白馬湖周邊農(nóng)作物面源污染控制技術(shù)研究

郝達(dá)平　鞠偉　張新星

摘要 面源污染受降雨、土壤類型、土地利用類型和地形條件等的影響，具有間歇性、地域性和不確定性，農(nóng)村面源污染形成后，單純依靠末端治理技術(shù)很難對(duì)其形成全面有效的控制。治標(biāo)更要治本，對(duì)農(nóng)村面源污染擬采用源頭控制與末端治理相結(jié)合的措施，著重從農(nóng)田面源污染控制方面對(duì)農(nóng)村面源進(jìn)行污染控制技術(shù)研究。開展了農(nóng)作物面源污染控制研究，擬通過調(diào)整施肥模式，控制農(nóng)作物所產(chǎn)生的污染負(fù)荷量，以達(dá)到保護(hù)白馬湖水環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞 農(nóng)作物；施肥模式；污染負(fù)荷；污染控制；白馬湖

中圖分類號(hào) X592 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）03-00856-04

Abstract Non-point source （NPS） pollution is intermittent， regional and uncertain affected by the rainfall， soil， land use， and topography. When NPS pollution occurs in rural areas， it is difficult to control effectively if only the end-of-pipe （EOP） treatment is taken； thus， a method to tackling the root of the problem is in need. As a consequence， the combination of source control and EOP treatment is intended to serve as a way of controlling NPS pollution in the rural areas. This paper focuses on the research on the rural NPS pollution control technology in terms of the agricultural NPS pollution. The research was carried out by changing fertilization mode， thereby controlling the pollution load of crops as well as implementing the environmental protection of the White Horse Lake.

Key words Crops； Fertilization model； Pollution load； Pollution control； White Horse Lake

白馬湖地處淮河流域下游，是江蘇省十大淡水湖之一，位于淮安市境內(nèi)東南邊緣。白馬湖是南水北調(diào)東線工程輸水干線，也是淮安市第二水源地，其水質(zhì)好壞直接關(guān)系到南水北調(diào)東線工程調(diào)水水質(zhì)和淮安市飲用水安全。2010年以前，地處南水北調(diào)東線沿線的洪澤縣全縣生產(chǎn)、生活廢污水主要通過潯河匯入白馬湖，致使白馬湖水質(zhì)常年較差。為改善白馬湖水質(zhì)，保證南水北調(diào)東線工程調(diào)水和淮安市區(qū)飲用水水質(zhì)安全，2009年5月至2010年9月，相關(guān)部門開展了洪澤尾水收集處理及利用工程可行性研究，通過加大洪澤縣廢污水收集力度，擴(kuò)大現(xiàn)有污水處理廠規(guī)模，新建清澗污水處理廠，并充分利用寧連高速公路東側(cè)的綠化地帶對(duì)污水處理廠達(dá)標(biāo)排放的尾水進(jìn)行生物-生態(tài)處理，處理后的尾水回用于周邊農(nóng)業(yè)灌溉、河道生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水、城市雜用水、林地澆灌用水等，多余部分排入淮河入海水道[1]。目前該項(xiàng)工程已經(jīng)實(shí)施。

隨著對(duì)工業(yè)廢水和城市生活污水等點(diǎn)源污染的有效控制，面源污染尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活活動(dòng)引起的農(nóng)業(yè)面源污染已成為水環(huán)境污染的最重要來源，其中農(nóng)作物種植過程中的化肥農(nóng)藥的流失是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引起的農(nóng)業(yè)面源的最重要來源[2-3]。為此，開展了農(nóng)作物面源污染控制研究，擬通過調(diào)整施肥模式，控制農(nóng)作物所產(chǎn)生的污染負(fù)荷量，以達(dá)到保護(hù)白馬湖水環(huán)境的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田地選取

試驗(yàn)田塊選擇時(shí)主要考慮以下幾個(gè)因素：田塊的形狀、位置和種植模式。選擇的田塊形狀應(yīng)比較規(guī)則，這樣有利于處理單元的分割；田塊所處位置坡度小于2%，田塊雨天排水入周邊河溝后，最終匯入白馬湖；所選田塊是稻麥輪作、水稻種植方式是直播方式。通過對(duì)白馬湖周邊實(shí)地查勘，結(jié)合區(qū)域內(nèi)主要是以稻麥輪作為主的耕地方式，選取洪澤縣岔河鎮(zhèn)其虎村一處規(guī)則農(nóng)田作為區(qū)域內(nèi)典型地塊進(jìn)行農(nóng)田面源污染控制試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)田地基本農(nóng)化性質(zhì)

