庹海波，劉 強(qiáng)，彭建偉，龔 蓉，黃 維

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)田污染控制與農(nóng)業(yè)資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，植物營養(yǎng)湖南省普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，土壤肥料資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410128）

有機(jī)無機(jī)肥配施及稻草覆蓋對(duì)中南丘陵茶園氮磷徑流流失的影響

庹海波，劉 強(qiáng)，彭建偉，龔 蓉，黃 維

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)田污染控制與農(nóng)業(yè)資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，植物營養(yǎng)湖南省普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，土壤肥料資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410128）

為改善中南丘陵地區(qū)茶園土壤養(yǎng)分狀況、有效防控茶園氮磷徑流損失，采用田間小區(qū)試驗(yàn)，以有機(jī)肥代替部分化學(xué)肥料、稻草覆蓋等處理，研究其在減少暴雨造成的農(nóng)田徑流營養(yǎng)損失，從而減少農(nóng)田氮磷對(duì)水體的污染方面的作用。結(jié)果表明，中南丘陵茶園，在相同降雨條件下，農(nóng)民習(xí)慣施肥處理徑流流失量較大，但稻草覆蓋處理能有效減少徑流流失，同時(shí)稻草覆蓋對(duì)降低地表徑流中的氮磷濃度也有顯著作用，其中氮的降幅為24.32%～25.91%，磷的降幅為18.81%～19.23%；有機(jī)肥代替部分化肥并用稻草覆蓋處理對(duì)茶葉增產(chǎn)具有顯著作用。

富營養(yǎng)化；徑流污染；有機(jī)無機(jī)肥配施；中南丘陵茶園

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和集約化生產(chǎn)水平的提高，人們使用各種化肥或化肥配施有機(jī)肥以及調(diào)節(jié)種植方式以求獲得高產(chǎn)量的農(nóng)產(chǎn)品，這些施肥措施會(huì)對(duì)土壤氮磷徑流流失產(chǎn)生影響[1]。我國大部分茶園分布在以紅壤丘陵為主的坡地，種植過程中氮、磷營養(yǎng)隨地表徑流流失現(xiàn)象較為突出，加大了坡地茶園下游水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)[2]。中南丘陵地區(qū)茶園是中國茶葉主產(chǎn)區(qū)之一，其土壤以含氮量低、有機(jī)質(zhì)少的紅壤為主，如何合理施肥，有效改善土壤養(yǎng)分狀況，實(shí)現(xiàn)丘陵區(qū)茶葉安全高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，以及防控茶園氮磷徑流流失導(dǎo)致環(huán)境污染成為普遍關(guān)注的問題[3-5]。因此，系統(tǒng)研究坡地茶園地表徑流氮磷流失機(jī)理，并有針對(duì)性地提出有效的控制措施，對(duì)削減茶園氮磷營養(yǎng)流失負(fù)荷，減少對(duì)水體環(huán)境的污染，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[6-10]。

在全面調(diào)查中南丘陵茶園土壤肥力水平和當(dāng)?shù)厥┓仕脚c產(chǎn)量水平的基礎(chǔ)上，根據(jù)平衡施肥原理[11]，確定基肥用量和品種，采用肥料深施、秸稈還田等技術(shù)，通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究不同管理方式對(duì)中南丘陵茶園氮磷徑流流失的差異以及茶葉產(chǎn)量等方面的影響，以期為中南丘陵茶園氮磷徑流流失防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

供試地點(diǎn)位于湖南省長沙縣百里茶廊的湘豐茶廠茶園，中亞熱帶北緣季風(fēng)氣候，土壤為花崗巖母質(zhì)發(fā)育的紅壤，年平均氣溫16.5～20.5℃。1月平均氣溫11.9℃，極端最低氣溫-5.2℃，7月平均氣溫27.9℃，極端最高氣溫39.l℃，≥10℃年有效積溫6539℃，年均降雨量1389mm，4～6月降雨占全年降雨總量的76%。

試驗(yàn)茶樹品種為“福云早毫”，供試秸稈為當(dāng)?shù)赝淼镜静荩?013年10月覆蓋，覆蓋量為1 000 kg/667m2。

供試肥料：尿素（含氮46.0%），過磷酸鈣（含P2O512.0%），硫酸鉀（含K2O 44.8%），日日春有機(jī)質(zhì)肥（含有機(jī)質(zhì)47.0%、N 2.0%、P2O51.0%、K2O 1.0%）。

