贛江下游水稻田地表徑流氮磷流失分析

向速林　王逢武　陶術(shù)平　等

摘要：在贛江下游蔣巷鎮(zhèn)水稻田示范基地設(shè)置徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，研究常規(guī)施肥條件下水稻田生態(tài)系統(tǒng)地表徑流中氮、磷養(yǎng)分的流失情況。結(jié)果表明，在連續(xù)多次監(jiān)測(cè)期內(nèi)，自然降雨條件下常規(guī)施肥水稻田地表徑流中總氮、總磷平均含量為3.09、0.29 mg/L，地表徑流進(jìn)入水體存在水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)?？扇苄詿o(wú)機(jī)氮是水稻田地表徑流中氮素流失的主要形態(tài)，尤其以硝酸鹽形態(tài)的氮流失更顯著；溶解態(tài)正磷酸鹽是該區(qū)域水稻田土壤中磷流失的主要形態(tài)。地表徑流中氮、磷的流失與降雨量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系?？梢?jiàn)，施肥條件和降雨量是影響地表徑流氮、磷流失的主要因素，針對(duì)贛江下游稻田氮、磷流失的特點(diǎn)需制定相應(yīng)的氮、磷流失的防治措施。

關(guān)鍵詞：贛江下游；水稻田；地表徑流；氮磷流失；防治措施

中圖分類號(hào)：S158.3；X592文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0315-03

收稿日期：2014-02-08

基金項(xiàng)目：江西省自然科學(xué)基金（編號(hào)：20114BAB213020）；南昌大學(xué)鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金。

作者簡(jiǎn)介：向速林（1978—），男，江西東鄉(xiāng)人，博士，副教授，主要從事水資源與環(huán)境研究。E-mail：slxiang2001@163.com。農(nóng)業(yè)地表徑流中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素隨降雨徑流的遷移與流失而成為流域內(nèi)水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要來(lái)源[1]，且氮、磷的流失過(guò)程除受區(qū)域坡長(zhǎng)、坡度等地形地貌特征影響外[2]，還受區(qū)域內(nèi)的降雨條件、農(nóng)業(yè)作物類型、土壤質(zhì)地與類型、種植模式以及肥料施用水平與施用方式等因素的影響[3-6]。對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，施肥是提高水稻等產(chǎn)量的重要措施之一，但其利用率較低[7]。降雨徑流過(guò)程是導(dǎo)致氮、磷流失的源動(dòng)力，所以降雨強(qiáng)度與施肥是影響農(nóng)業(yè)地表徑流氮、磷流失的重要因素。贛江下游包括江西省南昌市轄區(qū)及南昌縣和新建縣地域[8]，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫和濕潤(rùn)[9]，每年4—6月為該區(qū)域的汛期，降雨量集中且充沛，近年來(lái)該區(qū)域水質(zhì)具有惡化趨勢(shì)，而地表徑流中養(yǎng)分流失是其水質(zhì)惡化的重要原因之一。水稻田是贛江下游重要的土地利用方式，種植面積占全部耕地的95%以上[8]，是江西省重要的糧食生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)集約化程度高。該區(qū)域水稻田耕作時(shí)化學(xué)肥料施用量較大，表層土壤中氮、磷養(yǎng)分累積明顯，且該區(qū)域與贛江相鄰，肥料中的氮、磷等在降雨沖刷下易通過(guò)地表徑流進(jìn)入周邊水體，最終進(jìn)入贛江，對(duì)贛江水體富營(yíng)養(yǎng)化造成直接影響[10]。因此，探討水稻田氮、磷流失特征及其對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

選擇贛江下游蔣巷鎮(zhèn)水稻田示范基地作為研究區(qū)，確定2條水稻田排水溝，以附近匯水河流為界，每條排水溝由近及遠(yuǎn)每隔30 m左右設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，共5個(gè)，總共10個(gè)樣點(diǎn)（樣點(diǎn)編號(hào)L1.1、L1.2、L1.3、L1.4、L1.5與L2.1、L2.2、L2.3、L2.4、L2.5），其具體情況見(jiàn)圖1。分別于2011年3月6日、4月15日、6月8日及8月19日等4次典型降雨形成徑流后（采樣時(shí)間為本次降雨開(kāi)始后第3天。4次采樣分別代表研究區(qū)降雨量變化較明顯的不同時(shí)段，并用A、B、C、D表示）采集水稻田降雨時(shí)的地表徑流水樣。