大田試驗(yàn)于2013年6月至11月在白馬湖周邊洪澤縣岔河鎮(zhèn)其虎村進(jìn)行。供試土壤為水稻土，基本農(nóng)化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)（40.9 g/kg）、全氮（1.58 g/kg）、全磷（0.86 g/kg）。

1.3 供試化肥及水稻品種與種植

試驗(yàn)用的緩釋肥為加拿大獨(dú)資生產(chǎn)的漢楓牌緩釋復(fù)合肥，采用微晶石蠟、硫養(yǎng)分雙涂層和生物碳能技術(shù)，有效成分氮、磷、鉀含量分別為20%、10%、10%。尿素（46%）、過磷酸鈣（P2O5含量12%）、氯化鉀（57%）都是淮安當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的。水稻品種為淮稻5號(hào)，該品種可試性強(qiáng)，播種量112.5 kg/hm2。

近年來，白馬湖周邊農(nóng)戶采用直播種植方式比較多，因此試驗(yàn)中水稻種植方式選用直播方式[4]。

播種時(shí)間為2013年6月12號(hào)，基肥時(shí)間為6月25號(hào)，分蘗肥時(shí)間為7月22，促花肥時(shí)間為8月13號(hào)，?；ǚ蕰r(shí)間為8月23號(hào)。10月底水稻收割。

1.4 試驗(yàn)田塊劃分

試驗(yàn)田地長(zhǎng)102 m、寬20 m，占地約0.2 hm2，形狀為規(guī)則的長(zhǎng)方形。根據(jù)試驗(yàn)方案將田塊劃分為5種類型，即常規(guī)施肥種植、緩釋肥施肥種植、減量緩釋肥種植、科學(xué)施肥種植以及不施肥種植（空白），前面4種類型各設(shè)置2塊平行種植，試驗(yàn)田塊分布見圖1。

1.5 施肥方案

試驗(yàn)設(shè)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥、緩釋肥、緩釋肥減量、科學(xué)施肥和空白對(duì)照（不施肥）5個(gè)處理區(qū)，每處理2次重復(fù)，試驗(yàn)區(qū)總面積2 000 m2，各小區(qū)面積相等，用防水隔板隔開，每小區(qū)單元的進(jìn)出水口采用閘板式進(jìn)出水。各處理單元施肥水平是：科學(xué)施肥處理每公頃270 kg純氮，磷肥、鉀肥

按N∶P2O5∶KCl=1.0∶0.5∶0.5水平施用；緩釋肥施氮量及氮、磷、鉀比例和科學(xué)施肥單元相同，緩釋肥減量單元施肥水平按緩釋肥單元相應(yīng)減20%；常規(guī)施肥單元按合作農(nóng)戶習(xí)慣施肥。農(nóng)戶施肥品種為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的復(fù)合肥（15∶15∶15）和尿素（46%），施肥習(xí)慣是看苗施肥，折純氮450 kg/hm2；N∶P2O5∶KCl=1.0∶0.3∶0.3。

科學(xué)施肥單元、緩釋肥單元、緩釋肥減量單元根據(jù)植物生長(zhǎng)階段按比例施肥，具體施用方案詳見表1和表2。在水稻整個(gè)生育期間，采取淺干濕灌溉、適當(dāng)曬田的方式，即灌溉時(shí)保持田間水層較淺，一般灌水3 cm左右，水稻收獲前30 d，田間排水曬田，便于收獲。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)水稻性狀及產(chǎn)量的影響

單位面積上的有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重構(gòu)成水稻產(chǎn)量，其中有效穗數(shù)在某種范圍內(nèi)起到?jīng)Q定性作用，其次是每穗實(shí)粒數(shù)與結(jié)實(shí)率。

由表3可見，與空白對(duì)照處理相比，各施肥處理提高了水稻有效穗、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量。從穗粒結(jié)構(gòu)看，科學(xué)施肥有效穗數(shù)最高，比不施肥高46.93%，比常規(guī)施肥和等量緩釋高1.8%，等量緩釋比減量緩釋高19.14%；從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)看，施肥的各個(gè)處理產(chǎn)量均比不施肥的處理明顯提高，科學(xué)施肥產(chǎn)量最高，比不施肥增產(chǎn)46.89%，比常規(guī)施肥、等量緩釋分別增產(chǎn)6.2%、18.7%，等量緩釋比減量緩釋增產(chǎn)18.06%。

