南方濕潤平原區(qū)露天菜地氮磷流失特征及其防控

引用格式：李進，李佰重，王偉. 南方濕潤平原區(qū)露天菜地氮磷流失特征及其防控[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學，2024（6）：61-65.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.006.013

收稿日期：2024-02-05

基金項目：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部監(jiān)測服務項目（13230081）

作者簡介：李進（1976—），男，湖南漢壽縣人，獸醫(yī)師，主要從事農(nóng)技推廣工作。

通信作者：李佰重

摘要：為探究南方濕潤平原區(qū)的露天菜地氮磷流失特征及其防控效果，設置了常規(guī)施肥（CK）、優(yōu)化施肥（KF）以及優(yōu)化施肥結合地膜覆蓋（BMP）3個處理，在2015—2022年間開展了定位觀測。結果表明：各處理徑流中的氮均以硝態(tài)氮為主，占比85.22%～86.10%，其總氮含量隨種植年限增加均呈現(xiàn)先升高再降低趨勢，KF和BMP處理分別顯著降低徑流總氮含量14.29%和21.43%；可溶性磷是徑流中磷的主要形態(tài)，占比76.87%～79.16%，徑流總磷含量呈現(xiàn)逐年升高趨勢，KF和BMP處理可使其顯著降低26.78%和29.10%。即便優(yōu)化施肥并覆蓋地膜后，徑流氮、磷含量仍超出地表水V類標準限值，其風險尚需重視。

關鍵詞：地膜覆蓋；優(yōu)化施肥；露天菜地；氮磷流失

中圖分類號：S157.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）06-0061-05

Characteristics and Control of Nitrogen and Phosphorus Loss in Open Vegetable Fields in Moist Southern Plains

LI Jin1，LI Bai-zhong2，WANG Wei2

（1. Agricultural and Rural Affairs Bureau of Hanshou County， Hanshou 415900， PRC; 2. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region， Institute of Subtropical Agriculture， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， PRC）

Abstract： To explore the characteristics of nitrogen and phosphorus loss in open vegetable fields in moist southern plains and the effectiveness of their control， three treatments were set up： conventional fertilization （CK）， optimized fertilization （KF）， and optimized fertilization combined with plastic film mulching （BMP）. Positioned observations were conducted from 2015 to 2022. The results show that nitrogen in runoff is mainly nitrate nitrogen， accounting for 85.22%–86.10%. The total nitrogen content increases first and then decreases with the increase in planting years for all treatments. KF and BMP treatments significantly reduce total nitrogen content in runoff by 14.29% and 21.43%， respectively. Soluble phosphorus is the main form of phosphorus in runoff， accounting for 76.87%–79.16%. The total phosphorus content in runoff shows an increasing trend year by year， and KF and BMP treatments can significantly reduce it by 26.78% and 29.10%. Even with optimized fertilization and plastic film mulching， nitrogen and phosphorus content in runoff still exceeds the Class V standard limit for surface water， indicating that the risks still need to be addressed.

Key words： plastic film mulching; optimized fertilization; open vegetable field; nitrogen and phosphorus loss

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高，蔬菜需求量快速增長，我國蔬菜種植面積不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計，目前全國蔬菜播種面積已達2.2×107 hm2[1]。我國菜地土壤復種指數(shù)高、施肥量大，致使大量氮磷養(yǎng)分在土壤中累積，并伴隨降水和灌溉發(fā)生徑流或淋溶損失，從而加劇生態(tài)環(huán)境風險[2]，《第二次全國污染源普查報告》顯示，我國種植業(yè)對水污染氮磷排放總量的貢獻約為1/4，而其中菜地的面積占比雖然遠低于糧食作物種植，但其氮磷排放量在農(nóng)田氮磷總排放量中的比例高達46%和66%[3]。因此，通過菜地的科學施肥管理，削減其氮磷徑流損失，對于源頭防控農(nóng)業(yè)面源污染風險至關重要。

湖南是我國蔬菜生產(chǎn)大省之一，擁有40個國家級蔬菜生產(chǎn)重點縣，其中超過1/3的重點縣位于洞

庭湖周邊的濕潤平原區(qū)。露天蔬菜是湖南蔬菜種植最主要方式，2019年全省蔬菜種植面積131.32萬hm2，

其中露天蔬菜種植面積約占87%[4]。湖南屬于亞熱帶濕潤季風氣候，水熱條件好，菜地連年種植和大量使用化肥，在豐富降水的條件下，極易造成氮磷等養(yǎng)分的徑流損失，對水體環(huán)境構成嚴重威脅[5]。

