福建山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征分析

福建山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征分析

李巍羅旭輝黃敏敏張麗君涂杰鋒占義清林金美摘要：為評價(jià)福建山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征，分別對閩清雙季稻、武夷山單季稻的地表徑流引起的氮流失進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：水稻田地表徑流量的大小受降雨量等氣候條件的影響較大，與不同施肥處理關(guān)系不大;武夷山銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的65.91%，該地區(qū)水稻田氮流失的主要形式是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。不同施肥處理之間作物產(chǎn)量沒有顯著差異，說明綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥可以達(dá)到與常規(guī)施肥一樣的增產(chǎn)效果，但可以減少土壤板結(jié)等問題。因此，推薦農(nóng)戶使用綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥。Key：山地丘陵區(qū);水稻田;氮流失S511A1007-7731（2019）15-0099-04TheFeatureofNitrogenLossinTypicalRiceFieldsinHillyAreasofFujianProvince——TakingWuyishanandMinqingasExamplesLiWei1etal.（1FufianKeyLaboratoryofPreciseMeasurementofAgriculture，CentralLaboratory，F(xiàn)ujianAcademyofAgriculturalSciences，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian350003，China）Abstract：InordertoevaluatethefeatureofNitrogenLossinTypicalRiceFieldsinHillyAreasofFujianProvince，AnalysisofnitrogenlosscausedbysurfacerunofffromWanqingdouble-seasonriceandWuyishansingle-seasonrice.Theresultsshowthesurfacerunoffofricefieldsisgreatlyaffectedbyclimaticconditionssuchasrainfall，andhaslittlerelationshipwithdifferentfertilizationtreatments.TheammoniumandnitratenitrogeninWuyiMountainaccountedfor65.91%ofthenitrogenloss，ThemainformsofnitrogenrunofflossinWuyishanpaddyfieldsareammoniumnitrogenandnitratenitrogen，ofwhichnitratenitrogenislost.Theamountofnitrogenismorethantheamountofnitrogenlostintheformofammoniumnitrogen.Thereisnosignificantdifferenceincropyieldbetweendifferentfertilizationtreatments.Thisindicatesthatcomprehensiveoptimizedfertilizationandmainfactoroptimizationfertilizationcanachievethesameyieldincreaseeffectasconventionalfertilization，butcanreducesoilcompaction.Becauseofenvironmentalproblems，farmerscanberecommendedtousethetwofertilizationtreatmentstogrowrice.Keywords：Mountainhillyarea;Ricefields;Nitrogenloss中國是世界最大的水稻生產(chǎn)國，約占世界水稻種植面積的20%[1-3]，年產(chǎn)稻谷超過1.48億t，與此同時(shí)，我國氮肥用量占全球氮肥總用量的30%左右，是世界最大的氮肥消費(fèi)國[4-7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國南方水稻的種植面積約占全國水稻總種植面積的70.19%，水稻產(chǎn)量約占全國水稻總產(chǎn)量的68%，而化肥氮投入量占全國水稻化肥氮用量的74%?