白馬湖周邊農作物面源污染控制技術研究

郝達平　鞠偉　張新星

摘要 面源污染受降雨、土壤類型、土地利用類型和地形條件等的影響，具有間歇性、地域性和不確定性，農村面源污染形成后，單純依靠末端治理技術很難對其形成全面有效的控制。治標更要治本，對農村面源污染擬采用源頭控制與末端治理相結合的措施，著重從農田面源污染控制方面對農村面源進行污染控制技術研究。開展了農作物面源污染控制研究，擬通過調整施肥模式，控制農作物所產生的污染負荷量，以達到保護白馬湖水環境的目的。

關鍵詞 農作物；施肥模式；污染負荷；污染控制；白馬湖

中圖分類號 X592 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）03-00856-04

Abstract Non-point source （NPS） pollution is intermittent， regional and uncertain affected by the rainfall， soil， land use， and topography. When NPS pollution occurs in rural areas， it is difficult to control effectively if only the end-of-pipe （EOP） treatment is taken； thus， a method to tackling the root of the problem is in need. As a consequence， the combination of source control and EOP treatment is intended to serve as a way of controlling NPS pollution in the rural areas. This paper focuses on the research on the rural NPS pollution control technology in terms of the agricultural NPS pollution. The research was carried out by changing fertilization mode， thereby controlling the pollution load of crops as well as implementing the environmental protection of the White Horse Lake.

Key words Crops； Fertilization model； Pollution load； Pollution control； White Horse Lake

白馬湖地處淮河流域下游，是江蘇省十大淡水湖之一，位于淮安市境內東南邊緣。白馬湖是南水北調東線工程輸水干線，也是淮安市第二水源地，其水質好壞直接關系到南水北調東線工程調水水質和淮安市飲用水安全。2010年以前，地處南水北調東線沿線的洪澤縣全縣生產、生活廢污水主要通過潯河匯入白馬湖，致使白馬湖水質常年較差。為改善白馬湖水質，保證南水北調東線工程調水和淮安市區飲用水水質安全，2009年5月至2010年9月，相關部門開展了洪澤尾水收集處理及利用工程可行性研究，通過加大洪澤縣廢污水收集力度，擴大現有污水處理廠規模，新建清澗污水處理廠，并充分利用寧連高速公路東側的綠化地帶對污水處理廠達標排放的尾水進行生物-生態處理，處理后的尾水回用于周邊農業灌溉、河道生態環境補水、城市雜用水、林地澆灌用水等，多余部分排入淮河入海水道[1]。目前該項工程已經實施。

隨著對工業廢水和城市生活污水等點源污染的有效控制，面源污染尤其是農業生產和農村生活活動引起的農業面源污染已成為水環境污染的最重要來源，其中農作物種植過程中的化肥農藥的流失是農業生產引起的農業面源的最重要來源[2-3]。為此，開展了農作物面源污染控制研究，擬通過調整施肥模式，控制農作物所產生的污染負荷量，以達到保護白馬湖水環境的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗田地選取

試驗田塊選擇時主要考慮以下幾個因素：田塊的形狀、位置和種植模式。選擇的田塊形狀應比較規則，這樣有利于處理單元的分割；田塊所處位置坡度小于2%，田塊雨天排水入周邊河溝后，最終匯入白馬湖；所選田塊是稻麥輪作、水稻種植方式是直播方式。通過對白馬湖周邊實地查勘，結合區域內主要是以稻麥輪作為主的耕地方式，選取洪澤縣岔河鎮其虎村一處規則農田作為區域內典型地塊進行農田面源污染控制試驗。

1.2 試驗田地基本農化性質

大田試驗于2013年6月至11月在白馬湖周邊洪澤縣岔河鎮其虎村進行。供試土壤為水稻土，基本農化性質為：有機質（40.9 g/kg）、全氮（1.58 g/kg）、全磷（0.86 g/kg）。

1.3 供試化肥及水稻品種與種植

試驗用的緩釋肥為加拿大獨資生產的漢楓牌緩釋復合肥，采用微晶石蠟、硫養分雙涂層和生物碳能技術，有效成分氮、磷、鉀含量分別為20%、10%、10%。尿素（46%）、過磷酸鈣（P2O5含量12%）、氯化鉀（57%）都是淮安當地生產的。水稻品種為淮稻5號，該品種可試性強，播種量112.5 kg/hm2。

