不同養分替代模式對控制氮磷流失的影響

訾利梅 方一平

摘 要：近年來，由種植業帶來的農業面源污染已成為各地區和流域水體污染物的重要來源之一。該文基于養分替代模式下化肥減量增效控制農田的氮磷流失研究，分析了不同農田養分替代模式下對化肥減量增效及控制農田氮磷流失的影響，提出了相關農業面源污染防治的對策建議。結果表明：基于養分替代模式的農田施肥種類、施肥用量及施肥方式得到了優化改善，減少了傳統化肥的施用投入量。在同等產量水平下，養分替代可以減少農田氮磷的流失，促進化肥減量增效，對于農業面源污染防控具有重要意義。

關鍵詞：養分替代;化肥減量增效;農田;氮磷流失

中圖分類號 S147.2文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）07-0073-03

在農業生產中，化肥投入仍然是糧食作物增產最迅速有效的途徑和措施，化肥的施用對農業生產具有重要意義[1]。根據聯合國糧農組織的相關統計表明，在大部分發展中國家，糧食作物55%的增產量來自化肥施用的作用。但是過量施用單一化肥及施肥結構不合理，不僅不能大幅度地提高產量，甚至造成農產品品質下降，降低肥料利用率[2]。相關研究表明，麥稻輪作制下農田氮肥流失率在6%～9%，磷肥流失率在0.45%～1.2%[3-4]。不合理的施肥會破壞土壤結構、農田過量的氮磷養分流失等可能造成水體富營養化，危害生態環境[5-6]。近年來，隨著工業化和城市化進程的加快，生態環境受到明顯損害。因此，加強農田的面源污染控制研究，提出針對農田減少氮磷流失的養分替代技術，可以減少因施肥過量及施肥結構不合理等造成的農田面源污染[7-8]。并且豐富了農田施肥種類、優化了施肥用量、改善了施肥方式，在一定程度上減少了傳統化肥的施用投入量[9-10]。

1 農田不同養分替代模式對控制氮磷流失的影響

1.1 秸稈還田 秸稈還田是當今世界普遍重視的一項培肥地力的增產措施，在杜絕秸稈焚燒造成的大氣污染的同時還有增肥增產作用。秸稈還田具有促進土壤有機質及氮、磷、鉀等含量的增加;提高土壤水分的保蓄能力;改善植株性狀，提高作物產量;改善土壤性狀，增加團粒結構等優點[11]。王保君等[12]研究表明：在實際生產中、農田秸稈全量還田施用240kg/hm2純氮情況下是浙北地區單季晚粳稻最佳的氮肥調控模式。孫志祥等[13]研究顯示：稈還田與傳統常規化肥施用相比，第1年作物產量無明顯差異，但第2年早、晚稻產量分別增加10.11%、9.81%。與單施化肥相比，經過2年連續秸稈還田處理，土壤中有效磷含量顯著提高57.77%。建議在測土配方優化施肥的基礎上，進行氮肥減量20%～30%，磷肥減量30%～50%，還田3000kg/hm2小麥、水稻秸稈，用以補充減少的氮磷養分。秸稈全量還田大致可以替代20%的化學肥料，也就是說在實行秸稈還田的條件下，可減少20%的肥料用量，基本能保證作物不減產。同時，秸稈直接還田相對增加了有機肥的施用量，削減了化肥施用量，不但降低了農業生產成本，而且減少樂化肥對大氣、土壤等環境的污染，使得農業生態環境得到了明顯改善[14-15]。秸稈還田利用技術可以直接減少農民的肥料投入量，提高了廣大農民科學使用農作物秸稈變有機肥培肥土壤的意識，為杜絕焚燒秸稈現象的發生起到了引導和展示的雙重效果，從而減少了秸稈焚燒對大氣的污染，保護生態環境[16]。

1.2 有機肥替代 有機肥施入土壤，經微生物分解，可源源不斷、緩慢地釋放出各種養分供植物吸收，避免化學氮磷肥快速釋放帶來流失。有機肥可提高土壤難溶性磷的有效性，減少化學磷肥的施的用量。孫志祥等[13]研究顯示：有機肥部分替代化肥與傳統常規化肥施用相比，第1年作物產量無明顯差異，但第2年早、晚稻產量分別增加6.27%、9.79%。2年連續有機肥部分替代化肥相較于單施化肥相比，土壤中有效磷含量提高68.93%。呂宏偉等[17]研究表明，河南西南部露地蔬菜種植區，用部分有機肥替代化肥及適當節水灌溉，能夠在保持蔬菜產量的基礎上實現菜田氮、磷流失的減少。尹彩霞等[17]研究表明：與常規施肥相比，有機肥替代優化施肥，各處理提高了水稻對氮、磷、鉀養分積累量，提升了水稻養分吸收利用及轉運效率。以含一定氮磷養分的有機肥料來替代部分化肥，達到減少化肥用量，減少農田面源污染風險的效果[18]。建議用1500～2000kg/hm2的有機肥作為基肥施入土壤，替代常規施肥量的10%，作物產量能夠提高5%～10%，農田養分流失量可降低15%。有機肥是改良土壤的主要物質，微生物在分解過程中生成分泌酶、腐殖質，調節土壤物質和進行能量轉化，促進土壤團粒結構形成，增強土壤保水保肥能力，減少氮磷流失風險[19]。

