木芙蓉園地徑流水中氮磷流失狀況監測研究

丁鵬，葉勇標，潘滔，洪慶紅*

(1.蘭溪市農村能源指導中心，浙江 蘭溪 321100； 2.金華職業技術學院 制藥學院，浙江 金華 321017)

木芙蓉作為錦葵科木槿屬落葉灌木或小喬木，具有藥用、綠化、觀賞、食用、環保等價值，在我國廣為種植[1]。浙中地區的降水等方面的自然條件較符合木芙蓉的生長需求[2]，其種植成為不少農村的特色產業。為獲得好收成，施肥必不可少，同時也產生了農業面源污染，由此引起水體富營養化等環境問題[3]。為了更好地指導種植木芙蓉農戶進行合理施肥，并更好地控制農業面源污染對地表水的污染程度，對木芙蓉旱地因施肥方案不同在自然降雨影響下造成地表徑流中氮磷的流失規律進行初步研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年在浙江省蘭溪市水亭鄉水亭村進行，供試土壤為紫色土，質地屬于重黏土。土壤耕作層(0～20 cm)與心土層(20～40 cm)的基本性質為：耕作層中含有機質、全氮分別為9.87、0.962 g·kg-1，硝酸鹽、氨氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀分別為113.11、5.03、4.16、118、329 mg·kg-1；心土層中含有機質、全氮分別為6.76、0.506 g·kg-1，硝酸鹽、氨氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀分別為60.36、2.25、1.53、93、293 mg·kg-1。

1.2 處理設計

有12個旱地小區，每小區33 m2(長6.6 m，寬5 m)，各小區間用水泥田埂隔開(防滲防漏)。每小區一側分別修筑設有PVC排水口和徑流池，遇降雨產生徑流時，各小區排水口將徑流匯集到徑流池。徑流池內壁長2.25 m，寬1.20 m，內側深1 m，徑流池上方用PC陽光板蓋住以防雨，池底安裝排水閥，每次取完徑流水后將水用泵排出并洗凈池子。

本試驗參考當地農事操作習慣，設4個施肥處理方案，即不施肥處理(CK)、復合肥(CT)、優化復合肥(BS)、有機肥與復合肥(NSPC-BS)。其中，CT為施用復合肥(16-16-16)(湖北澳特爾化工有限公司)，折算成年施用量，N、P2O5、K2O均為72 kg·hm-2；BS為施用優化復合肥(N 24%、P2O510%、K2O 14%，史丹利化肥股份有限公司)，折算成年施用量，N、P2O5、K2O分別為72、30、42 kg·hm-2；NSPC-BS是在方案BS的基礎上，再增加商品有機肥(浙江金華九峰牧場)，折算成年施用量，有機肥N、P2O5、K2O施用量分別為56.25、75.00、56.25 kg·hm-2。肥料施用量折算成年施用量，N、P2O5、K2O施用量合計為128.25、105.00、98.25 kg·hm-2。重復3次。

1.3 雨水和徑流池水樣采集

用雨量計測量降雨量，并測量各徑流池內水深。用潔凈塑料瓶采集雨水樣和徑流池水樣，并及時進行氮磷指標檢測。

1.4 田間管理

4月9日，每小區栽種木芙蓉幼苗24棵，為防止木芙蓉被水淹沒，農戶對各小區作3條壟(壟高為15 cm、壟寬為150 cm)；5月23日，對各小區分別按1.2試驗設計進行3種施肥方案處理，施肥方式為在每行木芙蓉的兩側劃兩道淺溝，施肥后以薄土覆蓋。

1.5 測試方法

2 結果與分析

2.1 木芙蓉小區降雨產生徑流狀況

經現場監測發現，當日降雨量在20 mm及以下時，各試驗小區泥土僅被土壤濕潤或飽和，不產生徑流；當日降雨量超過30 mm及以上時，紫色土的旱地受雨水的沖刷，有明顯徑流，且伴有紫色土小顆粒一起匯集到徑流池中。表1顯示，5月23日施肥，從5月24日至7月24日共下雨11場，受梅雨季節延期影響，各小區總降雨量高達782 mm，每小區平均產生徑流量達19 475 L。

表1 不同降雨期的雨量徑流量及氮磷濃度

2.2 降雨中氮磷濃度分析

從表1可知，雨水中總氮濃度(TN)為0.38～1.81 mg·kg-1，總磷濃度(TP)為0.000 4～0.056 0 mg·kg-1，由雨量和小區面積折算出各試驗小區因降雨帶入的氮累積量有2 620 3 mg，磷累積量有342 mg，折算該季當地降雨帶入各小區的氮磷負荷分別為7.94和0.10 kg·hm-2。

