有機無機肥配施及稻草覆蓋對中南丘陵茶園氮磷徑流流失的影響

庹海波，劉 強，彭建偉，龔 蓉，黃 維

（湖南農業大學資源環境學院，農田污染控制與農業資源利用湖南省重點實驗室，植物營養湖南省普通高等學校重點實驗室，土壤肥料資源高效利用國家工程實驗室，湖南 長沙 410128）

有機無機肥配施及稻草覆蓋對中南丘陵茶園氮磷徑流流失的影響

庹海波，劉 強，彭建偉，龔 蓉，黃 維

（湖南農業大學資源環境學院，農田污染控制與農業資源利用湖南省重點實驗室，植物營養湖南省普通高等學校重點實驗室，土壤肥料資源高效利用國家工程實驗室，湖南 長沙 410128）

為改善中南丘陵地區茶園土壤養分狀況、有效防控茶園氮磷徑流損失，采用田間小區試驗，以有機肥代替部分化學肥料、稻草覆蓋等處理，研究其在減少暴雨造成的農田徑流營養損失，從而減少農田氮磷對水體的污染方面的作用。結果表明，中南丘陵茶園，在相同降雨條件下，農民習慣施肥處理徑流流失量較大，但稻草覆蓋處理能有效減少徑流流失，同時稻草覆蓋對降低地表徑流中的氮磷濃度也有顯著作用，其中氮的降幅為24.32%～25.91%，磷的降幅為18.81%～19.23%；有機肥代替部分化肥并用稻草覆蓋處理對茶葉增產具有顯著作用。

富營養化；徑流污染；有機無機肥配施；中南丘陵茶園

隨著現代農業的發展和集約化生產水平的提高，人們使用各種化肥或化肥配施有機肥以及調節種植方式以求獲得高產量的農產品，這些施肥措施會對土壤氮磷徑流流失產生影響[1]。我國大部分茶園分布在以紅壤丘陵為主的坡地，種植過程中氮、磷營養隨地表徑流流失現象較為突出，加大了坡地茶園下游水體富營養化風險[2]。中南丘陵地區茶園是中國茶葉主產區之一，其土壤以含氮量低、有機質少的紅壤為主，如何合理施肥，有效改善土壤養分狀況，實現丘陵區茶葉安全高效生產和可持續發展，以及防控茶園氮磷徑流流失導致環境污染成為普遍關注的問題[3-5]。因此，系統研究坡地茶園地表徑流氮磷流失機理，并有針對性地提出有效的控制措施，對削減茶園氮磷營養流失負荷，減少對水體環境的污染，具有重要的理論和現實意義[6-10]。

在全面調查中南丘陵茶園土壤肥力水平和當地施肥水平與產量水平的基礎上，根據平衡施肥原理[11]，確定基肥用量和品種，采用肥料深施、秸稈還田等技術，通過田間小區試驗，研究不同管理方式對中南丘陵茶園氮磷徑流流失的差異以及茶葉產量等方面的影響，以期為中南丘陵茶園氮磷徑流流失防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

供試地點位于湖南省長沙縣百里茶廊的湘豐茶廠茶園，中亞熱帶北緣季風氣候，土壤為花崗巖母質發育的紅壤，年平均氣溫16.5～20.5℃。1月平均氣溫11.9℃，極端最低氣溫-5.2℃，7月平均氣溫27.9℃，極端最高氣溫39.l℃，≥10℃年有效積溫6539℃，年均降雨量1389mm，4～6月降雨占全年降雨總量的76%。

試驗茶樹品種為“福云早毫”，供試秸稈為當地晚稻稻草，2013年10月覆蓋，覆蓋量為1 000 kg/667m2。

供試肥料：尿素（含氮46.0%），過磷酸鈣（含P2O512.0%），硫酸鉀（含K2O 44.8%），日日春有機質肥（含有機質47.0%、N 2.0%、P2O51.0%、K2O 1.0%）。

供試土壤為花崗巖母質發育的紅壤，基本理化性狀：土壤pH值4.38；全N 1.86 g/kg；全P 0.19g/kg；全K 19.73mg/kg；速效K 145.21mg/kg；速效P 26.40 mg/kg；堿解N 124.02mg/kg；有機質24.00 g/kg。

1.2 試驗方案

試驗于2013年在湖南農業大學長沙縣金湘園茶葉基地進行，采用田間小區試驗，共設5個處理：T1，表示農民習慣施肥（CK）；T2，有機肥代替10%化學N肥；T3，有機肥代替10%化學N肥，并用稻草覆蓋；T4，有機肥代替10%化學P肥；T5，有機肥代替10%化學P肥，并用稻草覆蓋。

