減量施肥對湯浦水庫香榧地氮磷流失負荷的削減效果

李華，陳曉冬，林義成，鄭丹萍，蔣家陸，郭彬，傅慶林*

(1.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；2.紹興市湯浦水庫有限公司，浙江 紹興 312364)

湯浦水庫作為虞紹平原最主要的飲用水源地，其水質情況直接關乎紹興市及寧波慈溪市人民的生活用水安全。建庫以來，在嚴格的水源保護工作下，湯浦水庫水質總體良好。但隨著農業規模化和經濟的不斷發展，水庫斷面總氮(TN)和總磷(TP)濃度呈緩慢而平穩的升高趨勢。2002年2月至2005年9月每月的水體水質監測結果顯示，水庫總氮濃度在0.61～2.64 mg·L-1，總磷濃度在0.01～0.05 mg·L-1[1]，2012—2013年，地表水總氮平均濃度為0.64 mg·L-1，總磷平均濃度為0.18 mg·L-1[2]。水庫中TN/TP 較大，使總磷成為限制因子，庫內總磷含量較低，也一定程度限制了藻類的生長。湯浦水庫TN主要來源是農業污染、生活污染，TP 主要來源于畜禽污染、生活污染和農業污染[1]。隨著規模化養殖量的削減和生活污水的集中式處理，農田土壤養分流失成為了影響湯浦水庫地表水質的最主要因素。

農業面源污染在空間上和土地利用類型上都有一定的規律。土地利用作為影響流域水文過程和水質狀況的重要因素，不僅會導致植被類型和景觀格局發生改變，還會進一步影響地表水循環的過程，進而對水質產生一定的影響[3-4]。2015—2019年，耕地和園地的年均單位面積總氮輸出量較大，耕地、建設用地占比與氮磷輸出呈正相關[4]。與此同時，湯浦水庫上游流域的土地利用方式也發生著較大的變化，廣泛存在著開墾丘陵改種香榧、改水稻田為香榧苗圃這兩種特有的土地利用方式。其中，坡地種植香榧這一土地利用方式存在過度使用化肥、不合理開墾山地問題，增加了水土流失以及氮、磷負荷隨徑流大量輸入河道的風險。其中，南溪南部榆樹支流、竹溪支流上游等香榧集中種植區是湯浦水庫流域非點源氮污染的關鍵區域；占流域面積約 6%的香榧幼林可提供約 45%的入庫總氮，是對入庫總氮貢獻最大的土地利用方式[5]。

除土地利用外，施肥作為香榧栽培和管理的主要措施之一，也是影響香榧地養分輸出的重要因素。施肥大幅度提高了幼苗生長、葉片養分含量和果實產量等[6-8]，改變了土壤理化性質并影響著土壤養分的供應水平和發揮潛力[9-10]，但同時由于不科學的施肥管理方式，也導致大量的氮、磷通過地表徑流的方式進入河道，目前關于香榧種植區施肥對氮磷影響的研究還很少，而該研究對于香榧合理施肥和種植對周邊地表水的污染具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地選擇

為保障試驗的一致性，本研究擬在湯浦水庫上游地區選取坡度、地表植被等較為一致的區域，香榧林齡選取10～20 a成年林。通過實地勘察，選擇了長蛇水庫的一處坡地香榧種植區作為研究地點，地理坐標為：29°42′N，120°33′E。徑流小區根據試驗要求進行了建設與改造，每個小區長近23 m，寬近2.5 m，坡度約40°，投影面積約為50 m2，6個小區地表土壤均裸露，香榧種植密度均為6株·100 m-2。每組小區的邊界用水泥板和PVC板圍成，露出地面 20 cm，埋入地下30 cm，水泥板表面和板之間用防水涂料進行處理。另在徑流小區旁設取樣管道與取樣器收集徑流水樣，并通過安裝水表對徑流量進行計量。

1.2 施肥設計

設常規施肥和減量施肥2個處理，重復3次，共計6個小區。監測期間共施肥兩次，第一次施肥為2021年6月28日，常規施肥處理復合肥(N-P2O5-K2O質量分數為15-15-15)用量為400 kg·hm-2，折合N 60 kg·hm-2與P2O560 kg·hm-2，減量施肥處理復合肥(15-15-15)用量為333 kg·hm-2，折合N 50 kg·hm-2與P2O550 kg·hm-2，減量施肥16.7%。第二次施肥為2021年10月15日，均勻施入，常規施肥處理復合肥(15-15-15)用量為600 kg·hm-2，折合N 90 kg·ha-1與P2O590 kg·hm-2，減量施肥處理復合肥(15-15-15)用量為400 kg·hm-2，折合N 60 kg·hm-2與P2O560 kg·hm-2，減量33.3%(表1)。兩次施肥，減量施肥處理共計減量26.7%，兩處理施肥方式均為表面撒施。

表1 香榧種植區徑流監測試驗施肥設計

1.3 樣品采集與測試

依據遇徑流發生即采集水樣的原則，通過雙聯深埋式采樣器對每個小區的徑流樣品分別進行2次采集，通過水表記錄徑流量，同時記錄降雨時間與降雨量等信息。采集后的水樣放入冰桶冷鏈帶回，2周內對總氮、總磷濃度進行測定；或先放入-20 ℃冰箱保存，之后冷鏈帶回實驗室，4周內對總氮、總磷濃度進行測定。其中，水樣總氮的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)[11]，全磷的測定采用鉬酸銨分光光度法(GB/T 11893—1989)[12]。

