昆山市稻田氮素污染風險分析

朱培淼 張俊韜 李 杰

（昆山市耕地質量與植物保護站，江蘇省蘇州市 215300）

水環境污染是由點源和面源兩種不同類型的污染源排放引起的[1]。有研究表明，湖泊、河流富營養化的養分分別有50%和60%來源于農業地表徑流水[2]，這是因為我國農藥化肥的平均利用率僅為30%～35%，而剩余的農藥化肥約有一半通過地表徑流流入江河湖海[3]。農業面源污染又被稱作農業非點源污染或農業擴散性污染，具有隨機性、潛在性、季節性、滯后性和面廣量大等特點，其控制難度大、涉及面廣、投入多、見效慢[4]。

相關研究與實踐表明，控制農業面源污染，污染監測與預警體系建設是關鍵，污染負荷評估與污染源解析是基礎，污染治理技術與工程實施是根本。而江蘇省昆山市在農業面源污染監測體系、負荷估算與源解析、精準減控技術與工程等方面，均有較大的提升空間。因此，筆者擬通過建設典型的稻麥農田面源污染監測體系，估算面源污染輸移過程關鍵節點污染負荷總量，解析農業面源污染發生源與風險時空點，評估稻麥生產對周邊水環境富營養化的作用，對昆山市稻田氮素污染風險進行分析，以期推進適合昆山市的農業面源污染管控技術與工程體系的形成，進而有效控制昆山市農業面源污染。

1 材料與方法

1.1 昆山市區域概況

昆山市地處江蘇省東南部，北至東北與常熟市、太倉市相連，南至東南與上海市嘉定區、青浦區接壤，西與蘇州市相城區、吳江區、蘇州工業園區交界；區域總面積為931 km2，其中水域面積占比為24%。

昆山市位于北亞熱帶季風氣候區，年均氣溫為17.6 ℃，年均降水量為1 200.4 mm，年均日照時間為1 789.2 h，空氣質量優良，每年有300 d以上空氣質量達到國家二級標準。

1.2 監測方法

1.2.1 監測對象

以昆山市主體種植模式——稻麥復種輪作的農田為監測對象。

1.2.2 監測位置

監測點位于千燈大唐生態園，監測面積為3.33 hm2，灌排獨立，農田、溝渠、匯水區、外河的排水路徑清晰、不串水，排水溝渠的一端封閉。

1.2.3 取樣點位

分別采集灌溉水、田面水、溝渠水、內河（匯水區）水、外河水的水樣。

1.2.4 取樣時間

（1）在每次施肥作業后第2天、第5天和第8天采集水樣；（2）在每次下大雨后采集水樣；（3）每隔15 d采集1次水樣，若與下雨天或施肥時間重合，則并做1次取樣。

1.2.5 取樣方法

具體為：（1）灌溉水樣。在灌溉溝渠或灌溉水源地，選3～5個點取水樣，混合之后，裝800 mL水樣于1 000 mL的塑料瓶。（2）田面水樣或旱地徑流水樣。在生產區域內，挖面積為0.11 m2、深為30 cm的小坑，內置塑料薄膜防止滲漏損失，產生徑流會自動蓄水，每個測定區域設3個小坑，將3個蓄水小坑里的水取樣后，混合均勻，裝800 mL水樣于1 000 mL的塑料瓶。（3）排水溝渠、內河水樣。使用水樣采集器選3點采樣，混合均勻后，裝800 mL水樣于1 000 mL的塑料瓶。（4）外河水樣。使用水樣采集器選3點采樣，并混合均勻后，裝800 mL水樣于1 000 mL的塑料瓶。

1.2.6 水樣保存

取樣后貼好標簽，每個取樣日期為1個批次，包裝好后，在包裝袋上注明日期，貯存于-18℃的冰柜中。同時，要及時送檢水樣，樣品從取樣到檢測的間隔時間不超過4周。

1.2.7 測定方法

按照《GB 3838-2002 地表水環境質量標準》規定的方法進行水樣測定[5]。

1.3 監測區域施肥情況

根據需求，記錄施肥的時間、品種、數量，并計算出氮、磷、鉀的折純量，見表1。

表1 大唐生態園農業面源污染監測點和施肥情況 （單位：kg/hm2）

2 結果與分析

2.1 水稻生長季水質變化情況

2.1.1 氨氮含量變化情況

由圖1可知，稻田施肥對內河水、外河水的氨氮含量具有一定的影響。其中，施用兩次分蘗肥及長粗肥后，內河水、外河水的氨氮含量均有所增加，且在施用第2次分蘗肥后，7月4日灌溉水的氨氮含量達到了11 mg/L，遠超內河水和外河水的氨氮含量；施用基肥和穗肥對內河水和外河水的氨氮含量影響不大。因此，按照地表水水質標準，6月中下旬到7月中旬為關鍵風險防控點。

