太湖地區(qū)稻麥輪作農(nóng)田有機(jī)和常規(guī)種植模式下氮磷徑流流失特征研究

陳秋會，席運(yùn)官，王　磊，李　妍，張　弛，田　偉，田　然，肖興基，趙克強(qiáng)（環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042）

太湖地區(qū)稻麥輪作農(nóng)田有機(jī)和常規(guī)種植模式下氮磷徑流流失特征研究

陳秋會，席運(yùn)官*，王磊，李妍，張弛，田偉，田然，肖興基，趙克強(qiáng)
（環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042）

為探究不同種植模式對氮磷流失的影響，采用田間徑流池法，在太湖地區(qū)稻麥輪作系統(tǒng)中，通過連續(xù)兩年田間試驗，研究比較了等氮投入條件下常規(guī)種植和有機(jī)種植模式農(nóng)田徑流水中氮、磷濃度特征，以及徑流氮、磷流失量、流失系數(shù)。結(jié)果表明，稻季和麥季農(nóng)田徑流中總氮、可溶性氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮平均濃度和總氮流失量均表現(xiàn)為：常規(guī)種植＞有機(jī)種植＞對照。與常規(guī)種植相比，有機(jī)種植模式能夠有效減少稻麥輪作農(nóng)田中氮的徑流流失，且對麥季氮素徑流流失的減少效果優(yōu)于稻季；盡管有機(jī)種植模式下磷流失系數(shù)低于常規(guī)種植，但有機(jī)肥投入攜帶的高磷量會增加農(nóng)田磷素徑流流失量。

稻麥輪作；有機(jī)種植；農(nóng)田；徑流；氮磷流失

陳秋會，席運(yùn)官，王磊，等.太湖地區(qū)稻麥輪作農(nóng)田有機(jī)和常規(guī)種植模式下氮磷徑流流失特征研究 ［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（8）：1550-1558.

CHEN Qiu-hui，XI Yun-guan，WANG Lei，et al.Characteristics of nitrogen and phosphorus runoff losses in organic and conventional rice-wheat rotation farmland in Taihu Lake Region［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1550-1558.

太湖地區(qū)是我國化肥用量最高的地區(qū)之一［1］，據(jù)悉，該區(qū)稻麥輪作年施氮量平均值已高達(dá)約590 kg· hm-2［2］。過量化肥的施用不僅增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且過低的肥料利用率使得土壤中氮磷大量流失，導(dǎo)致地表水污染和水體富營養(yǎng)化加劇，引起一系列環(huán)境問題。目前，太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染比較嚴(yán)重，已成為人們普遍關(guān)注的熱點問題［3-8］。地表徑流是農(nóng)田氮磷流失的主要方式，我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮年徑流損失量約131萬t［9］，磷徑流損失量約6.36萬t［10］。研究表明，農(nóng)田氮磷化學(xué)養(yǎng)分投入的減量化技術(shù)、科學(xué)農(nóng)業(yè)管理模式有利于減少農(nóng)田氮磷徑流流失，控制農(nóng)業(yè)面源污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境［11-13］。

環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)即有機(jī)農(nóng)業(yè)的日益興起引起了人們的極大關(guān)注。有機(jī)農(nóng)業(yè)是指遵照一定的有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)中不采用基因工程獲得的生物及其產(chǎn)物，不使用化學(xué)合成的農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑、飼料添加劑等物質(zhì)，遵循自然規(guī)律和生態(tài)學(xué)原理，協(xié)調(diào)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的平衡，采用一系列可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)技術(shù)以維持持續(xù)穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。岳玉波等［13］指出，發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)是從源頭上控制面源污染的良好途徑之一，針對有機(jī)種植模式下的農(nóng)田養(yǎng)分流失問題已逐漸成為研究熱點［11，13-15］。為科學(xué)實施有機(jī)農(nóng)業(yè)生態(tài)工程，發(fā)揮有機(jī)農(nóng)業(yè)面源污染控制功效，本文通過研究比較太湖地區(qū)主要種植作物-水稻、小麥在有機(jī)與常規(guī)種植條件下徑流中的氮磷濃度及其構(gòu)成、流失量與流失系數(shù)，探究稻麥輪作農(nóng)田徑流氮磷流失的動態(tài)變化規(guī)律和主控因素，為優(yōu)化種植技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)展有機(jī)種植控制面源污染目標(biāo)提供參考。