1.3 生物肥替代 生物肥料是既含有作物所需的營養元素，又含有微生物的制品，是生物、有機、無機的結合體，它可以代替化肥，提供農作物生長發育所需的各類營養元素。王家寶等[20]研究表明：在農田中單施商品生物有機肥5600kg/hm2，有機肥替代化肥的比例20%～30%情況下，能有效減輕小麥菌核病的發生程度，有利于產量的提高。李杰等[21]研究表明，適當減施化肥配施生物肥（80%常規施肥+生物肥）在不影響花椰菜產量的同時，能夠顯著改善花椰菜的品質、提高肥料利用率和光合效率。與單施化肥的常規施肥處理相比，減少化肥20%施用量，配施4000～6000kg/hm2生物有機肥，可增加黃瓜產量，改善品質，提高氮、磷、鉀肥利用率[22]。施用生物肥料如固氮類生物肥料，不僅可適當減少10%～30%的化學氮肥施用量，而且因其所固定的氮素直接貯存在生物體內，相對而言，對環境污染的機會也就小得多。一般施用生物有機復合肥的比單一施用化肥的增產10%左右;施用生物肥料，由于減少了化肥對土壤養分、結構等方面的不良影響，同時又使微生物的活動能力得到增強，所以在一定程度上改善了土壤的理化性質，并提高了土壤中某些養分的含量和有效性[23]。

1.4 控失肥替代 控失肥利用“化肥固定化技術”，研制出化肥養分控失劑，利用其形成的巨大互穿網絡，“網捕”住化肥養分，阻止氮磷養分的流失，提高養分的利用率，且能夠降低環境污染。寧遠武[24]等研究表明，控釋肥與常規復合肥及配方肥能有效地控制施肥節奏，最終經濟效益最優。胡鵬[25]研究顯示，控失肥常量處理較農民習慣施肥處理水稻增產11.11%，純收益增加13.27%;表明在水稻種植中選用控失肥料能夠節本增效。徐旗升等[26]試驗結果表明：45%（20-10-15）海偉事控失復合肥、44%（18-8-18）腐殖酸控失復合肥、50%（26-14-16）六國水稻專用控失肥，一次性基施可提高廬江地區早秈稻產量。葉玉適等[27]研究表明：控釋BB肥較常規尿素處理水稻全生育期滲漏水TN平均濃度及淋失量降低10.2%及26.1%，降低了農田氮素滲漏損失，有助于農田面源污染減排。該技術應用控失肥替代30%～50%常規化肥，能夠減少農田氮磷流失的10%左右，作物產量基本比較穩定。

1.5 緩釋肥替代 緩釋肥應用的主要原理是通過各種調控機制使其養分最初緩慢釋放，延長作物對有效養分吸收利用的有效期，使其養分按照設定的釋放率和釋放期緩慢或控制釋放的肥料，從而持續供應作物氮磷，提高養分吸收率，減少氮磷流失。趙春曉等[28]通過開展緩控釋尿素與常規處理在玉米生產上的對比試驗發現，土壤硝態氮及銨態氮含量平均分別提高24.76%、28.21%，氮肥利用率較常規處理提高了15.71%。緩控釋肥的應用提高肥料利用率，有效減少了農田氮磷流失。呂偉生等[29]研究表明：緩釋肥側位深施對油菜干物質量積累及根系對N、P、K養分的吸收具有明顯的存進左右，提高了油菜產量和肥料利用率。楊陽等[30]研究結果表明：基質緩釋肥減量10%施用有助于提高水稻產量和氮肥利用率，減少農田氮磷流失風險。該技術應用緩釋肥替代常規化肥80%～100%，明顯降低了農田養分的流失，降低率達到20%以上，作物增產5%以上。

