不同農(nóng)藝管理措施下雙季稻田氮磷徑流流失特征及其主控因子研究

楊坤宇，王美慧，王 毅，尹黎明，李 勇，吳金水

（1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.湖南省水利水電科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙 410007）

為滿足日益增長(zhǎng)的糧食需求，大量化肥和農(nóng)藥投入到農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，造成過(guò)剩氮磷通過(guò)地表徑流大規(guī)模向下游水體遷移，引發(fā)長(zhǎng)期性和區(qū)域性的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象[1-2]。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局研究結(jié)果表明，面源污染占全美污染總量的2/3，其中農(nóng)業(yè)貢獻(xiàn)率為75%左右[3-4]。歐洲農(nóng)業(yè)面源排放氮、磷分別占地表水污染總負(fù)荷的60%和24%～71%[5-6]。據(jù)2010年發(fā)布的第一次全國(guó)污染源普查數(shù)據(jù)，我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染氮、磷排放總量分別為270.46萬(wàn)t和28.47萬(wàn)t，分別占全國(guó)排放總量的53%和67%，農(nóng)業(yè)面源污染以氮磷污染為主[7-8]。水稻是我國(guó)主要糧食作物，全國(guó)稻田單季平均施氮量為150 kg·hm-2，氮肥利用率僅27%～35%[9]；單季平均施磷量為90 kg·hm-2，磷肥利用率僅10%～20%[10-12]。因此，防控稻田氮磷徑流流失對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染治理至關(guān)重要。

優(yōu)化農(nóng)藝管理措施（配施有機(jī)肥、水分管理、秸稈還田、生物質(zhì)炭）是防控稻田氮磷徑流流失的重要途徑。農(nóng)藝管理措施對(duì)稻田氮磷徑流流失影響研究眾多，但農(nóng)藝管理對(duì)氮磷徑流流失程度常受地理位置、土壤種類、氣候變化、措施類型和干預(yù)強(qiáng)度等顯著影響[13-16]，造成研究結(jié)果不一致，甚至矛盾[17-18]。稻田總磷徑流流失量一般情況下隨有機(jī)肥施用量增加而增加[19]，但郭智等[20]卻發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥替代50%化肥顯著降低23%的磷素流失。大多數(shù)情況下施用生物質(zhì)炭比常規(guī)化肥處理可顯著減少總氮和總磷流失，但也有研究發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)炭?jī)H減少總氮流失8%～13%，對(duì)削減總磷流失無(wú)顯著效果[21-22]。雖然間歇灌溉較傳統(tǒng)灌溉可降低23%的總氮和10%的總磷流失[23]，但間歇灌溉可通過(guò)強(qiáng)化土壤硝化作用，同時(shí)增加9%～16%的硝態(tài)氮流失[24]。秸稈還田通過(guò)改善土壤理化性質(zhì)，降低稻田徑流中氮磷濃度，從而減少氮磷流失[25]，而Wang等[26]發(fā)現(xiàn)秸稈還田僅顯著減少稻田氮素徑流流失，對(duì)磷素流失無(wú)顯著效果。因此，農(nóng)藝管理措施對(duì)稻田氮磷徑流流失的影響規(guī)律需深入研究。本研究選擇中亞熱帶典型雙季稻田，觀測(cè)不同施肥、水分管理、秸稈還田、生物質(zhì)炭措施對(duì)氮磷徑流流失影響，采用冗余分析方法（RDA）明確有效防控稻田氮磷徑流流失的主控因子，以期為控制中亞熱帶雙季稻田氮磷徑流流失和防治農(nóng)業(yè)面源污染提供技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)依托于湖南省長(zhǎng)沙縣中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長(zhǎng)沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測(cè)研究站不同施肥方式的長(zhǎng)期（8年，始于2012年）定位試驗(yàn)（27°55′～28°40′N，112°56′～113°30′E，海拔46～452 m），區(qū)域多年平均氣溫17.5℃，無(wú)霜期274 d，年日照時(shí)數(shù)1663 h，年平均降雨量1422 mm，年平均蒸發(fā)量1272 mm，屬典型中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，種植制度為雙季稻。土壤類型為花崗巖發(fā)育的水稻土，試驗(yàn)前采取0～20 cm土壤測(cè)定理化指標(biāo)，具體見(jiàn)表1。