1　材料與方法

1.1研究地點

試驗于2011年6月至2013年6月在江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)雪堰鎮(zhèn)萬壽村（120°05′05"E，31°29′24"N）進(jìn)行。試驗田距太湖2 km，所處地形為丘陵谷地，土壤類型為水稻土，質(zhì)地為壤土。土壤pH5.13，有機(jī)質(zhì)31 g·kg-1，總氮1.71 g·kg-1，堿解氮164 mg·kg-1，總磷1.17 g·kg-1，有效磷11.5 mg·kg-1，速效鉀76 mg·kg-1。

耕作制度為稻麥輪作，水稻耕作方式為常規(guī)翻耕，小麥為免耕。供試作物水稻為9998-3，冬小麥為揚(yáng)麥11號。

1.2試驗設(shè)計

在田間布設(shè)長3.0 m、寬0.7 m、深1.0 m的徑流池，混凝土結(jié)構(gòu)，在降雨產(chǎn)生徑流后，測量計算徑流水量，采集徑流水樣。試驗小區(qū)面積為30 m2（長6.0 m、寬5.0 m）。2011年第一季作物水稻，2011年6月16日移栽，2011年11月11日收獲；第二季作物小麥，2011年11月26日播種，2012年5月28日收獲。2012年第一季作物水稻，2012年6月14日移栽，2012年11月2日收獲；第二季作物小麥，2012年11 月15日播種，2013年5月28日收獲。設(shè)置3個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)。（1）空白對照：不施肥；（2）常規(guī)種植模式：在廣泛調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的平均施肥量與施肥方式；（3）有機(jī)種植模式：施用和常規(guī)組等氮量的有機(jī)肥。種植期間全部采用商品有機(jī)肥和植物源農(nóng)藥，不使用任何人工農(nóng)藥和尿素等，嚴(yán)格執(zhí)行有機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所用有機(jī)肥為“田娘”商品有機(jī)肥（含N 1.42%、P2O52.00%、K2O 1.58%）。稻麥輪作期間各處理具體施肥情況見表1。試驗小區(qū)并排分布在徑流池兩側(cè)。

1.3稻麥輪作季降雨和灌溉情況

2011—2012年稻麥輪作季降雨總量1 309.7 mm，其中稻季為923.2 mm，麥季為386.5 mm；2011年6—8月降雨868.7 mm，其中較大的兩次降雨發(fā)生在2011年6月18日和8月22日，降雨量分別為98.6 mm和92.1 mm。徑流受控于降雨特性，季節(jié)特征明顯，主要發(fā)生在6—8月，其中稻季共發(fā)生9次徑流，小區(qū)徑流量為21 050 L，麥季發(fā)生5次徑流，小區(qū)徑流量為6810 L。在整個稻季共灌溉15次，灌溉水量為650 mm，每隔5～7 d灌溉一次。

表1　有機(jī)和常規(guī)種植模式下的施肥種類和施肥量（kg·hm-2）Table 1 Types and amount of fertilizations under organic and conventional cultivation patterns（kg·hm-2）

2012—2013年稻麥輪作季降雨總量為1 094.6 mm，其中稻季降雨量為533.5 mm，明顯低于2011年稻季，而麥季為561.1 mm，較2011年增加174.6 mm，較大的兩次降雨發(fā)生在2012年8月9日和2013年5月6日，降雨量分別為106.2 mm和122.1 mm。稻季降雨量的減少導(dǎo)致徑流次數(shù)（4次）和徑流量（9200 L）較2011年少，而麥季徑流次數(shù)（7次）和徑流量（14 560 L）較2011年多。2012年稻季灌溉14次，灌溉水量為600 mm，每隔5～7 d灌溉一次。