近年來，白馬湖周邊農戶采用直播種植方式比較多，因此試驗中水稻種植方式選用直播方式[4]。

播種時間為2013年6月12號，基肥時間為6月25號，分蘗肥時間為7月22，促花肥時間為8月13號，保花肥時間為8月23號。10月底水稻收割。

1.4 試驗田塊劃分

試驗田地長102 m、寬20 m，占地約0.2 hm2，形狀為規則的長方形。根據試驗方案將田塊劃分為5種類型，即常規施肥種植、緩釋肥施肥種植、減量緩釋肥種植、科學施肥種植以及不施肥種植（空白），前面4種類型各設置2塊平行種植，試驗田塊分布見圖1。

1.5 施肥方案

試驗設當地常規施肥、緩釋肥、緩釋肥減量、科學施肥和空白對照（不施肥）5個處理區，每處理2次重復，試驗區總面積2 000 m2，各小區面積相等，用防水隔板隔開，每小區單元的進出水口采用閘板式進出水。各處理單元施肥水平是：科學施肥處理每公頃270 kg純氮，磷肥、鉀肥

按N∶P2O5∶KCl=1.0∶0.5∶0.5水平施用；緩釋肥施氮量及氮、磷、鉀比例和科學施肥單元相同，緩釋肥減量單元施肥水平按緩釋肥單元相應減20%；常規施肥單元按合作農戶習慣施肥。農戶施肥品種為當地生產的復合肥（15∶15∶15）和尿素（46%），施肥習慣是看苗施肥，折純氮450 kg/hm2；N∶P2O5∶KCl=1.0∶0.3∶0.3。

科學施肥單元、緩釋肥單元、緩釋肥減量單元根據植物生長階段按比例施肥，具體施用方案詳見表1和表2。在水稻整個生育期間，采取淺干濕灌溉、適當曬田的方式，即灌溉時保持田間水層較淺，一般灌水3 cm左右，水稻收獲前30 d，田間排水曬田，便于收獲。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對水稻性狀及產量的影響

單位面積上的有效穗數、每穗總粒數、結實率和千粒重構成水稻產量，其中有效穗數在某種范圍內起到決定性作用，其次是每穗實粒數與結實率。

由表3可見，與空白對照處理相比，各施肥處理提高了水稻有效穗、每穗總粒數、結實率、千粒重及產量。從穗粒結構看，科學施肥有效穗數最高，比不施肥高46.93%，比常規施肥和等量緩釋高1.8%，等量緩釋比減量緩釋高19.14%；從產量結構看，施肥的各個處理產量均比不施肥的處理明顯提高，科學施肥產量最高，比不施肥增產46.89%，比常規施肥、等量緩釋分別增產6.2%、18.7%，等量緩釋比減量緩釋增產18.06%。

映作物對土壤中氮肥的回收利用效果，也是田間肥料流失量評價的重要依據。由表4可知，減量緩釋單元氮肥利用率最高，科學施肥次之，減量緩釋、科學施肥、緩釋肥單元氮肥利用率差異很小，常規施肥利用率最低，科學施肥氮肥利用率比常規施肥高53.85%，差異很大，采用科學施肥和新型肥料都能提高肥料的利用率。

從磷元素利用效果看，4種處理單元利用率都低于20%，緩釋肥的磷元素利用率最高，科學施肥次之，常規施肥磷元素利用率最低，等量緩釋比科學施肥高15.18%，等量緩釋比減量緩釋高21.23%，科學施肥比常規施肥高7.5%。磷肥利用率低的原因可能是試驗施用的肥料全是化肥，沒有有機肥，這樣磷肥就很容易與土壤中鐵、鋁、鈣、鎂等元素發生化學反應，變成難溶性磷肥，植株就無法吸收。

由此可見，使用緩釋肥對提高肥料的利用率有顯著效果。試驗用的緩釋肥屬于硫包膜緩釋肥，土壤顆粒與硫包膜中的石蠟進行反應，這樣就形成了緩釋尿素的開孔通道，改變了傳統化肥養分的溶出性，通過延長或控制肥料養分釋放，使土壤養分的供應與作物需肥要求協調，從而提高肥料的利用率。