試驗(yàn)共選取8個(gè)等氮處理（早稻120 kg·hm-2，晚稻150 kg·hm-2）：常規(guī)化肥+間歇灌溉（NPK+IF）、常規(guī)化肥+低施秸稈+間歇灌溉（NPK+LS+IF）、常規(guī)化肥+高施秸稈+間歇灌溉（NPK+HS+IF）、常規(guī)化肥+長(zhǎng)期淹水（NPK+CF）、常規(guī)化肥+高施秸稈+長(zhǎng)期淹水（NPK+HS+CF）、50%氮肥+有機(jī)肥+間歇灌溉（50%NPK+M+IF）、常規(guī)化肥+低施生物質(zhì)炭+間歇灌溉（NPK+LB+IF）、常規(guī)化肥+高施生物質(zhì)炭+間歇灌溉（NPK+HB+IF），其中低施秸稈（LS）和高施秸稈（HS）分別為3000 kg·hm-2和6000 kg·hm-2，低施生物質(zhì)炭（LB）和高施生物質(zhì)炭（HB）分別為24 000 kg·hm-2和 48 000 kg·hm-2。每個(gè)處理 3個(gè)重復(fù)，共 24個(gè)小區(qū)，小區(qū)長(zhǎng)寬為7 m×5 m，采取隨機(jī)區(qū)組方式呈三行分布，周圍設(shè)置保護(hù)行。小區(qū)田埂高20 cm，水泥砌筑，以減少小區(qū)間側(cè)滲與串流。每個(gè)小區(qū)設(shè)立相互獨(dú)立的灌排系統(tǒng)，灌溉水為鄰近溝渠水。淹水灌溉模式小區(qū)除水稻收獲期外長(zhǎng)時(shí)間維持4～8 cm水位，間歇灌溉模式采取“前水不見(jiàn)后水”方式。小區(qū)出水口高10 cm，若遇大雨田面水高過(guò)出水口，則產(chǎn)流排出。水稻烤田期間，自然落干田面水。

表1 研究區(qū)土壤基本指標(biāo)Table 1 Basic indexes of soil in the study area

試驗(yàn)時(shí)間為2017年晚稻季至2018年早稻季。供試早稻品種為湘早45，晚稻品種為T優(yōu)-207，各處理肥料施用量見(jiàn)表2。氮肥分3次施用（圖3和圖4），分別為基肥、分蘗肥和穗肥，施用量比率為5∶3∶2。過(guò)磷酸鈣（P2O5）、鉀肥（K2O）、秸稈、生物質(zhì)炭和有機(jī)肥（豬糞）作為基肥一次性施入。生物質(zhì)炭是從三里新能源有限公司（河南商丘）購(gòu)買，為小麥秸稈在500℃下熱解而成，總氮5.8 g·kg-1、總磷1.2 g·kg-1、pH 9.3、陽(yáng)離子交換量 28.6 cmol·kg-1、容重0.18 g·cm-3。

1.2 水位和水質(zhì)監(jiān)測(cè)與分析

研究期間氣溫和降雨量采用全自動(dòng)氣象站（IntelimetAdvantage，DynamaxInc，美國(guó)）記錄。每個(gè)小區(qū)固定位置垂直安裝直尺，每日早晚固定時(shí)刻讀取田面水位高度。每10 d 1次固定周期采集田面水樣，施肥期間（基肥、分蘗肥和穗肥）采樣頻次加密至每日1次，連采3 d。采樣時(shí)利用50 mL醫(yī)用注射器，在不擾動(dòng)土層情況下，隨機(jī)采集小區(qū)內(nèi)3個(gè)點(diǎn)位田面水中上層水樣，混入250 mL塑料瓶中，隨即帶回實(shí)驗(yàn)室放入4℃冰箱保存，并測(cè)定田面水氮磷濃度。若遇降雨產(chǎn)流和人為排水事件，加采小區(qū)出水口徑流水樣；灌溉時(shí)采集整個(gè)試驗(yàn)區(qū)入水總口水樣。水樣分析指標(biāo)包括總氮（TN）、銨態(tài)氮（NH+4-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）、總磷（TP）、可溶性磷（DP）和顆粒態(tài)磷（PP）。TN用堿性過(guò)硫酸鉀消化后用流動(dòng)分析儀測(cè)定，NH+4-N和NO-3-N用抽濾后水樣（過(guò)0.45 μm濾膜的水樣）經(jīng)流動(dòng)分析儀測(cè)定；TP用過(guò)硫酸鉀消解后經(jīng)紫外分光光度法測(cè)定，DP用抽濾后水樣經(jīng)過(guò)硫酸鉀消解后紫外分光光度計(jì)測(cè)定，PP采用差減法（TP減去DP）計(jì)算得到。

