江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响.pdf

2023 年第 64 卷第 9 期2181收稿日期:2023-03-25基金项目:国家重点研发计划(政府间重点专项)(2021YFE0104400);江苏省农业科技自主创新资金(CX 20 2037)作者简介:闫凯旋(1994),男,研 究 实 习 员,硕 士,主 要 从 事 作 物 逆 境 生 长、新 品 种 选 育 及 新 技 术 开 发,E-mail:yankxuan 。通信作者:洪立洲,研究员,硕士,从事土壤肥料与盐土农业工程研究,E-mail:ychonglz 。文献著录格式:闫凯旋,马萌萌,李卫国,等.江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响 J.浙江农业科学,2023,64(9):2181-2187.DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.20230092江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响闫凯旋1,马萌萌1,李卫国2,洪立洲1(1.江苏沿海地区农业科学研究所 新洋试验站,江苏 盐城224049;2.江苏省农业科学院 农业信息研究所,江苏 南京210000)摘要:研究了减量施肥、配施绿肥等施肥模式对江苏沿海平原地区梨园土壤氮、磷流失的影响,以期降低土壤养分流失,为当地梨园施肥措施的改善提供理论支撑。采用田间小区试验,设置了常规施肥(全施化肥)、减施化肥 20%和减施化肥 20%+施绿肥(白车轴草)种植 3 种施肥模式,分别测定 611 月内 8 次产流时间中各监测小区全氮(TN)、可溶性氮、NH+4-N、NO-3-N、全磷(TP)、可溶性磷流失浓度、径流流量及梨果产量等指标。研究了不同模式下氮、磷养分流失情况。结果表明,与常规施肥相比,减施化肥 20%模式与减施化肥 20%配施绿肥种植模式 TN 流失量分别减少 3.9%和 9.3%,TP 流失量分别减少 7.4%和 20.2%。减施化肥 20%配施绿肥种植模式地表径流系数最小且梨园产量稳定性好,未出现明显减产。减施化肥与绿肥种植模式能有效减少梨园地表径流和氮、磷流失,对梨果产量稳定性最好,有效降低了梨园面源污染风险,为江苏沿海平原地区梨果种植提供理论依据。关键词:梨园;减施化肥;氮磷流失;面源污染中图分类号:S147.2文献标志码:A文章编号:0528-9017(2023)09-2181-07江苏沿海平原地区地势平坦,梨园经济效益显著,但夏季降雨频次高且强度大、水网密布,土壤养分极易流失至附近水体,导致水体富营养化,甚至更严重的水生态污染,控制梨园氮磷流失刻不容缓1-2。果林氮、磷流失的主要载体是降雨产生的地表径流和其携带的泥沙3,因此,影响氮磷流失 的 因 素 包 括 降 雨4-5、地 形 地 貌6-9、施 肥 方式10-12、土地利用方式3,13-14 等,其中施肥模式对控制养分流失十分重要15。减施化肥16-17 与有机肥替代18-19 是当前控制农业氮、磷流失的重要措施。郭秋萍等20 研究了减施化肥条件下甜玉米的产量效应和氮、磷流失特征,发现减量配方肥与控释尿素配施能有效防控农田氮磷流失,相较于传统施肥,氮、磷 流失量分别 减少 60.3%和 33.4%。袁浩凌等10 探究了湖南双季稻防控稻田氮、磷流失新模式,研究发现,有机肥替代部分化肥使用有效降低了稻田的氮、磷流失量。此外,绿肥与作物间种的种植模式也对土壤养分流失具有良好的控制效果21。陈隆升等3 研究表明,在油茶林间种百喜草和金鸡菊能将径流中氮、磷流失量分别降低26.66%和 24.49%,将 溶 解 态 磷 流 失 量 降 低63.06%和 50.57%。李发林等22 通过径流小区法研究发现,通过在林间种植自然生草也能显著降低梨园径流总氮、铵态氮和硝态氮的流失量。虽然关于减施化肥和绿肥种植对耕地氮、磷流失的影响已有大量研究,但关于减量施肥和绿肥种植对梨园氮磷流失影响的研究尚未见报道1,7,23-25。设置减施化肥配施绿肥种植的耦合运用模式,选用白车轴草为绿肥,以常规施肥为对照,探究减施化肥与绿肥间种对沿海平原地区梨园氮、磷流失效果和产量稳定性的影响,总结一套经济、高效的梨园面源污染控制技术路径,以期为平原地区梨园养分流失控制和田间生态保护提供技术支撑和依据。