2.1.2 總氮含量變化情況

由圖2可知，稻田施肥對內河水、外河水的總氮含量具有一定的影響，且對內河水水質的影響要大于對外河水水質的影響，但自8月5日施用穗肥后，內河水、外河水的總氮含量一直處于平穩狀態。因此，按照地表水水質標準，6月中下旬到7月中旬為關鍵風險防控點。

2.2 施肥后水質變化情況

2.2.1 施用基肥后水質變化情況

由圖3可知，施用基肥后第2天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為7.13、8.32 mg/L，施用基肥后第8天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為0.74、1.04 mg/L，分別下降89.7%、87.5%；而內河水、外河水的氨氮含量分別從0.27、0.25 mg/L上升到1.02、0.855 mg/L，分別上升277.8%、242.0%，但內河水和外河水的水質分別為IV類和III類水質。

由圖3還可知，施用基肥后第2天，田面水、溝渠水的總氮含量分別在8.4、11.4 mg/L，施用基肥后第8天，田面水、溝渠水的總氮含量分別為5.8、3.7 mg/L，分別下降31.0%、67.5%；而內河水和外河水的總氮含量分別從2.5、1.7 mg/L上升到3.0、2.4 mg/L，分別上升20.0%、41.2%，上升幅度不大，但內河水和外河水的水質均為劣V類水質。

2.2.2 施用第1次分蘗肥后水質變化情況

由圖4可知，施用第1次分蘗肥后第2天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為34.7、24.6 mg/L，施用第1次分蘗肥后第8天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為3.92、6.47 mg/L，分別下降88.7%、73.7%；而內河水、外河水的氨氮含量分別從0.36、0.26 mg/L上升到2.91、0.27 mg/L，上升幅度分別為708.3%、3.8%，且內河水水質為劣V類水質，較施肥后第2天上升幅度較大，而外河水水質為II類水質，與施肥后第2天相差無幾。

由圖4可知，施用第1次分蘗肥后第2天，田面水、溝渠水的總氮含量均較高，分別為59.9、53.7 mg/L，施用第1次分蘗肥后第8天，田面水、溝渠水的總氮含量分別為7.1、9.0 mg/L，分別下降88.1%、83.2%；而內河水、外河水的總氮含量分別從2.2、1.4 mg/L上升到6.0、1.8 mg/L，上升幅度分別為172.0%、28.6%，內河水水質為劣V類水質，外河水水質為V類水質。

2.2.3 施用第2次分蘗肥后水質變化情況

由圖5可知，施用第2次分蘗肥后第2天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為55.6、14.1 mg/L，施用第2次分蘗肥后第8天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為5.39、6.84 mg/L，分別下降90.3%、51.5%；而內河水、外河水的氨氮含量分別從1.39、0.25 mg/L上升到4.2、0.7 mg/L，上升幅度分別為202.2%、180.0%，內河水水質為劣V類水質，較施肥后第2天增幅較大，而外河水水質為III類水質。

由圖5可知，施用第2次分蘗肥后第2天，田面水、溝渠水的總氮含量較高，分別為57.5、38.6 mg/L，施用第2次分蘗肥后第8天，田面水、溝渠水的總氮含量分別為7.2、8.7 mg/L，分別下降87.5%、77.5%；而內河水、外河水的總氮含量分別從3.4、1.3 mg/L上升到6.3、2.1 mg/L，上升幅度分別為85.3%、61.5%，內河水和外河水水質均為劣V類水質。

2.2.4 施用長粗肥后水質變化情況

由圖6可知，施用長粗肥后第2天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為17.3、13.2 mg/L，施用長粗肥后第8天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為3.7、3.8 mg/L，分別下降78.6%、71.2%；而內河水、外河水的氨氮含量分別從1.39、0.25 mg/L上升到3.5、0.5 mg/L，上升幅度分別為151.8%、100.0%，內河水水質為劣V類水質，較施肥后第2天增幅較大，而外河水水質為II類水質。

