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水土流失与面源污染是环境退化最主要的表现形式，也是影响区域可持续发展重要的生态环境问题，其形成、发展不仅受地形地貌、降水等自然因素的影响，人类活动也会加速或延缓这一过程，并且短期内人类活动对水土流失与面源污染影响更为显著。在农业区，农业生产作为与土地利用最直接相关的人类活动，是区域生态环境安全的决定性因素。近年来，伴随城镇化快速发展和农村劳动力转移，农业生产方式发生重大调整，区域水土环境发生明显变化。本研究围绕农业生产方式改变的水土环境响应这一关键科学问题，以三峡库区万州区五桥河流域为研究区，通过问卷调查、无人机遥感调查、统计资料分析和基于长期野外原位观测试验等方法，系统研究城镇化背景下农业生产方式改变及其对坡面水土流失与面源污染影响及机制，以期为三峡库区农村区域水土环境变化预测与农业生产方式优化调整提供科学依据。本论文主要研究结论如下:
(1)城镇化发展加快了三峡库区农业生产方式的改变。农户尺度上的户均粮食作物种植面积减少，果树户均种植面积增加;作物种植结构变化导致种植模式和复种指数的改变，旱坡耕地代表性的种植模式由小麦-玉米-红薯轮作向玉米-红薯套种和单一玉米、红薯的种植模式转变，耕地复种指数不断降低;农户化肥投入强度虽不断降低，但仍高于全国生态县建设耕地化肥投入标准;农村劳动力转移加快了耕地撂荒，其中农户尺度上户均撂荒面积占农户耕地面积的30.93％，小流域尺度上耕地撂荒比例高达22.21％;土地流转加快了规模化经营，以柑橘为主的适度规模化经营占流转土地的51.40％。可以看出，城镇化导致的种植结构和种植模式变化、耕地撂荒、规模化经营对区域土地利用结构和强度产生重要的影响。
(2)城镇化各阶段不同种植模式具有不同的坡面产流产沙和径流氮磷浓度与负荷流失特征、过程，施肥与地表物理扰动是其差异的重要影响因素。小麦-玉米-红薯轮作的地表径流系数、坡面产沙系数和地表径流氮磷浓度与流失负荷高于玉米-红薯套种和单一玉米种植，种植模式变化对坡面氮流失负荷影响强于对磷流失负荷的影响。代表性的旱坡地作物在雨季作物生长季表现出不同的产流产沙能力，玉米在高覆盖期坡面产流产沙较低，在玉米收获期的红薯具有较低的坡面产流能力，但产沙能力高于玉米;小麦在成熟期坡面产流产沙能力低于同期玉米，但收获期产流产沙能力高于同期玉米。
(3)耕地短期撂荒可被看作是一种休耕的土地管理方式，对降低紫色土坡耕地水土流失与面源污染物输出具有重要的作用。短期撂荒促进坡面植被快速恢复和土壤有机质、全氮、全磷积累。撂荒提高了紫色土坡面产流临界雨量，显著降低坡面产流，特别在春、夏季单次降雨径流系数仅为同季耕地的27.25％和34.72％;撂荒显著降低坡面产沙能力，其产沙能力仅为耕地的14.8％，且随着撂荒时间的增加产沙能力不断降低。与耕地相比，撂荒明显降低了农作物播种、施肥期径流总氮浓度，对径流总磷浓度影响不显著，但撂荒加快了侵蚀泥沙中养分的富集，全氮与全磷的泥沙富集率是耕地的2.59倍和1.20倍;通过减少地表径流和坡面产沙，短期撂荒实现了对坡面氮磷流失控制，其氮、磷流失负荷分别降低了59.6％和79.8％，并且通过对泥沙结合态氮、磷拦截和削减实现了氮、磷流失负荷的显著降低。同时，本论文构建的紫色土区短期撂荒坡面氮、磷流失负荷估算模型验证值和实测值之间误差在5％之内，具有较高的估算精度。
(4)规模化经营具有较低的坡面水土流失，但却显著提高了地表径流氮、磷浓度和流失负荷，并具备明显的氮、磷污染物“初期冲刷效应”。规模化经营果园地表径流系数是传统经营果园和耕地的3.32倍和3.12倍，土壤侵蚀模数是传统经营果园和耕地的52.72％和29.67％。规模化经营果园地表径流氮、磷浓度分别为8.49mg·L-1和0.87mg·L-1，远超过地表水水环境质量标准(GB3838-2002)V类水质标准限值，在春季规模化经营果园地表径流氮、磷浓度分别是长期撂荒坡地、传统经营果园和耕地的14.31、4.74、4.77倍和39.08、1.94、3.84倍。果园规模化经营显著增加径流氮、磷流失负荷，在春季施肥后的前两场大雨贡献了全年70.4％的总氮、72.1％的可溶性氮、68.9％的硝态氮、94.1％的氨氮、67.1％的总磷、64.1％的可溶性磷和73.0％的颗粒态磷流失负荷，且氮、磷主要以硝态氮和可溶性磷流失为主;规模化经营增强了氮、磷污染物“初期冲刷效应”，前期20％的地表径流贡献了整场降雨径流58.0％的总氮、57.0％的可溶性氮、58.5％的硝态氮、79.0％的氨氮、62.0％的总磷、63.5％的可溶性磷和60.0％的颗粒态磷。