1.3 數(shù)據(jù)分析

小區(qū)產(chǎn)流期間排水量基于田間觀測(cè)水位，采用水量平衡公式計(jì)算。由于產(chǎn)流事件通常只持續(xù)幾小時(shí)到1 d，因此計(jì)算過(guò)程不考慮田間蒸散和土壤滲漏，計(jì)算公式如下：

表2 不同處理的施肥方案（折算為純氮/磷，kg·hm-2）Table 2 Fertilization schemes of different treatments（converted to pure nitrogen/phosphorus，kg·hm-2）

式中：Q為小區(qū)徑流量，mm；P為實(shí)際降雨量，mm；Hbefore為降雨前田面水高度，mm；Hafter為降雨后田面水高度，mm；Eint為水稻冠層截留量，mm。其中Eint基于小區(qū)水稻葉面積指數(shù)（LAI），采用德國(guó)Hoyningen-Huene[27]構(gòu)建的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)冠層截留估算方法計(jì)算，該方法廣泛應(yīng)用于多個(gè)水文模型[28]。具體公式如下：

當(dāng)P＜Pgr時(shí)

當(dāng)P＞Pgr時(shí)

其中Pgr=11.05+1.223×LAI

式中：Pgr為降雨最大截留量，mm。

故此，各處理氮磷徑流流失量為：

式中：F為小區(qū)氮磷徑流流失量，kg·hm-2；Ci為第i次徑流事件中NH+4-N、NO-3-N、TN、DP或TP的濃度，mg·L-1；Qi為第i次徑流事件中小區(qū)徑流量，mm；n為一個(gè)水稻生育周期內(nèi)徑流事件總次數(shù)。

各小區(qū)氮磷徑流流失率計(jì)算公式如下：

式中：R代表氮素徑流流失率，%；F代表小區(qū)氮磷徑流流失量，kg·hm-2；N代表小區(qū)施氮/磷量，kg·hm-2。

采用冗余分析方法（RDA）解析稻田氮磷徑流流失的主控因子。在進(jìn)行冗余分析之前，所有數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行相關(guān)性分析，去除不同數(shù)量級(jí)差異對(duì)分析結(jié)果造成的影響[29]，然后應(yīng)用CANOCO 5.0軟件進(jìn)行農(nóng)藝因子-氮磷流失因子排序分析。首先構(gòu)造農(nóng)藝因子矩陣和氮磷流失因子矩陣，農(nóng)藝因子矩陣包括水分管理、秸稈還田、有機(jī)肥、生物質(zhì)炭，氮磷流失因子矩陣包括TN和TP的徑流流失量。農(nóng)藝因子-氮磷流失因子關(guān)系用雙序圖表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨量和田間徑流量

研究期間降雨量如圖1所示，早稻季累積降雨量為212 mm，發(fā)生6次徑流事件，晚稻季累積降雨量為204 mm，發(fā)生4次徑流事件。早稻平均徑流量為133.83 mm，晚稻平均徑流量為133.42 mm（圖2）。間歇灌溉模式下徑流量低于長(zhǎng)期淹水，NPK+IF處理（早：92.31 mm，晚：101.06 mm）低于NPK+CF處理（早：145.73 mm，晚：129.19 mm）；NPK+LB+IF處理（早：98.75 mm，晚150.18 mm）低于NPK+HB+IF處理（早：133.26 mm，晚：156.86 mm）。

