農田氮磷流失量原位監測與治理建議

董欣欣

（沈陽市鄉村振興發展中心/沈陽市農業技術推廣培訓中心/沈陽市農業檢驗監測中心/沈陽市植物保護中心 遼寧沈陽 110034）

農田面源污染是指農業生產活動中的氮素和磷素等營養成分、農藥及其他有機或無機污染物，在降水、 灌溉等沖刷作用下， 通過農田地表徑流、 滲漏等過程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、水庫和海灣等） 并引起水體富營養化或地表和地下水環境污染[1-5]。 隨著我國人口的增長，對糧食產量的需求也在不斷增大，為了滿足糧食需求和保障農作物產量，農田的化肥施肥量不斷增加[6]。 農田氮、磷等元素肥料的過量施入與流失使農田面源污染在農業面源污染中的占比逐年增加[7]，發達國家為防止農業面源污染而設定的化肥施用量為250 kg/hm2的上限[8]，我國農業生產中氮肥的表觀利用率只有30%～35%， 高產地區甚至在30%以下[9]。 土壤對磷肥有很強的固定作用，磷肥的當季利用率只有5%～15%，加上后效低于25%[10]。 農田氮磷隨地表徑流進入受納水體，或隨地下淋溶進入土壤，導致水體富營養化和土壤污染等農業面源污染問題越來越突出[6]。 第1 次全國污染源普查公報顯示，我國種植業總氮年流失量為159.78 萬t，占農業源的59.08%， 超過了畜牧養殖和水產養殖總氮流失量之和， 總磷年流失量為10.87 萬t，占38.18%[11]，因此，農田氮磷的流失已經成為天然水體中氮磷含量的重要來源[12]。

由于農業生產活動的廣泛性和普遍性， 加之我國部分地區農業集約化程度不高， 治理和控制都相當困難。 因此，在有效控制污染源的基礎上, 必須加強農田面源污染監測與治理的研究和探索。

1 監測試驗

1.1 監測地點

（1） 沈陽市于洪區造化鄉高力村監測點J1（41.793743°N、123.308136°E）， 在設施蔬菜地設置地下淋溶原位監測小區，每年種植2 季，2021 年第1 季種植番茄， 第2 季種植菜花；2022 年第1 季種植番茄，第2 季種植白菜。 蔬菜播種管理措施，如整地、施肥、播種、灌溉等同當地常規管理模式一致。

（2）沈陽市于洪區光輝鄉雙樹村長青葡萄園監測點J2（41.9986°N、123.2267°E），在設施葡萄園地設置地下淋溶原位監測小區，2021 年、2022 年種植作物均為葡萄。 葡萄栽種管理措施，如施肥、除草、灌溉等同當地常規管理模式一致。

（3）沈陽市渾南區設施果蔬科技示范園監測點J3（41.6994°N、123.5319°E），在設施果蔬地設置地下淋溶原位監測小區，每年種植2 季，2021 年第1 季種植番茄、黃瓜，第2 季種植茄子；2022 年第1 季種植黃瓜、瓜類，第2 季種植番茄。 果蔬播種管理措施，如整地、施肥、播種、灌溉等同當地常規管理模式一致。

（4）沈陽市遼中區社甲村監測點J4（41.6904°N、122.7492°E ），在設施蔬菜地設置地下淋溶原位監測小區， 每年種植2 季，2021 年第1 季種植黃瓜，第2 季種植番茄；2022 年第1 季種植蕓豆，第2 季栽種藍莓。 果蔬播種管理措施，如整地、施肥、播種、灌溉等同當地常規管理模式一致。

（5）沈陽市沈北新區黃家鄉岳士村監測點J5（41.8636°N、123.4160°E），旱田設置地表徑流原位監測小區，2021 年、2022 年種植作物均為玉米。 玉米播種管理措施，如整地、施肥、播種、中耕除草、病蟲害防治等同當地常規管理模式一致。

（6）沈陽市新民市興隆堡鎮興隆堡村監測點J6（41.9084°N、123.0580°E），旱田設置地表徑流原位監測小區，2021 年、2022 年種植作物均為玉米。 玉米播種管理措施，如整地、施肥、播種、中耕除草、病蟲害防治等同當地常規管理模式一致。