；实牟缓侠硎褂茫瑢?dǎo)致其利用率低，流失率高，不僅對農(nóng)田土壤產(chǎn)生了污染，還通過農(nóng)田徑流造成了對水體的有機(jī)污染、富營養(yǎng)化，甚至造成地下水污染和空氣污染。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的大量投入，既使耕地和地下水受到了大面積污染，又對環(huán)境造成了污染，從而加劇了農(nóng)業(yè)面源污染的程度，并且間接地影響了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，嚴(yán)重威脅著農(nóng)業(yè)安全和環(huán)境安全[8-12]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素的流失已成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要組成部分，水稻地表徑流是面源污染的主要因素;同時(shí)也是我國南方農(nóng)業(yè)面源污染和河湖水質(zhì)富營養(yǎng)物質(zhì)污染的主要來源[13-19]。為此，本研究通過對試驗(yàn)點(diǎn)天然降雨、地表徑流和作物產(chǎn)量等進(jìn)行周年監(jiān)測，探究福建省山地丘陵區(qū)典型水稻田氮素徑流流失的特征，對比不同施肥對福建典型水稻田氮素流失特征的影響，為制定農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策提供決策依據(jù)，為南方山地丘陵地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染防治和治理提供科學(xué)依據(jù)。1材料與方法1.1試驗(yàn)地概況閩清縣監(jiān)測點(diǎn)位于云龍鄉(xiāng)際下村（經(jīng)度118°8′29.07″，緯度26°14′20.73″，海拔100m）。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，由于地形地貌錯(cuò)綜復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境一年四季差異明顯。春季，氣溫回升快，3月至4月上旬氣候多變，冷熱無常，春播常遇低溫陰雨，春末多陰雨，時(shí)有冰雹和洪澇災(zāi)害出現(xiàn)，個(gè)別年份遇春旱。夏季，初夏處于梅雨高峰期，多發(fā)生洪澇災(zāi)害，梅雨結(jié)束后天氣晴熱，午后時(shí)有大風(fēng)、雷陣雨和冰雹。臺風(fēng)在沿海登陸時(shí)多帶來暴雨，少臺風(fēng)年份多出現(xiàn)干旱。秋季，一般天氣晴好少雨，氣候干燥，秋溫高于春溫，常發(fā)生干旱。高山地區(qū)10月末，平原11月中旬后出現(xiàn)初霜。冬季，天氣寒冷，多刮西北風(fēng)，晴天夜間常有霜凍出現(xiàn)，山區(qū)冬末春初時(shí)有降雪。所選試驗(yàn)點(diǎn)為南方山地丘陵區(qū)，地貌類型為丘陵，地形為緩坡（5～15°），梯田，種植方式為大田種植，坡向朝北，坡度為15°，土壤質(zhì)地為中壤，土壤類型為人為土-人為水成土-水稻土，監(jiān)測點(diǎn)0～20cm土壤基本性狀見表1，監(jiān)測小區(qū)面積為30m2。武夷山市監(jiān)測點(diǎn)位于星村鎮(zhèn)楓林村（經(jīng)度117°51′30″，緯度27°33′32"，海拔267m）。該區(qū)域?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，年均溫17.0～18.4℃，年均相對濕度75%～84%，年降水量1800mm，年均日照時(shí)數(shù)1910.2h，無霜期227～246d。所選種植模式為南方山地丘陵區(qū)，地貌類型為山地，地形為緩坡（5～15°），是梯田，種植方式為大田種植，坡向?yàn)闁|，坡度為5.0°，土壤質(zhì)地為中壤，土壤類型為人為土-人為水成土-水稻土，監(jiān)測點(diǎn)0～20cm土壤基本性狀見表1。監(jiān)測小區(qū)面積為36m2。1.2試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法采用在田間建設(shè)長3m、寬1m、深0.9m的徑流池，在降雨產(chǎn)生徑流后，根據(jù)測量計(jì)算徑流水量，采集徑流水樣。試驗(yàn)小區(qū)為長方形，面積30m2（10m×3m）或36m2（10m×3.6m）。