2011—2013年稻麥輪作期間降雨和灌溉情況如圖1。

1.4樣品采集與測試方法

1.4.1樣品采集

土壤取樣：稻麥輪作前采集0～20 cm的耕層土壤樣品風(fēng)干、過篩，用于測定土壤基本理化性質(zhì)。

徑流水取樣：在降雨產(chǎn)生徑流時記錄各徑流池水面高度，計算徑流量，然后取水樣500 mL，用于測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總氮和總磷等含量。

此外，每次降雨后記錄降雨量。在小麥和水稻收獲時記錄每個小區(qū)的作物產(chǎn)量。

1.4.2測試方法

土壤pH采用pH計測定（水土比為2.5∶1），有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀滴定法測定，總氮采用凱氏定氮法測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，總磷采用鉬銻抗分光光度法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定。

水樣硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總氮采用流動分析儀進(jìn)行測試，可溶性總氮采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定，水溶性磷采用過硫酸鉀氧化-鉬藍(lán)比色法測定。

1.5徑流氮、磷流失計算方法

徑流氮、磷流失量等于整個監(jiān)測周期中（一個完整的生長季）各次徑流水中氮、磷濃度與徑流水體積乘積之和。計算公式如下：

式中：P為氮、磷流失量；Ci為第i次徑流水中氮、磷的濃度；Vi為第i次徑流水的體積。

氮、磷流失系數(shù)以流失率（%）表示，即氮、磷流失量除以施肥投入的氮、磷量，計算公式如下：

式中：Lc為氮、磷流失系數(shù)；Pf為施肥處理氮、磷流失量；Pc為對照氮、磷流失量；F為施肥量。

1.6數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0統(tǒng)計軟件完成，不同處理間顯著性差異的檢驗采用單因素ANOVA方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1有機(jī)和常規(guī)種植模式下水稻和小麥產(chǎn)量差異

從圖2可以看出，2011年度有機(jī)種植水稻產(chǎn)量略高于常規(guī)種植，但是未達(dá)到顯著水平（P＞0.05），分別為8911 kg·hm-2和8711 kg·hm-2，是不施肥對照產(chǎn)量的2倍。有機(jī)種植小麥產(chǎn)量明顯高于常規(guī)種植，分別較對照增產(chǎn)64.89%和57.00%。

圖1　2011—2013年稻麥輪作期間降雨和灌溉情況Figure 1 Rainfall and irrigation in rice-wheat rotation system during 2011—2013

2012年度有機(jī)種植水稻產(chǎn)量（6654 kg·hm-2）和小麥產(chǎn)量（3097 kg·hm-2）分別是對照的1.32倍和1.88倍，但是均顯著低于常規(guī)種植產(chǎn)量，分別較常規(guī)種植減產(chǎn)20.76%和32.82%。

圖2　有機(jī)和常規(guī)種植模式下水稻和小麥產(chǎn)量Figure 2 Rice and wheat yields under organic and conventional cultivation patterns

2.2稻麥輪作徑流水中的氮素及其流失分析

2.2.1稻季農(nóng)田徑流水中氮濃度的動態(tài)變化

不同種植模式下，稻季農(nóng)田徑流水中總氮、可溶性氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度變化特征如圖3所示。2012年稻季降雨量較2011年減少389.7 mm，徑流量減少11 850 L，徑流次數(shù)僅為4次。2012年稻季各處理間徑流水中氮濃度差異較2011年小。在2011年整個稻季，不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下稻田徑流水中總氮平均濃度分別為1.42、4.24、3.28 mg· L-1，而在2012年整個稻季，不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下稻田徑流水中總氮平均濃度分別為2.97、3.94、3.73 mg·L-1。