地膜覆蓋可以改善土壤水熱狀況，提高作物產(chǎn)量，還可以減少雨水對種植土壤的沖刷，從而減少了徑流中氮磷的流失，在南方濕潤平原區(qū)的露地蔬菜地被廣泛應用[6]。目前，結合優(yōu)化施肥和地膜覆蓋對南方濕潤平原區(qū)露地蔬菜地養(yǎng)分流失年際變化特征及其控制效果的研究報道尚少[7-8]。因此，筆者選擇南方濕潤平原的常德市漢壽縣龍陽鎮(zhèn)辰護院村蔬菜基地，觀測菜地氮磷徑流損失年際變化特征，研究地膜覆蓋與優(yōu)化施肥結合對氮磷流失的控制效果，以期為南方濕潤平原區(qū)露天蔬菜科學管理提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年5月20日開始，至2022年11月結束，地點位于常德市漢壽縣龍陽鎮(zhèn)辰護院村，屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的季風濕潤氣候區(qū)，熱量豐富，雨量充沛，年均降雨量1 328.7 mm，全年平均日照時數(shù)1 652.1 h，年平均氣溫16.7℃，無霜期274 d，適宜大多數(shù)農(nóng)作物生長。供試土壤屬潮土，試驗前的土壤基本理化性狀為：有機質(zhì)含量15.35 g/kg，

全氮含量1.00 g/kg，全磷含量0.70 g/kg，全鉀含量1.30 g/kg，pH值7.32。

1.2 試驗設計

菜地種植制度選擇當?shù)剌^常見的辣椒—萵苣輪作模式。設置常規(guī)施肥、優(yōu)化施肥、優(yōu)化施肥+地膜覆蓋共3個處理，每個處理3次重復，共建立9個徑流小區(qū)，每個小區(qū)面積35 m2，單獨建設徑流池，隨機區(qū)組排列。

常規(guī)施肥處理（CK）采用當?shù)爻Ｒ?guī)田間管理和

施肥量。辣椒，一次性作基肥施用尿素40 kg/667m2、過磷酸鈣100 kg/667m2、氯化鉀15 kg/667m2和復合肥20

kg/667m2；萵筍，一次性作基肥施用施尿素40 kg/667m2，

氯化鉀25 kg/667m2，復合肥50 kg/667m2。

優(yōu)化施肥處理（KF）采用當?shù)爻Ｒ?guī)管理，氮磷鉀肥分別減量39.1%、43.4%和56.5%。辣椒，基施復合肥50 kg/667m2，施尿素5 kg/667m2作提苗肥，第一次采收后追施尿素10 kg/667m2，盛果期追施尿素10 kg/667m2；萵筍，基施復合肥25 kg/667m2、施提苗肥尿素5 kg/667m2，封行前追施復合肥25 kg/667m2。

優(yōu)化施肥+地膜覆蓋處理（BMP）即在優(yōu)化施肥的基礎上采用地膜覆蓋種植。

供試的尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 16%）、復混肥（含N 15%，P2O5 15%，K2O 15%）、氯化鉀（含K2O 60%）等肥料均為當?shù)剞r(nóng)資市場購買。

1.3 采樣及測定方法

2015年5月20日至2022年11月間，在蔬菜生長期，對每個試驗小區(qū)的每次降雨產(chǎn)生的地表徑流分別測量徑流量，同時采集地表徑流樣品。測定徑流樣品中的總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總磷和可溶態(tài)磷濃度等指標。徑流樣品中總氮濃度測定采用國標水質(zhì)凱氏定氮法，總磷和可溶態(tài)磷測定采用鉬銻抗分光光度法，硝態(tài)氮測定采用酚二磺酸分光光度法，銨態(tài)氮測定采用水楊酸分光光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

年度降雨產(chǎn)生的徑流中氮、磷平均濃度計算：

（1）

年度徑流氮、磷流失量計算：

（2）

式中：Cy為年度徑流氮、磷平均含量，mg/L；Ci為第i次徑流中氮、磷含量，mg/L；Vi為第i次徑

流小區(qū)徑流量，L；n為年度徑流總次數(shù)；Qy為小區(qū)

年度徑流氮、磷流失量，kg/hm2；S為小區(qū)面積，m2。

采用Microsoft office 2019軟件和SPSS 23軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用單因素（one-way ANOVA）和 Duncan’s法進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 地表徑流總氮含量年際變化特征

