不同施肥模式對(duì)小麥產(chǎn)量和氮磷流失的影響

董妹勤， 陳曉冬， 李建強(qiáng)， 傅慶林， 郭彬， 劉俊麗， 李華*

(1.平湖市新埭鎮(zhèn)事業(yè)綜合服務(wù)中心，浙江 平湖 314211； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.平湖市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 平湖 314200)

近年來，農(nóng)業(yè)面源污染成為影響流域水環(huán)境質(zhì)量的主要因素，且具有范圍廣、隨機(jī)性強(qiáng)和復(fù)雜性高等特點(diǎn)[1]。《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示，農(nóng)業(yè)源是水環(huán)境污染物總磷和總氮的主要貢獻(xiàn)源，其中農(nóng)業(yè)源水污染總氮和總磷分別占全國(guó)總量的46.52%和67.22%[2]。而化肥施用造成的總氮流失占農(nóng)業(yè)污染源50%以上，農(nóng)田養(yǎng)分的大量流失嚴(yán)重威脅著水體質(zhì)量[3-4]。

小麥作為我國(guó)主要糧食作物之一，為提高小麥產(chǎn)量，農(nóng)民施用大量化肥(尤其是氮、磷肥)[5]。然而，化肥氮磷的當(dāng)季利用率較低，其中氮素利用率僅35%～40%，磷肥的利用率僅20%左右[6]。長(zhǎng)期過量施肥導(dǎo)致大量未被作物吸收的養(yǎng)分流失進(jìn)入大氣和水體，影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。研究表明，氮磷流失對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的貢獻(xiàn)率可達(dá)61.5%，其中徑流流失是農(nóng)田氮磷流失的重要途徑[7]。徑流是由于超滲產(chǎn)流或蓄滿產(chǎn)流兩種機(jī)制形成的匯集流水[8]，其中因降雨造成的田間徑流行為與養(yǎng)分的大量流失密切相關(guān)。盡管小麥季的降雨發(fā)生不如水稻季集中，但杭嘉湖平原地區(qū)的旱地小麥以雨養(yǎng)灌溉為主，當(dāng)降雨量超過土壤飽和持水量，降雨強(qiáng)度超過土壤下滲速率或者強(qiáng)降雨的瞬時(shí)沖刷均可產(chǎn)生徑流并造成大量養(yǎng)分流失。有研究[9]表明，太湖地區(qū)麥田徑流氮磷流失量及流失負(fù)荷均與稻季差異不明顯。目前,研究多關(guān)注于水稻季徑流氮磷流失，而對(duì)南方小麥季氮磷徑流損失鮮有涉及。

常規(guī)尿素氮肥施入土壤后存在較大的氨揮發(fā)和徑流損失風(fēng)險(xiǎn)。肥料施入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)后，經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)變成氨氮和硝態(tài)氮，除部分被作物吸收外，其余大部分以徑流、淋溶和農(nóng)田排水為載體流失并遷移進(jìn)水體[10]。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷提升，通過添加新型包膜材料研發(fā)的系列緩控釋肥，以及針對(duì)作物和區(qū)域土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)配制的配方肥，能有效降低尿素氮肥施用量，實(shí)現(xiàn)肥料養(yǎng)分供給與作物需肥規(guī)律同步[11-13]，從而降低養(yǎng)分流失。本研究通過田間小區(qū)試驗(yàn)，分析不同施肥模式對(duì)小麥產(chǎn)量和氮磷流失濃度的影響，以期為南方麥田徑流減排提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2018年在平湖市新埭鎮(zhèn)進(jìn)行，地處亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16 ℃，年降水量1 170 mm左右，年日照時(shí)數(shù)在2 000 h左右。試驗(yàn)地土壤類型為脫潛水稻土，土屬為黃斑黏田。稻-麥輪作是該地區(qū)的主要耕作制度，試驗(yàn)地基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH 6.87(水土比2.5∶1)，有機(jī)質(zhì)含量為19.2 g·kg-1(K2Cr2O7氧化法測(cè)定)，全氮含量為1.37 g·kg-1(元素分析儀測(cè)定)，速效氮含量為102.9 mg·kg-1(堿解擴(kuò)散法測(cè)定)，速效鉀含量為98 mg·kg-1(火焰光度計(jì)法測(cè)定)。供試小麥品種為揚(yáng)麥16號(hào)，由當(dāng)?shù)胤N子公司購入。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)不同施肥處理，包括不施肥對(duì)照(CK)、常規(guī)化肥(T1)、配方肥+氯脲銨(T2)以及緩控釋肥(T3)處理。除對(duì)照不施肥和T1處理(總氮施用量210 kg·hm-2)外，其余氮肥施用量保持一致，總氮施用量為150 kg·hm-2，磷(P2O5)用量為30 kg·hm-2，鉀(K2O)用量為65 kg·hm-2。試驗(yàn)用氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)和44%配方肥(含N 8%、P2O58%、K2O 18%)，氯脲銨(含尿素氮15%、氯化銨氮15%，總N 30%)及“好樂耕”緩釋肥(含N 15%、P2O54%、K2O 6%)。其中配方肥和緩控釋肥僅用于基肥，氯脲銨用于返青肥，剩余氮素以尿素補(bǔ)足。

小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)觀測(cè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)之間用水泥墻體隔開，墻體高60 cm，深入地下40 cm，高于地面土壤20 cm，各小區(qū)獨(dú)立排灌；并設(shè)有大小相同的徑流收集池(3.2 m3)。池壁用磚建成后，內(nèi)外壁均用水泥粉砌，防止?jié)B漏；池底部采用混凝土澆筑，池頂部帶蓋，防止雜物和自然降水的影響。田間管理按照常規(guī)小麥栽培進(jìn)行，小麥的播種日期為2018年11月下旬，收獲日期為2019年5月中旬。