不同種植模式下，稻田徑流水中氮濃度差異明顯。常規(guī)種植模式下徑流水中總氮、可溶性總氮和銨態(tài)氮濃度在基肥和追肥施用后明顯增加，顯著高于有機(jī)種植和不施肥對照。2011年常規(guī)種植模式下徑流水中總氮濃度峰值（8.23 mg·L-1）出現(xiàn)在基肥施用后（6月19日），有機(jī)種植模式徑流水中總氮濃度峰值（8.15 mg·L-1）出現(xiàn)在8月19日；2012年常規(guī)種植模式下徑流水中總氮濃度峰值（5.59 mg·L-1）出現(xiàn)在8 月10日，而有機(jī)種植在10月10日出現(xiàn)總氮濃度峰值（5.19 mg·L-1）。

2.2.2麥季農(nóng)田徑流水中氮濃度的動態(tài)變化

由圖3可見，麥季農(nóng)田徑流水中氮濃度高于稻季，尤其在常規(guī)種植模式下。麥季徑流水中氮形態(tài)以硝態(tài)氮為主，而在稻季以銨態(tài)氮為主。小麥常規(guī)和有機(jī)種植模式下農(nóng)田徑流水中總氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮濃度高于不施肥對照，且常規(guī)種植模式下氮濃度高于有機(jī)種植。在2011年麥季，不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下麥田徑流水中總氮平均濃度分別為4.27、16.84、10.29 mg·L-1，2012年麥季徑流水中總氮平均濃度分別為2.71、9.42、2.96 mg·L-1。在2012年3月6日常規(guī)種植麥田徑流水中總氮濃度達(dá)到峰值（26.93 mg·L-1），有機(jī)種植則在發(fā)生第一次徑流時（2012年2月7日）總氮濃度出現(xiàn)峰值（13.77 mg·L-1）。2012年小麥常規(guī)種植徑流水中總氮濃度在2013年2 月6日出現(xiàn)峰值（16.50 mg·L-1），有機(jī)種植在2012年12月31日出現(xiàn)峰值（4.15 mg·L-1）。

2.2.3稻麥輪作徑流水中氮的流失量

對徑流水中總氮流失量的動態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行分析（圖4），結(jié)果顯示，基肥和追肥施用后，徑流水中總氮流失量明顯增加，且常規(guī)種植農(nóng)田總氮流失量高于有機(jī)種植，其變化規(guī)律與總氮濃度的動態(tài)變化基本一致。

由表2可見，太湖流域稻季總氮徑流流失總量為8.83～36.82 kg·hm-2，其中可溶態(tài)氮是徑流流失氮素的主要形態(tài)，占58.83%～90.74%，銨態(tài)氮是稻季農(nóng)田地表徑流可溶態(tài)氮流失的主要成分，最高可占74.85%。麥季總氮徑流流失量為9.72～41.40 kg·hm-2，硝態(tài)氮流失量是麥田氮流失的主要形態(tài)，占可溶態(tài)氮流失量的75.86%～89.15%。水稻常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下的總氮徑流流失總量分別占總施氮量的4.58%～12.27% 和3.70%～9.19%，麥季總氮徑流流失總量分別占總施氮量的22.31%～22.48%和7.23%～13.42%。

通過兩年的試驗可以看出，稻麥輪作季有機(jī)種植農(nóng)田徑流氮流失量、總氮流失系數(shù)明顯低于常規(guī)種植，2011年和2012年有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失量分別減少33.13%和55.47%，其中稻季有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失減少19.27%～25.10%，麥季有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失減排40.29%～67.58%。