2.3 不同施肥處理對稻田田面水總氮的影響

通過對水稻生育期內各處理單元對田面水總氮的影響比較，結果表明，各施肥處理總氮含量均高于空白處理，在施肥單元中，減量緩釋總氮平均濃度最低，常規施肥單元總氮平均濃度最高；在每個生長期（苗期-分蘗期-促花期-保花期）之間，隨著氮肥追施，各處理單元總氮濃度增加，由于植物生長營養需求，各處理單元的總氮濃度又呈現下降趨勢（圖2），這種變化在科學施肥單元表現比較明顯，減量緩釋單元變化趨緩，其田間總氮濃度在各施肥單元中最低。科學施肥單元在分蘗期前，田間水體總氮濃度比常規施肥高，兩種緩釋單元田間水體總氮濃度比常規施肥低，可能原因是科學施肥基肥施用量比常規施肥多，普通肥料快速溶解好，導致水體總氮濃度增加，而等量緩釋由于肥料外層包裹膜層，根據植物生長規律來控制養分釋放速度，不僅提高了肥料利用率，還相應降低了水體總氮濃度。播種50 d后，等量緩釋單元田間水體總氮濃度比科學施肥高，原因可能是50 d后，緩釋肥包膜層逐步打開，養分釋放速度加快，引起溶解在水體的總氮濃度增高。但在后期稻穗灌漿期，科學施肥、等量緩釋、減量緩釋單元田間總氮濃度下降趨勢一致，常規施肥總氮濃度下降較平緩。

綜上所述，采用新型緩釋肥可以有效降低田面水總氮損失風險，緩慢釋放氮素以滿足水稻生長后期對氮素的需求。

2.4 不同施肥處理對稻田田面水總磷的影響

通過對不同處理水稻生長過程中稻田水體總磷變化的分析，結果表明，各施肥處理總磷含量均高于空白處理；不施肥單元和施肥單元中的科學施肥、緩釋肥及緩釋減量單元在整個生長期的總磷濃度呈現下降趨勢，而常規施肥單元總磷含量從苗期到分蘗期呈上升勢頭，促花至孕穗期呈下降趨勢，在各處理單元總磷含量最高（圖3），這可能與農戶分次施磷肥方式有關。試驗期間，各單元總磷平均含量是常規施肥>科學施肥>緩釋肥>緩釋減量>不施肥。

2.5 不同施肥處理對水體污染負荷的影響

2.5.1 對總氮的影響。

植物的生長離不開營養的攝入，不施肥的方式產量太低，僅作參照，不參與比較。按照常規施肥的方式田面水體中總氮含量最高，減量緩釋肥田面水體中總氮含量最低，科學施肥及等量緩釋施肥大致相當。因此，常規施肥對水體污染產生的負荷最大，減量緩釋肥施肥方式對水體污染產生的負荷最小，科學施肥及等量緩釋施肥方式處于中間，水平大致相當。

對照不同施肥方式的產量，科學施肥方式產量最高，常規施肥方式次之，等量緩釋肥施肥方式列第三。肥料利用率方面，科學施肥、等量緩釋、減量緩釋相差不大。因此綜合考慮不同施肥方式的產量及對水體總氮污染負荷的貢獻，科學施肥是最合理的選擇，不僅產量高，而且造成的農田面源總氮污染負荷最小；其次是等量緩釋肥施肥方式，盡管該種施肥方式產量略低，但它對水體總氮污染負荷低，產生的農田面源污染負荷小，在大力加強生態建設的前提下，采用等量緩釋肥施肥的方式也是值得提倡的。

2.5.2 對總磷的影響。

按照常規施肥的方式田面水體中總磷含量最高，減量緩釋肥田面水體中總磷含量最低，科學施肥略高于等量緩釋施肥。因此，常規施肥對水體污染產生的負荷最大，減量緩釋肥施肥方式對水體污染產生的負荷最小。

對照不同施肥方式的產量，科學施肥方式產量最高，常規施肥方式次之，等量緩釋肥施肥方式列第三。肥料利用率方面，等量緩釋施肥方式對磷元素的利用率最高。因此綜合考慮不同施肥方式的產量、肥料的利用率及對水體總磷污染負荷的貢獻，科學施肥及等量緩釋肥施肥方式都是比較合理的選擇。

3 結論與討論

（1）在等量施肥條件下，科學施肥產量最高，采用科學施肥能夠增加水稻產量。科學施肥比不施肥增產46.89%，比常規施肥、等量緩釋分別增產6.2%、18.7%，等量緩釋比減量緩釋增產18.06%。施肥量與增產有一定關系，但過度施肥并沒有明顯的增產效應。