映作物對(duì)土壤中氮肥的回收利用效果，也是田間肥料流失量評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。由表4可知，減量緩釋單元氮肥利用率最高，科學(xué)施肥次之，減量緩釋、科學(xué)施肥、緩釋肥單元氮肥利用率差異很小，常規(guī)施肥利用率最低，科學(xué)施肥氮肥利用率比常規(guī)施肥高53.85%，差異很大，采用科學(xué)施肥和新型肥料都能提高肥料的利用率。

從磷元素利用效果看，4種處理單元利用率都低于20%，緩釋肥的磷元素利用率最高，科學(xué)施肥次之，常規(guī)施肥磷元素利用率最低，等量緩釋比科學(xué)施肥高15.18%，等量緩釋比減量緩釋高21.23%，科學(xué)施肥比常規(guī)施肥高7.5%。磷肥利用率低的原因可能是試驗(yàn)施用的肥料全是化肥，沒有有機(jī)肥，這樣磷肥就很容易與土壤中鐵、鋁、鈣、鎂等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成難溶性磷肥，植株就無法吸收。

由此可見，使用緩釋肥對(duì)提高肥料的利用率有顯著效果。試驗(yàn)用的緩釋肥屬于硫包膜緩釋肥，土壤顆粒與硫包膜中的石蠟進(jìn)行反應(yīng)，這樣就形成了緩釋尿素的開孔通道，改變了傳統(tǒng)化肥養(yǎng)分的溶出性，通過延長(zhǎng)或控制肥料養(yǎng)分釋放，使土壤養(yǎng)分的供應(yīng)與作物需肥要求協(xié)調(diào)，從而提高肥料的利用率。

2.3 不同施肥處理對(duì)稻田田面水總氮的影響

通過對(duì)水稻生育期內(nèi)各處理單元對(duì)田面水總氮的影響比較，結(jié)果表明，各施肥處理總氮含量均高于空白處理，在施肥單元中，減量緩釋總氮平均濃度最低，常規(guī)施肥單元總氮平均濃度最高；在每個(gè)生長(zhǎng)期（苗期-分蘗期-促花期-?；ㄆ冢┲g，隨著氮肥追施，各處理單元總氮濃度增加，由于植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)需求，各處理單元的總氮濃度又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖2），這種變化在科學(xué)施肥單元表現(xiàn)比較明顯，減量緩釋單元變化趨緩，其田間總氮濃度在各施肥單元中最低?？茖W(xué)施肥單元在分蘗期前，田間水體總氮濃度比常規(guī)施肥高，兩種緩釋單元田間水體總氮濃度比常規(guī)施肥低，可能原因是科學(xué)施肥基肥施用量比常規(guī)施肥多，普通肥料快速溶解好，導(dǎo)致水體總氮濃度增加，而等量緩釋由于肥料外層包裹膜層，根據(jù)植物生長(zhǎng)規(guī)律來控制養(yǎng)分釋放速度，不僅提高了肥料利用率，還相應(yīng)降低了水體總氮濃度。播種50 d后，等量緩釋單元田間水體總氮濃度比科學(xué)施肥高，原因可能是50 d后，緩釋肥包膜層逐步打開，養(yǎng)分釋放速度加快，引起溶解在水體的總氮濃度增高。但在后期稻穗灌漿期，科學(xué)施肥、等量緩釋、減量緩釋單元田間總氮濃度下降趨勢(shì)一致，常規(guī)施肥總氮濃度下降較平緩。

綜上所述，采用新型緩釋肥可以有效降低田面水總氮損失風(fēng)險(xiǎn)，緩慢釋放氮素以滿足水稻生長(zhǎng)后期對(duì)氮素的需求。

2.4 不同施肥處理對(duì)稻田田面水總磷的影響

通過對(duì)不同處理水稻生長(zhǎng)過程中稻田水體總磷變化的分析，結(jié)果表明，各施肥處理總磷含量均高于空白處理；不施肥單元和施肥單元中的科學(xué)施肥、緩釋肥及緩釋減量單元在整個(gè)生長(zhǎng)期的總磷濃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而常規(guī)施肥單元總磷含量從苗期到分蘗期呈上升勢(shì)頭，促花至孕穗期呈下降趨勢(shì)，在各處理單元總磷含量最高（圖3），這可能與農(nóng)戶分次施磷肥方式有關(guān)。試驗(yàn)期間，各單元總磷平均含量是常規(guī)施肥>科學(xué)施肥>緩釋肥>緩釋減量>不施肥。

