福建山地丘陵區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：為評價福建山地丘陵區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行了研究。結果表明：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，與不同施肥處理關系不大;武夷山銨態氮和硝態氮占氮素流失量的65.91%，該地區水稻田氮流失的主要形式是銨態氮和硝態氮。不同施肥處理之間作物產量沒有顯著差異，說明綜合優化施肥和主因子優化施肥可以達到與常規施肥一樣的增產效果，但可以減少土壤板結等問題。因此，推薦農戶使用綜合優化施肥和主因子優化施肥。

關鍵詞：山地丘陵區;水稻田;氮流失

中圖分類號 S511文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）15-0099-04

The Feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province

——Taking Wuyishan and Minqing as Examples

Li Wei1 et al.

（1Fufian Key Laboratory of Precise Measurement of Agriculture，Central Laboratory，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou，Fujian 350003，China）

Abstract：In order to evaluate the feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province，Analysis of nitrogen loss caused by surface runoff from Wanqing double-season rice and Wuyishan single-season rice.The results show the surface runoff of rice fields is greatly affected by climatic conditions such as rainfall， and has little relationship with different fertilization treatments.The ammonium and nitrate nitrogen in Wuyi Mountain accounted for 65.91% of the nitrogen loss， The main forms of nitrogen runoff loss in Wuyishan paddy fields are ammonium nitrogen and nitrate nitrogen， of which nitrate nitrogen is lost.The amount of nitrogen is more than the amount of nitrogen lost in the form of ammonium nitrogen.There is no significant difference in crop yield between different fertilization treatments.This indicates that comprehensive optimized fertilization and main factor optimization fertilization can achieve the same yield increase effect as conventional fertilization， but can reduce soil compaction.Because of environmental problems， farmers can be recommended to use the two fertilization treatments to grow rice.

Key words：Mountain hilly area;Rice fields;Nitrogen loss

中國是世界最大的水稻生產國，約占世界水稻種植面積的20%[1-3]，年產稻谷超過1.48億t，與此同時，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國[4-7]。據統計，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%，水稻產量約占全國水稻總產量的68%，而化肥氮投入量占全國水稻化肥氮用量的74%。化肥的不合理使用，導致其利用率低，流失率高，不僅對農田土壤產生了污染，還通過農田徑流造成了對水體的有機污染、富營養化，甚至造成地下水污染和空氣污染。在農業生產中化肥、農藥的大量投入，既使耕地和地下水受到了大面積污染，又對環境造成了污染，從而加劇了農業面源污染的程度，并且間接地影響了農產品的品質，嚴重威脅著農業安全和環境安全[8-12]。

農田生態系統氮素的流失已成為農業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;同時也是我國南方農業面源污染和河湖水質富營養物質污染的主要來源[13-19]。為此，本研究通過對試驗點天然降雨、地表徑流和作物產量等進行周年監測，探究福建省山地丘陵區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，為制定農業環境保護相關政策提供決策依據，為南方山地丘陵地區的農業面源污染防治和治理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 閩清縣監測點位于云龍鄉際下村（經度118°8′29.07″，緯度26°14′20.73″，海拔100m）。該區域屬亞熱帶季風氣候，由于地形地貌錯綜復雜，生態環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，時有冰雹和洪澇災害出現，個別年份遇春旱。夏季，初夏處于梅雨高峰期，多發生洪澇災害，梅雨結束后天氣晴熱，午后時有大風、雷陣雨和冰雹。臺風在沿海登陸時多帶來暴雨，少臺風年份多出現干旱。秋季，一般天氣晴好少雨，氣候干燥，秋溫高于春溫，常發生干旱。高山地區10月末，平原11月中旬后出現初霜。冬季，天氣寒冷，多刮西北風，晴天夜間常有霜凍出現，山區冬末春初時有降雪。所選試驗點為南方山地丘陵區，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°，土壤質地為中壤，土壤類型為人為土-人為水成土-水稻土，監測點0～20cm土壤基本性狀見表1，監測小區面積為30m2。

武夷山市監測點位于星村鎮楓林村（經度117°51′30″，緯度27°33′32"，海拔267m）。該區域屬典型的亞熱帶季風濕潤氣候，年均溫17.0～18.4℃，年均相對濕度75%～84%，年降水量1800mm，年均日照時數1910.2h，無霜期227～246d。所選種植模式為南方山地丘陵區，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，坡向為東，坡度為5.0°，土壤質地為中壤，土壤類型為人為土-人為水成土-水稻土，監測點0～20cm土壤基本性狀見表1。監測小區面積為36m2。