1.3 樣品采集與測(cè)定

在小麥整個(gè)生育期內(nèi)遇降水產(chǎn)生徑流后即采集水樣，經(jīng)統(tǒng)計(jì)共發(fā)生降雨徑流8次，分別是11月22日(第1次施肥后2 d)、12月6日(第1次施肥后16 d)、12月24日(第1次施肥后34 d)、1月14日(第1次施肥后55 d)、2月17日(第1次施肥后89 d)、2月22日(第1次施肥后94 d)、3月4日(第2次施肥當(dāng)天)與3月20日(第2次施肥后24 d)。

采集水樣時(shí)首先用計(jì)量尺在徑流池內(nèi)測(cè)量徑流流量，后用工具充分?jǐn)噭驈搅鞒貎?nèi)的水體，在池內(nèi)多點(diǎn)采集水樣，混合均勻后共計(jì)250 mL。采集好的水樣及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后過0.45 μm濾膜，濾液用于測(cè)定總氮和總磷。采用過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測(cè)定水樣總氮，水樣總磷采用過硫酸鉀氧化-鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯總和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對(duì)徑流液總氮濃度的影響

徑流液中總氮濃度在第1次施肥后呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，以第1次施肥后2 d最高。但整個(gè)生育期內(nèi)，徑流液總氮濃度以3月20日即第2次施肥后24 d最高(圖1)。除對(duì)照外，所有施肥處理徑流液總氮濃度均超出了8.0 mg·L-1，其中T1處理最高，達(dá)到了15.43 mg·L-1。與T1處理相比，T2處理徑流液總氮濃度顯著降低了21.25%，為12.15 mg·L-1；T3處理徑流總氮濃度顯著降低了42.0%，為8.95 mg·L-1。高濃度的總氮徑流流失會(huì)對(duì)周邊水體造成顯著的威脅。從多次監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，各施肥處理徑流液總氮濃度T1為最高，T3較低。

同組柱上無相同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，圖2同。圖1 不同施肥處理徑流液總氮濃度

2.2 不同施肥模式對(duì)徑流液總磷濃度的影響

與總氮不同的是，小麥季徑流液中總磷濃度以第1次施肥后2 d濃度最高(圖2)，后逐漸降低。2 d徑流液總磷濃度以T1處理最高，達(dá)到了3.3 mg·L-1。與T1處理相比，T3處理徑流總磷濃度顯著降低到2.3 mg·L-1。由于試驗(yàn)為等磷用量，除第1次采樣外，總磷濃度在各施肥處理間的表現(xiàn)差異不顯著。所有批次樣品中，超70%的樣品總磷濃度超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)-GB 3838—2002》中0.2 mg·L-1的V類水標(biāo)準(zhǔn)，這與試驗(yàn)地總磷基礎(chǔ)背景值有密切關(guān)系，而徑流液如直接排入周邊河道等水體，會(huì)對(duì)地表水環(huán)境造成一定的威脅。

圖2 不同施肥處理徑流液總磷濃度

2.3 不同施肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

小麥產(chǎn)量以T1處理最高，為3 576 kg·hm-2，不同施肥處理間小麥產(chǎn)量的差異不顯著，但均顯著高于對(duì)照的1 330.5 kg·hm-2(表1)。

表1 不同施肥處理小麥產(chǎn)量

3 小結(jié)與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，施肥處理地表徑流總氮、磷濃度在施肥后呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，這主要是因?yàn)槭┓屎螅幢晃绽玫酿B(yǎng)分以徑流的形式排出農(nóng)田。隨著小麥生長(zhǎng)，對(duì)氮磷養(yǎng)分的需求和吸收利用率均提高，徑流液總氮、磷濃度逐漸降低。整個(gè)生育期內(nèi)處理T1徑流液總氮、總磷濃度高于處理T3，說明緩控釋肥對(duì)小麥氮磷流失濃度控制效果優(yōu)于常規(guī)施肥。繆杰杰等[11]的研究結(jié)果表明，緩控釋肥與常規(guī)復(fù)合肥相比，徑流總氮、總磷的累積流失量分別降低了30.8%和21.9%，表明緩控釋肥降低氮磷流失的效果較好。這可能是緩控釋肥具有養(yǎng)分釋放可控、肥效穩(wěn)長(zhǎng)的特點(diǎn)[14]，可控制氮素的釋放，減緩氮素水解，從而降低氮磷流失濃度和風(fēng)險(xiǎn)[15]。

施肥處理顯著提高了小麥產(chǎn)量，但配方肥+氯脲銨及緩控釋肥處理的小麥產(chǎn)量與常規(guī)施肥相比無顯著減產(chǎn)，這與繆杰杰等[11]緩控釋肥施用未顯著降低作物產(chǎn)量的結(jié)論一致。但這與李磊等[16]控釋肥作為一種新型肥料能夠提高小麥產(chǎn)量的結(jié)論不一致。這可能是由于其研究為控釋肥全程施用，而本試驗(yàn)采用控釋肥提供40%氮肥，并將其在基肥期一次性施用，后期養(yǎng)分采用尿素進(jìn)行補(bǔ)充，更偏重于氮磷流失的控制效果[11]。

依據(jù)徑流液總氮、總磷濃度和小麥產(chǎn)量的表現(xiàn)，試驗(yàn)條件下緩控釋肥施用在維持小麥產(chǎn)量的基礎(chǔ)上具有降低徑流液總氮、總磷濃度的效果。但其長(zhǎng)期效果仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。