皖東地區(qū)麥稻輪作農(nóng)田徑流氮磷流失特征研究

婁云 朱國美 趙懷瑾 高正寶

摘要?為探究化肥減施和秸稈還田對(duì)氮磷流失的影響，采用田間徑流池法，通過連續(xù)3年田間試驗(yàn)，研究農(nóng)田地表徑流氮磷流失特征。結(jié)果表明，麥稻輪作農(nóng)田徑流年總氮流失量為25.78～39.15 kg/hm2，總磷流失量為1.14～4.06 kg/hm2，總氮67%、總磷63%都是在麥季流失的。麥季氮素主要以硝態(tài)氮形式流失，稻季則以銨態(tài)氮形式流失，磷流失量多以可溶性磷形式流失。氮磷減施25%能夠減少總氮、總磷徑流流失量的5.6%和8.9%，且對(duì)作物產(chǎn)量沒有顯著影響。秸稈還田總氮徑流流失量增加了0.55 kg/hm2，增加1.82%，總磷徑流流失量減少了0.16 kg/hm2，減少6.08%。

關(guān)鍵詞?麥稻輪作;地表徑流;氮磷流失;秸稈還田;皖東地區(qū)

中圖分類號(hào)?X52;X71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A文章編號(hào)?0517-6611（2020）02-0078-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.02.022

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on Characteristics of Nitrogen and Phosphorus Loss in Runoff of Wheat-rice Rotation in Anhui Eastern Area

LOU Yun1，ZHU Guo-mei1，ZHAO Huai-jin2 et al

（1.Chuzhou Agricultural Technology Promotion Center， Chuzhou， Anhui 239000;2.Chuzhou Soil and Fertilizer Workstation， Chuzhou， Anhui 239000）

Abstract?In order to explore the effects of fertilizer application and straw return on the loss of nitrogen and phosphorus， the field runoff pond method was used to study the characteristics of nitrogen and phosphorus loss from farmland surface runoff through three consecutive years of field experiments.The results showed that the annual total nitrogen loss of wheat-rice rotation was 25.78-39.15 kg/hm2， the total phosphorus loss was 1.14-4.06 kg/hm2， total nitrogen 67% and total phosphorus 63% were lost in the wheat season.The nitrogen in the wheat season was mainly lost in the form of nitrate nitrogen， and the rice season was lost in the form of ammonium nitrogen. The amount of phosphorus loss was mostly lost in the form of soluble phosphorus.Nitrogen and phosphorus reduction of 25% could reduce the loss of total nitrogen and total phosphorus runoff by 5.6% and 8.9%， and had no significant effect on crop yield.The total nitrogen runoff loss from straw returning increased by 0.55 kg/hm2， increasing by 1.82%， and the total phosphorus runoff loss was reduced by 0.16 kg/hm2， a decrease of 6.08%.

Key words?Wheat-rice rotation;Surface runoff;Nitrogen and phosphorus loss;Straw returning;Anhui Eastern Area

農(nóng)田土壤氮磷隨地表徑流流失是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的重要原因[1]。大量研究表明，因過量和不合理施用的化肥所帶來的養(yǎng)分流失已經(jīng)成為現(xiàn)階段中國農(nóng)業(yè)面源污染最主要的來源之一[2-5]。農(nóng)田氮磷流失包括地表徑流和地下淋溶2個(gè)主要方面，其中地表徑流為氮磷流失的主要途徑[6]。受地形土壤、氣候降水、作物類型、耕作施肥等因素影響，不同地區(qū)化肥流失數(shù)值差異較大[7-9]。皖東地區(qū)過去對(duì)農(nóng)田氮磷徑流流失缺乏定量研究，筆者以該地區(qū)主要種植制度麥稻輪作為研究對(duì)象，采用田間徑流池法測算氮磷通過地表徑流的流失情況，探究農(nóng)田徑流氮磷流失規(guī)律和特征，為進(jìn)一步提出有效控制養(yǎng)分流失策略提供技術(shù)支撐。

