自然降雨條件下南方濕潤平原農(nóng)田氮磷流失初探

王永尚

(浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)與能源總站，浙江 杭州 310012)

我國農(nóng)田氮肥、磷肥使用量高，而利用率只有約30%和20%，大量未被利用的養(yǎng)分隨著徑流進入湖泊河流，造成湖泊河流總氮、總磷含量顯著升高[1]。隨著點源污染得到有效控制，化肥流失造成的非點源污染的貢獻率將進一步顯現(xiàn)出來，逐漸成為水體污染的主要污染源[2]。降雨所帶來的地表徑流帶走了農(nóng)田中顆粒態(tài)和水溶態(tài)的養(yǎng)分，不僅降低了土壤肥力和化肥的利用效率，而且會成為水體富營養(yǎng)化的非點源污染[3]。因此，研究農(nóng)田降雨地表徑流氮、磷養(yǎng)分流失規(guī)律，對協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水環(huán)境保護具有重要意義。目前，對于農(nóng)田氮、磷徑流損失的研究手段主要有兩種：一種是通過較長時間的野外實際觀測和定量分析，建立施肥量、降雨量與農(nóng)田地表徑流量含氮磷量的相關(guān)關(guān)系；另一種則是利用野外或室內(nèi)人工降雨實驗獲得有關(guān)參數(shù)以開展定量研究[4]。本文是利用第一種方法對嘉興市海寧地區(qū)露地蔬菜種植模式監(jiān)測點進行1個年度的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析得出的初步結(jié)論。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在海寧市馬橋街道民勝村于2014年9月至2015年9月進行，地理坐標(biāo)120.734°E，30.436°N，海拔5.33 m。屬南方濕潤平原區(qū)，地勢平坦，最高地下水位1 m。土壤質(zhì)地黏土，土壤類型水稻土，肥力水平高。露地種植蔬菜，周年輪作模式及品種分別為西蘭花(喜鵲)-萵筍(紅劍)-茄子(引茄1號)。

1.2 處理設(shè)計

試驗設(shè)3個施肥處理：農(nóng)民常規(guī)處理(CK)；肥料減量處理；綜合優(yōu)化處理(在肥料減量處理基礎(chǔ)上對肥料施用方式、秸稈還田等田間操作方法優(yōu)化)。小區(qū)面積37.5 m2(7.5 m×5.0 m)，重復(fù)3次。各小區(qū)的地面徑流都引入各自的徑流池，徑流池長、寬、深為5.0、2.3、1.0 m。露地3茬蔬菜當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理(CK)、肥料減量處理、綜合優(yōu)化處理每小區(qū)共施用氮素(純氮)分別為5.93、3.00、3.00 kg；磷素(P2O5)分別為4.60、2.22、2.22 kg。

1.3 采樣與檢測方法

徑流水樣：每次產(chǎn)生的徑流均單獨計量、采樣。連續(xù)降雨時，徑流池水量達到80%后，計算徑流量并采集徑流水樣。每次產(chǎn)生徑流后，準(zhǔn)確測量田間徑流池內(nèi)水面高度(精確至mm)，計算徑流水體積(底面積×高)。在記錄完產(chǎn)流量后即采集地表徑流水樣。每個田間徑流池每次采集2個混合樣品，1個供分析測試用，另1個備用。采樣步驟：1)攪拌，用潔凈工具充分攪勻徑流池中的徑流水；2)多點采樣，用取樣瓶在徑流池不同部位、不同深度多點采樣，將多點采集的水樣，置于清潔的塑料盆中，將水樣充分混勻；3)取水樣，取水樣分裝到已經(jīng)準(zhǔn)備好的2個樣品瓶中。樣品瓶容量500 mL。

降雨水樣：各監(jiān)測點配備雨量計記載降雨。采集每次降雨總量，并做好記錄。單次降雨量超過5 mm時，采集降雨水樣，將雨量器中的降雨計量后，搖勻，分裝到2個樣品瓶中。