施肥量為N 41.37 kg/hm2、P2O52.75 kg/hm2、K2O 255.23 kg/hm2，施用有機肥（餅肥）部分根據其氮、磷、鉀含量相應地減少化肥用量，保證每個處理施用的氮、磷、鉀用量一致。各處理具體肥料用量見表1。

肥料分3次施用，即：氮肥總量的40%作為基肥施用、30%作為第一次追肥、30%作為第二次追肥；有機肥、磷肥和鉀肥全部作為基肥施入。基肥于2013年12月中旬施入，第一次追肥于4月初施入，第二次追肥于夏茶采摘后施入。

小區隨機排列，小區茶園面積32m2，每個小區兩個茶行。基肥是茶行中間開溝20 cm施入，追肥也要施5～10 cm深（切忌撒施），施后立即蓋土。小區除了施肥量不同外，其他管理條件都與大田生產一樣，進行常規化管理。

1.3 取樣方法

在茶園放置可收集徑流的容器（體積為1m）3，每個小區用不銹鋼檔板圍住，產生的徑流由于地勢的高差順著PVC管流入容器，容器自帶閥門。在降雨產生徑流后，根據測量計算徑流水量，采集徑流水樣。試驗小區為長方形，面積約30m（27.5m×4m）。各處理重復3次，隨機區組排列。

每次降雨結束并產生徑流液后，用刻度尺測量各個徑流池內水深度，并計算徑流水體積；每個徑流池用干凈塑料瓶取充分混勻的水樣500m L，立即帶回實驗室分析。取樣結束后，打開徑流池閥門，將徑流池內的徑流水排干并清洗干凈，蓋好蓋板，以備下次降雨用。

1.4 測定與數據分析方法

水樣中的總氮（TN），溶解態總氮（DN）用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度計法測定；銨態氮（NH4+-N）和硝態氮（NO3--N）使用流動分析儀測定；總磷（total phosphorus,TP）：取部分徑流液用過硫酸鉀消解-鉬銻抗比色法測定；可溶性總磷（totaldissolved phosphorus, TDP）：取部分徑流液過0.45μm濾膜，收集濾液用過硫酸鉀消解-鉬銻抗比色法測定。

磷徑流量=徑流液體積×徑流液中磷濃度；氮徑流量=徑流液體積×徑流液中氮濃度。

所有試驗數據采用M icrosoft Excel 2003進行整理和作圖，不同處理間差異采取DPSv7.05版軟件進行單因素方差分析，LSD法進行顯著性檢驗（P＜0.05），所有結果數據均以平均值的形式表達。

2 結果與分析

2.1 不同管理方式下茶園地表徑流總量

我國氣象部門規定的降雨強度標準：按12 h計，小雨≤5.0mm，中雨5.0～14.9mm，大雨15.0～29.9 mm，暴雨≥30.0mm。一般情況下旱地在小雨和中雨下很難產流，試驗中由于長期干旱無降雨或天氣炎熱，土壤含水率低，還有2次雖然降雨量超過15.0 mm，也沒有觀測到產生徑流或產生徑流下地很少。通過比較不同管理方式下茶園地表徑流系數，可以得知哪種處理能夠有效控制地表徑流流失。

由圖1可知，各小區地表徑流總量T1～T5依次分別為 1 311.86、1 278.88、853.91、1259.74和 856.36 m3/hm2，稻草覆蓋的2個處理T3和T5較低，未覆蓋稻草的3個處理T1、T2和T4較高，差異顯著；而稻草覆蓋的兩個處理T3和T5之間以及未覆蓋稻草的3個處理T1、T2和T4差異不顯著。說明添加稻草覆蓋降低徑流損失的效果好，而有機肥配施對地表徑流量無顯著影響。其原因可能是在覆蓋條件下，地面免受雨滴直接打擊，調節了地表徑流，增加了土壤入滲時間，削減了徑流動能，加強滲透性和抗沖性，從而減少了徑流量。

圖1 不同處理地表徑流總量比較（3～10月份）（注：圖中不同小/大寫字母表示差異達顯著/極顯著水平）

由圖2可知，各個時期地表徑流量測定值的處理間的差異與徑流總量的變化一致，稻草覆蓋的2個處理（T3和T5）較低，未覆蓋稻草的3個處理（T1、T2、和T4）較高。所測定的10個不同時期徑流量中，5月21日的徑流量最高，其次是4月29日、5月12日和6月8日，這是降雨量的差異所導致。