2.3 徑流中氮素流失分析

2.3.1 施肥后徑流中TN濃度的變化

從圖1可知，施肥后第一次降雨是在施肥后第5天，這時徑流中TN出現一個顯著高峰，NSPC-BS中的TN最高，達到35.37 mg·kg-1，是CK的5.8倍。此后，3種施肥方案徑流中TN逐漸降低，但到第15天時，仍有6.29～9.14 mg·kg-1。參照GB 3838—2002《地表水環境質量標準》，Ⅴ類水的標準為2.0 mg·L-1，說明此階段主要的污染因子是TN。到第30天時，各施肥方案的TN仍有1.4～1.8 mg·kg-1，高于地表水Ⅲ類水標準(1.0 mg·kg-1)。到第47天以后，BS、NSPC-BS的TN開始低于1.0 mg·kg-1，而CT的TN濃度要到第57天以后才開始降至1.0 mg·kg-1以下，表明肥料有效成分流失不僅與徑流中相關物質的濃度有關，還跟徑流水總量有關，而徑流水總量主要取決于降雨量，也與降雨強度、持續時間有關[4]。

圖1 施肥后徑流中TN濃度的變化

2.3.2 施肥后徑流中TN量的變化

從圖2可以看出，施肥后第5天的徑流中TN濃度較高，但由于產生的徑流量較小，所以流失氮量不高。施肥后第8天，雨量為83 mm，徑流量為2 241 L，此時徑流量大，TN濃度也最高，流失的氮最多。

圖2 施肥后徑流中TN量的變化

5月27日至6月6日(施肥后第15天)間下了五場雨，總降雨量為330 mm，平均每小區產生的徑流量為7 579 L，降水總量約為試驗期總降水量的42%，產生的徑流量約為生長期總徑流量的40%，而這期間徑流中的TN量占生長期徑流水TN量的比例非常高。

由表2可知，3種施肥方案中，施肥后15日內流失的TN量即占到施肥與降雨補充氮量的28%～51%，不僅造成肥料有效成分的損失，而且對水環境也造成很大污染。要想減少這一負面作用，可能需要其他的施肥處理方式，如加大施肥深度、使用緩控釋肥等。

表2 徑流中流失TN的量

不施肥時(CK)，降雨導致的徑流所帶走的氮要比其帶來的氮更多，造成土壤中氮含量降低。相比CT而言，BS施肥后徑流中TN的濃度較高，流失較快。這應該與2種肥料的成分不同有關，BS中氮肥的溶解性更高，降雨后更易流失。

方案NSPC-BS同樣在早期即有大量氮流失，但與BS相比，其氮流失量有所下降，流失TN量占補充氮的比例遠小于BS與CT 2種方案，表明有機肥配施化肥能顯著降低土壤氮素徑流損失，這與其他研究在旱地或菜地上的結論一致[5-8]。商品有機肥經過高溫腐熟發酵處理后，對其進行無害化處理，降解了其中大量的有害物質，可向土壤中補充有機氮、有機磷，并改變微生物豐度[9-11]。

2.3.3 徑流中DN占TN的比例變化

由表3可知，3種施肥方案產生的初期徑流中DN占TN的比例達87%～93%，明顯高于CK，之后降雨徑流中DN的比例逐漸下降，但2個月后仍有70%左右，表明在3種施肥處理情況下，氮素均以水溶性養分流失為主。

表3 徑流中DN與TN的比例變化

圖3 徑流中的濃度和量隨施肥天數的變化

表4 不同施肥措施徑流中累積流失的和量

2.4 徑流水中磷流失狀況

2.4.1 各施肥方案徑流中TP流失狀況

圖4 徑流中TP的濃度和量隨施肥天數的變化

2.4.2 各施肥方案徑流中DP與TP的比例變化

表5給出施肥后63天內不同施肥方案徑流中DP與TP的關系。直到施肥后第30天，CT排出的徑流中TP濃度仍有0.104 mg·kg-1，而DP濃度為0.024 mg·kg-1，此時水中的磷主要由顆粒性磷貢獻；其他幾種處理方案(CK、BS、NSPC-BS)在施肥初期，后3種方案徑流水中可溶性磷的比例較高，而隨著時間的推移，可溶性總磷損失多，顆粒磷的比例總體上有增加的趨勢。

表5 徑流中DP與TP的比例變化

2.4.3 徑流中總磷量對地表水的貢獻狀況

由表6可知，徑流中帶出的TP量不多，<1 kg·hm-2。從試驗土壤的基礎理化性質來看，其本身含磷量較低，再加上植物對磷的吸收，磷容易被土壤固定，使得磷的流失較少，這與類似條件下的有關研究相符[12-14]，也有研究者給出更高一些的總磷流失量[15]，顯然這是由于氣候、土壤、耕作方式等諸多因素的不同而引起的[10]；盡管磷的流失量不多，但仍大于降雨帶來的磷的補充量，不施肥的話，土壤中的含磷量會逐漸減少；混合施用有機肥時，磷的流失比例減少。

表6 徑流中流失TP量情況

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