福建山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征分析

李巍　羅旭輝　黃敏敏　張麗君　涂杰鋒　占義清　林金美

摘 要：為評(píng)價(jià)福建山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征，分別對(duì)閩清雙季稻、武夷山單季稻的地表徑流引起的氮流失進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：水稻田地表徑流量的大小受降雨量等氣候條件的影響較大，與不同施肥處理關(guān)系不大;武夷山銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的65.91%，該地區(qū)水稻田氮流失的主要形式是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。不同施肥處理之間作物產(chǎn)量沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥可以達(dá)到與常規(guī)施肥一樣的增產(chǎn)效果，但可以減少土壤板結(jié)等問(wèn)題。因此，推薦農(nóng)戶使用綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥。

關(guān)鍵詞：山地丘陵區(qū);水稻田;氮流失

中圖分類號(hào) S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）15-0099-04

The Feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province

——Taking Wuyishan and Minqing as Examples

Li Wei1 et al.

（1Fufian Key Laboratory of Precise Measurement of Agriculture，Central Laboratory，F(xiàn)ujian Academy of Agricultural Sciences，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350003，China）

Abstract：In order to evaluate the feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province，Analysis of nitrogen loss caused by surface runoff from Wanqing double-season rice and Wuyishan single-season rice.The results show the surface runoff of rice fields is greatly affected by climatic conditions such as rainfall， and has little relationship with different fertilization treatments.The ammonium and nitrate nitrogen in Wuyi Mountain accounted for 65.91% of the nitrogen loss， The main forms of nitrogen runoff loss in Wuyishan paddy fields are ammonium nitrogen and nitrate nitrogen， of which nitrate nitrogen is lost.The amount of nitrogen is more than the amount of nitrogen lost in the form of ammonium nitrogen.There is no significant difference in crop yield between different fertilization treatments.This indicates that comprehensive optimized fertilization and main factor optimization fertilization can achieve the same yield increase effect as conventional fertilization， but can reduce soil compaction.Because of environmental problems， farmers can be recommended to use the two fertilization treatments to grow rice.

Key words：Mountain hilly area;Rice fields;Nitrogen loss

中國(guó)是世界最大的水稻生產(chǎn)國(guó)，約占世界水稻種植面積的20%[1-3]，年產(chǎn)稻谷超過(guò)1.48億t，與此同時(shí)，我國(guó)氮肥用量占全球氮肥總用量的30%左右，是世界最大的氮肥消費(fèi)國(guó)[4-7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)南方水稻的種植面積約占全國(guó)水稻總種植面積的70.19%，水稻產(chǎn)量約占全國(guó)水稻總產(chǎn)量的68%，而化肥氮投入量占全國(guó)水稻化肥氮用量的74%?；实牟缓侠硎褂?，導(dǎo)致其利用率低，流失率高，不僅對(duì)農(nóng)田土壤產(chǎn)生了污染，還通過(guò)農(nóng)田徑流造成了對(duì)水體的有機(jī)污染、富營(yíng)養(yǎng)化，甚至造成地下水污染和空氣污染。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的大量投入，既使耕地和地下水受到了大面積污染，又對(duì)環(huán)境造成了污染，從而加劇了農(nóng)業(yè)面源污染的程度，并且間接地影響了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，嚴(yán)重威脅著農(nóng)業(yè)安全和環(huán)境安全[8-12]。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素的流失已成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要組成部分，水稻地表徑流是面源污染的主要因素;同時(shí)也是我國(guó)南方農(nóng)業(yè)面源污染和河湖水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染的主要來(lái)源[13-19]。為此，本研究通過(guò)對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)天然降雨、地表徑流和作物產(chǎn)量等進(jìn)行周年監(jiān)測(cè)，探究福建省山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征，對(duì)比不同施肥對(duì)福建典型水稻田氮素流失特征的影響，為制定農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策提供決策依據(jù)，為南方山地丘陵地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染防治和治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 閩清縣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于云龍鄉(xiāng)際下村（經(jīng)度118°8′29.07″，緯度26°14′20.73″，海拔100m）。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，由于地形地貌錯(cuò)綜復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境一年四季差異明顯。春季，氣溫回升快，3月至4月上旬氣候多變，冷熱無(wú)常，春播常遇低溫陰雨，春末多陰雨，時(shí)有冰雹和洪澇災(zāi)害出現(xiàn)，個(gè)別年份遇春旱。夏季，初夏處于梅雨高峰期，多發(fā)生洪澇災(zāi)害，梅雨結(jié)束后天氣晴熱，午后時(shí)有大風(fēng)、雷陣雨和冰雹。臺(tái)風(fēng)在沿海登陸時(shí)多帶來(lái)暴雨，少臺(tái)風(fēng)年份多出現(xiàn)干旱。秋季，一般天氣晴好少雨，氣候干燥，秋溫高于春溫，常發(fā)生干旱。高山地區(qū)10月末，平原11月中旬后出現(xiàn)初霜。冬季，天氣寒冷，多刮西北風(fēng)，晴天夜間常有霜凍出現(xiàn)，山區(qū)冬末春初時(shí)有降雪。所選試驗(yàn)點(diǎn)為南方山地丘陵區(qū)，地貌類型為丘陵，地形為緩坡（5～15°），梯田，種植方式為大田種植，坡向朝北，坡度為15°，土壤質(zhì)地為中壤，土壤類型為人為土-人為水成土-水稻土，監(jiān)測(cè)點(diǎn)0～20cm土壤基本性狀見(jiàn)表1，監(jiān)測(cè)小區(qū)面積為30m2。