1.2 監測試驗設計

2021 年、2022 年連續2 年， 根據農業面源污染類型及不同的種植模式， 同時依據以下4 項原則，①典型性：試驗地塊應位于糧食、蔬菜、園藝等作物主產區；②代表性：試驗地塊的地形、土壤類型、肥力水平、耕作方式、灌排條件、種植方式等具有較強的代表性；③長期性：試驗地塊應盡可能位于試驗站、農場或園區，避免土地產權糾紛，便于管理，確保監測工作能持續開展15 年以上；④抗干擾性：試驗地塊盡可能選擇在地形開闊的地方，遠離村莊、建筑、道路、河流、主干溝渠，分別在沈陽市于洪區造化鄉高力村設施蔬菜區、 沈陽市于洪區光輝鄉雙樹村長青葡萄園、 沈陽市渾南區設施果蔬科技示范園和沈陽市遼中區社甲村設施蔬菜區設置農田氮磷流失量地下淋溶原位監測點4 個； 在沈陽市沈北新區黃家鄉岳士村和沈陽市新民市興隆堡鎮興隆堡村設置農田氮磷流失量地表徑流原位監測點2 個。

1.2.1 農田氮磷流失量地下淋溶原位監測設置 采用田間滲濾池法監測農田地下淋溶氮磷流失量。 該方法的優點：一是田間滲濾池面積較大，達3 m2，代表性強；二是淋溶液收集桶與監測土體緊密接觸，可有效收集淋溶液。 其缺點在于監測土體結構受到擾動，短期監測結果容易受到干擾。

安裝田間滲濾池裝置時， 先將監測土體分層挖出、分層堆放，形成一個長方體土壤剖面，下部安裝淋溶液收集桶， 用集液膜將土壤剖面四周及底部嚴密覆蓋，然后分層回填土壤。 田間滲濾池裝置由地上和地下兩部分組成（圖1）。

1.2.2 農田氮磷流失量地表徑流原位監測設置 旱地農田監測小區長7.5 m、寬5 m，面積37.5 m2。 監測地塊四周設置保護行（圖2），監測區域與保護行以田埂分隔，田埂為12 cm（雙磚砌筑），田埂地面以下深度為30 cm、地面以上為10 cm。 田埂為磚結構并用水泥砂漿抹面。

圖2 旱地農田地表徑流監測設施

徑流收集池長1.0 m、 寬1.0 m、 深1.0 m， 徑流收集池采用防水素混凝土修筑池壁和池底， 厚度20 cm，徑流池內外壁兩側、池底均進行防滲處理，涂抹防水砂漿，避免滲水、漏水。

1.3 樣品采集

1.3.1 氮磷流失量地下淋溶樣品采集 在正常農事操作的情況下， 采樣時間為設施農業灌溉當天或第2～4 d，下次灌溉前采樣。 采樣全部淋溶液，記錄淋溶液總量。搖勻后，取2 個混合水樣（每個樣約500 mL，如淋溶液不足1 000 mL 則將淋溶液全部作為樣品采集，供化驗和備用），其中一個用于分析測試，另一個備用。

1.3.2 氮磷流失量地表徑流樣品采集 在正常農事操作的情況下， 根據自然降雨量及時采集氮磷流失量地表徑流樣品， 采集全部徑流液， 記錄徑流液總量。 搖勻后，取2 個混合水樣，其中一個用于分析測試，另一個備用。

1.3.3 取樣處理 采樣前需用蒸餾水洗凈樣品瓶，采樣時再用淋溶（徑流）液潤洗。 取樣后將水樣-20℃冷凍保存備檢。

1.4 檢測指標

檢測指標包括：可溶性總氮、硝態氮、可溶性總磷和磷酸根磷， 以上指標均為農業農村部規定的基本指標。

1.5 測定方法

可溶性總氮：采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度測定；硝態氮：在25℃條件下，用2 mol/L 的氯化鉀浸提后用全自動連續分析儀（Autoanaylzer Ⅲ，B R A N L U E B B E）測定；可溶性總磷：采用鉬銻抗分光光度法測定；磷酸根磷： 采用磷鉬藍分光光度法測定。