1材料与方法1.1监测点概况监测点位于江苏省盐城市亭湖区黄尖镇花川村5 组龙轩家庭农场(1202258E,335211N),2182 2023 年第 64 卷第 9 期东临黄海,为沿海滩涂地,地处北亚热带与暖温带过渡带,气候温和,四季分明,光照充足。年平均温度 14 ,年降水量 1 000 mm,年日照 2 200 h,年无霜期 210 d,海拔不足 5 m,是典型的南方湿润平原地区。实验基地种植的秋月梨为 2018 年 5月移植,总面积为 500 m2,整个农场为平地,无坡度,海拔 1.2 m。土壤为滨海盐土,土层 1.6 35.0 cm 处状态松散,基本理化性状为:pH 值 8.2(水土比,5 1),有机质含量为 17.25 gkg-1,全氮(TN)含量为 1.14 gkg-1,全磷(TP)含量为 0.67 gkg-1,速效磷含量为 30.03 mgkg-1,速效钾含量为 332 mgkg-1。1.2试验设计本研究开始于 2019 年5 月,实验区域共设置3 个处理:常规处理(T1)、减施化肥 20%(T2)、减施化肥 20%配施绿肥(T3)。T2、T3 通过增施有机肥替代减施的化肥保证 3 个处理氮、磷施用量相等。每个处理重复 3 次,试验小区单行排列,由种植区、集流池和排污池 3 个部分组成,单个监测小区种植面积28 m2(4 m7 m),种植秋月梨树 4 棵,每个小区设有单独的径流池(图 1)。径流池规格为 4.0 m 1.0 m1.0 m(长宽高)。为防止小区间发生水分和养分交换,采用水泥小埂将监测小区隔离,同时每个径流池配有水泥盖板以防止雨水和杂物进入。图 1监测小区的排列1.3施肥管理所施肥料包括复合肥、水溶性肥、有机肥和绿肥,复合 肥 为 商 品 肥(世 乐 多 农 业 科 技 有 限 公司),有机肥为商品有机肥(浙江虹越花卉股份有限公 司,有 机 质 含 量 60%,TN 含 量 1.5%,P2O5含 量 4.5%,K2O 含 量 3%,含 水 率11%),水溶性肥(世乐多农业科技有限公司,N+P2O5+K2O50%),绿肥为白车轴草(2019 年 10月秋播)。T1 于 3 月 11 日施用 375 kghm-2 45%复合肥(N 15%、P2O5 15%、K2O 15%),穴施;6月 3 日 施 用 75 kg hm-2 60%水 溶 肥(N 12%、P2O5 8%、K2O 40%),喷施;7 月 21 日施用 75 kghm-2 55%水溶肥(N 5%、P2O5 5%、K2O 45%),喷施;10 月 20 日施用 667 kghm-2商品有机肥,撒施。T2 于 3 月 11 日施用 300 kghm-2 45%复合肥,穴施;6 月 3 日施用 60 kghm-2 60%水溶肥,喷施;7 月 21 日施用 60 kghm-2 55%水溶肥,喷施;10月 20 日施用 750 kghm-2商品有机肥,撒施。T3模式于 3 月 11 日施用 375 kghm-2 45%复合肥,穴施;6 月 3 日施用 60 kghm-2水溶肥(N 12%、P2O5 8%、K2O 40%),喷施;7 月 21 日施用 60 kghm-2 55%水溶肥,喷施;10 月 20 日施用 750 kghm-2商品有机肥,撒施(表 1)。一次性种植绿肥植物(白车轴草),播种量 1201 500 kghm-2。1.4样品采集及测定方法在每场降雨后,人工测量各监测小区对应径流池内的水位高度,根据体积法计算得到降雨之后的径流量。搅拌径流池内积水使泥沙均匀分布,再取500 mL 水样装入聚乙烯样品瓶密封并带回实验室内进行测定分析。记录收集水样后将各小区径流池内的排水阀打开,排空积水,以便下次降水后收集。土壤样品的采集工作在 2020 年 12 月上旬完成(冬季来临前)。用土壤采样器在每个监测小区随机采集 10 个土芯样品并混合风干,2 mm 筛后用于测定土壤的理化性质。水样分析方法参照 水和废水监测分析法,分析 指 标 为 TN、可 溶 性 总 氮、NH+4-N、NO-3-N、TP、可溶性磷含量及 pH 值。土壤样品分析指标为闫凯旋,等:江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响2183表 1不同模式施肥情况施肥日期(月-日)种类T1T2T3方式N/(kghm-2)P/(kghm-2)方式N/(kghm-2)P/(kghm-2)方式N/(kghm-2)P/(kghm-2)03-11复合肥穴施56.2045.90穴施56.2045.90穴施56.2045.9006-03水溶肥喷施9.006.00喷施7.204.80喷施7.204.8007-21水溶肥喷施3.753.75喷施3.003.00喷施3.003.0010-20有机肥撒施313.00332.00撒施352.00373.00撒施352.00373.0010-30白车轴草白车轴草含水率、NH+4-N、NO-3-N、有机质(风干基)、TN(风干基)、TP(风干基)、全钾(TK,风干基)、有效钾(风干基)。