2 農田不同養分替代模式應用的對策建議

綜合相關研究可知，秸稈還田能一定程度上抑制土壤氮的淋失，減少施肥量也可減少氮磷的淋失，施入秸稈和腐殖酸能在一定程度上提高單產[34-35]。大量研究表明[36-43]：通過開展生物有機肥、緩釋肥、生物肥以及控失肥試驗示范，基于農田不同養分替代模式，各養分替代模式均能夠有效減少傳統化肥氮磷用量5%～15%，減少農田氮磷流失5%～20%;在農業生產中，相關農田不同養分替代模式組合利用，能夠減肥20%～30%用量，有助于減少農田氮磷流失25%～35%。建議利用肥料減量替代技術，結合秸稈還田+腐熟劑，因地制宜推廣化肥深施、合理灌溉等技術，通過科學施肥、養分替代，實現秸稈廢棄物的農田循環利用，減少化肥施用量和肥料流失。農田不同養分替代模式用于防控農業面源污染中，不僅可以提高土壤質量，改善農業環境，而且促進了農業可持續發展。

基于農田養分替代為主體的農田氮磷流失污染控制技術，適用于一般土壤肥力條件下農田。對水稻-油菜或水稻-小麥及小麥-玉米輪作模式下的1年2季的地區效果較好。應在不同區域的土壤、氣候等自然條件以及不同種植模式、農業生產水平施肥模式等社會經濟條件，開展相關試驗示范[31-32]。在國家重視農業面源污染控制和農產品質量安全的大背景下，針對性的選用農田養分替代技術體系中的部分技術或組合技術應用，并在其他類似地區進行推廣應用，應用前景廣闊，有助于化肥減量增效，控制農田氮磷流失[33]。

參考文獻

[1]楊天學，劉鴻志，李東陽，等.種養廢棄物協同污染控制現狀及發展對策建議[J].中國環境科學，2021，41（01）：473-481.

[2]王思如，楊大文，孫金華，等.我國農業面源污染現狀與特征分析[J/OL].水資源保護：1-11[2021-02-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1356.TV.20210104.1602.002.html.

[3]王桂苓，馬友華，孫興旺，等.巢湖流域麥稻輪作農田徑流氮磷流失研究[J].水土保持學報，2010，24（2）：6-10，29.

[4]婁云，朱國美，趙懷瑾，等.皖東地區麥稻輪作農田徑流氮磷流失特征研究[J]安徽農業科學，2020，48（2）：78-80.

[5]項頌，吳越，呂興菊，等.洱海流域農業面源污染空間分布特征及分類控制策略[J].環境科學研究，2020，33（11）：2474-2483.

[6]姚文芹.農業面源污染防治現狀及對策分析[J].環境與發展，2020，32（09）：42-43.

[7]馬莉.農業面源水環境污染治理思路[J].環境與發展，2020，32（08）：46-47.

[8]寇長林，駱曉聲.河南省農田面源污染發生規律及防控研究[J].磷肥與復肥，2020，35（08）：27-29.

[9]王靜.巢湖流域農業面源污染氮源解析及農藝控制技術研究[D].武漢：華中農業大學，2020.

[10]彭甲超，肖建忠，李綱，等.長江經濟帶農業廢水面源污染與農業經濟增長的脫鉤關系[J].中國環境科學，2020，40（06）：2770-2784.

[11]代立，李太興，王克勤，等.自然降雨下玉米秸稈堆漚還田對滇中小流域坡耕地氮素流失的影響[J].水土保持學報，2021，35（01）：1-8.

[12]王保君，金海剛，張紅梅，等.浙北地區秸稈全量還田下氮肥用量對單季晚粳稻生長和土壤養分、碳庫的影響[J].水土保持研究，2021，28（02）：60-66.

[13]孫志祥，李敏，韓上，等.有機肥部分替代化肥和秸稈還田對雙季稻產量、養分吸收及土壤肥力的影響[J].安徽農業大學學報，2020，47（06）：1012-1016.

[14]于美婷，李春雅，李華泰，等.秸稈還田對土壤理化性質影響的研究進展[J].江西農業學報，2021，33（01）：33-39.

[15]賀梅，黃少鋒，張麗萍，等.黑龍江地區農作物秸稈綜合利用存在的問題及對策[J].現代化農業，2021（01）：30-31.

[16]陳云峰，夏賢格，楊利，等.秸稈還田是秸稈資源化利用的現實途徑[J].中國土壤與肥料，2020（06）：299-307.

[17]呂宏偉，駱曉聲，寇長林，等.有機肥替代化肥及節水灌溉對露地菜田氮、磷徑流損失的影響[J/OL].河南農業科學：1-10[2021-02-03].http：//kns.cnki.net/ kcms/detail/41.1092.s. 20210125.1555.026.html.

[18]方成，代子雯，李偉明，等.化肥減施配施不同有機肥對甜糯玉米產量和品質的影響[J/OL].生態學雜志：1-9[2021-02-03].https：//doi.org/10.13292/j.1000-4890.202105.003.