2.2 田面水氮磷濃度動(dòng)態(tài)變化特征

圖2 觀測(cè)期間稻田徑流量Figure 2 Surface runoff during the observation period

早晚稻各處理田面水TN濃度在施肥后（基肥、分蘗肥和穗肥）第1 d達(dá)到峰值，隨著時(shí)間推移逐漸下降，在施肥10 d后達(dá)到較低水平并趨于穩(wěn)定（圖3）。各處理濃度峰值均表現(xiàn)為基肥＞分蘗肥＞穗肥。多數(shù)處理中早稻季田面水TN濃度高于晚稻，其中，早稻季NPK+IF處理 TN 濃度最高（38.65±11.34 mg·L-1），NPK+HS+IF處理最低（27.50±7.99 mg·L-1）；晚稻季NPK+HS+CF處理最高（12.79±3.15 mg·L-1），NPK+LS+IF處理最低（8.79±2.01 mg·L-1）。在同樣間歇灌溉條件下，施有機(jī)肥、秸稈還田與生物質(zhì)炭比常規(guī)化肥（NPK+IF）處理的TN濃度分別降低34.05%、15.34%～19.76%和15.46%～17.47%。各處理田面水NH+4-N濃度占TN濃度比率為38.21%～40.33%，其濃度變化趨勢(shì)與TN類似，在施肥后第1 d出現(xiàn)峰值，隨后下降并在10 d后達(dá)到穩(wěn)定。多數(shù)處理下早稻季田面水NH+4-N濃度高于晚稻季。在同樣間歇灌溉條件下，施有機(jī)肥、秸稈還田與生物質(zhì)炭相對(duì)常規(guī)化肥（NPK+IF）分別降低NH+4-N濃度8.36%、21.09%～26.67%和4.61%～63.30%。各處理田面水NO-3-N濃度僅占TN濃度0.41%～0.84%，且變化穩(wěn)定，沒(méi)有明顯出峰。

圖3 稻田田面水銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮濃度變化Figure 3 Dynamics of ammonia，nitrate and total nitrogen concentrations in surface ponding water of paddy fields

早稻各處理田面水TP濃度在施肥后第1 d迅速達(dá)到最高，晚稻在施肥后第5 d才達(dá)到峰值，隨后在整個(gè)生育期出現(xiàn)幾個(gè)無(wú)明顯規(guī)律的波峰（圖4）。早稻季田面水TP濃度一般高于晚稻季。早稻季50%NPK+M+IF處理 TP濃度最高（1.78±0.23 mg·L-1），NPK+CF處理最低（0.33±0.11 mg·L-1）；晚稻季50%NPK+M+IF處理 TP濃度最高（0.97±0.21 mg·L-1），NPK+LB+IF處理最低（0.33±0.09 mg·L-1）。在同樣間歇灌溉條件下，秸稈還田與生物質(zhì)炭相對(duì)NPK+IF處理分別降低田面水TP濃度6.33%～8.76%和9.09%～13.66%。各處理田面水PP占TP濃度的72.60%～77.79%，PP變化趨勢(shì)與TP類似。早、晚稻期間50%NPK+M+IF處理PP濃度均是最高（1.43±0.82、0.79±0.3 mg·L-1），早稻季NPK+IF處理最低（0.21±0.14 mg·L-1），晚稻季NPK+LB+IF處理最低（0.23±0.09 mg·L-1）。田面水 DP占 TP濃度的 22.21%～28.01%。早稻季DP濃度一般高于晚稻季，無(wú)論早稻還是晚稻季，50%NPK+M+IF處理DP濃度均是最高，NPK+CF處理均是最低。在同樣間歇灌溉條件下，秸稈還田和生物質(zhì)炭處理比NPK+IF處理分別提高了DP濃度3.29%～40.62%和63.29%～66.58%。