1?材料與方法

1.1?研究地概況

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)于滁州市瑯琊區(qū)西澗辦事處三官村（118°17′7.5″E、32°23′24.3″N），海拔6.1 m，該地區(qū)氣候?qū)俦眮啛釒駶櫺约撅L(fēng)氣候，年降水量1 000 mm左右，平均氣溫16 ℃。試驗(yàn)田所處地形為平原，土地利用類型為水田，土壤類型為黃白土田，耕層土壤有機(jī)質(zhì)16.75 g/kg，全氮0.96 g/kg，全磷0.32 g/kg，有效磷13.87 mg/kg，速效鉀80.33 mg/kg，pH 5.7。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)規(guī)格為長7.5 m、寬4.0 m，面積30 m2，徑流池長2 m、寬1 m、深1.5 m，混凝土結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，3次重復(fù)。處理內(nèi)容為：①常規(guī)施肥（A），當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥量;施肥量（N-P2O5-K2O）小麥205.5-67.5-67.5 kg/hm2，水稻210.0-67.5-90.0 kg/hm2。②減量施肥（B），常規(guī)處理的基礎(chǔ)上減少氮磷量25%;小麥154.5-50.7-67.5 kg/hm2，水稻157.5-50.7-90.0 kg/hm2。③優(yōu)化施肥（C），增施秸稈;化肥投入養(yǎng)分+秸稈養(yǎng)分與處理B投入養(yǎng)分相等。

1.3?采樣與測試

從2016年第1季小麥種植開始至2018年水稻收獲結(jié)束期間，實(shí)測并記錄試驗(yàn)地歷次降雨量及降雨產(chǎn)生徑流后各小區(qū)徑流量，參照文獻(xiàn)[7]的方法采集徑流水樣，水樣冷藏條件保存，并于每次小麥和水稻收獲時(shí)記載每個(gè)小區(qū)作物產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量。采用堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法、紫外分光光度法、靛酚藍(lán)-紫外分光光度法、鉬酸銨分光光度法、過硫酸鉀氧化-鉬藍(lán)比色法測定徑流水全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和可溶性磷[10]，參照鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》[11]中的方法測定秸稈中氮磷鉀全量。

1.4?徑流氮磷流失計(jì)算方法

地表徑流流失的氮磷量等于整個(gè)監(jiān)測周期中各次徑流水中氮磷濃度與徑流水體積乘積之和。數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)用WPS 2012和SPSS 13.0軟件處理。

2?結(jié)果與分析

2.1?麥稻輪作農(nóng)田徑流發(fā)生規(guī)律分析

降雨是農(nóng)田徑流的主要驅(qū)動(dòng)力，而徑流水量是其養(yǎng)分徑流流失的重要構(gòu)成因素之一[12]。試驗(yàn)點(diǎn)年際降雨量不同導(dǎo)致徑流量和產(chǎn)流系數(shù)有差異（表1），麥季徑流量1 905～4 425 m3/hm2，稻季徑流量745～1 620 m3/hm2，麥季徑流量占年徑流量比例為54.2%～85.6%，稻季為14.4%～45.8%，年產(chǎn)流系數(shù)在36.8%～45.2%。通過對(duì)徑流量和降雨量進(jìn)行相關(guān)性分析，二者呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系（r=0.475）。2016—2018年共采集徑流水樣21次，麥季14次（依次為3、5、6次），稻季7次（依次為3、2、2次），主要集中在每年的3—5、6—7和11—12月，說明麥季是皖東地區(qū)農(nóng)田徑流的主要發(fā)生季。

2.2?麥稻輪作氮磷流失量分析

分析試驗(yàn)點(diǎn)2016—2018年徑流總氮、總磷流失量（表2）發(fā)現(xiàn)，不同處理間總氮流失量為25.78～39.15 kg/hm2，總氮流失量由高到低依次為處理A、處理C、處理B，平均分別為32.34、30.26和30.81 kg/hm2，處理之間差異達(dá)顯著水平;總磷流失量為1.14～4.06 kg/hm2，總磷流失量由高到低依次為處理A、處理B、處理C，平均分別為2.81、2.63和2.54 kg/hm2，處理之間差異不顯著。與處理A相比，2016—2018年處理B總氮和總磷流失量分別降低了2.77%～9.25%和1.02%～15.26%，處理C分別降低了0.33%～7.70%和2.41%～26.24%;處理C與處理B相比，總氮流失量提高了1.13%～2.51%，總磷流失量降低了1.64%～12.95%。