設(shè)3個(gè)處理：處理1為A常規(guī)施肥（CK）對照，即施肥、耕作、灌溉秸稈覆蓋或還田等各項(xiàng)農(nóng)藝措施完全參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣;處理2為B主因子優(yōu)化施肥，主因子是指特定分區(qū)、特定種植模式下，影響農(nóng)田面源污染排放的關(guān)鍵因子，因此將農(nóng)民習(xí)慣施肥設(shè)為常規(guī)處理，將優(yōu)化施肥設(shè)為該模式的主因子優(yōu)化處理，除主因子與常規(guī)處理不同以外，其他農(nóng)藝措施均與常規(guī)處理保持一致;處理3為C綜合優(yōu)化施肥，即除主因子優(yōu)化以外，再對1～2個(gè)主要輔助因子如施肥、耕作、灌溉、秸科蓋或還田等農(nóng)藝措施進(jìn)行優(yōu)化，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)9個(gè)徑流小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)除施肥方式分別按3個(gè)處理外，其他田間管理和耕作方式都按照當(dāng)?shù)氐某Ｒ?guī)管理進(jìn)行。各監(jiān)測點(diǎn)具體施肥量及施肥方式見表2。1.3測定方法參照《農(nóng)田面源污染監(jiān)測方法與實(shí)踐》進(jìn)行徑流水指標(biāo)和總氮的測定：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;氨氮的測定：納氏比色法;硝酸鹽氮的測定：紫外分光光度法。1.4數(shù)據(jù)分析以地表徑流途徑流失的氮素量等于整個(gè)監(jiān)測周期中各次徑流水中氮濃度與徑流水體積乘積之和。計(jì)算公式如下：[P=i=1nCi×Vi]式中，P為氮流失量;Ci為第i次徑流水中氮的濃度;Vi為第i次徑流水的體積。（備注：監(jiān)測周期為1個(gè)完整的周年，不僅包括作物生長期，也包括休閑期。監(jiān)測起始時(shí)間一般為某種作物播種日，結(jié)束時(shí)間為翌年同一天。）采用EXCEL2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并利用DPS7.05軟件進(jìn)行主成分分析及相關(guān)性分析。2結(jié)果與分析2.1地表徑流氮流失量2015—2017年福建省閩清縣和武夷山監(jiān)測點(diǎn)的年降雨量見表3。由表3可知，閩清的平均年降雨量為1604mm，武夷山平均年降雨量為2884mm，武夷山市年降雨量高于閩清縣。2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)常規(guī)施肥處理（CK）、主因子優(yōu)化施肥（KF）、綜合優(yōu)化施肥（BMP）產(chǎn)生的徑流量及氮流失量見表4。從表4可以看出：同一監(jiān)測點(diǎn)3年的徑流產(chǎn)生情況各不相同，這與不同年份的降雨量有很大關(guān)系;不同監(jiān)測點(diǎn)同一年的徑流量也各不相同，這與不同地區(qū)的年降雨量有很大關(guān)系。武夷山與閩清縣相比，3年的徑流量都相對較多，這與武夷山市這個(gè)地區(qū)降雨等氣候條件有關(guān)，與武夷山市的水稻種植品種也有關(guān)聯(lián)。但不同的施肥處理對徑流量卻沒有顯著的影響（P>0.05）。因此可以得出，影響徑流量大小的因素主要與降雨量、作物品種等有密切關(guān)系，與不同施肥處理關(guān)系不大。從表4可以看出，2015年、2016年和2017年武夷山市的徑流量均為最大，在該監(jiān)測點(diǎn)3個(gè)施肥處理總氮的徑流流失量也最大，表明氮徑流流失量與徑流量有一定關(guān)系。從同一地區(qū)3年的徑流量和氮徑流流失量對比來看，同樣得出總氮徑流流失量隨徑流量的不同變化比較明顯，大體趨勢是隨徑流量變大而變大。由此說明，總氮徑流流失量有隨著徑流量的加大而增大的趨勢。2015—2017年閩清縣常規(guī)施肥條件下總氮徑流流失量差別較大，達(dá)到顯著水平，分別為1.72、2.06、0.39kg·hm-2，年平均為1.39kg·hm-2，主要是由于徑流量的關(guān)系;3種施肥處理的氮徑流流失量均均未達(dá)顯著水平。武夷山市常規(guī)施肥條件下由于徑流量的不同，3年總氮的徑流流失量分別為14.31、13.41、6.47kg·hm-2，年平均為11.40kg·hm-2，2017年與2015年和2016年總氮流失量相比較少，3年內(nèi)3種施肥方式之間氮徑流流失量都不顯著，可能是由于試驗(yàn)之前施肥量高，試驗(yàn)田的肥力水平相對較高，雖然降低施肥量但由于本底值高，所以優(yōu)化施肥處理并沒有立即表現(xiàn)出明顯減少氮的徑流流失。2.2地表徑流氮流失形態(tài)2015—2017年福建省閩清縣和武夷山市水稻田氮的流失形態(tài)見表5。監(jiān)測過程中同時(shí)得出常規(guī)施肥條件下田地硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的徑流流失情況。監(jiān)測期間閩清縣不同施肥處理的硝態(tài)氮徑流流失量為3.05～6.26kg·hm-2，平均約占閩清總氮流失量的14.38%;銨態(tài)氮徑流流失量為4.30～5.46kg·hm-2，平均約占總氮流失量的14.22%。武夷山不同施肥處理的硝態(tài)氮的徑流流失量為3.90～1.22kg·hm-2，平均約占武夷山市總氮流失量的39.89%;銨態(tài)氮徑流流失量為2.40～10.56kg·hm-2，平均約占武夷山市總氮流失量的26.02%。