不同施肥模式對小麥產量和氮磷流失的影響

董妹勤， 陳曉冬， 李建強， 傅慶林， 郭彬， 劉俊麗， 李華*

(1.平湖市新埭鎮事業綜合服務中心，浙江 平湖 314211； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.平湖市農業農村局，浙江 平湖 314200)

近年來，農業面源污染成為影響流域水環境質量的主要因素，且具有范圍廣、隨機性強和復雜性高等特點[1]?！兜诙稳珖廴驹雌詹楣珗蟆凤@示，農業源是水環境污染物總磷和總氮的主要貢獻源，其中農業源水污染總氮和總磷分別占全國總量的46.52%和67.22%[2]。而化肥施用造成的總氮流失占農業污染源50%以上，農田養分的大量流失嚴重威脅著水體質量[3-4]。

小麥作為我國主要糧食作物之一，為提高小麥產量，農民施用大量化肥(尤其是氮、磷肥)[5]。然而，化肥氮磷的當季利用率較低，其中氮素利用率僅35%～40%，磷肥的利用率僅20%左右[6]。長期過量施肥導致大量未被作物吸收的養分流失進入大氣和水體，影響農業生態環境。研究表明，氮磷流失對農業面源污染的貢獻率可達61.5%，其中徑流流失是農田氮磷流失的重要途徑[7]。徑流是由于超滲產流或蓄滿產流兩種機制形成的匯集流水[8]，其中因降雨造成的田間徑流行為與養分的大量流失密切相關。盡管小麥季的降雨發生不如水稻季集中，但杭嘉湖平原地區的旱地小麥以雨養灌溉為主，當降雨量超過土壤飽和持水量，降雨強度超過土壤下滲速率或者強降雨的瞬時沖刷均可產生徑流并造成大量養分流失。有研究[9]表明，太湖地區麥田徑流氮磷流失量及流失負荷均與稻季差異不明顯。目前,研究多關注于水稻季徑流氮磷流失，而對南方小麥季氮磷徑流損失鮮有涉及。

常規尿素氮肥施入土壤后存在較大的氨揮發和徑流損失風險。肥料施入農田生態系統后，經微生物作用轉變成氨氮和硝態氮，除部分被作物吸收外，其余大部分以徑流、淋溶和農田排水為載體流失并遷移進水體[10]。隨著農業技術的不斷提升，通過添加新型包膜材料研發的系列緩控釋肥，以及針對作物和區域土壤養分精準配制的配方肥，能有效降低尿素氮肥施用量，實現肥料養分供給與作物需肥規律同步[11-13]，從而降低養分流失。本研究通過田間小區試驗，分析不同施肥模式對小麥產量和氮磷流失濃度的影響，以期為南方麥田徑流減排提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2018年在平湖市新埭鎮進行，地處亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16 ℃，年降水量1 170 mm左右，年日照時數在2 000 h左右。試驗地土壤類型為脫潛水稻土，土屬為黃斑黏田。稻-麥輪作是該地區的主要耕作制度，試驗地基礎理化性質為pH 6.87(水土比2.5∶1)，有機質含量為19.2 g·kg-1(K2Cr2O7氧化法測定)，全氮含量為1.37 g·kg-1(元素分析儀測定)，速效氮含量為102.9 mg·kg-1(堿解擴散法測定)，速效鉀含量為98 mg·kg-1(火焰光度計法測定)。供試小麥品種為揚麥16號，由當地種子公司購入。

1.2 處理設計

試驗設4個不同施肥處理，包括不施肥對照(CK)、常規化肥(T1)、配方肥+氯脲銨(T2)以及緩控釋肥(T3)處理。除對照不施肥和T1處理(總氮施用量210 kg·hm-2)外，其余氮肥施用量保持一致，總氮施用量為150 kg·hm-2，磷(P2O5)用量為30 kg·hm-2，鉀(K2O)用量為65 kg·hm-2。試驗用氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)和44%配方肥(含N 8%、P2O58%、K2O 18%)，氯脲銨(含尿素氮15%、氯化銨氮15%，總N 30%)及“好樂耕”緩釋肥(含N 15%、P2O54%、K2O 6%)。其中配方肥和緩控釋肥僅用于基肥，氯脲銨用于返青肥，剩余氮素以尿素補足。

小區面積30 m2，隨機區組排列，每個處理重復3次，共計12個觀測小區。每個小區之間用水泥墻體隔開，墻體高60 cm，深入地下40 cm，高于地面土壤20 cm，各小區獨立排灌；并設有大小相同的徑流收集池(3.2 m3)。池壁用磚建成后，內外壁均用水泥粉砌，防止滲漏；池底部采用混凝土澆筑，池頂部帶蓋，防止雜物和自然降水的影響。田間管理按照常規小麥栽培進行，小麥的播種日期為2018年11月下旬，收獲日期為2019年5月中旬。

