自然降雨條件下南方濕潤平原農田氮磷流失初探

王永尚

(浙江省農業農村生態與能源總站，浙江 杭州 310012)

我國農田氮肥、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田中顆粒態和水溶態的養分，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化的非點源污染[3]。因此，研究農田降雨地表徑流氮、磷養分流失規律，對協調農業生產與水環境保護具有重要意義。目前，對于農田氮、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、降雨量與農田地表徑流量含氮磷量的相關關系；另一種則是利用野外或室內人工降雨實驗獲得有關參數以開展定量研究[4]。本文是利用第一種方法對嘉興市海寧地區露地蔬菜種植模式監測點進行1個年度的監測和數據分析得出的初步結論。

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120.734°E，30.436°N，海拔5.33 m。屬南方濕潤平原區，地勢平坦，最高地下水位1 m。土壤質地黏土，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 處理設計

試驗設3個施肥處理：農民常規處理(CK)；肥料減量處理；綜合優化處理(在肥料減量處理基礎上對肥料施用方式、秸稈還田等田間操作方法優化)。小區面積37.5 m2(7.5 m×5.0 m)，重復3次。各小區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茬蔬菜當地常規處理(CK)、肥料減量處理、綜合優化處理每小區共施用氮素(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：每次產生的徑流均單獨計量、采樣。連續降雨時，徑流池水量達到80%后，計算徑流量并采集徑流水樣。每次產生徑流后，準確測量田間徑流池內水面高度(精確至mm)，計算徑流水體積(底面積×高)。在記錄完產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，取水樣分裝到已經準備好的2個樣品瓶中。樣品瓶容量500 mL。

降雨水樣：各監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，硝態氮用紫外分光光度法，銨態氮用靛酚藍比色法，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平均數和進入每個小區內的量。表1表明，降雨中總氮平均濃度已經超過了GB 3838—2002《地表水環境質量標準》V類水質標準限值2 mg·L-1。由于降雨后將有一大部分會揮發或通過地下淋溶、地表徑流方式擴散到其他區域，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氮磷養分的數量

2.2 地表徑流輸出氮磷量與作物產量

試驗期間露地蔬菜監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類標準限值2 mg·L-1；總磷的濃度遠超過上述標準中總磷的V類標準限值0.4 mg·L-1。降雨中總氮平均濃度已經超過了V類水質標準，因此，降雨也是導致地表徑流氮素超標的因素之一。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。

硝態氮是各類田塊降雨徑流中無機氮的主要形態，占總氮的50%～70%。徑流流失中氨態氮的濃度較小，僅占總氮濃度5%～35%。可溶態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種蔬菜產量降低并不明顯，而茄子產量反而略有增加。

表3 露地蔬菜在3種施肥處理下3茬產量

2.3 地表徑流氮磷流失量的影響因子

經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：農民常規處理、肥料減量處理、綜合優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

本試驗條件下，農田地表徑流中總氮、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類標準限值，但基本符合GB 5084—1992《農業灌溉水質標準》；降雨中總氮平均濃度也超過V類水質標準。總氮徑流流失率占輸入總量的3%～5%，總磷占1%左右。可溶態氮是天然降雨徑流流失氮素的主要形態，其中硝態氮又是可溶態氮素的主要形態，氨態氮占比較小。