（2）采用科學施肥和新型肥料都能提高肥料的利用率，這對減少肥料中氮磷對周邊水體的貢獻將起到非常積極的作用。減量緩釋單元氮肥利用率最高，科學施肥次之，減量緩釋、科學施肥及緩釋肥單元氮肥利用率差異很小，科學施肥氮肥利用率比常規施肥高53.85%，差異很大；由于單一使用化肥，4種處理單元磷元素利用率都低于20%，緩釋肥單元磷元素利用率最高，常規施肥磷元素利用率最低，等量緩釋比科學施肥高15.18%，等量緩釋比減量緩釋高21.23%，科學施肥比常規施肥高7.5%。

（3）田間水體氮元素含量隨著植物生長和施肥次數發生變化，在兩次施肥之間，施肥后田間水體總氮增加，施肥單元中減量緩釋肥水體總氮濃度最低；田間水體總磷含量隨著植物生長，都呈下降趨勢，減量緩釋單元下降最快。采用緩釋肥可以降低田間水體氮磷濃度。在各施肥單元中，減量緩釋單元水體總氮平均濃度和總磷平均濃度都最低，常規施肥單元最高。

（4）科學施肥方式不僅產量高，而且對水體產生的總氮污染負荷最低，產生的總磷負荷相對較低；等量緩釋肥施肥方式，產量略低，但該方式對水體產生的總氮、總磷污染負荷相對不高，對總氮、總磷的利用率相對較高。因此，科學施肥及等量緩釋肥施肥方式是值得提倡的。

（5）根據區域內化肥投入狀況，要提高肥料利用率，控制農業面源污染。實施“沃土工程”改善農業生態環境，大力推廣“平衡（測土）施肥”技術，通過長期定位監測、肥料效應試驗等，為制定每季作物的合理施肥提供科學依據 。推廣應用適合本地土壤、作物的專用（復合）肥，通過減少單質化肥的使用、減少施肥環節等，提高肥料利用率，減少農業面源污染。實施“補鉀工程”，提倡多施有機肥，有機、無機肥料配合使用，研究秸稈還田新技術，提倡秸稈還田。

（6）加強農藥使用的監督執法工作，用法律手段促進農藥安全、科學、合理地使用。加強病蟲害抗性監測，通過科學、合理用藥，延緩病蟲害抗性的產生，減少農藥使用次數和使用量。調整農藥結構，研究開發低毒高效的新型農藥和生物防治新技術和新產品。積極推廣應用環保型農藥，加強農作物無害化治理技術的試驗研究和技術推廣，指導農戶科學合理使用農藥。

（7）走現代化農業道路。根據各地區特點和農業的主要任務，合理利用生物資源、土地資源、水資源和能源，充分發揮現代農業對環境的調節功能，為保持良好的生態環境做出貢獻[5]。實現農業可持續增長，必須既要合理利用自然資源，發展“一優兩高”農業，又要保持良好的生態環境，促進農業的可持續發展。

（8）調整優化農業結構。加強綜合開發，形成結構合理全面發展的大農業格局。推廣生態技術，建設生態農業；合理推廣立體種植、養殖技術。實現生產經營適度規模化、農業生產結構合理化、農產品品種多樣化和品質優良化，實現農業生產的高產、優質、高效和低耗，變粗放經營為集約經營，實現農業可持續發展的目的。

（9）面源污染的形成具有隨機性大、模糊性強、分布廣泛，滯后性和潛在性強的特點，加上在污染控制中缺乏相應的生態管理技術和管理方法，在將來的面源污染控制研究中，在模型評價估算層面上，應將數學模型和3S技術相結合，揭示污染物在流域內的空間分布；在技術層面上，應加強治理手段的定量化評價，通過運用生態工程評價去除營養物質的效果，并在此基礎上進行環境-經濟的綜合量化評估；在管理層面上，著重研究在總量控制背景條件下的點源-面源的排污權交易，利用市場手段減少總污染的發生。

參考文獻

[1] 郝達平.南水北調東線沿線城市尾水處理方案比選[J].水資源保護，2013，29（6）：85-90.

[2] 白玉華，郭巖，張巖.我國農村水環境面源污染原因及對策分析[J].給水排水，2009，35（S1）：21-25.

[3] 朱德龍，楊春妍.農村面源污染現狀與防治[J].遼寧科技大學學報，2010，33（4）：415-417.

[4] 史三平.水稻直播技術[J].農技服務，2012，29（1）：9，65.

[5] 賈蕊，陸遷，何學松.我國農業污染現狀、原因及對策研究[J].中國農業科技導報，2006，8（1）：59-63.