2.3 稻田氮磷徑流流失特征

如圖5所示，大部分處理早稻TN平均徑流流失量（16.50±2.20 kg·hm-2）和流失率（11%）高于晚稻（10.77±0.59 kg·hm-2，7.18%）。其中，施肥（基肥、分蘗肥和穗肥）后10 d內(nèi)TN流失分別占早、晚稻TN流失的82.53%～99.19%和85.17%～97.66%（表3）。早稻季NPK+HB+IF處理流失量最大（26.91±11.81 kg·hm-2），NPK+HS+IF處理流失量最?。?.07±9.08 kg·hm-2），流失率分別為22.42%和6.73%；晚稻季NPK+HS+CF處理流失量最大（13.86±8.41 kg·hm-2），50%NPK+M+IF處理流失量最?。?.14±2.67 kg·hm-2），流失率分別為9.24%和5.43%。在相同施肥情況下，兩季水稻在間歇灌溉處理下TN流失量均低于長(zhǎng)期淹水處理（NPK+IF與NPK+CF分別為12.38±0.45、15.73±0.46 kg·hm-2，NPK+HS+IF與NPK+HS+CF分別為9.35±5.24、13.81±5.66 kg·hm-2）。各處理早稻NH4+-N平均徑流流失量（8.12±0.92 kg·hm-2）高于晚稻（4.63±0.45 kg·hm-2），分別占TN徑流流失量的49.19%和43.00%（表4）。早稻季NPK+HB+IF處理流失量最大（11.26±10.53 kg·hm-2），NPK+HS+IF處理流失量最?。?.55±5.65 kg·hm-2）；晚稻季NPK+LB+IF處理流失量最大（6.18±5.18 kg·hm-2），50%NPK+M+IF處理流失量最?。?.40±0.88 kg·hm-2）。相反地，早稻NO-3-N平均徑流流失量低于晚稻，僅占TN徑流流失量的0.46%和3.20%。

圖4 稻田田面水磷素濃度變化Figure 4 Dynamics of dissolved and total phosphorus concentrations in surface ponding water of paddy fields

圖5 稻田氮素徑流流失量Figure 5 Nitrogen runoff loss in paddy fields

表3 施肥后10 d內(nèi)氮磷徑流流失量占稻季流失量的百分比（%）Table 3 Percentage of nitrogen and phosphorus runoff losses within 10 days after fertilization to the total losses of cropping season（%）

表4 稻田氮磷徑流流失形態(tài)（%）Table4 Nitrogenandphosphorusrunoffpatternsinpaddyfields（%）

圖6 稻田磷素徑流流失量Figure 6 Phosphorus runoff loss in paddy fields

如圖6所示，大部分處理早稻TP平均徑流流失量（0.52±0.15 kg·hm-2）和流失率（0.69%）低于晚稻（0.90±0.09 kg·hm-2，1.2%）。早、晚稻施肥10 d后TP流失量占稻季總流失量的14.86%～47.02%和6.73%～34.78%（表3）。早、晚季50%NPK+M+IF處理TP流失量最大，分別為 1.55±0.92 kg·hm-2和 1.27±0.75 kg·hm-2，流失率分別為1.29%和0.85%；兩季稻田NPK+LB+IF處理TP平均流失量最小，早、晚稻季分別為0.371±0.01和0.60±0.36 kg·hm-2，磷素流失率分別為0.49%和0.80%。在相同施肥情況下，早、晚季稻NPK+HS+CF處理TP流失量均高于NPK+HS+IF處理，但是NPK+IF與NPK+CF幾乎持平。大部分處理早稻PP平均徑流流失量（0.35±0.08 kg·hm-2）低于晚稻（0.73±0.04 kg·hm-2），分別占TP流失量的67.10%和81.31%（表4）。早、晚稻50%NPK+M+IF處理PP流失量均最大，分別為 1.12±0.23 kg·hm-2和 1.23±0.28 kg·hm-2；兩季PP流失量平均值NPK+CF處理最小，早、晚季分別為 0.58±0.07 kg·hm-2和 0.06±0.04 kg·hm-2。早稻DP平均徑流流失量（0.143±0.03 kg·hm-2）總體高于晚稻（0.094±0.02 kg·hm-2），分別占TP流失量的27.37%和10.48%。早稻50%NPK+M+IF處理DP流失量最大（0.35±0.16 kg·hm-2）；NPK+HS+IF處理流失量最?。?.086±0.04 kg·hm-2）。晚稻NPK+HS+CF處理流失量最大（0.20±0.16 kg·hm-2）；NPK+LB+IF處理DP流失量最?。?.049±0.02 kg·hm-2）。