1.2 試驗方法 試驗方法采用在田間建設長3m、寬1m、深0.9m的徑流池，在降雨產生徑流后，根據測量計算徑流水量，采集徑流水樣。試驗小區為長方形，面積30m2（10m×3m）或36m2（10m×3.6m）。設3個處理：處理1為A常規施肥（CK）對照，即施肥、耕作、灌溉秸稈覆蓋或還田等各項農藝措施完全參照當地農民習慣;處理2為B主因子優化施肥，主因子是指特定分區、特定種植模式下，影響農田面源污染排放的關鍵因子，因此將農民習慣施肥設為常規處理，將優化施肥設為該模式的主因子優化處理，除主因子與常規處理不同以外，其他農藝措施均與常規處理保持一致;處理3為C綜合優化施肥，即除主因子優化以外，再對1～2個主要輔助因子如施肥、耕作、灌溉、秸科蓋或還田等農藝措施進行優化，每個處理3個重復，每個監測點共計9個徑流小區。試驗小區除施肥方式分別按3個處理外，其他田間管理和耕作方式都按照當地的常規管理進行。各監測點具體施肥量及施肥方式見表2。

1.3 測定方法 參照《農田面源污染監測方法與實踐》進行徑流水指標和總氮的測定：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 數據分析 以地表徑流途徑流失的氮素量等于整個監測周期中各次徑流水中氮濃度與徑流水體積乘積之和。計算公式如下：

[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：監測周期為1個完整的周年，不僅包括作物生長期，也包括休閑期。監測起始時間一般為某種作物播種日，結束時間為翌年同一天。）

采用EXCEL 2010進行數據整理，并利用DPS 7.05 軟件進行主成分分析及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 地表徑流氮流失量 2015—2017年福建省閩清縣和武夷山監測點的年降雨量見表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個監測點常規施肥處理（CK）、主因子優化施肥（KF）、綜合優化施肥（BMP）產生的徑流量及氮流失量見表4。從表4可以看出：同一監測點3年的徑流產生情況各不相同，這與不同年份的降雨量有很大關系;不同監測點同一年的徑流量也各不相同，這與不同地區的年降雨量有很大關系。武夷山與閩清縣相比，3年的徑流量都相對較多，這與武夷山市這個地區降雨等氣候條件有關，與武夷山市的水稻種植品種也有關聯。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系，與不同施肥處理關系不大。

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，在該監測點3個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系。從同一地區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年閩清縣常規施肥條件下總氮徑流流失量差別較大，達到顯著水平，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系;3種施肥處理的氮徑流流失量均均未達顯著水平。武夷山市常規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，可能是由于試驗之前施肥量高，試驗田的肥力水平相對較高，雖然降低施肥量但由于本底值高，所以優化施肥處理并沒有立即表現出明顯減少氮的徑流流失。

2.2 地表徑流氮流失形態 2015—2017年福建省閩清縣和武夷山市水稻田氮的流失形態見表5。監測過程中同時得出常規施肥條件下田地硝態氮、銨態氮的徑流流失情況。監測期間閩清縣不同施肥處理的硝態氮徑流流失量為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%。閩清縣銨態氮和硝態氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山銨態氮和硝態氮占氮素流失量的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氮和硝態氮。不同施肥處理間銨態氮和硝態氮的流失量沒有顯著差異。

2.3 不同施肥處理對作物產量的影響 福建省閩清縣和武夷山市水稻田不同施肥處理2015—2017年作物產量見表6。從表6可以看出，常規施肥條件下2015—2017年內閩清水稻產量呈逐年增加的趨勢;其中閩清縣第1季水稻產量2017年比2016年增加1.67倍，達到顯著水平（P<0.05）;第2季水稻產量在第2年也呈大幅上升趨勢，達到顯著水平，且2016年與2017年產量相當。武夷山市的水稻產量2016年比2015年增產達顯著水平（P<0.05），但2017年產量較2016年有所下降，這可能是與不同地區不同年份的氣候條件、田間管理和病蟲害有關系。對比不同施肥處理時發現3個施肥處理之間的作物產量未達顯著差異（P>0.05），表明綜合優化施肥和主因子優化施肥可以達到和常規施肥一樣的增產效果。因此，推薦農民使用優化施肥和主因子優化施肥2種施肥處理，以減少土壤板結等環境問題。

3 小結

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系不大。閩清縣的銨態氮和硝態氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山的銨態氮和硝態氮占氮素流失量的65.91%，可見，銨態氮和硝態氮是武夷山稻田中氮素徑流流失的主要形態。通過對比閩清縣和武夷山稻田不同施肥處理2015—2017年作物產量，可以得出，年際間的作物產量有顯著性差異，但不同施肥處理之間差異不顯著，這說明綜合優化施肥和主因子優化施肥可以達到和常規施肥一樣的增產效果。因此，推薦農戶使用綜合優化施肥和主因子優化施肥2種施肥處理種植水稻，以減少土壤板結等和環境污染等問題。

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（責編：張宏民）