供試土壤為花崗巖母質(zhì)發(fā)育的紅壤，基本理化性狀：土壤pH值4.38；全N 1.86 g/kg；全P 0.19g/kg；全K 19.73mg/kg；速效K 145.21mg/kg；速效P 26.40 mg/kg；堿解N 124.02mg/kg；有機(jī)質(zhì)24.00 g/kg。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)于2013年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)長沙縣金湘園茶葉基地進(jìn)行，采用田間小區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)5個(gè)處理：T1，表示農(nóng)民習(xí)慣施肥（CK）；T2，有機(jī)肥代替10%化學(xué)N肥；T3，有機(jī)肥代替10%化學(xué)N肥，并用稻草覆蓋；T4，有機(jī)肥代替10%化學(xué)P肥；T5，有機(jī)肥代替10%化學(xué)P肥，并用稻草覆蓋。

施肥量為N 41.37 kg/hm2、P2O52.75 kg/hm2、K2O 255.23 kg/hm2，施用有機(jī)肥（餅肥）部分根據(jù)其氮、磷、鉀含量相應(yīng)地減少化肥用量，保證每個(gè)處理施用的氮、磷、鉀用量一致。各處理具體肥料用量見表1。

肥料分3次施用，即：氮肥總量的40%作為基肥施用、30%作為第一次追肥、30%作為第二次追肥；有機(jī)肥、磷肥和鉀肥全部作為基肥施入?；视?013年12月中旬施入，第一次追肥于4月初施入，第二次追肥于夏茶采摘后施入。

小區(qū)隨機(jī)排列，小區(qū)茶園面積32m2，每個(gè)小區(qū)兩個(gè)茶行?；适遣栊兄虚g開溝20 cm施入，追肥也要施5～10 cm深（切忌撒施），施后立即蓋土。小區(qū)除了施肥量不同外，其他管理?xiàng)l件都與大田生產(chǎn)一樣，進(jìn)行常規(guī)化管理。

1.3 取樣方法

在茶園放置可收集徑流的容器（體積為1m）3，每個(gè)小區(qū)用不銹鋼檔板圍住，產(chǎn)生的徑流由于地勢的高差順著PVC管流入容器，容器自帶閥門。在降雨產(chǎn)生徑流后，根據(jù)測量計(jì)算徑流水量，采集徑流水樣。試驗(yàn)小區(qū)為長方形，面積約30m（27.5m×4m）。各處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

每次降雨結(jié)束并產(chǎn)生徑流液后，用刻度尺測量各個(gè)徑流池內(nèi)水深度，并計(jì)算徑流水體積；每個(gè)徑流池用干凈塑料瓶取充分混勻的水樣500m L，立即帶回實(shí)驗(yàn)室分析。取樣結(jié)束后，打開徑流池閥門，將徑流池內(nèi)的徑流水排干并清洗干凈，蓋好蓋板，以備下次降雨用。

1.4 測定與數(shù)據(jù)分析方法

水樣中的總氮（TN），溶解態(tài)總氮（DN）用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度計(jì)法測定；銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3--N）使用流動(dòng)分析儀測定；總磷（total phosphorus,TP）：取部分徑流液用過硫酸鉀消解-鉬銻抗比色法測定；可溶性總磷（totaldissolved phosphorus, TDP）：取部分徑流液過0.45μm濾膜，收集濾液用過硫酸鉀消解-鉬銻抗比色法測定。

磷徑流量=徑流液體積×徑流液中磷濃度；氮徑流量=徑流液體積×徑流液中氮濃度。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用M icrosoft Excel 2003進(jìn)行整理和作圖，不同處理間差異采取DPSv7.05版軟件進(jìn)行單因素方差分析，LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），所有結(jié)果數(shù)據(jù)均以平均值的形式表達(dá)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同管理方式下茶園地表徑流總量