1.2試驗(yàn)方法

對(duì)于采集的水稻田地表徑流水樣進(jìn)行氮、磷形態(tài)[包括總磷、磷酸鹽（SRP）、總氮、硝態(tài)氮與銨態(tài)氮]含量的測(cè)定。測(cè)定方法按文獻(xiàn)[11]規(guī)定的方法進(jìn)行，其中總磷含量的測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀氧化-鉬銻抗比色法，磷酸鹽含量的測(cè)定采用鉬銻抗比色法；總氮含量的測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，銨態(tài)氮含量的測(cè)定采用納氏試劑比色法，硝態(tài)氮含量的測(cè)定采用酚二磺酸比色法。

2結(jié)果與分析

2.1贛江下游水稻田降雨徑流中的氮磷流失情況

水稻田是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)土地的主要利用方式，其中氮、磷的流失是導(dǎo)致河流湖泊等水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一，其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題已引起高度關(guān)注。贛江下游水稻田降雨徑流溝渠水樣中不同形態(tài)的氮磷含量情況見(jiàn)圖2。由圖2可知，A時(shí)段各樣品中總氮含量變化范圍為0.61～2.58 mg/L，平均含量為1.35 mg/L；銨態(tài)氮含量變化范圍為0.007 7～0.280 0 mg/L，平均含量為0.078 0 mg/L，可見(jiàn)銨態(tài)氮含量處于較低的水平，且波動(dòng)幅度也相對(duì)較大；硝態(tài)氮含量的變化范圍為0.14～1.03 mg/L，平均含量為0.52 mg/L，可見(jiàn)硝態(tài)氮含量顯著高于銨態(tài)氮含量；總磷含量的變化范圍為0.023～0.061 mg/L，平均含量為0.042 mg/L；SRP含量的變化范圍為0.011～0.054 mg/L，平均含量為0.029 mg/L，可見(jiàn)總磷與SRP的含量變化相對(duì)較小。B時(shí)段各樣品中總氮含量的變化范圍為0.97～12.14 mg/L，平均含量為5.61 mg/L；銨態(tài)氮含量的變化范圍為0.041～5.01 mg/L，平均含量為1.39 mg/L；硝態(tài)氮含量的變化范圍為0.24～4.43 mg/L，平均含量為158 mg/L， 總氮與硝態(tài)氮含量波動(dòng)幅度均較明顯； 總磷含量

的變化范圍為0.16～0.99 mg/L，平均含量0.44 mg/L；SRP含量的變化范圍為0.11～0.84 mg/L，平均含量為0.32 mg/L。C時(shí)段各樣品中總氮含量的變化范圍為1.30～8.33 mg/L，平均含量為4.02 mg/L；銨態(tài)氮含量的變化范圍為0.22～4.22 mg/L，平均含量為1.54 mg/L；硝態(tài)氮含量的變化范圍為0.21～275 mg/L，平均含量為1.34 mg/L，該時(shí)段總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量變化均相對(duì)較明顯；總磷含量的變化范圍為0.29～0.78 mg/L，平均含量為0.46 mg/L；SRP含量的變化范圍為0.051～0.11 mg/L，平均含量為0.081 mg/L。D時(shí)段各樣品中總氮含量的變化范圍為0.81～1.96 mg/L，平均含量為139 mg/L；銨態(tài)氮含量的變化范圍為0.14～0.49 mg/L，平均含量0.25 mg/L；硝態(tài)氮含量的變化范圍為0.091～0.79 mg/L，平均含量為0.41 mg/L，該時(shí)段徑流水樣中總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量變化均較?。豢偭缀孔兓秶鸀?0.13～029 mg/L，平均含量為0.22 mg/L；SRP含量的變化范圍為0036～0.11 mg/L，平均含量為0.052 mg/L。endprint

2.2贛江下游水稻田氮磷流失的影響因素分析

農(nóng)業(yè)徑流氮、磷流失過(guò)程受降雨過(guò)程、蔬菜種植類型與方式、地形條件、施肥量及施肥方式等因素的綜合影響，而降雨強(qiáng)度則對(duì)徑流中氮、磷流失具有極顯著影響[12]。降雨造成的地表徑流會(huì)帶走土壤中的顆粒態(tài)和水溶態(tài)氮磷養(yǎng)分，從而降低肥料的利用效率和土壤肥力。

