間作百喜草對(duì)坡地茶園氮素流失的影響

朱惠瓊　杜理旺　羅旭輝　黃光樑

摘 要：明晰茶園間作的氮素流失規(guī)律與特征，對(duì)于科學(xué)評(píng)估生態(tài)茶園的農(nóng)業(yè)面源污染減排效應(yīng)具有重要意義。以福建省福州市宦溪鎮(zhèn)生態(tài)茶園為研究對(duì)象，應(yīng)用徑流小區(qū)法開(kāi)展長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，觀測(cè)了2016-2018年16場(chǎng)降雨事件中順坡單作（T1）、順坡間作（T2）、梯臺(tái)單作（T3）、梯臺(tái)間作（T4）的茶園徑流量，分析徑流中氮素濃度及其流失量間變化規(guī)律，間作植物為百喜草。結(jié)果表明：綜合順坡（T1、T2）和梯臺(tái)（T3、T4）的徑流量，間作處理的茶園比單作的徑流量減少；順坡中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為32.0 %、44.4 %、23.8 %、38.5 %、49.8 %、30.8 %；梯臺(tái)中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為26.4 %、37.9 %、21.9 %、49.5 %、51.7 %、53.3 %；降雨量和徑流量呈顯著正相關(guān)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)巫?；間作；氮素流失；徑流

中圖分類號(hào)：S 571.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：0253-2301（2023）04-0062-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.04.010

Effect of Intercropping Paspalum notatum on the Nitrogen Loss in Hillside Tea Plantation

ZHU Hui-qiong1， DU Li-wang1， LUO Xu-hui1，2*， HUANG Guang-liang3

（1. Institute of Agricultural Ecology， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian

350013， China; 2. Fuzhou Experimental Station of Agricultural Ecological Environment，

Ministry of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350003， China; 3. Fujian Key Laboratory of

Agricultural Ecological Process in Hilly Red Soil， Fuzhou， Fujian 350013， China）

Abstract： It was of great significance to clarify the laws and characteristics of nitrogen loss in tea plantation intercropping for scientifically evaluating the emission reduction effect of agricultural non-point source pollution in the ecological tea plantations. By taking the ecological tea plantation in Huanxi Town， Fuzhou City， Fujian Province as the research object， the long-term location experiment was carried out by using the runoff plot method. The volume of runoff from tea plantations under the conditions of monocropping along the downward slope （T1）， intercropping along the downward slope （T2）， monocropping in the terrace （T3） and intercropping in the terrace （T4） in 16 rainfall events from 2016 to 2018 was observed， in order to analyze the variation of nitrogen concentration and its loss amout in runoff. The intercropping plant was Paspalum notatum. The results showed that： according to the runoff volume in the downward slope （T1， T2） and terrace （T3， T4）， the volume of runoff from tea plantations in intercropping was lower than that in monocropping. Along the downward slope， the TN concentration， AN concentration， NN concentration， TN loss amount， AN loss amount and NN loss amount in intercropping decreased by 32.0%， 44.4%， 23.8%， 38.5%， 49.8% and 30.8% compared with that in monocropping. In the terrace， the TN concentration， AN concentration， NN concentration， TN loss amount， AN loss amount and NN loss amount in intercropping decreased by 26.4%， 37.9%， 21.9%， 49.5%， 51.7% and 53.3% compared with that in monocropping. There was a significant correlation between the rainfall and runoff volume.