圖2 不同處理對不同時期地表徑流量的影響

2.2 不同管理方式下茶園徑流損失氮、磷養分的差異

2.2.1 不同管理方式對茶園徑流損失的氮素養分的影響

由表2可知，茶園徑流損失的總氮變化與徑流總量有類似的變化。稻草覆蓋的2個處理T3和T5較低，分別為11.20和10.97 kg/hm2，未覆蓋稻草的3個處理T1、T2和T4較高，分別為14.80、14.23和14.23 kg/hm2，差異顯著；而稻草覆蓋的2個處理間、未覆蓋稻草的3個處理間差異未達顯著水平。方差分析表明，有機肥代替10%化學N肥并用稻草覆蓋處理（T3）和有機肥代替10%化學P肥并用稻草覆蓋處理（T5）與農民常規施肥（T1）處理之間徑流總氮（TN）含量差異極顯著，T3和T5處理之間以及T1、T2和T4處理之間差異不顯著。可溶性氮、NH4+-N、NO3--N的處理間差異與總氮的變化一致，稻草覆蓋的2個處理T3和T5較低，未覆蓋稻草的3個處理T1、T2和T4較高，差異明顯；而稻草覆蓋的2個處理T3和T5之間以及未覆蓋稻草的3個處理T1、T2和T4差異不明顯。方差分析表明，可溶性氮T1、T2和T4與T5之間達到極顯著差異，T1、T2和T4與T3之間達到顯著差異；氨態氮T1、T2與T3之間有顯著差異；硝態氮T1、T4與T3、T5之間差異顯著。

由表2可知，每個處理NH4+-N、NO3--N的加和占總氮的比例為60.09%～66.27%，說明NH4+-N、NO3--N是氮素徑流流失的主要形式。有機肥代替化學能夠減少肥料中速效氮的含量，本試驗中有機肥代替10%化學N肥（T2）處理的總氮流失量略低于農民習慣施肥（T1）處理，且有機氮能夠改善土壤中氮素養分的形態，因此降低土壤速效氮含量是減少農田地表徑流氮養分流失的有效途徑。

與當地農民習慣施肥相比，有機肥代替10%化學N肥或10%化學P肥并用稻草覆蓋能有效地降低地表徑流氮素養分，其中氮的降幅為24.32%、25.91%。可能是稻草覆蓋作為隔離層避免了雨滴對土壤表層的直接撞擊濺蝕作用，否則，雨強較大時，裸露地表易形成土膜抑制水分下滲，使得土壤未達到飽和情況下就產流輸出。相同雨強下，地表覆蓋能明顯減緩徑流的輸出過程，這種現象同作物改變土壤表面匯流機制有關。

表2 不同管理方式下中南丘陵茶園地表徑流總量中氮素養分差異比較 （kg/667m2）

由圖3可知，在試驗測定的時段內，不同時期地表徑流損失總氮呈緩和遞減趨勢，而稻草覆蓋的2個處理較未覆蓋處理總氮流失趨勢緩和，流失量也相對較少，其原因可能是稻草覆蓋具有減少地表徑流流失量和保肥作用有關，從而有效的控制了氮肥的徑流損失流失，使得氮肥的肥效更持久。2.2.2 不同管理方式對茶園徑流損失的磷素養分的影響

圖3 不同處理各次取樣地表徑流總氮流失趨勢（3～10月份）

茶園徑流損失的總磷（TP）變化如表3所示，稻草覆蓋的2個處理T3和T5較低，顯著低于未覆蓋稻草的3個處理；而稻草覆蓋的2個處理T3和T5之間以及未覆蓋稻草的3個處理T1、T2和T4差異不顯著。可溶性磷的處理間差異與總磷的變化一致，顆粒態磷處理間差異均不顯著。

與農民習慣施肥相比，稻草覆蓋延長了產流時間，增大了入滲量，而覆蓋使得水分平穩下滲，空隙飽和后才有徑流流動。降雨產生兩種徑流模式：表面徑流和土壤內部徑流。在徑流早期，有覆蓋的土壤表面徑流中TP濃度較高，裸露土壤則相對較低，可能是由于降雨初期雨強不大，裸露土壤受雨滴打濺蝕作用不強，使得徑流初期顆粒磷含量不高。隨著降雨進行，雨強增大，徑流顆粒磷態磷含量增高。

表3 不同管理方式下中南丘陵茶園地表徑流總量中磷素養分差異比較 （kg/667m2）

由圖4可知，5個處理的地表徑流總磷流失受降雨強度的影響均呈波動遞減趨勢。稻草覆蓋的處理T3和T5較未覆蓋處理T1、T2和T4總磷流失趨勢緩和，總磷流失量也相對較少，其原因可能與稻草覆蓋減少地表徑流有關，從而有效控制了磷肥的流失量，使得磷肥對茶園的影響時間更持久。T1、T2和T4這3個處理均未覆蓋稻草，但T2和T4的地表徑流總磷流失量低于T1，即T2和T4比T1減緩總磷流失的效果要好。說明有機肥配施對減少磷素營養流失具有良好的作用，磷的降幅為18.81%～19.23%