样品采集到测定不超过 2 d。1.5数据统计与分析根据径流流失量和径流中氮、磷的含量计算氮、磷径流损失量和流失率。所有 实 验 数 据 采 用 Microsoft Excel 2021 和SPSS 26.0 进行统计计算,Duncan 法进行多重比较。图采用 Autodesk CAD、Origin 2021 绘制。2结果与分析2.1秋月梨生长季降雨情况梨园各监测小区由水泥浇筑而成,用以防止土壤水分的侧渗,监测小区产流通过导水口流入集流池。因此,地表水是小区的主要排水方式,也是氮、磷流失的主要驱动力11。根据江苏省气象局数据显示,江苏中东部地区每年降水时间主要集中在 510 月中旬,占全年降水总量 70%以上。秋月梨在生长季节降水量情况如图 2 所示。检测周期内历次降水共产生 8 次地表径流,7 月 6 日、10 月20 日由于降水量较小,未产生径流,说明梨园径流的产生存在一个临界水位10,当日降水在田间积累未超过临界水位便无法产生径流。图 2监测期间降水量通过图 3 可以看出,常规施肥 T1 和减施化肥T2 处理下各产流日产生径流量无明显 差异,与T1、T2 处理相比,减施化肥配施绿肥(T3)模式下的径流量在整体上均有一定程度降低。对 611月 3 种种植模式产流总量分析发现,常规施肥模式T1、减施化肥模式 T2 和减施化肥配施绿肥模式 T3径流总量分别为 91.78、92.14、87.14 Lm-2,减施化肥配施绿肥模式下径流总量比常规施肥模式降低了 5%,各产流日不同施肥模式下的径流系数皆为减施化肥配施绿肥模式最小,这说明绿肥与梨树间作种植可有效提高梨园土壤保水能力。图 3不同处理产流日径流量2.2氮素径流流失2.2.1不同模式下氮素径流流失动态秋月梨生长期内不同产流事件产生的地表径流量差异较大,分别于 6 月 20 日、6 月 25 日、6 月30 日、7 月 21 日、8 月 10 日、8 月 25 日、9 月 11日、10 月 8 日产生可收集径流,8 次产流日产流分别 为 31.65、10.48、21.04、7.62、9.53、2.98、4.46、1.43 Lm-2。其中 6 月 20 日、6 月 30 日、8 月 10 日产生径流量较大。如图 4 所示,8 次产流事件中 6 月 20、6 月 30日总氮径流流失量较大。6 月 20 日总氮径流流失2184 2023 年第 64 卷第 9 期量为 2.36 2.50 kghm-2,其中可溶性氮流失量为 1.24 1.51 kghm-2,占总氮流失量的 53%60%;NH+4-N 流失量 0.24 0.27 kghm-2,占总氮流失量的 10%11%;NO-3-N 流失量 1.64 1.75 kghm-2,占总氮流失量的 70%,高于 NH+4-N 的流失量。6 月 25 日总氮流失量为 0.79 0.81 kghm-2,其中可溶性氮流失量 0.48 0.50 kghm-2,占总氮流失量 61%62%;NH+4-N 流失量 0.08 0.09 kghm-2,占总氮流失量的 11%;NO-3-N 流失量 0.570.62 kghm-2,占总氮流失量的 71%77%。各处理 6 月 30 日总氮径流量为 1.55 1.72 kghm-2,其中可溶性氮流失量 0.98 1.05 kghm-2,占总氮流失量的 61%63%;NH+4-N 流失量0.17 0.18 kg hm-2,占 总 氮 流 失 量 的 11%;NO-3-N 流失量 1.18 1.23 kghm-2,占总氮流失量的 72%76%。7 月 21 日总氮流失量为 0.54 0.63 kghm-2,其中可溶性氮流失量 0.25 0.35 kghm-2,占总氮流失量的 48%55%;NH+4-N 流失量 0.056 0.065 kg hm-2,占 总 氮 流 失 量 的10%;NO-3-N 流失量 0.39 0.42 kghm-2,占总氮流失量的 67%72%。8 月 10 日总氮流失量为0.590.77 kghm-2,其中可溶性氮流失量 0.290.39 kg hm-2,占 总 氮 流 失 量 的 50%51%;NH+4-N 流失量 0.064 0.079 kghm-2,占总氮流失量的 10%11%;NO-3-N 流失量 0.37 0.504 kghm-2,占总氮的 62%66%。