2015—2022年間，各處理地表徑流總氮含量年際變化如圖1 所示。常規(guī)施肥管理條件下（CK），歷次降水產(chǎn)生的地表徑流中總氮含量范圍在8.64～

32.21 mg/L之間，其年平均含量從2015年的12.80 mg/L陡升至2016年的29.81 mg/L，隨后逐年回落，在2019年以后趨于穩(wěn)定，保持在10.50～11.53 mg/L間的水平。KF和BMP這2個處理，歷次降水產(chǎn)生的地表徑流中總氮含量范圍分別為8.69～29.78 mg/L和8.45～27.44 mg/L，其年際間的變化動態(tài)與CK處理基本一致，2019年降到穩(wěn)定水平后，2020年略有升高波動，2021—2022年間保持穩(wěn)定，其總氮含量分別為8.69和8.15 mg/L。除2020年以外，各處理地表徑流的總氮年平均含量均表現(xiàn)為：CK＞KF＞BMP，KF和BMP處理的總氮含量分別較CK處理顯著降低了14.29%和21.43%，均遠遠高出了地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838—2002）中Ⅴ類水的總氮含量限值（2.0 mg/L）。

2.2 地表徑流總磷含量年際變化特征

圖2為2015—2022年間各處理地表徑流總磷含量年際變化。可以看出，各處理地表徑流中總磷年均含量呈波動中上升的變化趨勢，在2019—2021年升高幅度較大。常規(guī)施肥處理（CK）歷次降水產(chǎn)生的地表徑流中總磷含量在0.04～0.82 mg/L之間，其年平均含量從0.10 mg/L逐年升高至0.64 mg/L。KF和BMP這2個處理，歷次降水產(chǎn)生的地表徑流中總磷含量范圍分別為0.04～0.64和0.06～0.52 mg/L，

其年平均含量則分別從0.09和0.06 mg/L逐年升高至0.46和0.43 mg/L。與常規(guī)施肥處理（CK）相比，KF和BMP處理的地表徑流中總磷年均含量顯著降低5.58%～38.83%和8.91%～45.86%，平均降幅為26.78%和29.10%。國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838—2002）中規(guī)定的V類水的限值為0.4 mg/L，

常規(guī)施肥（CK）和優(yōu)化施肥+地膜覆蓋（BMP）處理的地表徑流中總磷年均含量從2020年起一直高于該限值；優(yōu)化施肥（KF）處理的地表徑流總磷年均含量則從2021年起也超出該限值。

2.3 地表徑流中氮磷形態(tài)分布特征

由圖3可知，2015—2022年間，各處理地表徑流總氮流失均以硝態(tài)氮為主，常規(guī)施肥（CK）、

優(yōu)化施肥（KF）和優(yōu)化施肥+地膜覆蓋（BMP）處理硝態(tài)氮占總氮的比例變化區(qū)間分別為：78.65%～

90.16%、75.10%～88.98%和78.00%～90.91%；而銨態(tài)氮占總氮的比例區(qū)間依次為：0.58%～5.88%、0.49%～

5.29%和0.43～7.10%。各處理的地表徑流中總磷主要以可溶態(tài)磷為主，CK、KF和BMP處理地表徑流中可溶態(tài)磷占總磷比例波動區(qū)間依次為： 62.47%～

90.66%、69.06%～88.90%和63.86%～87.68%。各形態(tài)氮和磷占徑流中總氮和總磷的比例，在年際間并無明顯規(guī)律性變化；而3個處理間硝態(tài)氮占總氮、可溶態(tài)磷占總磷比例的差異規(guī)律年際間基本保持一致，硝態(tài)氮占比總體上呈現(xiàn)為CK（86.10%）gt;BMP（85.95%）＞KF（85.22%）；可溶性磷占比則依次為KF（79.16%）＞BMP（77.93%）＞CK（76.87%）。但銨態(tài)氮占總氮比例的處理間差異年際間變動較大，各處理的均值差異不大，CK、KF和BMP分別為2.34%、2.32%和2.47%。

進一步分析了各形態(tài)氮占總氮比例、可溶性磷占總磷比例與年產(chǎn)流量的關系（圖4）。硝態(tài)氮占總氮比例基本保持穩(wěn)定，受年產(chǎn)流量的影響較小，二者之間無明顯的相關關系。而銨態(tài)氮占總氮比例與年產(chǎn)流量呈冪函數(shù)關系（R2=0.500，P＜0.01），隨著年產(chǎn)流量的增大，銨態(tài)氮在總氮中的占比顯著降低。可溶性磷占總磷比例與年產(chǎn)流量之間的線性關系也達到了極顯著水平（R2=0.292，P＜0.01），隨著產(chǎn)流量的增大，可溶性磷占總磷的比例呈小幅上升趨勢。