2.3稻麥輪作徑流水中的磷素及其流失分析

2.3.1稻麥輪作農(nóng)田徑流水中磷濃度動態(tài)變化

稻麥輪作農(nóng)田徑流水中磷濃度的動態(tài)變化趨勢見圖5。結(jié)果顯示，徑流水中總磷濃度和可溶性磷濃度變化規(guī)律一致，不同種植模式間農(nóng)田徑流水中總磷濃度有所差異，有機(jī)種植農(nóng)田徑流水中的磷濃度普遍高于常規(guī)種植和不施肥對照。在2011年，稻季不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下徑流水中總磷平均濃度分別為0.06、0.11、0.24 mg·L-1，麥季總磷平均濃度分別為0.07、0.08、0.14 mg·L-1；在2012年，稻季不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下徑流水中總磷平均濃度分別為0.05、0.08、0.14 mg·L-1，麥季總磷平均濃度分別為0.03、0.06、0.10 mg·L-1。

圖4　稻麥輪作徑流水中氮、磷流失量的動態(tài)變化Figure 4 Variation of N，P losses in runoff water in rice-wheat rotation system

基肥和追肥施用后徑流水中總磷和可溶性磷濃度有所增加。在2011年6月19日稻季發(fā)生第一次徑流時，常規(guī)種植徑流水中總磷和可溶性磷濃度達(dá)到最高值（0.24 mg·L-1和0.20 mg·L-1），除了降雨時間（基肥施用后1 d）離施肥時間比較近外，連續(xù)2 d 37.5 mm和98.6 mm的暴雨強(qiáng)度和化肥的速效性是關(guān)鍵因素。2011年水稻有機(jī)種植徑流水中總磷濃度則在8 月19日出現(xiàn)峰值（0.62 mg·L-1）；麥季常規(guī)種植徑流水中總磷濃度在2012年2月17日出現(xiàn)峰值（0.12 mg·L-1），有機(jī)種植則在3月6日出現(xiàn)峰值（0.29 mg· L-1）。2012年稻季常規(guī)種植徑流水中總磷濃度在2012 年2月17日出現(xiàn)峰值（0.12 mg·L-1），有機(jī)種植則在3 月6日出現(xiàn)峰值（0.29 mg·L-1）；麥季常規(guī)和有機(jī)種植徑流水中總磷濃度均在2013年5月11日出現(xiàn)峰值，分別為0.12、0.18 mg·L-1。

2.3.2稻麥輪作徑流水中磷的流失量

表2　稻麥輪作季氮、磷徑流流失總量及流失系數(shù)Table 2 Runoff losses and loss coefficients of N and P in rice-wheat rotation system

圖5　稻麥輪作徑流水中磷濃度的動態(tài)變化Figure 5 Variation of P concentrations in runoff water in rice-wheat rotation system

徑流水中總磷流失量的動態(tài)變化規(guī)律見圖5。結(jié)果表明，稻麥輪作系統(tǒng)徑流水中總磷流失量在基肥和追肥施用后明顯增加，且有機(jī)種植農(nóng)田總磷流失量普遍高于常規(guī)種植，其變化規(guī)律與總磷濃度變化趨勢基本一致，但是總磷流失量在各處理間的差異較小。

稻麥輪作農(nóng)田徑流磷流失總量見表2。2011年和2012年稻季總磷流失總量分別為0.38～1.97 kg·hm-2和0.13～0.34 kg·hm-2，有機(jī)種植稻田徑流總磷流失總量比常規(guī)種植增加11.76%～55.33%。2012年對照和常規(guī)種植稻田徑流水中總磷流失總量較2011年減少65%左右；有機(jī)種植稻田徑流總磷流失總量較2011年減少82.74%。2011年和2012年麥季總磷徑流流失量分別為0.15～0.36 kg·hm-2和0.11～0.49 kg·hm-2，有機(jī)麥田總磷徑流流失總量是常規(guī)麥田的2倍。2011年和2012年有機(jī)種植模式下稻麥輪作農(nóng)田總磷流失總量較常規(guī)種植分別增加119.81%和50.91%，但是總磷流失系數(shù)明顯低于常規(guī)種植。