8 月 25 日总氮流失量为 0.21 0.24 kg hm-2、其 中 可 溶 性 氮 流 失 量0.11 0.12 kg hm-2,占 总 氮 流 失 量 的 49%54%;NH+4-N 流失量 0.023 0.024 kghm-2,占总氮流失量的 10%11%;NO-3-N 流失量 0.13 0.15 kghm-2,占总氮流失量的 64%66%。9 月11 日总氮流失量为 0.32 0.35 kghm-2,其中可溶性氮流失量 0.16 0.19 kghm-2,占总氮流失量的 47%57%;NH+4-N 流失量 0.0320.036 kghm-2,占总氮流失量的 9%11%;NO-3-N 流失量0.190.22 kghm-2,占总氮流失量的 60%66%。10 月 8 日总氮流失量量为 0.0910.1.11 kghm-2,其中可溶性氮流失量 0.045 0.049 kghm-2,占总氮流失量的 44%49%;NH+4-N 流失量 0.009 0.011 kghm-2,占总氮流失量的 9%10%;NO-3-N图 4不同处理氮素径流流失闫凯旋,等:江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响2185流失量 0.057 0.068 kghm-2,占总氮流失量的61%63%,显著高于 NH+4-N 的流失量。实验中,6 月 20 日和 6 月 30 日产流事件中氮素流失较多,其原因是 2 次产流事件降水量大,监测小区内的土壤受到充分的冲刷,产流体水量大氮素含量大。2.2.2不同模式氮素流失总量及流失率 表 2 为 611 月氮素径流流失总量。各种施肥模式下总氮径流流失量表现为 T1T2T3。T2 和T3 的总氮流失量分别比常规施肥模式降低了 3.9%和 9.3%,总氮流失减少,T2、T3 处理的可溶性氮径流流失量也显示出类似规律。根据表 1 计算出T1、T2、T3 施肥模式下施肥中总氮量分别为 205、205、205 kghm-2。3 种施肥模式下总氮流失率为3.15%3.47%,其中,T1 最高,T2 次之,T3 最低,说明减施化肥和绿肥种植都能有效降低氮流失率。表 2氮素径流流失总量处理流失量/(kghm-2)总氮NH+4-NNO-3-N可溶性氮总氮流失率/%T17.130.15 a0.760.01 a4.960.90 a4.130.01 a3.47T26.850.39 b0.730.08 b4.820.71 b 3.880.01 c3.33T36.470.21 b0.690.03 c4.560.40 c3.600.02 c3.15注:表中数据为平均值标准差,同列数据后无相同小写字母表示不同处理间差异达显著水平(PT2T3。减施化肥、减施化肥配施绿肥种植模式总磷径流流失总量分别较常规施肥降低 7.4%和 20.2%。减施化肥20%与绿肥种植的耦合应用的 T3 模式显著低于常规施肥模式。各施肥模式可溶性磷径流流失量占总磷流失量的 36.4%38.2%,与常规施肥模式相比,减施化肥配施绿肥种植模式明显低于常规模式和减施化肥2186 2023 年第 64 卷第 9 期表 3磷素径流流失量处理流失量/(kghm-2)总磷可溶性磷可溶性磷占比/%总磷流失率/%T12.720.21 a1.040.04 a 38.20.58T22.520.02 a0.900.19 b35.70.50T32.170.17 b0.790.11 c36.40.43模式。各 施 肥 模 式 下 总 磷 流 失 率 为 0.43%0.58%,其中常规施肥最高,减施化肥配施绿肥种植最低。说明减施化肥配施绿肥种植模式能进一步降低总磷流失量及流失率,对减少磷素流失效果最为明显。3结论与讨论农田土壤中养分的流失主要由降水产生的地表径流导致26,地表径流的大小又受到种植作物类型、覆盖等因素的影响。本研究中,在各产流事件中减施化肥配施绿肥种植(T3)模式相较于常规施肥模式(T1)能有效降低梨园地表径流量,特别是 7 月 21 日和 8 月 10 日的产流事件中,T3 模式地表径流量分别下降了 10.75%和 19.20%。这与李涛等27 关于不同种植模式下氮、磷流失和经济性分析的研究结果相似,其主要原因是绿肥的间作种植增加了田间植物覆盖面积,减缓了降雨对土壤的侵蚀28,增强了土壤的保水和保肥性能29。