由圖6可知，施用長粗肥后第2天，田面水、溝渠水的總氮含量較高，分別為17.8、13.8 mg/L，施用長粗肥后第8天，田面水、溝渠水的總氮含量分別為4.2 、4.3 mg/L，分別下降76.4%、68.8%；而內河水、外河水的總氮含量分別從3.4、1.3 mg/L上升到5.3、1.8 mg/L，上升幅度分別為55.9%、38.5%，內河水水質為劣V類水質，外河水水質為V類水質。

2.2.5 施用穗肥后水質變化情況

由圖7可知，施用穗肥后第2天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為18.3、1.81 mg/L，施用穗肥后第8天，田面水、溝渠水的氨氮含量分別為1.4、1.5 mg/L，分別下降92.3%、17.1%；而內河水、外河水的氨氮含量分別從0.15、0.16 mg/L上升到0.88、0.37 mg/L，上升幅度分別為486.7%、131.3%，內河水水質為劣III類水質，外河水水質為II類水質。

由圖7可知，施用穗肥后第2天，田面水、溝渠水的總氮含量較高，分別為27.8、5.7 mg/L，施用穗肥后第8天，田面水、溝渠水的總氮含量分別為1.9、1.4 mg/L，分別下降93.2%、75.4%；內河水的總氮含量從0.9 mg/L上升到2.0 mg/L然后又下降到0.8 mg/L，外河水的總氮含量則從1.0 mg/L上升到1.5 mg/L，內河水水質為III類水質，外河水水質為IV類水質。

3 小結與討論

3.1 施肥后水質氮素變化情況

本研究結果表明，在施用基肥和追肥后第2天，田面水和溝渠水的氨氮、總氮含量均處于較高水平，但隨著時間推移，氨氮含量和總氮含量逐漸下降，并在施肥后第8天處于較低水平，比施肥后第2天，田面水、溝渠水氨氮含量分別下降87.9%、60.2%，內河水、外河水氨氮含量分別上升365.3%、131.4%，田面水、溝渠水總氮含量分別下降75.2%、74.5%，內河水、外河水總氮含量分別上升64.6%、43.9%。由此可知，施肥后的第2天至第8天是控制稻田氮素徑流流失的關鍵時期，此時間段內應盡量避免田間排水，這與金潔等[6]的研究結論基本一致。

3.2 總結與建議

從研究結果看，在水稻生長期間，首先要嚴格控制施肥后的田面水徑流，施肥期間應盡量避免田面水受降雨沖洗，施肥后的第2天至第8天是控制農業面源污染的最佳時期；其次，烤田前期應盡量減少灌溉，降低田面水量，減少主動排水流失量。除此之外，應采取必要的技術措施減少農業面源污染，楊林章等[7]認為，農業面源污染具有排放路徑的隨機性、排放區域的廣泛性和排放量大面廣等特點，其治理要取得實效，必須實施基于“源頭減量（Reduce）、過程阻斷（Retain）、養分再利用（Reuse）和生態修復（Restore）”這一完整的技術體系鏈。筆者認為“源頭減量”是關鍵，做好“源頭減量”工作，可減少或者不采用后續的工程技術措施。

近年來，“源頭減量”的新技術、新裝備、新產品不斷更新。例如，機插秧同步側深施用控釋肥技術。懷燕等[8]研究結果表明，采用側深施用控釋肥技術可在比常規施肥減少20%氮肥用量的條件下，早稻和晚稻產量差異不顯著，但氮肥的表觀利用率顯著提高；劉愛云等[9]的研究結果也印證了使用水稻插秧同步側深施用控釋肥技術可減少氮肥用量，提高氮肥利用率，減少施肥次數。同樣，開展有機肥替代化肥行動也可從源頭上減少化肥使用量，降低農業生產對環境的影響。馬凡凡等[10]研究結果表明，50%豬糞有機肥替代化肥處理可在兼顧水稻高產穩產的同時，能有效降低水稻生長季農田氮素徑流流失量和流失率，且能維持較低水平的磷素徑流流失量和流失率。