3　討論

本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)種植和常規(guī)種植的作物產(chǎn)量有所差異，試驗結(jié)果顯示，有機(jī)種植和常規(guī)種植稻麥產(chǎn)量的比值為0.67～1.22，與岳玉波等［13］的結(jié)果接近。Seufert等［16］和Ponti等［17］的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，有機(jī)和常規(guī)種植作物產(chǎn)量的比值為0.75～0.80。通過分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)種植水稻和小麥年際間的產(chǎn)量差異較常規(guī)種植大，這是由于有機(jī)種植體系從建立到平衡需要一定的時間，產(chǎn)量必然會受到體系內(nèi)外多種因素的影響。目前，有研究報道，有機(jī)種植轉(zhuǎn)換期內(nèi)作物產(chǎn)量增加或降低，這主要與土壤肥力、管理措施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、作物類型和有機(jī)生產(chǎn)者的經(jīng)驗有關(guān)［18-20］。研究表明，在2至5年內(nèi)，有機(jī)種植作物產(chǎn)量有較大的波動，普遍低于常規(guī)種植，5年之后的產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，不易受外界因素影響［16］。

徑流流失是農(nóng)田氮素流失最直觀的一種表現(xiàn)形式。本研究中基肥和追肥施用使得稻麥輪作農(nóng)田徑流水中氮濃度明顯升高，總氮徑流流失量增加，尤其在發(fā)生強(qiáng)降雨事件后，表明降雨和施肥是影響氮素徑流輸出的主要因子［4，21］。如在2012年8月10日常規(guī)種植稻田徑流水中總氮濃度出現(xiàn)峰值（5.95 mg·L-1），主要與8月8日至9日出現(xiàn)強(qiáng)降雨和8月5日施用第二次追施化肥有關(guān)。因此，在作物生長季，要密切關(guān)注天氣情況，盡量避免在降雨前一周內(nèi)施肥。由于有機(jī)肥和化肥供肥特點的差異，常規(guī)種植模式下化肥中氮的快速釋放使得其徑流水中氮濃度高于有機(jī)種植和不施肥對照。兩年試驗結(jié)果顯示，稻麥輪作系統(tǒng)農(nóng)田總氮、可溶態(tài)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失總量均表現(xiàn)為常規(guī)種植＞有機(jī)種植＞對照，且有機(jī)種植模式下總氮流失系數(shù)明顯低于常規(guī)種植，2011年和2012年有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失量分別減少 33.13%和55.47%，表明有機(jī)種植可有效控制氮徑流流失，降低氮素流失風(fēng)險。夏天翔等［11］和Shan等［3］的研究顯示，常規(guī)種植菜地氮素徑流損失遠(yuǎn)高于有機(jī)種植菜地。岳玉波等［13］指出，與常規(guī)種植模式相比，有機(jī)蛙稻模式在稻季中的總氮徑流流失量減少14.95%，常規(guī)和有機(jī)種植模式下總氮徑流流失量分別占總施氮量的4.52%和3.68%。在本研究中，稻季有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失減少19.27%～25.10%，常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下的總氮徑流流失總量分別占總施氮量的4.58%～12.27%和3.70%～9.19%。

年際間農(nóng)田徑流水中氮濃度和氮流失量有明顯差異，可能與年際間降雨量的差異有關(guān)。2012年稻季各處理間氮濃度差異較2011年小，常規(guī)和有機(jī)種植模式下總氮徑流總量分別為13.75、11.10 kg N·hm-2，顯著低于2011年的36.82、27.58 kg N·hm-2。這與2012年稻季降雨量和灌溉量減少所引起的徑流量和徑流次數(shù)減少密切相關(guān)，與Zhao等［4］的研究相似。研究顯示，降雨量、灌溉、施肥情況以及稻田堤壩高度等對稻田徑流流失有著顯著的影響［8，22］。Zhao等［4］采用電磁流量計精準(zhǔn)計算得出，59.1%的稻田氮徑流流失是由降雨引起的。與2011年相比，2012年麥季降雨量的增多導(dǎo)致不施肥對照麥田氮徑流流失量增加，常規(guī)種植模式下以硝態(tài)氮為形態(tài)的氮素徑流流失量增加；然而，有機(jī)種植麥田氮徑流流失量明顯降低，據(jù)分析，可能原因是2012年麥季降雨主要集中在2012年11月—2013年2月，較低的溫度不利于有機(jī)肥氮素的礦化，有效氮釋放緩慢，說明降雨時機(jī)和溫度對有機(jī)種植模式下氮徑流流失也有明顯影響。