我國氣象部門規(guī)定的降雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：按12 h計(jì)，小雨≤5.0mm，中雨5.0～14.9mm，大雨15.0～29.9 mm，暴雨≥30.0mm。一般情況下旱地在小雨和中雨下很難產(chǎn)流，試驗(yàn)中由于長期干旱無降雨或天氣炎熱，土壤含水率低，還有2次雖然降雨量超過15.0 mm，也沒有觀測到產(chǎn)生徑流或產(chǎn)生徑流下地很少。通過比較不同管理方式下茶園地表徑流系數(shù)，可以得知哪種處理能夠有效控制地表徑流流失。

由圖1可知，各小區(qū)地表徑流總量T1～T5依次分別為 1 311.86、1 278.88、853.91、1259.74和 856.36 m3/hm2，稻草覆蓋的2個(gè)處理T3和T5較低，未覆蓋稻草的3個(gè)處理T1、T2和T4較高，差異顯著；而稻草覆蓋的兩個(gè)處理T3和T5之間以及未覆蓋稻草的3個(gè)處理T1、T2和T4差異不顯著。說明添加稻草覆蓋降低徑流損失的效果好，而有機(jī)肥配施對(duì)地表徑流量無顯著影響。其原因可能是在覆蓋條件下，地面免受雨滴直接打擊，調(diào)節(jié)了地表徑流，增加了土壤入滲時(shí)間，削減了徑流動(dòng)能，加強(qiáng)滲透性和抗沖性，從而減少了徑流量。

圖1 不同處理地表徑流總量比較（3～10月份）（注：圖中不同小/大寫字母表示差異達(dá)顯著/極顯著水平）

由圖2可知，各個(gè)時(shí)期地表徑流量測定值的處理間的差異與徑流總量的變化一致，稻草覆蓋的2個(gè)處理（T3和T5）較低，未覆蓋稻草的3個(gè)處理（T1、T2、和T4）較高。所測定的10個(gè)不同時(shí)期徑流量中，5月21日的徑流量最高，其次是4月29日、5月12日和6月8日，這是降雨量的差異所導(dǎo)致。

圖2 不同處理對(duì)不同時(shí)期地表徑流量的影響

2.2 不同管理方式下茶園徑流損失氮、磷養(yǎng)分的差異

2.2.1 不同管理方式對(duì)茶園徑流損失的氮素養(yǎng)分的影響

由表2可知，茶園徑流損失的總氮變化與徑流總量有類似的變化。稻草覆蓋的2個(gè)處理T3和T5較低，分別為11.20和10.97 kg/hm2，未覆蓋稻草的3個(gè)處理T1、T2和T4較高，分別為14.80、14.23和14.23 kg/hm2，差異顯著；而稻草覆蓋的2個(gè)處理間、未覆蓋稻草的3個(gè)處理間差異未達(dá)顯著水平。方差分析表明，有機(jī)肥代替10%化學(xué)N肥并用稻草覆蓋處理（T3）和有機(jī)肥代替10%化學(xué)P肥并用稻草覆蓋處理（T5）與農(nóng)民常規(guī)施肥（T1）處理之間徑流總氮（TN）含量差異極顯著，T3和T5處理之間以及T1、T2和T4處理之間差異不顯著?？扇苄缘?、NH4+-N、NO3--N的處理間差異與總氮的變化一致，稻草覆蓋的2個(gè)處理T3和T5較低，未覆蓋稻草的3個(gè)處理T1、T2和T4較高，差異明顯；而稻草覆蓋的2個(gè)處理T3和T5之間以及未覆蓋稻草的3個(gè)處理T1、T2和T4差異不明顯。方差分析表明，可溶性氮T1、T2和T4與T5之間達(dá)到極顯著差異，T1、T2和T4與T3之間達(dá)到顯著差異；氨態(tài)氮T1、T2與T3之間有顯著差異；硝態(tài)氮T1、T4與T3、T5之間差異顯著。

由表2可知，每個(gè)處理NH4+-N、NO3--N的加和占總氮的比例為60.09%～66.27%，說明NH4+-N、NO3--N是氮素徑流流失的主要形式。有機(jī)肥代替化學(xué)能夠減少肥料中速效氮的含量，本試驗(yàn)中有機(jī)肥代替10%化學(xué)N肥（T2）處理的總氮流失量略低于農(nóng)民習(xí)慣施肥（T1）處理，且有機(jī)氮能夠改善土壤中氮素養(yǎng)分的形態(tài)，因此降低土壤速效氮含量是減少農(nóng)田地表徑流氮養(yǎng)分流失的有效途徑。