2.4 稻田氮磷徑流流失主控因子

圖7 稻田氮磷徑流流失與農(nóng)藝因子的冗余分析（P＜0.05）Figure 7 Redundancy analysis between nitrogen and phosphorus runoff losses and agronomic factors in the paddy fields（P＜0.05）

RDA排序較好地描述了稻田氮磷徑流流失量與農(nóng)藝措施的響應(yīng)關(guān)系，如圖7所示，實(shí)線箭頭連線在排序軸（TN、TP徑流流失）上投影長(zhǎng)短表示農(nóng)藝因子與排序軸之間相關(guān)性強(qiáng)弱，投影長(zhǎng)度越長(zhǎng)，相關(guān)性越強(qiáng)。農(nóng)藝因子對(duì)稻田TN徑流流失重要性排序?yàn)樯镔|(zhì)炭＞有機(jī)肥＞秸稈＞水分管理；稻田TP徑流流失重要性排序?yàn)橛袡C(jī)肥＞水分管理＞秸稈＞生物質(zhì)炭。實(shí)線箭頭連線與空心箭頭連線的夾角余弦值表征農(nóng)藝因子與TN、TP徑流流失的相關(guān)性正負(fù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)配施有機(jī)肥促進(jìn)氮磷徑流流失，施用生物質(zhì)炭主要促進(jìn)稻田TN徑流流失，秸稈還田主要減少稻田TN徑流流失。

3 討論

田間觀測(cè)結(jié)果表明，各處理早、晚稻平均徑流量基本持平（圖2）。我國(guó)中亞熱帶區(qū)域受夏季濕潤(rùn)季風(fēng)氣候影響，降雨頻發(fā)，一般而言早稻季更容易發(fā)生降雨-產(chǎn)流事件。研究期間受反常氣候影響，早、晚稻降雨量相近，導(dǎo)致兩個(gè)稻季徑流量接近。在相同施肥處理下，間歇灌溉處理的徑流量低于長(zhǎng)期淹水處理。稻田是由田埂包圍形成的一個(gè)封閉人工濕地，只有在降雨和灌溉水量超過(guò)田間可蓄水容量時(shí)才會(huì)從出水口溢出產(chǎn)流[30-32]。在間歇灌溉模式下，田間地表積水深度一般較淺，具有較大蓄水容量，有利于在降雨事件中蓄容降水和減少地表產(chǎn)流，進(jìn)而減少稻田氮磷徑流流失風(fēng)險(xiǎn)。

從田面水氮磷濃度動(dòng)態(tài)來(lái)看，觀測(cè)期間早晚稻田面水TN和TP濃度波動(dòng)幅度大（圖3）。早晚稻各處理中田面水TN濃度均在施肥后（基肥、分蘗肥和穗肥）第1 d達(dá)到峰值，峰值過(guò)后TN濃度隨時(shí)間推移逐漸下降，在施肥10 d后達(dá)到較低水平并趨于穩(wěn)定。施肥后10 d內(nèi)田面水TN濃度高表明了巨大的氮素流失風(fēng)險(xiǎn)，是稻田氮素徑流流失風(fēng)險(xiǎn)窗口期。10 d之后田面水TN濃度降低的原因主要包括：作物吸收利用和尿素水解產(chǎn)生的NH+4-N通過(guò)氨揮發(fā)和反硝化損失[33-36]。早稻田面水TP濃度在施肥后第1 d達(dá)到峰值，晚稻田面水TP濃度在施肥后第5 d出峰（圖4），可能與晚稻磷肥是在耙田之前施用，影響了磷肥肥效釋放有關(guān)。田面水TP濃度在出峰后降低，隨后出現(xiàn)多次小波動(dòng)，可能是因?yàn)榱追适┤胪寥篮笾挥行〔糠蛛x子態(tài)的磷酸鹽被作物吸收利用，大部分會(huì)被土壤固持轉(zhuǎn)化為難溶性磷酸鹽類，由于大雨和灌水的反復(fù)沖刷與擊濺，擾動(dòng)稻田表土并在一定程度上釋放土壤固持的磷，故此，田面水TP濃度出現(xiàn)不穩(wěn)定的下降趨勢(shì)[37-38]。