稻季和麥季徑流水中氮流失主要形態(tài)不同，麥季徑流水中氮形態(tài)以硝態(tài)氮為主，流失量占總氮徑流總量的69.59%～84.25%；而在稻季氮徑流流失形態(tài)以銨態(tài)氮為主，最高約占總氮徑流總量的67.88%，與陸敏等［23］和席運(yùn)官等［7］的結(jié)論一致。本研究稻田和麥田總氮徑流流失量分別為8.83～36.82 kg N·hm-2和9.72～41.40 kg N·hm-2。Zhao等［4］和Tian等［24］的結(jié)果顯示，太湖流域稻季徑流總氮流失量分別為2.65～21.8 kg N· hm-2和1.0～17.9 kg N·hm-2，低于麥季徑流總氮流失量（33.4～58.7 kg N·hm-2和5.2～38.6 kg N·hm-2），與本研究結(jié)果基本一致。麥季耕層土壤較強(qiáng)的硝化作用使得硝態(tài)氮大量積累在表層，由于硝態(tài)氮易流失，導(dǎo)致麥季徑流水中硝態(tài)氮濃度較高，而在淹水條件下，硝化作用受到抑制，反硝化作用較為活躍。有研究表明，稻季氮損失途徑主要為反硝化作用和氨揮發(fā)［4］，而氮素徑流流失是麥季氮損失的主要途徑。稻季有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失減少19.27%～25.10%，麥季有機(jī)種植較常規(guī)種植總氮流失減排40.29%～67.58%，表明有機(jī)種植模式對麥田氮徑流流失減排的影響較水稻田大。

徑流水中磷素流失與降雨、肥料種類的關(guān)系很密切［25］。磷素施用后主要吸附于土壤層表面，遇到較大的降雨后引起土壤吸附磷的流失，是徑流磷素流失的主要形式。研究表明，化肥和有機(jī)肥對農(nóng)田磷徑流流失有著顯著影響，磷素徑流損失與施磷量呈顯著正相關(guān)［26］，當(dāng)化學(xué)磷肥施用后發(fā)生強(qiáng)降雨時，徑流水中的磷濃度升高，而有機(jī)肥中磷的釋放相對滯后，且施肥處理的徑流水中水溶性磷的濃度普遍超過水體富營養(yǎng)化的閾值（0.05 mg·L-1），磷徑流流失對周邊水體構(gòu)成嚴(yán)重威脅。由于小麥常規(guī)種植追肥中不含磷，徑流水中的磷素主要來源于基肥，故在第一次徑流時徑流水中的磷濃度相對較高。小麥有機(jī)種植麥田徑流水中磷濃度最高值出現(xiàn)在施用追肥和較頻繁降雨發(fā)生后產(chǎn)生的徑流中，地表徑流是土壤中磷流失的主要途徑［26］，可溶性磷是磷流失的主要形態(tài)，占總磷徑流流失總量的72.73%～97.22%。兩年的稻麥輪作試驗顯示，有機(jī)和常規(guī)種植模式下稻季總磷徑流流失量分別為0.34～1.97 kg P·hm-2和0.30～0.88 kg P·hm-2，麥季總磷徑流流失量分別為0.36～0.49 kg P·hm-2和0.18～0.25 kg P· hm-2。以往的研究表明，太湖流域稻季總磷徑流流失總量為0.43～1.21 kg P·hm-2［27-28］，與本試驗結(jié)果接近。稻麥輪作有機(jī)種植農(nóng)田徑流總磷和可溶性磷流失量明顯高于常規(guī)種植和不施肥對照，有機(jī)種植模式總磷流失總量較常規(guī)種植增加50.91%～119.81%，主要是由于等氮量有機(jī)肥替代化肥條件下磷素投入量增加。隨有機(jī)肥施用量的增加，徑流水中總磷濃度和總磷流失總量明顯增加［25］。由于兩種種植模式施磷量有所差異，通過比較總磷流失系數(shù)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)種植農(nóng)田總磷流失系數(shù)高于有機(jī)種植，表明化肥中的磷素較有機(jī)肥中的磷素更易流失。