7 月 21 日和 8 月 10 日的产流事件正值绿肥白车轴草生长茂盛期,发达的根系进一步提高了监测小区的保水能力,地表径流大幅减少。氮、磷的 径 流 流 失 量 与 地 表 径 流 量 关 系 密切30,呈现显著正相关关系31。本研究中氮、磷流失主要集中在降水量大的 68 月份,原因是雨季高降雨量带走更多的氮、磷肥。氮素径流流失主要以可溶性氮为主,颗粒态氮占比较小,其中硝态氮为可溶性氮的主要形态,不同施肥模式对氮素流失形态没有显著影响。磷在土壤中的形态主要为颗粒态和溶解态,本研究中,前期磷素的流失形态主要为颗粒态磷,后期仍以颗粒态为主,但呈现减少趋势。在 3 种施肥模式下,颗粒态磷占总磷流失量的 58.19%73.93%,不同施肥模式对磷的流失形态无显著差异。磷素径流流失以颗粒态为主,可溶性磷占比小,不同施肥模式对氮、磷素的流失形态没有明显影响。减少化肥施用量、增施有机肥能有效减少氮、磷流失量32,绿肥种植和绿肥还田在稳产的同时亦能减少梨园氮、磷素的流失。本研究中,各处理在 6 月 20 日、6 月 25 日、6 月 30 日、7 月 21 日、8 月 10 日、8 月 25 日的总氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、可溶性磷流失量,均显示出常规施肥减施化肥 20%减施化肥 20%配施绿肥种植的规律。但 9 月 11 日、10 月 8 日减施化肥配施绿肥 T3 模式养分流失无明显差异,这可能是因为处于土壤上层的肥料在 68 月的雨季被雨水大量冲刷流失,特别是土壤表层肥料流失殆尽,9 月后的少量降雨只能冲刷土壤表层,氮、磷流失量差异难以显现。施肥模式 T2 用有机肥替代减施的化肥,保证在监测小区内施用的氮、磷总量与常规施肥保持一致,与常规施肥 T1 相比,减施化肥模式 T2 减施 20%化肥、增施 11%有机肥,得益于有机肥养分释放速度慢,有机肥的替代避免了氮素养分在前期的集中流失33,总氮、总磷流失量分别减少了3.9%和 7.4%。在减施化肥的基础上,增加白车轴草与梨树间作种植能促进土壤中的无机氮向有机氮转化,减少无机氮含量,绿肥植株的腐解形成易于吸附养分的疏松多孔结构34,大量吸附氮、磷素,降低了养分流失风险35。在本实验中,T3 模式小区的氮、磷流失量最少,其次是减施化肥模式 T2。在 1 a 的生长周期内,减施化肥与绿肥间作均能有效降低氮、磷素的流失总量和流失率,缓解因施肥引发的农业面源污染。本研究在高施肥量和集约化生产的梨园中研究了减施化肥和绿肥生草种植对控制氮磷流失、减少农田面源污染的影响,减施化肥 20%模式和绿肥种植都能不同程度上降低秋月梨园 TP 和 TN 的流失,特别是将减施化肥 20%与绿肥间作耦合应用效果最好。在该模式下监测小区径流系数最小,集流池中总磷和总氮的含量最低,氮、磷流失总量分别比常规施肥模式降低了 9.3%和 20.2%。以上研究结果表明,在江苏沿海地区梨园推行减施化肥与绿肥种植耦合运用的施肥模式能够有效降低梨园氮、磷流失,减小梨园周边面源污染风险,对推动江苏沿海平原地区梨园绿色化发展具有重要意义。参考文献:1 李婷婷,韦彩会,董文斌,等.生草栽培与坡度对桂东北坡地果园地 表径流氮磷流 失的影响 J.水土保 持研究,2021,28(3):59-64,73.2 LI X N,ZHANG W W,WU J Y,et al.Loss of nitrogen and phosphorus from farmland runoff and the interception effect of an ecological drainage ditch in the North China Plain:a field study in a modern agricultural park J.Ecological Engineering,闫凯旋,等:江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响21872021,169:106310.3 陈隆升,梅莉,陈永忠,等.油茶林生草栽培对地表径流及氮磷流失特征的影响 J.南京林业大学学报(自然科学版),2021,45(6):127-134.4 李晓虹.凤羽河小流域不同降雨类型与土地利用方式对氮磷流失的影响 D.北京:中国农业科学院,2020.5 周锐.人工模拟次降雨条件下鲁中南山区赤松林地产流与氮磷流失特征 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