武夷山市監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于星村鎮(zhèn)楓林村（經(jīng)度117°51′30″，緯度27°33′32"，海拔267m）。該區(qū)域?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均溫17.0～18.4℃，年均相對(duì)濕度75%～84%，年降水量1800mm，年均日照時(shí)數(shù)1910.2h，無(wú)霜期227～246d。所選種植模式為南方山地丘陵區(qū)，地貌類型為山地，地形為緩坡（5～15°），是梯田，種植方式為大田種植，坡向?yàn)闁|，坡度為5.0°，土壤質(zhì)地為中壤，土壤類型為人為土-人為水成土-水稻土，監(jiān)測(cè)點(diǎn)0～20cm土壤基本性狀見(jiàn)表1。監(jiān)測(cè)小區(qū)面積為36m2。

1.2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)方法采用在田間建設(shè)長(zhǎng)3m、寬1m、深0.9m的徑流池，在降雨產(chǎn)生徑流后，根據(jù)測(cè)量計(jì)算徑流水量，采集徑流水樣。試驗(yàn)小區(qū)為長(zhǎng)方形，面積30m2（10m×3m）或36m2（10m×3.6m）。設(shè)3個(gè)處理：處理1為A常規(guī)施肥（CK）對(duì)照，即施肥、耕作、灌溉秸稈覆蓋或還田等各項(xiàng)農(nóng)藝措施完全參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣;處理2為B主因子優(yōu)化施肥，主因子是指特定分區(qū)、特定種植模式下，影響農(nóng)田面源污染排放的關(guān)鍵因子，因此將農(nóng)民習(xí)慣施肥設(shè)為常規(guī)處理，將優(yōu)化施肥設(shè)為該模式的主因子優(yōu)化處理，除主因子與常規(guī)處理不同以外，其他農(nóng)藝措施均與常規(guī)處理保持一致;處理3為C綜合優(yōu)化施肥，即除主因子優(yōu)化以外，再對(duì)1～2個(gè)主要輔助因子如施肥、耕作、灌溉、秸科蓋或還田等農(nóng)藝措施進(jìn)行優(yōu)化，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)9個(gè)徑流小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)除施肥方式分別按3個(gè)處理外，其他田間管理和耕作方式都按照當(dāng)?shù)氐某Ｒ?guī)管理進(jìn)行。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)具體施肥量及施肥方式見(jiàn)表2。

1.3 測(cè)定方法 參照《農(nóng)田面源污染監(jiān)測(cè)方法與實(shí)踐》進(jìn)行徑流水指標(biāo)和總氮的測(cè)定：堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法;氨氮的測(cè)定：納氏比色法;硝酸鹽氮的測(cè)定：紫外分光光度法。

1.4 數(shù)據(jù)分析 以地表徑流途徑流失的氮素量等于整個(gè)監(jiān)測(cè)周期中各次徑流水中氮濃度與徑流水體積乘積之和。計(jì)算公式如下：

[P=i=1nCi×Vi]

式中，P為氮流失量;Ci為第i次徑流水中氮的濃度;Vi為第i次徑流水的體積。（備注：監(jiān)測(cè)周期為1個(gè)完整的周年，不僅包括作物生長(zhǎng)期，也包括休閑期。監(jiān)測(cè)起始時(shí)間一般為某種作物播種日，結(jié)束時(shí)間為翌年同一天。）

采用EXCEL 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并利用DPS 7.05 軟件進(jìn)行主成分分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 地表徑流氮流失量 2015—2017年福建省閩清縣和武夷山監(jiān)測(cè)點(diǎn)的年降雨量見(jiàn)表3。由表3可知，閩清的平均年降雨量為1604mm，武夷山平均年降雨量為2884mm，武夷山市年降雨量高于閩清縣。

2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)常規(guī)施肥處理（CK）、主因子優(yōu)化施肥（KF）、綜合優(yōu)化施肥（BMP）產(chǎn)生的徑流量及氮流失量見(jiàn)表4。從表4可以看出：同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)3年的徑流產(chǎn)生情況各不相同，這與不同年份的降雨量有很大關(guān)系;不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)同一年的徑流量也各不相同，這與不同地區(qū)的年降雨量有很大關(guān)系。武夷山與閩清縣相比，3年的徑流量都相對(duì)較多，這與武夷山市這個(gè)地區(qū)降雨等氣候條件有關(guān)，與武夷山市的水稻種植品種也有關(guān)聯(lián)。但不同的施肥處理對(duì)徑流量卻沒(méi)有顯著的影響（P>0.05）。因此可以得出，影響徑流量大小的因素主要與降雨量、作物品種等有密切關(guān)系，與不同施肥處理關(guān)系不大。