2.5 不同施肥處理對(duì)水體污染負(fù)荷的影響

2.5.1 對(duì)總氮的影響。

植物的生長(zhǎng)離不開營(yíng)養(yǎng)的攝入，不施肥的方式產(chǎn)量太低，僅作參照，不參與比較。按照常規(guī)施肥的方式田面水體中總氮含量最高，減量緩釋肥田面水體中總氮含量最低，科學(xué)施肥及等量緩釋施肥大致相當(dāng)。因此，常規(guī)施肥對(duì)水體污染產(chǎn)生的負(fù)荷最大，減量緩釋肥施肥方式對(duì)水體污染產(chǎn)生的負(fù)荷最小，科學(xué)施肥及等量緩釋施肥方式處于中間，水平大致相當(dāng)。

對(duì)照不同施肥方式的產(chǎn)量，科學(xué)施肥方式產(chǎn)量最高，常規(guī)施肥方式次之，等量緩釋肥施肥方式列第三。肥料利用率方面，科學(xué)施肥、等量緩釋、減量緩釋相差不大。因此綜合考慮不同施肥方式的產(chǎn)量及對(duì)水體總氮污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)，科學(xué)施肥是最合理的選擇，不僅產(chǎn)量高，而且造成的農(nóng)田面源總氮污染負(fù)荷最小；其次是等量緩釋肥施肥方式，盡管該種施肥方式產(chǎn)量略低，但它對(duì)水體總氮污染負(fù)荷低，產(chǎn)生的農(nóng)田面源污染負(fù)荷小，在大力加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)的前提下，采用等量緩釋肥施肥的方式也是值得提倡的。

2.5.2 對(duì)總磷的影響。

按照常規(guī)施肥的方式田面水體中總磷含量最高，減量緩釋肥田面水體中總磷含量最低，科學(xué)施肥略高于等量緩釋施肥。因此，常規(guī)施肥對(duì)水體污染產(chǎn)生的負(fù)荷最大，減量緩釋肥施肥方式對(duì)水體污染產(chǎn)生的負(fù)荷最小。

對(duì)照不同施肥方式的產(chǎn)量，科學(xué)施肥方式產(chǎn)量最高，常規(guī)施肥方式次之，等量緩釋肥施肥方式列第三。肥料利用率方面，等量緩釋施肥方式對(duì)磷元素的利用率最高。因此綜合考慮不同施肥方式的產(chǎn)量、肥料的利用率及對(duì)水體總磷污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)，科學(xué)施肥及等量緩釋肥施肥方式都是比較合理的選擇。

3 結(jié)論與討論

（1）在等量施肥條件下，科學(xué)施肥產(chǎn)量最高，采用科學(xué)施肥能夠增加水稻產(chǎn)量?？茖W(xué)施肥比不施肥增產(chǎn)46.89%，比常規(guī)施肥、等量緩釋分別增產(chǎn)6.2%、18.7%，等量緩釋比減量緩釋增產(chǎn)18.06%。施肥量與增產(chǎn)有一定關(guān)系，但過度施肥并沒有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。

（2）采用科學(xué)施肥和新型肥料都能提高肥料的利用率，這對(duì)減少肥料中氮磷對(duì)周邊水體的貢獻(xiàn)將起到非常積極的作用。減量緩釋單元氮肥利用率最高，科學(xué)施肥次之，減量緩釋、科學(xué)施肥及緩釋肥單元氮肥利用率差異很小，科學(xué)施肥氮肥利用率比常規(guī)施肥高53.85%，差異很大；由于單一使用化肥，4種處理單元磷元素利用率都低于20%，緩釋肥單元磷元素利用率最高，常規(guī)施肥磷元素利用率最低，等量緩釋比科學(xué)施肥高15.18%，等量緩釋比減量緩釋高21.23%，科學(xué)施肥比常規(guī)施肥高7.5%。