與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥相比，有機(jī)肥代替10%化學(xué)N肥或10%化學(xué)P肥并用稻草覆蓋能有效地降低地表徑流氮素養(yǎng)分，其中氮的降幅為24.32%、25.91%?？赡苁堑静莞采w作為隔離層避免了雨滴對(duì)土壤表層的直接撞擊濺蝕作用，否則，雨強(qiáng)較大時(shí)，裸露地表易形成土膜抑制水分下滲，使得土壤未達(dá)到飽和情況下就產(chǎn)流輸出。相同雨強(qiáng)下，地表覆蓋能明顯減緩徑流的輸出過程，這種現(xiàn)象同作物改變土壤表面匯流機(jī)制有關(guān)。

表2 不同管理方式下中南丘陵茶園地表徑流總量中氮素養(yǎng)分差異比較 （kg/667m2）

由圖3可知，在試驗(yàn)測定的時(shí)段內(nèi)，不同時(shí)期地表徑流損失總氮呈緩和遞減趨勢，而稻草覆蓋的2個(gè)處理較未覆蓋處理總氮流失趨勢緩和，流失量也相對(duì)較少，其原因可能是稻草覆蓋具有減少地表徑流流失量和保肥作用有關(guān)，從而有效的控制了氮肥的徑流損失流失，使得氮肥的肥效更持久。2.2.2 不同管理方式對(duì)茶園徑流損失的磷素養(yǎng)分的影響

圖3 不同處理各次取樣地表徑流總氮流失趨勢（3～10月份）

茶園徑流損失的總磷（TP）變化如表3所示，稻草覆蓋的2個(gè)處理T3和T5較低，顯著低于未覆蓋稻草的3個(gè)處理；而稻草覆蓋的2個(gè)處理T3和T5之間以及未覆蓋稻草的3個(gè)處理T1、T2和T4差異不顯著。可溶性磷的處理間差異與總磷的變化一致，顆粒態(tài)磷處理間差異均不顯著。

與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，稻草覆蓋延長了產(chǎn)流時(shí)間，增大了入滲量，而覆蓋使得水分平穩(wěn)下滲，空隙飽和后才有徑流流動(dòng)。降雨產(chǎn)生兩種徑流模式：表面徑流和土壤內(nèi)部徑流。在徑流早期，有覆蓋的土壤表面徑流中TP濃度較高，裸露土壤則相對(duì)較低，可能是由于降雨初期雨強(qiáng)不大，裸露土壤受雨滴打?yàn)R蝕作用不強(qiáng)，使得徑流初期顆粒磷含量不高。隨著降雨進(jìn)行，雨強(qiáng)增大，徑流顆粒磷態(tài)磷含量增高。

表3 不同管理方式下中南丘陵茶園地表徑流總量中磷素養(yǎng)分差異比較 （kg/667m2）

由圖4可知，5個(gè)處理的地表徑流總磷流失受降雨強(qiáng)度的影響均呈波動(dòng)遞減趨勢。稻草覆蓋的處理T3和T5較未覆蓋處理T1、T2和T4總磷流失趨勢緩和，總磷流失量也相對(duì)較少，其原因可能與稻草覆蓋減少地表徑流有關(guān)，從而有效控制了磷肥的流失量，使得磷肥對(duì)茶園的影響時(shí)間更持久。T1、T2和T4這3個(gè)處理均未覆蓋稻草，但T2和T4的地表徑流總磷流失量低于T1，即T2和T4比T1減緩總磷流失的效果要好。說明有機(jī)肥配施對(duì)減少磷素營養(yǎng)流失具有良好的作用，磷的降幅為18.81%～19.23%