Key words： Monocropping； Intercropping； Nitrogen loss； Runoff

茶園是南方山區(qū)重要土地利用類型，茶樹(shù)為葉用作物，適宜的氮素投入十分必要，但是過(guò)量氮素施用造成土壤氮素盈余，降雨條件下盈余氮素通過(guò)地表徑流輸送至河流造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，通過(guò)淋溶到土壤深層導(dǎo)致地下水有硝酸鹽污染風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。就茶園地表徑流氮流失而言，李太魁等在丹江口庫(kù)區(qū)坡耕地茶園的研究表明間作三葉草顯著降低茶園地表徑流銨態(tài)氮（AN）、硝態(tài)氮（NN）、可溶性總氮（DTN）及總氮（TN）濃度，其中間作控制茶園土壤侵蝕和降雨徑流是其中關(guān)鍵[3，4]。然而不同樹(shù)齡的茶園土壤侵蝕本底有較大差異，陳小英等[5]研究表明1、3、5年茶園水土流失量分別為16000、14500、7250 t·km-2，成齡茶園土壤侵蝕明顯低于幼齡。幼齡茶園間作對(duì)茶園氮磷流失影響研究已有較多報(bào)道，但是對(duì)成齡茶園的相關(guān)報(bào)道較少，而成齡茶園又是主要茶園類型。成齡茶園行間套種主要空間在于梯壁，百喜草具多年生、根系發(fā)達(dá)等優(yōu)勢(shì)是茶園梯壁間作的優(yōu)良草種[6]，同時(shí)福建是地表徑流易發(fā)區(qū)，降雨侵蝕力高于前人研究區(qū)域，茶園氮素流失風(fēng)險(xiǎn)高于中西部[7]。項(xiàng)目組已開(kāi)展成齡茶園減肥模式防控氮素流失的研究[8]，本試驗(yàn)在減肥基礎(chǔ)上研究間作百喜草對(duì)坡地茶園氮素流失規(guī)律與特征的影響，為豐富茶園氮素流失防控技術(shù)模式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福州市晉安區(qū)宦溪鎮(zhèn)創(chuàng)新村，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量為900～2100 mm，土壤為紅壤，屬傳統(tǒng)茶區(qū)。2016-2018年整體上降雨主要分布在3月至8月，2016年降雨月份較少，且年降雨量小于1000 mm，2017年和2018年的茶園則比2016年雨水豐沛（表1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)處理，處理1（T1）：順坡單作；處理2（T2）：順坡間作；處理3（T3）：梯臺(tái)單作；處理4（T4）：梯臺(tái)間作。T1、T2處理重復(fù)4次，T3、T4處理重復(fù)6次。茶苗定植時(shí)間為2006年11月，順坡定植密度為每10 m2 32棵、梯臺(tái)定植密度為每10 m2 40棵，品種為榕春早。T1和T3的茶樹(shù)每行間隔進(jìn)行定期除草，T2和T4的茶樹(shù)每行間隔種植百喜草Paspalum notatum，試驗(yàn)茶園以溝施方式施肥，采用萬(wàn)畝田牌有機(jī)肥

（N+P+K≥6%），每年投入2次，每次投入量為0.5 kg·m-2。建設(shè)徑流小區(qū)（每個(gè)小區(qū)5 m×20 m），總體坡度22°，小區(qū)的下坡位設(shè)置集水槽與徑流池，徑流池頂設(shè)置PVC蓋板。2016年1月1日至2018年12月30日，記錄日降雨量，發(fā)生產(chǎn)流觀測(cè)集水池的產(chǎn)流量，先測(cè)量池中的徑流量高度，再結(jié)合小區(qū)面積計(jì)算徑流量。

徑流量（m3）=[徑流高度（cm）×徑流池面積（m2）]/100

1.3 土壤理化性質(zhì)

2006年起建立試驗(yàn)點(diǎn)，開(kāi)展水土流失定位觀測(cè)研究，2015年12月20日取0～20 cm茶園土壤并測(cè)定土壤理化性質(zhì)。茶園土壤pH＜5.0（水∶土=2.5∶1）；有機(jī)質(zhì)（OM）、總氮（TN）、總磷（TP）、全鉀（TK）含量較高，4個(gè)處理中OM最高（T1）與最低（T3）相差8.1 g·kg-1，TN、TP都在0.5 g·kg-1以上，TK含量關(guān)系則為T4＞T1＞T2＞T3。4個(gè)處理的堿解氮（AN）、有效磷（OP）含量之間相差不大，有效鉀（AK）含量關(guān)系為T1＞T4＞T2＞T3（表2）。

1.4 取樣及指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 取樣 每次產(chǎn)生徑流量后，將徑流池中的水?dāng)嚢杈鶆颍∷畼?00 mL，做好標(biāo)簽置于-20℃冰箱冷凍保存，取樣后及時(shí)排干并清洗徑流池備用[9]。

1.4.2 指標(biāo)測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液配制：（1）C（N）=100 mg·L-1氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：稱取0.7218 g在105℃下烘干的硝酸鉀，用超純水定容至1 L，置于4℃冰箱保存6個(gè)月。（2）C（N）=100 mg·L-1銨態(tài)氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：稱取0.4717 g在105 ℃下烘干的硫酸銨，用超純水定容至1 L，置于4℃冰箱保存6個(gè)月。