從田面水氮磷化學(xué)組成來(lái)看，田面水氮素形態(tài)以NH+4-N為主[39]。一方面是由于施用尿素水解產(chǎn)生的大量NH+4-N[2]，另一方面是稻田長(zhǎng)時(shí)間淹水和低pH環(huán)境對(duì)土壤硝化過(guò)程的抑制作用[40]。田面水磷素以PP形態(tài)為主（圖4），應(yīng)與磷容易被土壤顆粒固持轉(zhuǎn)化為難溶性鐵/鋁/鈣氧化物結(jié)合態(tài)磷（Fe/Al/Ca-P）有關(guān)[2]。從早、晚稻季節(jié)規(guī)律性來(lái)看，各處理早稻田面水各形態(tài)氮磷濃度一般高于晚稻，這可能與早、晚稻季氣溫差異有關(guān)，在較高溫度下土壤生物地球化學(xué)過(guò)程反應(yīng)速度較高，促進(jìn)了土壤氮磷向水體環(huán)境的釋放[41]。從農(nóng)藝管理措施來(lái)看，在間歇灌溉條件下，施有機(jī)肥、秸稈還田與生物質(zhì)炭比常規(guī)化肥處理分別降低TN濃度34.05%、15.34%～19.76%和15.46%～17.47%。可能是因?yàn)樨i糞中氮素主要以有機(jī)態(tài)的形式存在，釋放緩慢；秸稈還田有利于補(bǔ)充外源碳源，促進(jìn)化肥氮素的微生物固定[13]；而生物質(zhì)炭對(duì)氮素主要形式（NH+4和NO-3）均有較強(qiáng)的吸附作用[42-43]。在間歇灌溉條件下，秸稈還田與生物質(zhì)炭相對(duì)常規(guī)化肥處理分別降低田面水TP濃度6.33%～8.76%和9.09%～13.66%，但是配施有機(jī)肥與常規(guī)化肥處理相比明顯提升田面水TP濃度47.17%～83.09%，低于鄭小龍等[44]的77%～96%。這可能因?yàn)樵囼?yàn)所用的有機(jī)肥（豬糞）中磷含量不同。由于豬糞中的磷具有較高的水溶性，不易被土壤固定[45]，故此會(huì)明顯提升田面水TP濃度。

從氮磷徑流流失量來(lái)看，早稻TN徑流流失量大于晚稻，考慮到早晚稻徑流量接近一致，早稻較高的TN徑流流失量可能與其氮肥投入量較大有關(guān)。田面水中NH+4-N是TN的主要化學(xué)組分，且與TN時(shí)間動(dòng)態(tài)波動(dòng)規(guī)律一致，故NH+4-N流失量同樣呈現(xiàn)早稻大于晚稻的現(xiàn)象。稻田NO-3-N流失量?jī)H占TN徑流流失量的0.46%～3.20%，因此NO-3-N不適宜作為稻田氮素流失的主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，但可以作為輔助監(jiān)測(cè)指標(biāo)。盡管早稻田面水TP、PP和DP平均濃度高于晚稻，但各處理TP和PP平均徑流流失量早稻低于晚稻，DP平均徑流流失量早稻高于晚稻，可能與田面水各形態(tài)磷濃度動(dòng)態(tài)波動(dòng)不一致有關(guān)。在相同施肥情況下，間歇灌溉處理能夠有效減少氮磷流失（圖5和圖6），表明優(yōu)化稻田水分管理的重要性。施肥后10 d內(nèi)稻田TN和TP徑流流失分別占總流失量的82.53%～97.66%和6.73%～47.02%，因此施肥后10 d是稻田氮磷徑流流失風(fēng)險(xiǎn)窗口期，尤其是對(duì)氮流失而言，這與馮珂等[21]提出的施肥后10 d內(nèi)是稻田氮磷流失的最大風(fēng)險(xiǎn)期相吻合。因此，為減少稻田氮磷徑流流失，施肥后10 d內(nèi)的水分管理尤其需要加強(qiáng)。