對水樣進行檢測。總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，硝態(tài)氮用紫外分光光度法，銨態(tài)氮用靛酚藍比色法，總磷用鉬酸銨分光光度法，溶解性磷用0.45 μm濾膜過濾-過硫酸氧化-鉬銻抗比色法，pH值用玻璃電極法。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水總量及氮磷帶入量

在試驗時間采集到有效降雨23次，共計降雨總量2 530 mm。通過計算得到降雨輸入氮磷濃度加權(quán)平均數(shù)和進入每個小區(qū)內(nèi)的量。表1表明，降雨中總氮平均濃度已經(jīng)超過了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值2 mg·L-1。由于降雨后將有一大部分會揮發(fā)或通過地下淋溶、地表徑流方式擴散到其他區(qū)域，所以降水氮磷進入量不等同于土壤氮磷保留量。

表1 試驗期間通過降水進入小區(qū)氮磷養(yǎng)分的數(shù)量

2.2 地表徑流輸出氮磷量與作物產(chǎn)量

試驗期間露地蔬菜監(jiān)測點共采集到地表徑流樣品20次。如表2所示，不同施肥處理的降雨徑流中總氮、總磷的流失量隨著施肥量的增加而增大，化肥減量處理可以有效控制和降低氮磷流失濃度。

表2 試驗期間露地蔬菜各處理小區(qū)采集的地表徑流氮磷流失量

試驗中，所有徑流水樣中總氮的濃度遠超過了GB 3838—2002中總氮V類標(biāo)準(zhǔn)限值2 mg·L-1；總磷的濃度遠超過上述標(biāo)準(zhǔn)中總磷的V類標(biāo)準(zhǔn)限值0.4 mg·L-1。降雨中總氮平均濃度已經(jīng)超過了V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，降雨也是導(dǎo)致地表徑流氮素超標(biāo)的因素之一。賀寶根等[5]的研究也證明了總氮流失與降雨量的關(guān)系非常密切，即降雨量是總氮流失的一個非常敏感的因素。

硝態(tài)氮是各類田塊降雨徑流中無機氮的主要形態(tài)，占總氮的50%～70%。徑流流失中氨態(tài)氮的濃度較小，僅占總氮濃度5%～35%?？扇軕B(tài)磷在徑流流失磷素中占較大比重，為40%～80%。這與焦平金等[6]的研究相吻合。

表3表明，肥料減量處理的3種蔬菜產(chǎn)量降低并不明顯，而茄子產(chǎn)量反而略有增加。

表3 露地蔬菜在3種施肥處理下3茬產(chǎn)量

2.3 地表徑流氮磷流失量的影響因子

經(jīng)對試驗期間通過各種途徑輸入和輸出田塊的氮磷總量的計算，得出：農(nóng)民常規(guī)處理、肥料減量處理、綜合優(yōu)化處理的總氮徑流流失量占輸入量分別為3.6%、5.2%、5.8%；總磷流失量占輸入量的比例分別為1.0%、1.6%、1.5%。由此可看出雖然化肥優(yōu)化方案降低了化肥用量，流失量也有較大降低，但流失率反而有所增加。

3 小結(jié)

本試驗條件下，農(nóng)田地表徑流中總氮、總磷的流失量隨著降雨量及施肥量的增加而增大。降低化肥用量可有效控制氮磷流失濃度，產(chǎn)量降低不明顯。所有徑流水樣中總氮、總磷濃度遠超過了GB 3838—2002中V類標(biāo)準(zhǔn)限值，但基本符合GB 5084—1992《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》；降雨中總氮平均濃度也超過V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？偟獜搅髁魇收驾斎肟偭康?%～5%，總磷占1%左右?？扇軕B(tài)氮是天然降雨徑流流失氮素的主要形態(tài)，其中硝態(tài)氮又是可溶態(tài)氮素的主要形態(tài)，氨態(tài)氮占比較小。