4　結(jié)論

在太湖流域稻麥輪作系統(tǒng)中，有機(jī)種植模式能有效控制農(nóng)田中氮素的徑流損失，且有機(jī)種植對麥季氮素徑流流失減少的效果優(yōu)于稻季，麥季氮素流失以硝態(tài)氮為主，稻季以銨態(tài)氮為主。然而，值得注意的是，有機(jī)種植攜入農(nóng)田的高磷量會增加土壤中磷的積累和磷素徑流流失量，盡管有機(jī)種植模式下的磷流失系數(shù)低于常規(guī)種植。降雨也是影響農(nóng)田氮、磷徑流流失的主要因素之一，降雨情況的不同導(dǎo)致年際間氮、磷流失量差異較大，為減少氮、磷徑流損失，要避免在較大降雨發(fā)生前施肥?？傊?，在太湖地區(qū)發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)特別關(guān)注有機(jī)肥的施用風(fēng)險，采取完善和科學(xué)的肥力管理措施，如種植綠肥、施用高氮低磷有機(jī)肥等以減少有機(jī)肥中磷的投入，避免磷流失的污染風(fēng)險。

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Characteristics of nitrogen and phosphorus runoff losses in organic and conventional rice-wheat rotation farmland in Taihu Lake Region

CHEN Qiu-hui，XI Yun-guan*，WANG Lei，LI Yan，ZHANG Chi，TIAN Wei，TIAN Ran，XIAO Xing-ji，ZHAO Ke-qiang
（Nanjing Institute of Environmental Sciences of the Ministry of Environmental Protection of PR China，Nanjing 210042，China）

In order to explore the effects of different cultivation patterns（conventional and organic cultivation）on nitrogen and phosphorus losses，a 2-year field experiment was conducted by building runoff ponds in farmland.The concentrations of nitrogen and phosphorus in runoff from the conventional and organic rice-wheat rotation farmland in Taihu Lake Region were analyzed.Results showed that the average concentrations of total nitrogen（TN），soluble nitrogen，ammonium，nitrate and TN in runoff were in order of conventional cultivation＞organic cultivation＞control.The TN loss coefficients in organic fields were significantly lower than those in the conventional fields.Runoff losses of TN from rice-wheat rotation under the organic cultivation and conventional cultivation were 24.42～52.30 kg·hm-2and 54.84～78.21 kg·hm-2，respectively，with TN losses lower in organic fields decreased by 33.13%～55.47%.Total N runoff loss under organic cultivation in rice and wheat seasons decreased respectively by 19.27%～25.10%and 40.29%～67.58%，suggesting that effective of reducing N runoff loss in wheat season was better than in rice season.Although the TP loss coefficients in organic fields were lower than that in conventional fields，higher P amount in organic fertilizer led to the increase of P runoff loss from organic cultivation system.

rice-wheat rotation；organic cultivation；farmland；surface runoff；loss of nitrogen and phosphorus

S153.6

A

1672-2043（2016）08-1550-09

10.11654/jaes.2016-0102

2016-01-21

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201003014-2）；國家科技支撐計劃項目（2014BAK19B01）

陳秋會（1982—），女，河南商丘人，博士，助理研究員，主要從事有機(jī)農(nóng)業(yè)與生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：cqhofrcc@126.com*通信作者：席運(yùn)官E-mail：xygofrcc@126.com