間作百喜草對坡地茶園氮素流失的影響

朱惠瓊　杜理旺　羅旭輝　黃光樑

摘 要：明晰茶園間作的氮素流失規律與特征，對于科學評估生態茶園的農業面源污染減排效應具有重要意義。以福建省福州市宦溪鎮生態茶園為研究對象，應用徑流小區法開展長期定位試驗，觀測了2016-2018年16場降雨事件中順坡單作（T1）、順坡間作（T2）、梯臺單作（T3）、梯臺間作（T4）的茶園徑流量，分析徑流中氮素濃度及其流失量間變化規律，間作植物為百喜草。結果表明：綜合順坡（T1、T2）和梯臺（T3、T4）的徑流量，間作處理的茶園比單作的徑流量減少；順坡中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為32.0 %、44.4 %、23.8 %、38.5 %、49.8 %、30.8 %；梯臺中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為26.4 %、37.9 %、21.9 %、49.5 %、51.7 %、53.3 %；降雨量和徑流量呈顯著正相關。關鍵詞：單作；間作；氮素流失；徑流

中圖分類號：S 571.1 文獻標志碼：A 文章編號：0253-2301（2023）04-0062-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.04.010

Effect of Intercropping Paspalum notatum on the Nitrogen Loss in Hillside Tea Plantation

ZHU Hui-qiong1， DU Li-wang1， LUO Xu-hui1，2*， HUANG Guang-liang3

（1. Institute of Agricultural Ecology， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian

350013， China; 2. Fuzhou Experimental Station of Agricultural Ecological Environment，

Ministry of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350003， China; 3. Fujian Key Laboratory of

Agricultural Ecological Process in Hilly Red Soil， Fuzhou， Fujian 350013， China）

Abstract： It was of great significance to clarify the laws and characteristics of nitrogen loss in tea plantation intercropping for scientifically evaluating the emission reduction effect of agricultural non-point source pollution in the ecological tea plantations. By taking the ecological tea plantation in Huanxi Town， Fuzhou City， Fujian Province as the research object， the long-term location experiment was carried out by using the runoff plot method. The volume of runoff from tea plantations under the conditions of monocropping along the downward slope （T1）， intercropping along the downward slope （T2）， monocropping in the terrace （T3） and intercropping in the terrace （T4） in 16 rainfall events from 2016 to 2018 was observed， in order to analyze the variation of nitrogen concentration and its loss amout in runoff. The intercropping plant was Paspalum notatum. The results showed that： according to the runoff volume in the downward slope （T1， T2） and terrace （T3， T4）， the volume of runoff from tea plantations in intercropping was lower than that in monocropping. Along the downward slope， the TN concentration， AN concentration， NN concentration， TN loss amount， AN loss amount and NN loss amount in intercropping decreased by 32.0%， 44.4%， 23.8%， 38.5%， 49.8% and 30.8% compared with that in monocropping. In the terrace， the TN concentration， AN concentration， NN concentration， TN loss amount， AN loss amount and NN loss amount in intercropping decreased by 26.4%， 37.9%， 21.9%， 49.5%， 51.7% and 53.3% compared with that in monocropping. There was a significant correlation between the rainfall and runoff volume.

Key words： Monocropping； Intercropping； Nitrogen loss； Runoff

茶園是南方山區重要土地利用類型，茶樹為葉用作物，適宜的氮素投入十分必要，但是過量氮素施用造成土壤氮素盈余，降雨條件下盈余氮素通過地表徑流輸送至河流造成水體富營養化，通過淋溶到土壤深層導致地下水有硝酸鹽污染風險[1-2]。就茶園地表徑流氮流失而言，李太魁等在丹江口庫區坡耕地茶園的研究表明間作三葉草顯著降低茶園地表徑流銨態氮（AN）、硝態氮（NN）、可溶性總氮（DTN）及總氮（TN）濃度，其中間作控制茶園土壤侵蝕和降雨徑流是其中關鍵[3，4]。然而不同樹齡的茶園土壤侵蝕本底有較大差異，陳小英等[5]研究表明1、3、5年茶園水土流失量分別為16000、14500、7250 t·km-2，成齡茶園土壤侵蝕明顯低于幼齡。幼齡茶園間作對茶園氮磷流失影響研究已有較多報道，但是對成齡茶園的相關報道較少，而成齡茶園又是主要茶園類型。成齡茶園行間套種主要空間在于梯壁，百喜草具多年生、根系發達等優勢是茶園梯壁間作的優良草種[6]，同時福建是地表徑流易發區，降雨侵蝕力高于前人研究區域，茶園氮素流失風險高于中西部[7]。項目組已開展成齡茶園減肥模式防控氮素流失的研究[8]，本試驗在減肥基礎上研究間作百喜草對坡地茶園氮素流失規律與特征的影響，為豐富茶園氮素流失防控技術模式提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福州市晉安區宦溪鎮創新村，屬于亞熱帶季風氣候，年均降雨量為900～2100 mm，土壤為紅壤，屬傳統茶區。2016-2018年整體上降雨主要分布在3月至8月，2016年降雨月份較少，且年降雨量小于1000 mm，2017年和2018年的茶園則比2016年雨水豐沛（表1）。

