太湖地區(qū)稻麥輪作農(nóng)田有機(jī)和常規(guī)種植模式下氮磷徑流流失特征研究

　　摘要：為探究不同種植模式對氮磷流失的影響，采用田間徑流池法，在太湖地區(qū)稻麥輪作系統(tǒng)中，通過連續(xù)兩年田間試驗，研究比較了等氮投入條件下常規(guī)種植和有機(jī)種植模式農(nóng)田徑流水中氮、磷濃度特征，以及徑流氮、磷流失量、流失系數(shù)。結(jié)果表明，稻季和麥季農(nóng)田徑流中總氮、可溶性氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮平均濃度和總氮流失量均表現(xiàn)為：常規(guī)種植>有機(jī)種植>對照。與常規(guī)種植相比，有機(jī)種植模式能夠有效減少稻麥輪作農(nóng)田中氮的徑流流失，且對麥季氮素徑流流失的減少效果優(yōu)于稻季；盡管有機(jī)種植模式下磷流失系數(shù)低于常規(guī)種植，但有機(jī)肥投入攜帶的高磷量會增加農(nóng)田磷素徑流流失量。

　　關(guān)鍵詞：稻麥輪作；有機(jī)種植；農(nóng)田；徑流；氮磷流失

　　太湖地區(qū)是我國化肥用量最高的地區(qū)之一[1]，據(jù)悉，該區(qū)稻麥輪作年施氮量平均值已高達(dá)約590 kg·hm-2[2]。過量化肥的施用不僅增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且過低的肥料利用率使得土壤中氮磷大量流失，導(dǎo)致地表水污染和水體富營養(yǎng)化加劇，引起一系列環(huán)境問題。目前，太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染比較嚴(yán)重，已成為人們普遍關(guān)注的熱點問題[3-8]。地表徑流是農(nóng)田氮磷流失的主要方式，我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮年徑流損失量約131萬t[9]，磷徑流損失量約6.36萬t[10]。研究表明，農(nóng)田氮磷化學(xué)養(yǎng)分投入的減量化技術(shù)、科學(xué)農(nóng)業(yè)管理模式有利于減少農(nóng)田氮磷徑流流失，控制農(nóng)業(yè)面源污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境[11-13]。

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　　1.材料與方法

　　1.1研究地點

　　試驗于2011年6月至2013年6月在江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)雪堰鎮(zhèn)萬壽村（120°05′05"E，31°29′24"N）進(jìn)行。試驗田距太湖2 km，所處地形為丘陵谷地，土壤類型為水稻土，質(zhì)地為壤土。土壤pH5.13，有機(jī)質(zhì)31 g·kg-1，總氮1.71 g·kg-1，堿解氮164 mg·kg-1，總磷1.17 g·kg-1，有效磷11.5 mg·kg-1，速效鉀76 mg·kg-1。耕作制度為稻麥輪作，水稻耕作方式為常規(guī)翻耕，小麥為免耕。供試作物水稻為9998-3，冬小麥為揚麥11號。

　　1.2試驗設(shè)計

　　在田間布設(shè)長3.0 m、寬0.7 m、深1.0 m的徑流池，混凝土結(jié)構(gòu)，在降雨產(chǎn)生徑流后，測量計算徑流水量，采集徑流水樣。試驗小區(qū)面積為30 m2（長6.0 m、寬5.0 m）。2011年第一季作物水稻，2011年6月16日移栽，2011年11月11日收獲；第二季作物小麥，2011年11月26日 播 種 ，2012年5月28日 收 獲。2012年第一季作物水稻，2012年6月14日 移 栽 ，2012年11月2日收獲；第二季作物小麥，2012年11月15日播種，2013年5月28日收獲。設(shè)置3個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)。（1）空白對照：不施肥；（2）常規(guī)種植模式：在廣泛調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的平均施肥量與施肥方式；（3）有機(jī)種植模式：施用和常規(guī)組等氮量的有機(jī)肥。種植期間全部采用商品有機(jī)肥和植物源農(nóng)藥，不使用任何人工農(nóng)藥和尿素等，嚴(yán)格執(zhí)行有機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所用有機(jī)肥為“田娘”商品有機(jī)肥（含N 1.42%、P2O52.00%、K2O1.58%）。稻麥輪作期間各處理具體施肥情況見表1。試驗小區(qū)并排分布在徑流池兩側(cè)。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1有機(jī)和常規(guī)種植模式

　　下水稻和小麥產(chǎn)量差異從圖2可以看出，2011年度有機(jī)種植水稻產(chǎn)量略高于常規(guī)種植，但是未達(dá)到顯著水平（P>0.05），分別為8911 kg·hm-2和8711kg·hm-2，是不施肥對照產(chǎn)量的2倍。有機(jī)種植小麥產(chǎn)量明顯高于常規(guī)種植，分別較對照增產(chǎn)64.89%和57.00%。