從圖3可知，徑流水樣中總氮及不同形態(tài)氮含量均表現(xiàn)為B、C時(shí)段顯著高于A、D時(shí)段，各時(shí)段總氮的平均含量分別為1.35、5.61、4.02、1.39 mg/L，其中以B時(shí)段最高，這可能與B時(shí)段水稻田開(kāi)始耕作且大面積施肥有關(guān)，C時(shí)段處于水稻生長(zhǎng)旺季，所以該時(shí)段的施肥量也比較高。4個(gè)時(shí)段的銨態(tài)氮平均含量分別為0.078、1.39、1.54、0.25 mg/L，硝態(tài)氮平均含量為0.52、1.58、1.34、0.41 mg/L。歷年水文資料顯示，贛江流域的雨季一般出現(xiàn)在4—6月，B、C時(shí)段正好處在該區(qū)域的雨季，且以C時(shí)段更明顯，6月降雨強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其中B時(shí)段實(shí)測(cè)的降雨量為65 mm（該值為累積 3 d 的降雨量，下同），C時(shí)段降雨量實(shí)測(cè)值為160 mm。A時(shí)段與D時(shí)段為研究區(qū)的平水期，其降雨量實(shí)測(cè)值分別為46、32 mm。結(jié)果顯示，與B、C時(shí)段相比，A、D時(shí)段的降雨量和降雨歷時(shí)均顯著下降，其徑流水樣中總氮、銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的含量顯著低于B、C時(shí)段，總氮、銨態(tài)氮與硝態(tài)氮平均含量與降雨量的相關(guān)系數(shù)分別為r=0.240 2，r=0.598 8，r=0381 0，均與降雨量呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明降雨量和降雨強(qiáng)度均會(huì)影響地表徑流中的氮含量。此外，水稻田地表徑流水樣中總磷及SRP的含量也表現(xiàn)為B、C時(shí)段高于A、D時(shí)段，各時(shí)段總磷的平均值分別為0.043、0.44、0.46、0.22 mg/L，而SRP平均含量為0.029、0.32、0.081、0.052 mg/L?？偭灼骄颗c降雨量的相關(guān)系數(shù)為r=0458 2，具有較明顯的正相關(guān)關(guān)系，而SRP與降雨量的相關(guān)性不明顯，其r=0.000 1，說(shuō)明降雨量和降雨強(qiáng)度會(huì)影響地表徑流中總磷的流失，而對(duì)SRP的影響則極小。

在B、C時(shí)段，稻田徑流中總氮平均含量均高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V類標(biāo)準(zhǔn)限值（2 mg/L），說(shuō)明在雨季水稻田中的總氮流失非常嚴(yán)重，與氮肥施用量較多、降雨量大有關(guān)，水稻田的施肥量較大，而利用率卻低。降雨徑流中銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的含量差別不大，說(shuō)明水稻田降雨徑流氮的流失以銨態(tài)氮與硝態(tài)氮為主。此外，B、C時(shí)段降雨徑流中總磷平均含量均略高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V類標(biāo)準(zhǔn)限值（0.4 mg/L），說(shuō)明水稻田降雨徑流中總磷流失也較為嚴(yán)重，且降雨徑流中SRP的含量占總磷含量的比例較大，可見(jiàn)水稻田降雨徑流磷的流失主要以SRP為主。

相比其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，水稻田的施肥強(qiáng)度較大，而利用率卻較低，造成土壤養(yǎng)分流失量也更大。不同時(shí)段水稻田施用肥料的種類及方式也會(huì)影響地表徑流中氮磷的流失量，調(diào)查結(jié)果顯示，研究區(qū)肥料的施用主要是常規(guī)的無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷肥料，從而導(dǎo)致研究區(qū)降雨徑流中氮磷養(yǎng)分的流失極多。因此，為了減少水稻田降雨徑流中的氮磷養(yǎng)分的流失，應(yīng)盡可能多施用有機(jī)肥料，減少對(duì)無(wú)機(jī)肥料的依賴。

3結(jié)論

贛江下游水稻田降雨徑流中氮、磷流失量均較高，尤其在雨季更為明顯，氮的流失以銨態(tài)氮與硝態(tài)氮為主要形式，磷的流失則以溶解性正磷酸鹽為主。除溶解性正磷酸鹽外，贛江下游水稻田地表徑流中其他形態(tài)氮、磷的流失與降雨強(qiáng)度呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明降雨強(qiáng)度是影響水稻田中氮、磷流失的主要因素。此外，施肥量也是影響氮、磷流失的重要因素。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2015.01.107endprint