2 結果與分析

2021年6月28日降雨徑流采集之后，將復合肥施入香榧地，之后徑流池共采集到7次徑流樣品，分別為7月5日、7月28日、8月12日、8月16日、9月15日、10月14日與10月21日。其中，降雨量最大發生在7月26日臺風煙花登陸前后，7月24日—26日降雨量累計為264.5 mm，其次為8月16日的累計降雨量120 mm，臺風燦都9月12日登陸前后(9月12日—13日)帶來86.5 mm的降雨量(圖1)。

圖1 監測周期內降雨量

2.1 施肥減量對香榧種植區徑流中氮磷濃度的影響

2.1.1 施肥減量對徑流中總氮濃度的影響

2021年6月28日采集本監測周期內施肥前的第一次徑流，常規施肥與減量施肥兩個處理總氮濃度分別為1.41與1.38 mg·L-1，之后香榧地進行施肥。7月1日—7月4日持續小雨，由于距施肥時間的間隔較短，7月5日采集到的徑流中總氮濃度較高，常規施肥處理中達到了6.4 mg·L-1，而減量施肥的處理TN濃度降低了33.9%，為4.2 mg·L-1(圖2)，顯著降低了徑流流失風險。

圖2 徑流中總氮濃度變化

2021年10月15日為本監測周期內第2次施肥，10月21日發生徑流，總氮濃度較高，常規施肥其濃度為9.28 mg·L-1，減量施肥處理為6.53 mg·L-1，施肥量的減少使徑流中總氮濃度降低了29.6%。

該試驗進行不同用量施肥設計后，單次采樣減量施肥處理的徑流液中TN濃度較常規施肥低12.3%～33.9%，平均降低了21.3%。

2.1.2 施肥減量對徑流中總磷濃度的影響

本監測周期內第一次施肥后采集到的第一次徑流樣品(7月5日)中，常規與減量施肥兩個處理中徑流TP濃度分別為0.61與0.29 mg·L-1，減量施肥使其降低了52.5%；8月12日與10月14日的樣品中，減量施肥處理中TP濃度也顯著低于常規施肥處理。第二次施肥的第一次徑流樣品(10月21日)中，常規施肥處理徑流中總磷濃度為0.98 mg·L-1，減量施肥處理中為0.62 mg·L-1，降低了36.6%(圖3)。

圖3 徑流中總磷濃度變化

由于磷移動性相對較差，且香榧地坡度較大，徑流流失中磷素以顆粒態為主，遭到雨水沖刷時，除施肥對土壤表層磷素濃度的短期影響外，土壤本身磷含量也是影響顆粒態磷濃度的重要因素，因此,在施肥后短期內雨水沖刷較弱時，兩處理間徑流中TP濃度差異顯著，而在7月28日、8月16日與9月15日3次強降雨中，二者無顯著性差異。本監測周期內，減量施肥可使徑流中TP濃度平均降低17.8%。

2.2 施肥減量對徑流中氮磷流失負荷的削減效果

依據徑流中TN與TP濃度以及水表記錄的徑流量，計算得出了常規施肥與減量施肥2個處理的TN與TP徑流流失負荷，并對施肥減量處理的負荷削減率進行了計算。

整個監測周期內，常規施肥處理單次徑流中TN負荷為0.50～5.77 kg·hm-2，減量施肥處理為0.42～4.96 kg·hm-2。7月5日至10月21日方案實施后的監測周期內，減量施肥處理對單次徑流中TN負荷的削減率為14.0%～33.1%，常規與減量施肥處理中TN總流失負荷分別為17.41與13.64 kg·hm-2，減量施肥平均削減了21.7%的TN徑流流失負荷(表2)。

表2 施肥量對香榧種植地TN徑流流失負荷的影響

本監測周期內，常規施肥處理單次徑流中TP負荷為0.04～0.40 kg·hm-2，減量施肥處理為0.04～0.38 kg·hm-2。減量施肥對TP徑流流失負荷的最大削減率為7月5日的53.63%，其次為10月21日的43.64%，均表現為施肥后最早的徑流中削減效果最明顯。方案實施后的監測周期內，減量施肥處理對單次徑流中TP負荷的削減率為-13.48%～53.63%，常規與減量施肥處理中TP總流失負荷分別為1.48與1.19 kg·hm-2，減量施肥平均削減了19.8%的TP徑流流失負荷(表3)。

表3 施肥量對香榧種植地TP徑流流失負荷的影響

3 小結

所有批次樣品中，徑流TN、TP濃度均以施肥后第一次采集到徑流樣品為最高，而減量施肥使TN與TP濃度分別降低了33.9%與52.5%(第一次施肥后，7月5日樣品)與29.6%與36.6%(第二次施肥后，10月21日樣品)。施肥后單次采樣減量施肥處理的徑流液中TN濃度較常規施肥降低了12.3%～33.9%，平均降低了21.3%，TP濃度平均降低了17.8%。

減量施肥方案實施后，TN與TP徑流流失負荷分別為13.64與1.19 kg·hm-2，分別較常規施肥處理的17.41與1.48 kg·hm-2削減了21.7%與19.8%。

前期調查中湯浦水庫上游流域的香榧林地面積約為4 410 hm2，若實施減量施肥方案，則全流域香榧種植區TN和TP的徑流流失負荷可以削減約16.63 t和1.28 t。