1.2 試驗設計

設置4個處理，處理1（T1）：順坡單作；處理2（T2）：順坡間作；處理3（T3）：梯臺單作；處理4（T4）：梯臺間作。T1、T2處理重復4次，T3、T4處理重復6次。茶苗定植時間為2006年11月，順坡定植密度為每10 m2 32棵、梯臺定植密度為每10 m2 40棵，品種為榕春早。T1和T3的茶樹每行間隔進行定期除草，T2和T4的茶樹每行間隔種植百喜草Paspalum notatum，試驗茶園以溝施方式施肥，采用萬畝田牌有機肥

（N+P+K≥6%），每年投入2次，每次投入量為0.5 kg·m-2。建設徑流小區（每個小區5 m×20 m），總體坡度22°，小區的下坡位設置集水槽與徑流池，徑流池頂設置PVC蓋板。2016年1月1日至2018年12月30日，記錄日降雨量，發生產流觀測集水池的產流量，先測量池中的徑流量高度，再結合小區面積計算徑流量。

徑流量（m3）=[徑流高度（cm）×徑流池面積（m2）]/100

1.3 土壤理化性質

2006年起建立試驗點，開展水土流失定位觀測研究，2015年12月20日取0～20 cm茶園土壤并測定土壤理化性質。茶園土壤pH＜5.0（水∶土=2.5∶1）；有機質（OM）、總氮（TN）、總磷（TP）、全鉀（TK）含量較高，4個處理中OM最高（T1）與最低（T3）相差8.1 g·kg-1，TN、TP都在0.5 g·kg-1以上，TK含量關系則為T4＞T1＞T2＞T3。4個處理的堿解氮（AN）、有效磷（OP）含量之間相差不大，有效鉀（AK）含量關系為T1＞T4＞T2＞T3（表2）。

1.4 取樣及指標測定

1.4.1 取樣 每次產生徑流量后，將徑流池中的水攪拌均勻，取水樣200 mL，做好標簽置于-20℃冰箱冷凍保存，取樣后及時排干并清洗徑流池備用[9]。

1.4.2 指標測定 標準儲備溶液配制：（1）C（N）=100 mg·L-1氮標準儲備溶液：稱取0.7218 g在105℃下烘干的硝酸鉀，用超純水定容至1 L，置于4℃冰箱保存6個月。（2）C（N）=100 mg·L-1銨態氮標準儲備溶液：稱取0.4717 g在105 ℃下烘干的硫酸銨，用超純水定容至1 L，置于4℃冰箱保存6個月。

硝態氮（NN）測定：測定樣品前將水樣解凍并用定性濾紙濾于150 mL錐形瓶中，直接將原液在波長220、275 nm的紫外可見分光光度計上測定。標準曲線：將C（N）=100 mg·L-1氮標準儲備溶液稀釋成C（N）=10 mg·L-1氮標準溶液，參照HJ/TB 346-2007《水質 硝酸鹽氮的測定 紫外分光光度法 （試行）》測定方法，繪制曲線。

總氮（TN）測定：吸取濾液10 mL于25 mL比色管，加入5 mL過硫酸鉀氧化劑（每1 L含有40 g過硫酸鉀、5 g氫氧化鈉），定容，高壓滅菌后冷卻取出，在波長220 nm、275 nm的紫外可見分光光度計上測定。標準曲線：將C（N）=100 mg·L-1氮標準儲備溶液稀釋成C（N）=10 mg·L-1氮標準溶液，參照HJ/TB 346-2007《水質 硝酸鹽氮的測定 紫外分光光度法 （試行）》測定方法，繪制曲線。

銨態氮（AN）測定：吸取濾液10 mL于25 mL比色管，加入5 mL酚溶液（每1 L含有苯酚10 g、硝普鈉100 mg）和5 mL次氯酸鈉堿性溶液（每1 L含有10 g氫氧化鈉、7.06 g磷酸氫二鈉、31.8 g磷酸三鈉、100 mL次氯酸鈉），搖勻放置1 h，加入1 mL掩蔽劑（每100 mL中含有等體積400 g·L-1酒石酸鉀納與100 g·L-1 EDTA混合液、0.5 mL 10 mol·L-1氫氧化鈉），在波長625 nm的紫外可見分光光度計上測定。標準曲線：將C（N）=100 mg·L-1銨態氮標準儲備溶液稀釋成C（N）=5 mg·L-1銨態氮標準溶液，參照HJ/TB 346-2007《水質 硝酸鹽氮的測定 紫外分光光度法 （試行）》測定方法，繪制曲線。