硝態(tài)氮（NN）測(cè)定：測(cè)定樣品前將水樣解凍并用定性濾紙濾于150 mL錐形瓶中，直接將原液在波長(zhǎng)220、275 nm的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)曲線：將C（N）=100 mg·L-1氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋成C（N）=10 mg·L-1氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，參照HJ/TB 346-2007《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測(cè)定 紫外分光光度法 （試行）》測(cè)定方法，繪制曲線。

總氮（TN）測(cè)定：吸取濾液10 mL于25 mL比色管，加入5 mL過(guò)硫酸鉀氧化劑（每1 L含有40 g過(guò)硫酸鉀、5 g氫氧化鈉），定容，高壓滅菌后冷卻取出，在波長(zhǎng)220 nm、275 nm的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)曲線：將C（N）=100 mg·L-1氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋成C（N）=10 mg·L-1氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，參照HJ/TB 346-2007《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測(cè)定 紫外分光光度法 （試行）》測(cè)定方法，繪制曲線。

銨態(tài)氮（AN）測(cè)定：吸取濾液10 mL于25 mL比色管，加入5 mL酚溶液（每1 L含有苯酚10 g、硝普鈉100 mg）和5 mL次氯酸鈉堿性溶液（每1 L含有10 g氫氧化鈉、7.06 g磷酸氫二鈉、31.8 g磷酸三鈉、100 mL次氯酸鈉），搖勻放置1 h，加入1 mL掩蔽劑（每100 mL中含有等體積400 g·L-1酒石酸鉀納與100 g·L-1 EDTA混合液、0.5 mL 10 mol·L-1氫氧化鈉），在波長(zhǎng)625 nm的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)曲線：將C（N）=100 mg·L-1銨態(tài)氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋成C（N）=5 mg·L-1銨態(tài)氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，參照HJ/TB 346-2007《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測(cè)定 紫外分光光度法 （試行）》測(cè)定方法，繪制曲線。

徑流氮素濃度（mg·L-1）=標(biāo)曲上查的濃度×分取倍數(shù)（定容體積/樣液體積）

氮素流失量（g）=徑流量（m3）×徑流氮素濃度（mg·L-1）

1.4.3 數(shù)據(jù)處理與分析 使用Excel 2021和SPSS 21軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)徑流量與降雨量、氮素濃度、氮素流失量等指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理坡地茶園的徑流量分析

由表3可知，2016-2018年共16場(chǎng)降雨，從每年均值上看，T2、T3、T4的徑流量呈逐年遞減，T1則先減后增，但增幅不大，順坡方式的徑流量大于梯臺(tái)方式，單作徑流量大于間作，即T1＞T2＞T3＞T4。2016年T1和T2徑流量均在6.0 m3以上，差值最大在10月12日達(dá)0.4 m3，T3和T4徑流量在5.0 m3以上，差值最大在7月10日達(dá)0.9 m3；2017年T1和T2徑流量在5.0 m3以上，差值最大在6月20日達(dá)0.8 m3，T3和T4徑流量在4.0 m3以上，差值最大在11月18日達(dá)1.4 m3；2018年T1和T2徑流量在4.0 m3以上，差值最大在11月17日達(dá)1.4 m3，T3和T4徑流量在2.0 m3以上，差值最大在5月08日達(dá)2.0 m3。

2.2 不同處理坡地茶園徑流的氮素濃度分析

由表4可知，2016-2018年坡地茶園徑流中的氮素濃度順坡方式大于梯臺(tái)方式，而間作大于單作，即T1＞T2＞T3＞T4。4個(gè)處理的TN濃度大多超過(guò)了水體富營(yíng)養(yǎng)化的閾值（1.50 mg·L-1）[10]，順坡中，T2處理的TN濃度比T1處理下降最大值達(dá)32.0 %，梯臺(tái)中，T4處理的TN濃度比T3處理下降最大值達(dá)26.4 %。4個(gè)處理的AN濃度都在水體富營(yíng)養(yǎng)化的閾值（1.0 mg·L-1）內(nèi)[10]，順坡中，T2處理的AN濃度比T1處理下降最大值達(dá)44.4 %，梯臺(tái)中，T4處理的AN濃度比T3處理下降最大值達(dá)37.9 %。4個(gè)處理的NN濃度均超過(guò)水體富營(yíng)養(yǎng)化的閾值（0.25 mg·L-1）[10]，順坡中，T2處理的NN濃度比T1處理下降最大值達(dá)23.8 %，梯臺(tái)中，T4處理的NN濃度比T3處理下降最大值達(dá)21.9 %。