在三峡库区城镇化快速发展阶段，种植模式改变与耕地撂荒降低了坡面水土流失与氮、磷面源污染物输出，但规模化经营增加了坡面氮、磷流失浓度与负荷，其对坡面水土环境带来的负面影响大于种植模式改变和耕地撂荒对水土环境的改善。由于规模化经营是三峡库区未来土地利用变化重要的方向，因此需要特别关注。
(1)城镇化发展加快了三峡库区农业生产方式的改变。农户尺度上的户均粮食作物种植面积减少，果树户均种植面积增加;作物种植结构变化导致种植模式和复种指数的改变，旱坡耕地代表性的种植模式由小麦-玉米-红薯轮作向玉米-红薯套种和单一玉米、红薯的种植模式转变，耕地复种指数不断降低;农户化肥投入强度虽不断降低，但仍高于全国生态县建设耕地化肥投入标准;农村劳动力转移加快了耕地撂荒，其中农户尺度上户均撂荒面积占农户耕地面积的30.93％，小流域尺度上耕地撂荒比例高达22.21％;土地流转加快了规模化经营，以柑橘为主的适度规模化经营占流转土地的51.40％。可以看出，城镇化导致的种植结构和种植模式变化、耕地撂荒、规模化经营对区域土地利用结构和强度产生重要的影响。
(2)城镇化各阶段不同种植模式具有不同的坡面产流产沙和径流氮磷浓度与负荷流失特征、过程，施肥与地表物理扰动是其差异的重要影响因素。小麦-玉米-红薯轮作的地表径流系数、坡面产沙系数和地表径流氮磷浓度与流失负荷高于玉米-红薯套种和单一玉米种植，种植模式变化对坡面氮流失负荷影响强于对磷流失负荷的影响。代表性的旱坡地作物在雨季作物生长季表现出不同的产流产沙能力，玉米在高覆盖期坡面产流产沙较低，在玉米收获期的红薯具有较低的坡面产流能力，但产沙能力高于玉米;小麦在成熟期坡面产流产沙能力低于同期玉米，但收获期产流产沙能力高于同期玉米。
(3)耕地短期撂荒可被看作是一种休耕的土地管理方式，对降低紫色土坡耕地水土流失与面源污染物输出具有重要的作用。短期撂荒促进坡面植被快速恢复和土壤有机质、全氮、全磷积累。撂荒提高了紫色土坡面产流临界雨量，显著降低坡面产流，特别在春、夏季单次降雨径流系数仅为同季耕地的27.25％和34.72％;撂荒显著降低坡面产沙能力，其产沙能力仅为耕地的14.8％，且随着撂荒时间的增加产沙能力不断降低。与耕地相比，撂荒明显降低了农作物播种、施肥期径流总氮浓度，对径流总磷浓度影响不显著，但撂荒加快了侵蚀泥沙中养分的富集，全氮与全磷的泥沙富集率是耕地的2.59倍和1.20倍;通过减少地表径流和坡面产沙，短期撂荒实现了对坡面氮磷流失控制，其氮、磷流失负荷分别降低了59.6％和79.8％，并且通过对泥沙结合态氮、磷拦截和削减实现了氮、磷流失负荷的显著降低。同时，本论文构建的紫色土区短期撂荒坡面氮、磷流失负荷估算模型验证值和实测值之间误差在5％之内，具有较高的估算精度。
(4)规模化经营具有较低的坡面水土流失，但却显著提高了地表径流氮、磷浓度和流失负荷，并具备明显的氮、磷污染物“初期冲刷效应”。规模化经营果园地表径流系数是传统经营果园和耕地的3.32倍和3.12倍，土壤侵蚀模数是传统经营果园和耕地的52.72％和29.67％。规模化经营果园地表径流氮、磷浓度分别为8.49mg·L-1和0.87mg·L-1，远超过地表水水环境质量标准(GB3838-2002)V类水质标准限值，在春季规模化经营果园地表径流氮、磷浓度分别是长期撂荒坡地、传统经营果园和耕地的14.31、4.74、4.77倍和39.08、1.94、3.84倍。果园规模化经营显著增加径流氮、磷流失负荷，在春季施肥后的前两场大雨贡献了全年70.4％的总氮、72.1％的可溶性氮、68.9％的硝态氮、94.1％的氨氮、67.1％的总磷、64.1％的可溶性磷和73.0％的颗粒态磷流失负荷，且氮、磷主要以硝态氮和可溶性磷流失为主;规模化经营增强了氮、磷污染物“初期冲刷效应”，前期20％的地表径流贡献了整场降雨径流58.0％的总氮、57.0％的可溶性氮、58.5％的硝态氮、79.0％的氨氮、62.0％的总磷、63.5％的可溶性磷和60.0％的颗粒态磷。
在三峡库区城镇化快速发展阶段，种植模式改变与耕地撂荒降低了坡面水土流失与氮、磷面源污染物输出，但规模化经营增加了坡面氮、磷流失浓度与负荷，其对坡面水土环境带来的负面影响大于种植模式改变和耕地撂荒对水土环境的改善。由于规模化经营是三峡库区未来土地利用变化重要的方向，因此需要特别关注。