試驗(yàn)結(jié)果得出，化肥減施能有效降低氮磷流失，但是施肥對(duì)磷流失量沒有顯著性的影響;秸稈還田對(duì)總磷流失有減輕作用，但會(huì)增加總氮流失風(fēng)險(xiǎn)。從全年來看，減量施肥2個(gè)處理總氮、總磷流失量平均分別為30.54和2.56 kg/hm2，分別減少1.80和0.25 kg/hm2，減幅分別為5.6%和8.9%。從季度來看，減量施肥2個(gè)處理，麥季總氮、總磷流失量平均分別為20.52和1.61 kg/hm2，分別減少了1.19和0.13 kg/hm2，減幅分別為5.5%和7.5%;稻季總氮、總磷流失量平均分別為10.01和0.95 kg/hm2，分別減少了0.62和0.12 kg/hm2，減幅分別為5.8%和1.2%。同時(shí)得出，全年平均總氮67%、總磷63%均是在麥季流失的。

2.3?麥稻輪作氮磷流失形態(tài)分析

從不同處理小麥、水稻及全年氮和磷的流失形態(tài)（表3）可以看出，硝態(tài)氮年流失量為8.25～16.91 kg/hm2，銨態(tài)氮為4.00～6.61 kg/hm2，平均分別約占總氮流失量的39%和16%;可溶性磷年流失量為0.60～2.04 kg/hm2，平均約占總磷流失量的47%。其中，硝態(tài)氮流失量麥季為7.26～14.88 kg/hm2，平均約占麥季總氮流失量的50.5%，稻季為0.84～2.65 kg/hm2，平均約占稻季總氮流失量的15.4%;銨態(tài)氮流失量麥季為0.16～2.12 kg/hm2，平均約占麥季總氮流失量的5.4%，稻季為2.55～4.77 kg/hm2，平均約占稻季總氮流失量的36.7%;可溶性磷流失量麥季為0.12～1.47 kg/hm2，平均約占麥季總磷流失量的43.1%，稻季為0.12～0.58 kg/hm2，平均約占稻季總磷流失量的48.7%。

試驗(yàn)結(jié)果說明，氮素徑流流失形態(tài)麥季以硝態(tài)氮為主，稻季則以銨態(tài)氮為主，這可能是由于旱作條件下，土壤能為硝化細(xì)菌提供充足的氧氣使銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，但水田條件下，反硝化作用更活躍。麥稻兩季總磷流失量很大一部分都是以可溶性磷的形式流失，且年度差異明顯，可能是施肥后一定時(shí)間內(nèi)土壤表層可溶性磷隨降水流失有關(guān)，如2016年稻季種植、2017年麥、稻種植施基肥后1月內(nèi)均遇2～3次強(qiáng)降水，造成可溶性磷的流失。

2.4?麥稻輪作作物產(chǎn)量分析

由表4可知，麥稻周年平均產(chǎn)量在11 257.4～11 796.7 kg/hm2，處理A最高，處理C最低，兩者相差4.6%，但處理間產(chǎn)量差異不顯著。對(duì)小麥和水稻產(chǎn)量進(jìn)一步分析，其中水稻周年平均產(chǎn)量從大到小依次為處理A、處理C、處理B，差異不顯著;小麥周年平均產(chǎn)量從大到小依次為處理A、處理B、處理C，處理A、處理B與處理C存在顯著差異。

試驗(yàn)結(jié)果證明，在此次試驗(yàn)條件下，氮磷減施25%左右對(duì)麥稻周年產(chǎn)量影響不大，不會(huì)造成大量減產(chǎn)的目標(biāo);相同養(yǎng)分投入條件下，麥秸還田可提高水稻產(chǎn)量，其主要是麥秸還田提高了水稻的每穗粒數(shù)和千粒重;稻秸還田小麥產(chǎn)量有所下降，其原因可能是稻秸還田時(shí)秸稈多處在耕作表層，影響了小麥的出苗，造成小麥的有效穗數(shù)有所降低，耕作時(shí)需要深耕深翻，提高耕作和播種質(zhì)量。