[19]尹彩俠，孔麗麗，李前，等.優化施肥條件下有機肥部分替代化肥對水稻產量、養分吸收及轉運的影響[J].東北農業科學，2020，45（06）：59-63.

[20]王家寶，孫義祥，李虹穎，等.生物有機肥用量及部分替代化肥對小麥產量效應的研究[J].中國農學通報，2020，36（36）：6-11.

[21]李杰，賈豪語，頡建明，等.生物肥部分替代化肥對花椰菜產量、品質、光合特性及肥料利用率的影響[J].草業學報，2015，24（01）：47-55.

[22]張俊峰，頡建明，張玉鑫，等.生物有機肥部分替代化肥對日光溫室黃瓜產量、品質及肥料利用率的影響[J].中國蔬菜，2020（06）：58-63.

[23]劉益仁，徐陽春，李想，等.有機肥部分替代化肥對土壤微生物生物量及礦質態氮含量的影響[J].江西農業學報，2009，21（11）：70-73，79.

[24]寧遠武，王巧，王遠玲，等.不同施肥處理對水稻產量及效益的影響[J].安徽農業科學，2019，47（17）：142-145.

[25]胡鵬.控失肥用量對水稻產量及經濟效益的影響[J].現代農業科技，2019（13）：15，17.

[26]徐旗升，吳小文，吳晨陽，等.雙季早稻新型控失肥及配套運籌方式研究[J].安徽農學通報，2018，24（22）：77-79.

[27]葉玉適，梁新強，周柯錦，等.節水灌溉與控釋肥施用對太湖地區稻田土壤氮素滲漏流失的影響[J].環境科學學報，2015，35（01）：270-279.

[28]趙春曉，鄭海春，郜翻身，等.不同處理對河套灌區玉米土壤硝態氮和銨態氮動態及氮肥利用率的影響[J].中國土壤與肥料，2017（06）：99-104.

[29]呂偉生，肖小軍，肖國濱，等.緩釋肥側位深施及用量對油菜產量和肥料利用率的影響[J].農業工程學報，2020，36（19）：19-29.

[30]楊陽，劉燦華，葛樹春，等.減量配施新型基質緩釋肥對水稻產量及氮肥利用率的影響[J].安徽農業大學學報，2020，47（03）：442-447.

[31]胡鳳桂，權循東.壽縣水稻化肥減量增效單因子（磷）肥效試驗[J].安徽農學通報，2020，26（17）：92-93.

[32]麻建東.泗縣化肥減量增效的主要技術模式及對策[J].安徽農學通報，2020，26（17）：83-84，152.

[33]展曉瑩，張愛平，張晴雯.農業綠色高質量發展期面源污染治理的思考與實踐[J].農業工程學報，2020，36（20）：1-7.

[34]王保君，金海剛，張紅梅，等.浙北地區秸稈全量還田下氮肥用量對單季晚粳稻生長和土壤養分、碳庫的影響[J].水土保持研究，2021，28（02）：60-66.

[35]于美婷，李春雅，李華泰，等.秸稈還田對土壤理化性質影響的研究進展[J].江西農業學報，2021，33（01）：33-39.

[36]鐘澤林，馮文龍，余偉，等.生物有機肥對煙株根系及土壤理化性質的影響[J].安徽農業科學，2021，49（02）：138-142，146.

[37]馬愛平，崔歡虎，亢秀麗，等.無機氮磷減量、有機肥施用量對小麥品質性狀的影響[J].中國農學通報，2021，37（02）：7-13.

[38]蔣東來，張保華，張軍倉，等.基施有機肥對烤煙生長和上部煙葉內在品質的影響[J].安徽農業科學，2021，49（02）：150-153.

[39]柴如山，徐悅，程啟鵬，等.安徽省主要作物秸稈養分資源量及還田利用潛力[J].中國農業科學，2021，54（01）：95-109.

[40]孟令宇，楊浩瑜，張乃明，等.基于SWAT模型茶園化肥減施增效配比研究[J].中國生態農業學報（中英文），2020，28（08）：1239-1248.

[41]馬朝紅，徐維明，胡時友.水稻化肥減施增效技術實施效果評價分析——以湖北省沙洋縣油-稻模式水稻施肥調查結果為例[J].農村經濟與科技，2020，31（11）：62-65.

[42]付浩然，李婷玉，曹寒冰，等.我國化肥減量增效的驅動因素探究[J].植物營養與肥料學報，2020，26（03）：561-580.

[43]徐禮和.潛山市化肥施用現狀與減量增效措施[J].安徽農學通報，2020，26（05）：112，148. （責編：張宏民）