RDA結(jié)果表明，水分管理模式對(duì)TN流失無(wú)明顯影響，而間歇灌溉減少TP流失。這是因?yàn)樵黾犹镩g可蓄水容量和延長(zhǎng)水流在稻田中滯蓄時(shí)間，促使了水中懸移質(zhì)或顆粒態(tài)磷的沉淀下滲，降低磷濃度。配施有機(jī)肥促進(jìn)稻田磷素流失，與結(jié)果中50%NPK+M+IF處理為所有處理中最大的磷素徑流流失處理一致，表明有機(jī)肥中高含量的水溶性有機(jī)態(tài)磷增加稻田磷素流失風(fēng)險(xiǎn)[19]。秸稈還田減少稻田氮素流失，進(jìn)一步證實(shí)了研究結(jié)果中NPK+HS+IF為所有處理中最小氮素徑流流失處理（比NPK+IF處理減少氮素流失44.76%），比朱利群等[46]和劉紅江等[47]的研究結(jié)果更為明顯。秸稈還田通過(guò)為土壤提供豐富的有機(jī)碳及氮、磷、鉀等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素來(lái)改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀，同時(shí)秸稈腐解時(shí)微生物可吸收水土環(huán)境中氮磷[48-50]，降低氮磷徑流流失風(fēng)險(xiǎn)。施用生物質(zhì)炭促進(jìn)稻田氮素流失，與前人研究結(jié)果不一致，可能是因?yàn)楸狙芯恐惺┯玫纳镔|(zhì)炭TN含量（5.8 g·kg-1）遠(yuǎn)高于斯林林等[51]所用生物質(zhì)炭TN含量（0.64 g·kg-1）。

在相同施肥和間歇灌溉條件下，秸稈還田、施用有機(jī)肥與生物質(zhì)炭降低田面水各形態(tài)氮濃度，秸稈還田與施用生物質(zhì)炭降低TP和PP濃度。但是對(duì)于氮磷徑流流失實(shí)際效果而言，施用有機(jī)肥和生物質(zhì)炭卻促進(jìn)了氮磷徑流流失，這突顯了優(yōu)化田間水分管理減少?gòu)搅鳟a(chǎn)生對(duì)防控稻田氮磷徑流流失的重要性。田面水是稻田氮磷徑流流失的主要來(lái)源，一定程度上可以表征氮磷徑流流失潛力；雖然施用生物質(zhì)炭具有降低氮磷流失的潛力，但在成本和實(shí)施上不具優(yōu)勢(shì)；配施有機(jī)肥（豬糞）可降低氮素流失潛力，但同時(shí)提高了磷素流失風(fēng)險(xiǎn)；中亞熱帶雙季稻在機(jī)械收割時(shí)，秸稈就地粉碎還田是常見(jiàn)的農(nóng)事操作方式。綜合考慮氮磷徑流流失防控潛力、實(shí)際效果和實(shí)施可行性，推廣高效水分管理（尤其是流失風(fēng)險(xiǎn)窗口期）加秸稈還田方式是中亞熱帶雙季稻田氮磷徑流流失防控的可行策略。

4 結(jié)論

（1）早、晚稻田面水TN濃度在施肥后第1 d達(dá)到濃度峰值，并在10 d后逐步恢復(fù)到平穩(wěn)水平；早稻田面水TP濃度在施基肥后第1 d達(dá)到最高，晚稻在施肥后第5 d才達(dá)到峰值。

（2）稻田田面水氮磷濃度受農(nóng)藝管理措施影響明顯，在間歇灌溉條件下，施有機(jī)肥、秸稈還田與生物質(zhì)炭比常規(guī)化肥處理分別降低TN濃度34.05%、15.34%～19.76%和15.46%～17.47%；秸稈還田與生物質(zhì)炭相比常規(guī)化肥分別降低田面水TP濃度6.33%～8.76%和9.09%～13.66%。

（3）施肥后10 d內(nèi)是稻田氮磷徑流流失風(fēng)險(xiǎn)窗口期，該期間TN和TP徑流流失分別占稻季總流失量的82.53%～97.66%和6.73%～47.02%，且氮磷流失化學(xué)形態(tài)分別以NH+4-N和PP為主。

（4）采取高效水分管理（尤其是流失風(fēng)險(xiǎn)窗口期）加秸稈還田方式是防控中亞熱帶雙季稻田氮磷徑流流失的可行策略。