3?小結(jié)與討論

肥料的大量使用是造成農(nóng)田氮磷徑流流失的主要原因，不僅不能增加作物產(chǎn)量，還會(huì)帶來養(yǎng)分資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。該研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中氮肥在312.6～415.5 kg/hm2、磷肥在101.4～135.0 kg/hm2對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響不顯著。減少氮磷肥施用量能夠減少農(nóng)田氮磷流失量，但施肥對(duì)磷流失量沒有顯著性的影響，這與夏穎等[1]湖北省油菜-棉花輪作系統(tǒng)地表徑流氮磷流失特征的的研究結(jié)果一致，這是由于土壤對(duì)磷具有很強(qiáng)的固定作用，磷在土壤中擴(kuò)散能力極弱，只有過量施磷才容易發(fā)生磷素流失。

該研究麥季和稻季總氮徑流流失量分別為15.28～26.52和7.74～12.63 kg/hm2，稻季總磷徑流流失量為0.31～1.84 kg/hm2，與陳秋會(huì)等[13]在太湖地區(qū)農(nóng)田土壤氮磷流失研究結(jié)果基本一致，但麥季總磷流失量為0.49～2.48 kg/hm2，與之相比（0.11～0.49 kg/hm2）有較大差異，可能與降雨和磷肥施用量有很大關(guān)系。王桂苓等[7]在巢湖流域麥稻輪作農(nóng)田徑流氮磷流失研究總氮66%以上是在麥季流失的、總磷的89%以上是在稻季流失的，與該研究總氮67%是在麥季流失的結(jié)果一致，但該研究總磷63%也是在麥季流失的，與之研究結(jié)果有所不同，可能與麥季降雨較多磷流失較大有關(guān)。

劉紅江等[14]在大田試驗(yàn)條件下，對(duì)秸稈還田農(nóng)田周年地表徑流氮磷鉀流失研究得出，秸稈還田能夠顯著降低稻麥兩熟制農(nóng)田周年地表徑流氮磷鉀流失量。而該研究秸稈還田能夠降低農(nóng)田地表徑流磷的流失量，但增加了氮的流失量，這可能是小區(qū)試驗(yàn)秸稈還田后增加土壤孔隙，使土壤質(zhì)地疏松，一定程度上加大了土壤地表橫向流動(dòng)，加之施肥后短時(shí)間內(nèi)遇多次較強(qiáng)降雨，導(dǎo)致氮流失增大，其結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

通過連續(xù)3年針對(duì)皖東地區(qū)麥稻輪作氮磷徑流的研究，得出以下結(jié)論：①稻麥輪作農(nóng)田徑流總氮流失量為25.78～39.15 kg/hm2，徑流總磷流失量為1.14～4.06 kg/hm2，總氮67%、總磷63%均是在麥季流失的?；蕼p施25%減少年均徑流總氮流失量1.80 kg/hm2，減幅5.6%，年均減少徑流總磷流失量0.25 kg/hm2，減幅8.9%，且不會(huì)造成大量減產(chǎn)的目標(biāo)。②秸稈還田能減少化肥用量，對(duì)水稻作物有一定的增產(chǎn)作用，能有效降低總磷流失量，年均徑流總磷流失量減少了0.16 kg/hm2，減幅6.08%，但也會(huì)增加總氮流失風(fēng)險(xiǎn)，年均徑流總氮流失量增加了0.55 kg/hm2，增幅1.82%。③麥季氮素主要以硝態(tài)氮形式流失，稻季氮素多以銨態(tài)氮形式流失，年均徑流流失的硝態(tài)氮約占總氮的39%，銨態(tài)氮約占總氮的16%;總磷流失量很大一部分是以可溶性磷形式流失，約占總磷流失量的47%，可溶性磷流失麥季約占總磷流失量的43.1%，稻季約占48.7%。

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