從表4可以看出，2015年、2016年和2017年武夷山市的徑流量均為最大，在該監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)施肥處理總氮的徑流流失量也最大，表明氮徑流流失量與徑流量有一定關(guān)系。從同一地區(qū)3年的徑流量和氮徑流流失量對(duì)比來(lái)看，同樣得出總氮徑流流失量隨徑流量的不同變化比較明顯，大體趨勢(shì)是隨徑流量變大而變大。由此說(shuō)明，總氮徑流流失量有隨著徑流量的加大而增大的趨勢(shì)。2015—2017年閩清縣常規(guī)施肥條件下總氮徑流流失量差別較大，達(dá)到顯著水平，分別為1.72、2.06、0.39kg·hm-2，年平均為1.39kg·hm-2，主要是由于徑流量的關(guān)系;3種施肥處理的氮徑流流失量均均未達(dá)顯著水平。武夷山市常規(guī)施肥條件下由于徑流量的不同，3年總氮的徑流流失量分別為14.31、13.41、6.47kg·hm-2，年平均為11.40kg·hm-2，2017年與2015年和2016年總氮流失量相比較少，3年內(nèi)3種施肥方式之間氮徑流流失量都不顯著，可能是由于試驗(yàn)之前施肥量高，試驗(yàn)田的肥力水平相對(duì)較高，雖然降低施肥量但由于本底值高，所以優(yōu)化施肥處理并沒(méi)有立即表現(xiàn)出明顯減少氮的徑流流失。

2.2 地表徑流氮流失形態(tài) 2015—2017年福建省閩清縣和武夷山市水稻田氮的流失形態(tài)見(jiàn)表5。監(jiān)測(cè)過(guò)程中同時(shí)得出常規(guī)施肥條件下田地硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的徑流流失情況。監(jiān)測(cè)期間閩清縣不同施肥處理的硝態(tài)氮徑流流失量為3.05～6.26kg·hm-2，平均約占閩清總氮流失量的14.38%;銨態(tài)氮徑流流失量為4.30～5.46kg·hm-2，平均約占總氮流失量的14.22%。武夷山不同施肥處理的硝態(tài)氮的徑流流失量為3.90～1.22kg·hm-2，平均約占武夷山市總氮流失量的39.89%;銨態(tài)氮徑流流失量為2.40～10.56kg·hm-2，平均約占武夷山市總氮流失量的26.02%。閩清縣銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的65.91%，可以看出，在武夷山水稻田的氮流失的主要形式是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。不同施肥處理間銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失量沒(méi)有顯著差異。

2.3 不同施肥處理對(duì)作物產(chǎn)量的影響 福建省閩清縣和武夷山市水稻田不同施肥處理2015—2017年作物產(chǎn)量見(jiàn)表6。從表6可以看出，常規(guī)施肥條件下2015—2017年內(nèi)閩清水稻產(chǎn)量呈逐年增加的趨勢(shì);其中閩清縣第1季水稻產(chǎn)量2017年比2016年增加1.67倍，達(dá)到顯著水平（P<0.05）;第2季水稻產(chǎn)量在第2年也呈大幅上升趨勢(shì)，達(dá)到顯著水平，且2016年與2017年產(chǎn)量相當(dāng)。武夷山市的水稻產(chǎn)量2016年比2015年增產(chǎn)達(dá)顯著水平（P<0.05），但2017年產(chǎn)量較2016年有所下降，這可能是與不同地區(qū)不同年份的氣候條件、田間管理和病蟲害有關(guān)系。對(duì)比不同施肥處理時(shí)發(fā)現(xiàn)3個(gè)施肥處理之間的作物產(chǎn)量未達(dá)顯著差異（P>0.05），表明綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥可以達(dá)到和常規(guī)施肥一樣的增產(chǎn)效果。因此，推薦農(nóng)民使用優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥2種施肥處理，以減少土壤板結(jié)等環(huán)境問(wèn)題。

3 小結(jié)

通過(guò)對(duì)比2015—2017年閩清縣和武夷山市水稻田地表徑流氮流失量，可以得出，影響徑流量大小的因素有降雨量等氣候條件、作物品種等，但與不同施肥處理關(guān)系不大。閩清縣的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的65.91%，可見(jiàn)，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是武夷山稻田中氮素徑流流失的主要形態(tài)。通過(guò)對(duì)比閩清縣和武夷山稻田不同施肥處理2015—2017年作物產(chǎn)量，可以得出，年際間的作物產(chǎn)量有顯著性差異，但不同施肥處理之間差異不顯著，這說(shuō)明綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥可以達(dá)到和常規(guī)施肥一樣的增產(chǎn)效果。因此，推薦農(nóng)戶使用綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥2種施肥處理種植水稻，以減少土壤板結(jié)等和環(huán)境污染等問(wèn)題。

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（責(zé)編：張宏民）