　　2.2稻麥輪作徑流水中的氮素及其流失分析

　　2.2.1稻季農(nóng)田徑流水中氮濃度的動態(tài)變化

　　不同種植模式下，稻季農(nóng)田徑流水中總氮、可溶性氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度變化特征如圖3所示。2012年稻季降雨量較2011年減少389.7 mm，徑流量減少11 850 L，徑流次數(shù)僅為4次。2012年稻季各處理間徑流水中氮濃度差異較2011年小。在2011年整個稻季，不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下稻田徑流水中總氮平均濃度分別為1.42、4.24、3.28 mg·L-1，而在2012年整個稻季，不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下稻田徑流水中總氮平均濃度分別為2.97、3.94、3.73 mg·L-1。

　　2.2.2麥季農(nóng)田徑流水中氮濃度的動態(tài)變化

　　由圖3可見，麥季農(nóng)田徑流水中氮濃度高于稻季，尤其在常規(guī)種植模式下。麥季徑流水中氮形態(tài)以硝態(tài)氮為主，而在稻季以銨態(tài)氮為主。小麥常規(guī)和有機(jī)種植模式下農(nóng)田徑流水中總氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮濃度高于不施肥對照，且常規(guī)種植模式下氮濃度高于有機(jī)種植。在2011年麥季，不施肥對照、常規(guī)種植和有機(jī)種植模式下麥田徑流水中總氮平均濃度分別為4.27、16.84、10.29 mg·L-1，2012年麥季徑流水中總氮平均濃度分別為2.71、9.42、2.96 mg·L-1。在2012年3月6日常規(guī)種植麥田徑流水中總氮濃度達(dá)到峰值（26.93 mg·L-1），有機(jī)種植則在發(fā)生第一次徑流時（2012年2月7日）總氮濃度出現(xiàn)峰值（13.77 mg·L-1）。2012年小麥常規(guī)種植徑流水中總氮濃度在2013年2月6日出現(xiàn)峰值（16.50 mg·L-1），有機(jī)種植在2012年12月31日出現(xiàn)峰值（4.15 mg·L-1）。

　　3.討論

　　本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)種植和常規(guī)種植的作物產(chǎn)量有所差異，試驗結(jié)果顯示，有機(jī)種植和常規(guī)種植稻麥產(chǎn)量的比值為0.67~1.22，與岳玉波等[13]的結(jié)果接 近。Seufert等[16]和Ponti等[17]的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，有機(jī)和常規(guī)種植作物產(chǎn)量的比值為0.75~0.80。通過分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)種植水稻和小麥年際間的產(chǎn)量差異較常規(guī)種植大，這是由于有機(jī)種植體系從建立到平衡需要一定的時間，產(chǎn)量必然會受到體系內(nèi)外多種因素的影響。目前，有研究報道，有機(jī)種植轉(zhuǎn)換期內(nèi)作物產(chǎn)量增加或降低，這主要與土壤肥力、管理措施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、作物類型和有機(jī)生產(chǎn)者的經(jīng)驗有關(guān)[18-20]。研究表明，在2至5年內(nèi)，有機(jī)種植作物產(chǎn)量有較大的波動，普遍低于常規(guī)種植，5年之后的產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，不易受外界因素影響[16]。

　　4.結(jié)論

　　在太湖流域稻麥輪作系統(tǒng)中，有機(jī)種植模式能有效控制農(nóng)田中氮素的徑流損失，且有機(jī)種植對麥季氮素徑流流失減少的效果優(yōu)于稻季，麥季氮素流失以硝態(tài)氮為主，稻季以銨態(tài)氮為主。然而，值得注意的是，有機(jī)種植攜入農(nóng)田的高磷量會增加土壤中磷的積累和磷素徑流流失量，盡管有機(jī)種植模式下的磷流失系數(shù)低于常規(guī)種植。降雨也是影響農(nóng)田氮、磷徑流流失的主要因素之一，降雨情況的不同導(dǎo)致年際間氮、磷流失量差異較大，為減少氮、磷徑流損失，要避免在較大降雨發(fā)生前施肥?？傊谔貐^(qū)發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)特別關(guān)注有機(jī)肥的施用風(fēng)險，采取完善和科學(xué)的肥力管理措施，如種植綠肥、施用高氮低磷有機(jī)肥等以減少有機(jī)肥中磷的投入，避免磷流失的污染風(fēng)險。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]王 海,席運官,陳瑞冰,等.太湖地區(qū)肥料、農(nóng)藥過量施用調(diào)查研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展, 2009（3）：10-15.WANG Hai, XI Yun-guan, CHEN Rui-bing, et al. Investigation on theexcessive fertilizer and pesticides application in Taihu Lake Region[J].Agro-Environment and Development, 2009（3）：10-15

　　陳秋會，席運官*，王磊，李妍，張弛，田偉，田然，肖興基，趙克強(qiáng)

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