圖4 不同處理各次取樣地表徑流總磷流失趨勢（3～10月）

2.3 不同管理方式下中南丘陵茶園春茶茶葉產量比較

不同管理方式下，T3和T5的產量較高，分別為1 700.7和1 706.0 kg/hm2，其次是T2和T4，分別為1 664.3和1 669.7 kg/hm2，對照處理最低，為1 651.7 kg/hm2。方差分析表明，T3和T5極顯著高于其他3個處理，增產幅度為2.66%～3.62%。這可能是因為有機肥代替10%化學N肥或10%化學P肥并用稻草覆蓋有效地減少了地表徑流總量以及土壤中氮、磷養分徑流流失，有效補充了土壤中水分和氮、磷養分。且由于稻草覆蓋的作用，稻草下面的土壤溫度相對升高，有利于土壤微生物和增強酶的活性，加速土壤中營養物質和稻草自身的物質轉化，增加速效氮、磷、鉀等養分，從而增肥保肥和促進養分釋放。

3 小結與討論

近年來，有關農業面源污染防控技術研究已越來越受到國內外重視，但防控技術主要集中在減量施肥、生態溝阻控、濕地消納等方面[12-14]，但在不同管理方式下，研究茶園氮磷徑流流失的差異以及對土壤質量、土壤肥力、茶樹生長與茶葉品質、環境效應等方面的影響的研究卻少有報道。目前國內面源污染方面的研究主要針對太湖、滇池等重污染區，而對中南丘陵地區的面源污染研究較少。本研究結果如下：

（1）相同降雨條件下，中南丘陵茶園在當地常規管理下徑流流失量較大，但稻草覆蓋處理能有效減少徑流流失，降低幅度達到34.70%～34.94%。

（2）相同降雨條件下，稻草覆蓋對降低地表徑流中的氮磷濃度有顯著作用，氮的降幅為24.32%～25.91%，降雨中氮損失以無機氮為主，尤其以NO3--N、NH4+-N為主；磷的降幅為18.81%～19.23%。

（3）有機肥代替化學氮10%并用稻草覆蓋和有機肥代替化學磷10%并用稻草覆蓋對于茶葉增產具有顯著作用，增產幅度為2.66%～3.62%。

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（責任編輯：盧紅玲）

Combining Application of O rganic and Inorganic Fertilizer and Straw Mulching on Nitrogen and Phosphorus Runoff Losses in South-Central hilly Tea Garden

TUO Hai-bo，LIU Qiang，PENG Jian-wei，GONG Rong，HUANGWei
（College of Resources and Environment,Hunan Key Laboratory of Farmland Pollution Control and Agricultural Resources Use,Hunan Key Laboratory of Plant Nutrition in Common University,National Engineering Laboratory on Soil and Fertilizer Resources Efficient Utilization, Hunan Agricultural University,Changsha 410128,PRC）

In order to improve soil nutrient status,prevent and control nitrogen and phosphorus runoff losses effectively in south-central hilly tea garden,the field plot testwas carried out by using organic fertilizer instead of part of the chemical fertilizer and straw cover treatment to study the effecton farm land nitrogen and phosphorus pollution reduction in water and the runoff nutrient loss caused by heavy rain was investigated.The results showed that under the condition of same rainfall,the runoff loss in conventional fertilize treatment of farmers was themost serious,and the straw mulching treatment effectively reduced the runoff loss and concentration of nitrogen and phosphorus in the surface runoff.The nitrogen concentration in runoff decreased by 24.32%～25.91%,and the phosphorus concentration decreased by 18.81%～19.23%.Meanwhile,the organicmanure replacing parts of the chem ical fertilizerand straw mulching treatment in tea increased tea yield significantly.

eutrophication;runoff pollution;application of organic and inorganic fertilizer;south-centralhilly teagarden

S157

A

1006-060X（2015）01-0056-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.01.020

2014-11-19

南方丘陵山地農區農業面源防控技術集成與示范（2012B A D15B04）；湖南省科技廳重點項目（2013N K2002）；湖南省科技計劃項目（2013N K3046）；湖南省高校創新平臺開放基金項目（12K065）；湖南省研究生科研創新項目（C X2012B289）

庹海波（1992-），男，湖南澧縣人，碩士研究生，研究方向為植物營養生理與生態。

彭建偉