徑流氮素濃度（mg·L-1）=標曲上查的濃度×分取倍數（定容體積/樣液體積）

氮素流失量（g）=徑流量（m3）×徑流氮素濃度（mg·L-1）

1.4.3 數據處理與分析 使用Excel 2021和SPSS 21軟件對數據進行處理，對徑流量與降雨量、氮素濃度、氮素流失量等指標進行Pearson相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理坡地茶園的徑流量分析

由表3可知，2016-2018年共16場降雨，從每年均值上看，T2、T3、T4的徑流量呈逐年遞減，T1則先減后增，但增幅不大，順坡方式的徑流量大于梯臺方式，單作徑流量大于間作，即T1＞T2＞T3＞T4。2016年T1和T2徑流量均在6.0 m3以上，差值最大在10月12日達0.4 m3，T3和T4徑流量在5.0 m3以上，差值最大在7月10日達0.9 m3；2017年T1和T2徑流量在5.0 m3以上，差值最大在6月20日達0.8 m3，T3和T4徑流量在4.0 m3以上，差值最大在11月18日達1.4 m3；2018年T1和T2徑流量在4.0 m3以上，差值最大在11月17日達1.4 m3，T3和T4徑流量在2.0 m3以上，差值最大在5月08日達2.0 m3。

2.2 不同處理坡地茶園徑流的氮素濃度分析

由表4可知，2016-2018年坡地茶園徑流中的氮素濃度順坡方式大于梯臺方式，而間作大于單作，即T1＞T2＞T3＞T4。4個處理的TN濃度大多超過了水體富營養化的閾值（1.50 mg·L-1）[10]，順坡中，T2處理的TN濃度比T1處理下降最大值達32.0 %，梯臺中，T4處理的TN濃度比T3處理下降最大值達26.4 %。4個處理的AN濃度都在水體富營養化的閾值（1.0 mg·L-1）內[10]，順坡中，T2處理的AN濃度比T1處理下降最大值達44.4 %，梯臺中，T4處理的AN濃度比T3處理下降最大值達37.9 %。4個處理的NN濃度均超過水體富營養化的閾值（0.25 mg·L-1）[10]，順坡中，T2處理的NN濃度比T1處理下降最大值達23.8 %，梯臺中，T4處理的NN濃度比T3處理下降最大值達21.9 %。

2.3 不同處理坡地茶園徑流的氮素流失量分析

由表5可知，2016-2018年坡地茶園徑流中的氮素流失量順坡方式大于梯臺方式，且間作大于單作，即T1＞T2＞T3＞T4，氮素以NN流失為主[11]。4個處理的TN流失量在2016年7月10日達到最大值，均在20 g以上，順坡中，T2處理的TN流失量比T1處理下降最高達38.5 %，梯臺中，T4處理的TN流失量比T3處理下降最高達49.5 %。4個處理的AN流失量在2016年7月10日達到最大值，均在2 g以上，順坡中，T2處理的AN流失量比T1處理下降最高達49.8 %，梯臺中，T4處理的AN流失量比T3處理下降最高達51.7 %。4個處理的NN流失量在2017年11月18日達到最大值，均在8 g以上，順坡中，T2處理的NN流失量比T1處理下降最高達30.8 %，梯臺中，T4處理的NN流失量比T3處理下降最高達53.3 %。

2.4 坡地茶園降雨量、徑流量與氮素的相關分析

由表5可知，坡地茶園的徑流量與降雨量呈顯著正相關（P<0.05），即降雨量越大，徑流量越大。TN濃度與降雨量呈顯著負相關（P<0.05），其他氮素指標與降雨量、徑流量相關性不顯著，這與王京文等[12]的研究結果有所不同，而造成這現象的原因可能與試驗地所處位置和施用有機肥量少有關。