2.3 不同處理坡地茶園徑流的氮素流失量分析

由表5可知，2016-2018年坡地茶園徑流中的氮素流失量順坡方式大于梯臺(tái)方式，且間作大于單作，即T1＞T2＞T3＞T4，氮素以NN流失為主[11]。4個(gè)處理的TN流失量在2016年7月10日達(dá)到最大值，均在20 g以上，順坡中，T2處理的TN流失量比T1處理下降最高達(dá)38.5 %，梯臺(tái)中，T4處理的TN流失量比T3處理下降最高達(dá)49.5 %。4個(gè)處理的AN流失量在2016年7月10日達(dá)到最大值，均在2 g以上，順坡中，T2處理的AN流失量比T1處理下降最高達(dá)49.8 %，梯臺(tái)中，T4處理的AN流失量比T3處理下降最高達(dá)51.7 %。4個(gè)處理的NN流失量在2017年11月18日達(dá)到最大值，均在8 g以上，順坡中，T2處理的NN流失量比T1處理下降最高達(dá)30.8 %，梯臺(tái)中，T4處理的NN流失量比T3處理下降最高達(dá)53.3 %。

2.4 坡地茶園降雨量、徑流量與氮素的相關(guān)分析

由表5可知，坡地茶園的徑流量與降雨量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），即降雨量越大，徑流量越大。TN濃度與降雨量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），其他氮素指標(biāo)與降雨量、徑流量相關(guān)性不顯著，這與王京文等[12]的研究結(jié)果有所不同，而造成這現(xiàn)象的原因可能與試驗(yàn)地所處位置和施用有機(jī)肥量少有關(guān)。

3 討論

關(guān)于幼齡茶園實(shí)施草被覆蓋的生態(tài)效益已有較多報(bào)道，成齡茶園自身具有一定覆蓋，有利于水土保持，茶樹(shù)樹(shù)齡越長(zhǎng)，茶園土壤侵蝕量越少[5]，但是福建安溪5年生茶園依然存在水土流失，侵蝕強(qiáng)度為允許土壤侵蝕強(qiáng)度12倍[10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，降雨是引發(fā)地表徑流的主要驅(qū)動(dòng)力，試驗(yàn)區(qū)屬于徑流易發(fā)區(qū)，3月份就進(jìn)入雨季，先是梅雨不期而至，隨后又會(huì)受到臺(tái)風(fēng)的影響而形成強(qiáng)降雨，屬于豐水季節(jié)，而10月份到2月份屬于枯水季節(jié)。以降雨等級(jí)劃分[13]，2016-2018年觀測(cè)16場(chǎng)降雨事件中雨3次，大雨5次，暴雨8次，在此背景下降雨量與徑流量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）（表4）。不同種類的種植園氮素流失形態(tài)有所差異，有研究表明板栗林、柑橘園等經(jīng)濟(jì)林的氮素流失以NN為主[14-15]，本研究顯示茶園氮素也以NN流失為主。對(duì)照地表水質(zhì)TN濃度標(biāo)準(zhǔn)[16]，16場(chǎng)降雨事件清耕模式茶園徑流為Ⅲ～V類水，草被覆蓋模式茶園徑流為Ⅱ～V類水。本試驗(yàn)10年成齡茶園通過(guò)草被覆蓋，地表徑流量較清耕減少最高達(dá)0.02 m3·m-2，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），這與李太魁等[3-4]研究結(jié)果一致。茶園間作百喜草可降低氮素流失，防控農(nóng)業(yè)面源污染。

雖然本研究中氮素的流失與降雨量、徑流量相關(guān)性不顯著，且無(wú)法突出間作方式的優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明氮素的流失不單單跟降雨侵蝕、徑流強(qiáng)度有關(guān)，還可能與茶園種植位置、施用肥料等多種因素有關(guān)，具體原因則有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

10年生坡地茶園間作百喜草較清耕可減少?gòu)搅髁浚豁樒轮?，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為32.0 %、44.4 %、23.8 %、38.5 %、49.8 %、30.8 %；梯臺(tái)中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為26.4 %、37.9 %、21.9 %、49.5 %、51.7 %、53.3 %；降雨量和徑流量呈顯著正相關(guān)。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）

收稿日期：2023-02-01

作者簡(jiǎn)介：朱惠瓊，女，1993年生，科研助理，主要從事水土保持與面源污染研究。

*通信作者：羅旭輝，男，1979年生，碩士，研究員，主要從事水土保持與面源污染研究（E-mail：xuhui22203@163.com）。

基金項(xiàng)目：中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（2020L3030）。