3 討論與結論

南方濕潤地區(qū)露天菜地主要栽培根系較淺的蔬菜如辣椒、萵筍等，復種指數(shù)高，施肥不合理，容易造成土壤表層中氮、磷養(yǎng)分過多積累，在降雨沖刷下易通過地表徑流進入水體造成水體富營養(yǎng)化[9]。氣候條件相近的情況下，菜地和糧田地表徑流損失的氮和磷均以硝態(tài)氮和可溶性磷為主，但菜地的地表徑流總氮含量明顯高于糧田。長沙市近郊菜地，常規(guī)施肥條件下，地表徑流中總氮、總磷含量范圍分別為4.46～16.40和0.50～3.12 mg/L[10]，與研究監(jiān)測結果基本在同一水平上。江西余江縣稻油輪作條件下，地表徑流中總氮和總磷的平均含量分別僅為1.81～

2.64和0.24～0.32 mg/L，徑流中總氮含量大幅低于菜地，而總磷的含量也略低于研究的后期年份[11]。雖然不同研究的種植模式、區(qū)域有所差異，但隨徑流損失的氮、磷形態(tài)特征基本一致，氮均以硝態(tài)氮為主，磷以可溶性磷為主。此外，徑流氮、磷形態(tài)分布與產(chǎn)流量的相關分析結果，研究中銨態(tài)氮的占比隨徑流量增大顯著降低，而可溶性的占比隨徑流量增大呈小幅上升趨勢，由于徑流中的氮、磷取決于直接溶出和徑流沖刷等多重作用，其變化原因可能需要結合具體的降雨產(chǎn)流事件進行深入分析。

在我國農(nóng)田化肥普遍高強度投入的背景下，減少化肥用量、調(diào)整施肥種類構成和施用時期等優(yōu)化施肥措施，被認為是削減農(nóng)田氮、磷徑流損失的重要措施。在稻油輪作模式下，減氮12%～21%、減磷17%左右，顯著降低了徑流總氮平均含量降低22.34%～

31.44%，而對徑流總磷平均含量無顯著影響[11]。地膜覆蓋可降低雨水和徑流對土壤的打擊和沖刷作用，從而減少地表徑流氮磷含量和流失量[12]。在湖南湘陰的坡旱地玉米試驗結果表明，地膜覆蓋顯著降低了地表徑流氮流失量，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮總量平均降幅16.49%，可溶性磷平均含量顯著降低17.95%[13]。筆者的研究結果則顯示，優(yōu)化施肥后徑流總氮、總磷平均含量與常規(guī)施肥相比，分別顯著降低14.29%和26.78%，優(yōu)化施肥結合地膜覆蓋后，地表徑流總氮、總磷含量進一步降低（21.43%和29.10%），但與優(yōu)化施肥處理間無顯著差異。研究中采取優(yōu)化施肥后，地表徑流中總磷含量的顯著降低，可能是由于磷肥施用量較常規(guī)施肥降低了43.4%有關。而地膜覆蓋進一步削減地表徑流中總氮、總磷含量的效果相對坡旱地要弱，一方面可能是因為試驗選擇的是平原地區(qū)，地表坡度更小，徑流的沖刷作用更弱；另一方面，在試驗中氮的流失以硝態(tài)氮為主，而坡旱地種植玉米覆蓋地膜后，地表徑流中降幅較大的是其中的占比較高的銨態(tài)氮，其硝態(tài)氮含量也無明顯的降低。

綜上，南方濕潤平原區(qū)露天菜地地表徑流的氮、磷含量較高，通過優(yōu)化施肥能夠有效削減氮、磷的徑流損失，而結合地膜覆蓋能夠進一步增強阻控效果。然而，對照我國地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838—2002）中Ⅴ類水的總氮（2.0 mg/L）和總磷（0.4 mg/L）限值，即便是采取優(yōu)化施肥結合地膜覆蓋措施，其徑流總氮、總磷含量仍然超出該限值。因此，在菜地集中區(qū)域，有必要采取措施進一步削減和攔截氮、磷徑流損失，防控其面源污染風險。

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（責任編輯：肖彥資）