閩清縣銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的65.91%，可以看出，在武夷山水稻田的氮流失的主要形式是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。不同施肥處理間銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失量沒有顯著差異。2.3不同施肥處理對作物產(chǎn)量的影響福建省閩清縣和武夷山市水稻田不同施肥處理2015—2017年作物產(chǎn)量見表6。從表6可以看出，常規(guī)施肥條件下2015—2017年內(nèi)閩清水稻產(chǎn)量呈逐年增加的趨勢;其中閩清縣第1季水稻產(chǎn)量2017年比2016年增加1.67倍，達(dá)到顯著水平（P<0.05）;第2季水稻產(chǎn)量在第2年也呈大幅上升趨勢，達(dá)到顯著水平，且2016年與2017年產(chǎn)量相當(dāng)。武夷山市的水稻產(chǎn)量2016年比2015年增產(chǎn)達(dá)顯著水平（P0.05），表明綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥可以達(dá)到和常規(guī)施肥一樣的增產(chǎn)效果。因此，推薦農(nóng)民使用優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥2種施肥處理，以減少土壤板結(jié)等環(huán)境問題。3小結(jié)通過對比2015—2017年閩清縣和武夷山市水稻田地表徑流氮流失量，可以得出，影響徑流量大小的因素有降雨量等氣候條件、作物品種等，但與不同施肥處理關(guān)系不大。閩清縣的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占氮素流失量的65.91%，可見，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是武夷山稻田中氮素徑流流失的主要形態(tài)。通過對比閩清縣和武夷山稻田不同施肥處理2015—2017年作物產(chǎn)量，可以得出，年際間的作物產(chǎn)量有顯著性差異，但不同施肥處理之間差異不顯著，這說明綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥可以達(dá)到和常規(guī)施肥一樣的增產(chǎn)效果。因此，推薦農(nóng)戶使用綜合優(yōu)化施肥和主因子優(yōu)化施肥2種施肥處理種植水稻，以減少土壤板結(jié)等和環(huán)境污染等問題。Reference[1]羅良國，聞大中，沈善敏.北方稻田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分滲漏規(guī)律研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，33（2）：68-74.[2]楊凱鵬，褚光，馬義虎，等.水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的氮肥運(yùn)籌研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（18）：9683-9687.[3]馮國祿，許尤厚，楊斌，等.不同蓄水深度的水分管理對稻田養(yǎng)分流失潛力的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（5）：871-876.[4]郭智，劉紅江，張?jiān)婪迹?不同施肥模式對菜地氮素徑流損失與表觀平衡的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2018（4）：37-42.[5]雷沛，曾祉祥，張洪，等.丹江口水庫農(nóng)業(yè)徑流小區(qū)土壤氮磷流失特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2016（03）：44-48.[6]李盟軍，姚建武，王榮輝，等.不同養(yǎng)分管理措施下常年菜地蔬菜生長及氮素徑流特征[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015（5）：1190-1199.[7]劉方誼，夏穎，黃敏，等.湖北省三峽庫區(qū)不同種植模式下農(nóng)田地表徑流氮磷流失特征[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2018（6）：550-558.[8]郭智，劉紅江，陳留根，等.太湖流域典型桃園土壤氮素徑流流失特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2017（4）：1-5.[9]呂婷，廖敏，葉照金，等.長興縣合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下徑流氮流失特征研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017（7）：136