（3）田間水體氮元素含量隨著植物生長(zhǎng)和施肥次數(shù)發(fā)生變化，在兩次施肥之間，施肥后田間水體總氮增加，施肥單元中減量緩釋肥水體總氮濃度最低；田間水體總磷含量隨著植物生長(zhǎng)，都呈下降趨勢(shì)，減量緩釋單元下降最快。采用緩釋肥可以降低田間水體氮磷濃度。在各施肥單元中，減量緩釋單元水體總氮平均濃度和總磷平均濃度都最低，常規(guī)施肥單元最高。

（4）科學(xué)施肥方式不僅產(chǎn)量高，而且對(duì)水體產(chǎn)生的總氮污染負(fù)荷最低，產(chǎn)生的總磷負(fù)荷相對(duì)較低；等量緩釋肥施肥方式，產(chǎn)量略低，但該方式對(duì)水體產(chǎn)生的總氮、總磷污染負(fù)荷相對(duì)不高，對(duì)總氮、總磷的利用率相對(duì)較高。因此，科學(xué)施肥及等量緩釋肥施肥方式是值得提倡的。

（5）根據(jù)區(qū)域內(nèi)化肥投入狀況，要提高肥料利用率，控制農(nóng)業(yè)面源污染。實(shí)施“沃土工程”改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，大力推廣“平衡（測(cè)土）施肥”技術(shù)，通過長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)、肥料效應(yīng)試驗(yàn)等，為制定每季作物的合理施肥提供科學(xué)依據(jù) 。推廣應(yīng)用適合本地土壤、作物的專用（復(fù)合）肥，通過減少單質(zhì)化肥的使用、減少施肥環(huán)節(jié)等，提高肥料利用率，減少農(nóng)業(yè)面源污染。實(shí)施“補(bǔ)鉀工程”，提倡多施有機(jī)肥，有機(jī)、無機(jī)肥料配合使用，研究秸稈還田新技術(shù)，提倡秸稈還田。

（6）加強(qiáng)農(nóng)藥使用的監(jiān)督執(zhí)法工作，用法律手段促進(jìn)農(nóng)藥安全、科學(xué)、合理地使用。加強(qiáng)病蟲害抗性監(jiān)測(cè)，通過科學(xué)、合理用藥，延緩病蟲害抗性的產(chǎn)生，減少農(nóng)藥使用次數(shù)和使用量。調(diào)整農(nóng)藥結(jié)構(gòu)，研究開發(fā)低毒高效的新型農(nóng)藥和生物防治新技術(shù)和新產(chǎn)品。積極推廣應(yīng)用環(huán)保型農(nóng)藥，加強(qiáng)農(nóng)作物無害化治理技術(shù)的試驗(yàn)研究和技術(shù)推廣，指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)合理使用農(nóng)藥。

（7）走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)道路。根據(jù)各地區(qū)特點(diǎn)和農(nóng)業(yè)的主要任務(wù)，合理利用生物資源、土地資源、水資源和能源，充分發(fā)揮現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境的調(diào)節(jié)功能，為保持良好的生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)[5]。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)增長(zhǎng)，必須既要合理利用自然資源，發(fā)展“一優(yōu)兩高”農(nóng)業(yè)，又要保持良好的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（8）調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)綜合開發(fā)，形成結(jié)構(gòu)合理全面發(fā)展的大農(nóng)業(yè)格局。推廣生態(tài)技術(shù)，建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)；合理推廣立體種植、養(yǎng)殖技術(shù)。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)適度規(guī)?；⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)合理化、農(nóng)產(chǎn)品品種多樣化和品質(zhì)優(yōu)良化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和低耗，變粗放經(jīng)營(yíng)為集約經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。

（9）面源污染的形成具有隨機(jī)性大、模糊性強(qiáng)、分布廣泛，滯后性和潛在性強(qiáng)的特點(diǎn)，加上在污染控制中缺乏相應(yīng)的生態(tài)管理技術(shù)和管理方法，在將來的面源污染控制研究中，在模型評(píng)價(jià)估算層面上，應(yīng)將數(shù)學(xué)模型和3S技術(shù)相結(jié)合，揭示污染物在流域內(nèi)的空間分布；在技術(shù)層面上，應(yīng)加強(qiáng)治理手段的定量化評(píng)價(jià)，通過運(yùn)用生態(tài)工程評(píng)價(jià)去除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的效果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的綜合量化評(píng)估；在管理層面上，著重研究在總量控制背景條件下的點(diǎn)源-面源的排污權(quán)交易，利用市場(chǎng)手段減少總污染的發(fā)生。

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