1.3 樣品采集與測定

在小麥整個生育期內遇降水產生徑流后即采集水樣，經統計共發生降雨徑流8次，分別是11月22日(第1次施肥后2 d)、12月6日(第1次施肥后16 d)、12月24日(第1次施肥后34 d)、1月14日(第1次施肥后55 d)、2月17日(第1次施肥后89 d)、2月22日(第1次施肥后94 d)、3月4日(第2次施肥當天)與3月20日(第2次施肥后24 d)。

采集水樣時首先用計量尺在徑流池內測量徑流流量，后用工具充分攪勻徑流池內的水體，在池內多點采集水樣，混合均勻后共計250 mL。采集好的水樣及時運回實驗室后過0.45 μm濾膜，濾液用于測定總氮和總磷。采用過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定水樣總氮，水樣總磷采用過硫酸鉀氧化-鉬藍比色法測定。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件對數據進行整理匯總和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對徑流液總氮濃度的影響

徑流液中總氮濃度在第1次施肥后呈現遞減趨勢，以第1次施肥后2 d最高。但整個生育期內，徑流液總氮濃度以3月20日即第2次施肥后24 d最高(圖1)。除對照外，所有施肥處理徑流液總氮濃度均超出了8.0 mg·L-1，其中T1處理最高，達到了15.43 mg·L-1。與T1處理相比，T2處理徑流液總氮濃度顯著降低了21.25%，為12.15 mg·L-1；T3處理徑流總氮濃度顯著降低了42.0%，為8.95 mg·L-1。高濃度的總氮徑流流失會對周邊水體造成顯著的威脅。從多次監測結果來看，各施肥處理徑流液總氮濃度T1為最高，T3較低。

同組柱上無相同小寫字母表示處理間差異達顯著水平(P<0.05)，圖2同。圖1 不同施肥處理徑流液總氮濃度

2.2 不同施肥模式對徑流液總磷濃度的影響

與總氮不同的是，小麥季徑流液中總磷濃度以第1次施肥后2 d濃度最高(圖2)，后逐漸降低。2 d徑流液總磷濃度以T1處理最高，達到了3.3 mg·L-1。與T1處理相比，T3處理徑流總磷濃度顯著降低到2.3 mg·L-1。由于試驗為等磷用量，除第1次采樣外，總磷濃度在各施肥處理間的表現差異不顯著。所有批次樣品中，超70%的樣品總磷濃度超過了《地表水環境質量標準-GB 3838—2002》中0.2 mg·L-1的V類水標準，這與試驗地總磷基礎背景值有密切關系，而徑流液如直接排入周邊河道等水體，會對地表水環境造成一定的威脅。

圖2 不同施肥處理徑流液總磷濃度

2.3 不同施肥對小麥產量的影響

小麥產量以T1處理最高，為3 576 kg·hm-2，不同施肥處理間小麥產量的差異不顯著，但均顯著高于對照的1 330.5 kg·hm-2(表1)。

表1 不同施肥處理小麥產量

3 小結與討論

本研究發現，施肥處理地表徑流總氮、磷濃度在施肥后呈現遞減趨勢，這主要是因為施肥后，未被吸收利用的養分以徑流的形式排出農田。隨著小麥生長，對氮磷養分的需求和吸收利用率均提高，徑流液總氮、磷濃度逐漸降低。整個生育期內處理T1徑流液總氮、總磷濃度高于處理T3，說明緩控釋肥對小麥氮磷流失濃度控制效果優于常規施肥?？娊芙艿萚11]的研究結果表明，緩控釋肥與常規復合肥相比，徑流總氮、總磷的累積流失量分別降低了30.8%和21.9%，表明緩控釋肥降低氮磷流失的效果較好。這可能是緩控釋肥具有養分釋放可控、肥效穩長的特點[14]，可控制氮素的釋放，減緩氮素水解，從而降低氮磷流失濃度和風險[15]。

施肥處理顯著提高了小麥產量，但配方肥+氯脲銨及緩控釋肥處理的小麥產量與常規施肥相比無顯著減產，這與繆杰杰等[11]緩控釋肥施用未顯著降低作物產量的結論一致。但這與李磊等[16]控釋肥作為一種新型肥料能夠提高小麥產量的結論不一致。這可能是由于其研究為控釋肥全程施用，而本試驗采用控釋肥提供40%氮肥，并將其在基肥期一次性施用，后期養分采用尿素進行補充，更偏重于氮磷流失的控制效果[11]。

依據徑流液總氮、總磷濃度和小麥產量的表現，試驗條件下緩控釋肥施用在維持小麥產量的基礎上具有降低徑流液總氮、總磷濃度的效果。但其長期效果仍需進一步驗證。