圖4 不同處理各次取樣地表徑流總磷流失趨勢（3～10月）

2.3 不同管理方式下中南丘陵茶園春茶茶葉產(chǎn)量比較

不同管理方式下，T3和T5的產(chǎn)量較高，分別為1 700.7和1 706.0 kg/hm2，其次是T2和T4，分別為1 664.3和1 669.7 kg/hm2，對(duì)照處理最低，為1 651.7 kg/hm2。方差分析表明，T3和T5極顯著高于其他3個(gè)處理，增產(chǎn)幅度為2.66%～3.62%。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥代替10%化學(xué)N肥或10%化學(xué)P肥并用稻草覆蓋有效地減少了地表徑流總量以及土壤中氮、磷養(yǎng)分徑流流失，有效補(bǔ)充了土壤中水分和氮、磷養(yǎng)分。且由于稻草覆蓋的作用，稻草下面的土壤溫度相對(duì)升高，有利于土壤微生物和增強(qiáng)酶的活性，加速土壤中營養(yǎng)物質(zhì)和稻草自身的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，增加速效氮、磷、鉀等養(yǎng)分，從而增肥保肥和促進(jìn)養(yǎng)分釋放。

3 小結(jié)與討論

近年來，有關(guān)農(nóng)業(yè)面源污染防控技術(shù)研究已越來越受到國內(nèi)外重視，但防控技術(shù)主要集中在減量施肥、生態(tài)溝阻控、濕地消納等方面[12-14]，但在不同管理方式下，研究茶園氮磷徑流流失的差異以及對(duì)土壤質(zhì)量、土壤肥力、茶樹生長與茶葉品質(zhì)、環(huán)境效應(yīng)等方面的影響的研究卻少有報(bào)道。目前國內(nèi)面源污染方面的研究主要針對(duì)太湖、滇池等重污染區(qū)，而對(duì)中南丘陵地區(qū)的面源污染研究較少。本研究結(jié)果如下：

（1）相同降雨條件下，中南丘陵茶園在當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理下徑流流失量較大，但稻草覆蓋處理能有效減少徑流流失，降低幅度達(dá)到34.70%～34.94%。

（2）相同降雨條件下，稻草覆蓋對(duì)降低地表徑流中的氮磷濃度有顯著作用，氮的降幅為24.32%～25.91%，降雨中氮損失以無機(jī)氮為主，尤其以NO3--N、NH4+-N為主；磷的降幅為18.81%～19.23%。

（3）有機(jī)肥代替化學(xué)氮10%并用稻草覆蓋和有機(jī)肥代替化學(xué)磷10%并用稻草覆蓋對(duì)于茶葉增產(chǎn)具有顯著作用，增產(chǎn)幅度為2.66%～3.62%。

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（責(zé)任編輯：盧紅玲）

Combining Application of O rganic and Inorganic Fertilizer and Straw Mulching on Nitrogen and Phosphorus Runoff Losses in South-Central hilly Tea Garden

TUO Hai-bo，LIU Qiang，PENG Jian-wei，GONG Rong，HUANGWei
（College of Resources and Environment,Hunan Key Laboratory of Farmland Pollution Control and Agricultural Resources Use,Hunan Key Laboratory of Plant Nutrition in Common University,National Engineering Laboratory on Soil and Fertilizer Resources Efficient Utilization, Hunan Agricultural University,Changsha 410128,PRC）

In order to improve soil nutrient status,prevent and control nitrogen and phosphorus runoff losses effectively in south-central hilly tea garden,the field plot testwas carried out by using organic fertilizer instead of part of the chemical fertilizer and straw cover treatment to study the effecton farm land nitrogen and phosphorus pollution reduction in water and the runoff nutrient loss caused by heavy rain was investigated.The results showed that under the condition of same rainfall,the runoff loss in conventional fertilize treatment of farmers was themost serious,and the straw mulching treatment effectively reduced the runoff loss and concentration of nitrogen and phosphorus in the surface runoff.The nitrogen concentration in runoff decreased by 24.32%～25.91%,and the phosphorus concentration decreased by 18.81%～19.23%.Meanwhile,the organicmanure replacing parts of the chem ical fertilizerand straw mulching treatment in tea increased tea yield significantly.

eutrophication;runoff pollution;application of organic and inorganic fertilizer;south-centralhilly teagarden

S157

A

1006-060X（2015）01-0056-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.01.020

2014-11-19

南方丘陵山地農(nóng)區(qū)農(nóng)業(yè)面源防控技術(shù)集成與示范（2012B A D15B04）；湖南省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目（2013N K2002）；湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013N K3046）；湖南省高校創(chuàng)新平臺(tái)開放基金項(xiàng)目（12K065）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（C X2012B289）

庹海波（1992-），男，湖南澧縣人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)生理與生態(tài)。

彭建偉