3 討論

關于幼齡茶園實施草被覆蓋的生態效益已有較多報道，成齡茶園自身具有一定覆蓋，有利于水土保持，茶樹樹齡越長，茶園土壤侵蝕量越少[5]，但是福建安溪5年生茶園依然存在水土流失，侵蝕強度為允許土壤侵蝕強度12倍[10]。本試驗結果表明，降雨是引發地表徑流的主要驅動力，試驗區屬于徑流易發區，3月份就進入雨季，先是梅雨不期而至，隨后又會受到臺風的影響而形成強降雨，屬于豐水季節，而10月份到2月份屬于枯水季節。以降雨等級劃分[13]，2016-2018年觀測16場降雨事件中雨3次，大雨5次，暴雨8次，在此背景下降雨量與徑流量呈顯著正相關（P<0.05）（表4）。不同種類的種植園氮素流失形態有所差異，有研究表明板栗林、柑橘園等經濟林的氮素流失以NN為主[14-15]，本研究顯示茶園氮素也以NN流失為主。對照地表水質TN濃度標準[16]，16場降雨事件清耕模式茶園徑流為Ⅲ～V類水，草被覆蓋模式茶園徑流為Ⅱ～V類水。本試驗10年成齡茶園通過草被覆蓋，地表徑流量較清耕減少最高達0.02 m3·m-2，差異達顯著水平（P＜0.05），這與李太魁等[3-4]研究結果一致。茶園間作百喜草可降低氮素流失，防控農業面源污染。

雖然本研究中氮素的流失與降雨量、徑流量相關性不顯著，且無法突出間作方式的優勢，說明氮素的流失不單單跟降雨侵蝕、徑流強度有關，還可能與茶園種植位置、施用肥料等多種因素有關，具體原因則有待進一步研究。

4 結論

10年生坡地茶園間作百喜草較清耕可減少徑流量；順坡中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為32.0 %、44.4 %、23.8 %、38.5 %、49.8 %、30.8 %；梯臺中，間作比單作的TN濃度、AN濃度、NN濃度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分別為26.4 %、37.9 %、21.9 %、49.5 %、51.7 %、53.3 %；降雨量和徑流量呈顯著正相關。

參考文獻：

[1]SWEENEY DW， PIERZYNSKI GM， BARNES PL.Nutrient losses in field-scale surface runoff from claypan soil receiving turkey litter and fertilizer[J]. Agriculture，Ecosystems & Environment，2012（150）：19-26.

[2]PASSERPORT E， VIDON P， FORSHAY K J，et al.Ecological engineering practices for the reduction of excess nitrogen in human-influenced landscapes： A guide for watershed managers[J]. Environmental Management，2013（51）：392-413.

[3]李太魁，張香凝，郭戰玲，等.覆蓋與間作對丹江口庫區坡地茶園氮磷流失和土壤環境的影響[J].生態環境學報，2020，29（3）：543-549.

[4]李太魁，張香凝，郭戰玲，等.不同農藝措施對丹江口庫區坡耕地茶園氮素徑流流失的控制效果[J].江西農業學報，2022，34（4）：112-116.

[5]陳小英，查軒，陳世發.山地茶園水土流失及生態調控措施研究[J].水土保持研究，2009，16（1）：51-58.

[6]羅旭輝，鐘珍梅，詹杰，等.幾種牧草在福建侵蝕茶園生態修復中的應用[J].亞熱帶水土保持， 2009，21（4）：45-48.

[7]蔡曉禾，林軍，柯玉琴，等.福建省年降水時空變化特征[J].福建農林大學學報（自然科學版），2014，43（3）：321-326.

[8]陳玉真，王峰，吳志丹，等.化肥減施對烏龍茶產量、品質和肥料利用率及經濟效益的影響[J].茶葉科學，2020，40（6）： 758-770.

[9]魏復盛，畢彤，齊文啟，等.水和廢水的監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，2002：32-47.

[10]吳振福，林強.安溪縣茶園水土流失現狀及防治對策[J].水土保持應用技術，2006（4）：36-38.

[11]劉宗岸，楊京平，楊正超，等.苕溪流域茶園不同種植模式下地表徑流氮磷流失特征[J].水土保持學報，2012，26（2）：29-32，44.

[12]王京文，孫吉林，張奇春，等.西湖名勝區茶園地表徑流水的氮磷流失研究[J].浙江農業學報，2012，24（4）：676-679.

[13]國家氣象中心.降水量等級：GB/T 28592-2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[14]汪慶兵，曹旖旎，張建鋒，等.浙江賦石水庫集水區板栗林土壤氮素遷移特征[J].應用生態學報，2017，28（2）：545-553.

[15]李太魁，張香凝，寇長林，等.丹江口庫區坡耕地柑橘園套種綠肥對氮磷徑流流失的影響[J].水土保持研究，2018，25（2）：94-98.

[16]國家環境保護總局.地表水環境質量標準：GB3838-2002[S].北京：中國環境科學出版社，2002.

（責任編輯：柯文輝）

收稿日期：2023-02-01

作者簡介：朱惠瓊，女，1993年生，科研助理，主要從事水土保持與面源污染研究。

*通信作者：羅旭輝，男，1979年生，碩士，研究員，主要從事水土保持與面源污染研究（E-mail：xuhui22203@163.com）。

基金項目：中央引導地方科技發展專項（2020L3030）。