种农艺措施(均设置3次重复):顺坡无施肥处理CK、顺坡复合有机无机肥处理T1、顺坡单施化肥处理T2、顺坡单施化肥增量处理T3和横坡单施化肥处理T4。在玉米的不同各生育期(苗期、拔节期、抽雄期、成熟期),测定各处理下0~10 cm和10~20 cm土层的土壤理化性质、径流及小区玉米的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,比较分析径流、土壤、玉米中的C、N、P的生态化学计量比变化,并探究它们之间的耦合关系,得出以下主要结论:(1)不同农艺措施和玉米生育期下紫色土坡耕地地表径流的径流量、C、N、P流失量存在显著差异(P<0.05)。CK处理的径流量最大,T4和T1处理的径流量较小;随着玉米生育期的发展,径流量逐渐增加。不同农艺措施下,T3处理的C、N、P流失量均最大,T4和T2流失量较小。随着玉米生育期的发展,C、N流失量均呈先增加后降低趋势,最大值在抽雄期,最小值在苗期;P流失量逐渐增加。不同农艺措施和玉米不同生育期的径流C:N、N:P差异均不显著(P>0.05),C:N在T1最大(30.34),N:P在CK最大(31.21)。随着玉米生育期的发展,径流C:N先降低后增加,在成熟期最高(33.88),N:P先增加后降低,在抽雄期最高(41.63)。说明复合施用有机无机肥和横坡耕作有利于降低紫色土坡耕地随径流流失的养分;径流中N:P主要受P的影响。(2)土壤的理化性质及生态化学计量特征对土层、农艺措施、玉米生育期的响应均存在显著差异(P<0.05)。随着土层的加深,土壤的容重逐渐增加,有机C、全N、全P含量逐渐减少。不同农艺措施下,容重表现为CK>T2>T4>T3>T1,含水率为T1>T2>T3>T4>CK,施肥处理的C、N、P含量高于CK处理,且以T1、T4处理较高。仅T4处理的C:N和T1处理的N:P高于对照处理CK。随着玉米生育期的发展,土壤的容重逐渐降低,含水率先降低后增加,C、N、P含量先降低后增加,最大值在苗期,最小值在抽雄期。随着玉米生育期的发展,土壤的C:N逐渐增加,C:P先增加后降低,最大值在拔节期(26.89),最小值在苗期(23.60),土壤N:P先增加后降低,最大值在拔节期(2.31),最小值在成熟期(2.07)。说明有机无机肥能显著提高紫色土坡耕地的C、N、P含量,且可以有效缓解该地区N缺乏的状况。(3)不同农艺措施和生育期下玉米的C、N、P含量及其生态化学计量特征存在显著差异(P<0.05)。施肥处理的玉米C、N、P含量均高于对照处理,且以T1处理最高。施肥处理玉米的C:N、C:P、N:P均低于对照处理,其中C:N、C:P在T1处理最低,分别为57.66、299.77,N:P在T3处理最低,为5.18。随着玉米生育期的发展,玉米C含量先增加后降低再增加,P、N含量先增加后降低,均在拔节期和抽雄期最高。随着玉米生育期的发展,玉米C:N呈增加趋势,C:P、N:P先降低再增加。说明作物的C、N、P含量及其生态化学计量比受施肥、生育期、气候、土壤、种植制度、自身的特性等多种因素的共同影响。(4)玉米不同生育期下径流、土壤、作物的C、N、P生态化学计量特征的相关性均不显著(P>0.05)。除了苗期,其他玉米生育期土壤C:N、N:P与径流的C:N、N:P均呈负相关。拔节期和成熟期土壤的C:N、C:P、N:P与作物的C:N、C:P、N:P均呈正相关。拔节期和成熟期径流的C:N、N:P与作物的C:N、N:P均呈正相关。说明径流、土壤、作物的C、N、P生态化学计量比受诸多因素的影响,需要更多的研究来探究影响它们的化学计量比及其关系的原因。