1.6 數據統計與分析

N 素流失量（mg）=〔TDN（mg/L）×淋溶液總體積（L）〕1+〔TDN（mg/L）×淋溶液總體積（L）〕2+……。

P 素流失量（mg）=〔TDP （mg/L）×淋溶液總體積（L）〕1+〔TDP（mg/L）×淋溶液總體積（L）〕2+……。

應用Excel 2007、SPSS 16.0 等軟件進行數據處理、統計分析和作圖。

2 監測結果分析

2.1 2021 年種植業源氮磷流失量監測數據分析

由表1 可知， 2021 年2 個徑流監測點J5、 J6的總氮、 總磷流失量值極低， 平均流失量分別為0.020 kg/（畝·年）和0.003 kg/（畝·年），徑流監測點的總氮流失量低于所有淋溶監測點數值。 全年所有監測點總磷流失量較低，流失量最高值是J1（沈陽市遼中區社甲村）淋溶監測點的0.185 kg/（畝·年）。 全年淋溶監測點的總氮流失量較高，最高值為8.74 kg/（畝·年），最低值為0.75 kg/（畝·年）, 4 個淋溶監測點總氮平均流失量為3.38 kg/（畝·年）。

表1 2021 年種植業源氮磷流失量監測數據分析

2.2 2022 年種植業源氮磷流失量監測數據分析

由表2可知，2022年2個徑流監測點J5、J6的總氮，總磷流失量值極低，平均流失量為0.035 0 kg/（畝·年）和0.002 5 kg/（畝·年），且低于所有淋溶監測點數值。 全年所有監測點總磷流失量較低，流失量最高值是J1（沈陽市遼中區社甲村市級）淋溶監測點的0.09 kg/（畝·年）。全年淋溶監測點的總氮流失量相對較高， 最高值為5.93 kg/（畝·年）， 最低值為0.88 kg/（畝·年），4 個淋溶監測點總氮平均流失量為3.30 kg/（畝·年）。

表2 2022 年種植業源氮磷流失量監測數據分析

通過農田氮磷流失量原位監測，得出以下結論：①種植業源氮磷徑流流失不是沈陽市河流污染的主要原因；②目前沒有農業環境氮磷流失量國家標準，農田氮磷淋溶流失對地下水的不良影響需要進一步探究。

3 治理建議

3.1 營造農田面源污染防治的社會氛圍

加強有關農業環境的教育與培訓， 讓農民認識到農田面源污染的危害性及治理工作的重要性。充分發揮電視、 網絡等大眾媒體作用， 多形式地普及農業生態環境知識， 提高公眾的環保意識和參與意識。

3.2 構建農田面源污染防控技術性體系

（1）源頭治理。 氮、磷減量化控制，建立科學施肥體系，實現化肥減量增效控污，建立化肥、農藥等化學投入品監測體系的同時推廣區域大配方和高效控量施肥技術[13]。查明典型農業生態系統污染物排放特征，建立面源污染負荷估算方法、風險評估技術。

（2）過程阻斷。 研發農田污染負荷管理與消減技術，建立農田減氮減排、污染物截留與過程阻斷相結合的生態配置模式，發揮農業生態系統自凈功能，形成農田面源污染控制技術體系。

（3）末端治理。 研發集約化、資源化利用等清潔生產關鍵技術與設備，形成包括農業“廢棄物”肥料化、飼料化、能源化循環利用，污染物生物凈化與修復技術系統。

3.3 建設農田污染防控政策體系

以農業面源污染防治和保護水環境為重要戰略目標， 建設兼顧生態環境效益和農民的實際利益的政策體系。 包括優化產業結構與農業結構政策，建立適合國情的控制農田非點源污染的分類管理、 經濟性調節、生態補償等政策體系[1,14]。 制定限制投入要素和產出的相關法律政策等。

3.4 強化農田面源污染監測系統

建設一批覆蓋全市的農田面源污染監測點，監控各種污染物的排放， 分析并解決農業面源污染技術難題。 根據沈陽市旱田、水田和菜田（包括設施種植）面積和分布區域，設置產排污系數監測點，通過點面結合的實地監測， 獲取涵蓋全市的面源污染負荷排污系數。