閆凱旋，馬萌萌，李衛(wèi)國(guó)，洪立洲*

(1.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 新洋試驗(yàn)站，江蘇 鹽城 224049；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)信息研究所，江蘇 南京 210000)

江蘇沿海平原地區(qū)地勢(shì)平坦，梨園經(jīng)濟(jì)效益顯著，但夏季降雨頻次高且強(qiáng)度大、水網(wǎng)密布，土壤養(yǎng)分極易流失至附近水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，甚至更嚴(yán)重的水生態(tài)污染，控制梨園氮磷流失刻不容緩[1-2]。果林氮、磷流失的主要載體是降雨產(chǎn)生的地表徑流和其攜帶的泥沙[3]，因此，影響氮磷流失的因素包括降雨[4-5]、地形地貌[6-9]、施肥方式[10-12]、土地利用方式[3，13-14]等，其中施肥模式對(duì)控制養(yǎng)分流失十分重要[15]。減施化肥[16-17]與有機(jī)肥替代[18-19]是當(dāng)前控制農(nóng)業(yè)氮、磷流失的重要措施。郭秋萍等[20]研究了減施化肥條件下甜玉米的產(chǎn)量效應(yīng)和氮、磷流失特征，發(fā)現(xiàn)減量配方肥與控釋尿素配施能有效防控農(nóng)田氮磷流失，相較于傳統(tǒng)施肥，氮、磷流失量分別減少60.3%和33.4%。袁浩凌等[10]探究了湖南雙季稻防控稻田氮、磷流失新模式，研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分化肥使用有效降低了稻田的氮、磷流失量。此外，綠肥與作物間種的種植模式也對(duì)土壤養(yǎng)分流失具有良好的控制效果[21]。陳隆升等[3]研究表明，在油茶林間種百喜草和金雞菊能將徑流中氮、磷流失量分別降低26.66%和24.49%，將溶解態(tài)磷流失量降低63.06%和50.57%。李發(fā)林等[22]通過(guò)徑流小區(qū)法研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在林間種植自然生草也能顯著降低梨園徑流總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失量。雖然關(guān)于減施化肥和綠肥種植對(duì)耕地氮、磷流失的影響已有大量研究，但關(guān)于減量施肥和綠肥種植對(duì)梨園氮磷流失影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道[1，7，23-25]。設(shè)置減施化肥配施綠肥種植的耦合運(yùn)用模式，選用白車軸草為綠肥，以常規(guī)施肥為對(duì)照，探究減施化肥與綠肥間種對(duì)沿海平原地區(qū)梨園氮、磷流失效果和產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，總結(jié)一套經(jīng)濟(jì)、高效的梨園面源污染控制技術(shù)路徑，以期為平原地區(qū)梨園養(yǎng)分流失控制和田間生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)支撐和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于江蘇省鹽城市亭湖區(qū)黃尖鎮(zhèn)花川村5組龍軒家庭農(nóng)場(chǎng)(120°22′58″E，33°52′11″N)，東臨黃海，為沿海灘涂地，地處北亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡帶，氣候溫和，四季分明，光照充足。年平均溫度14 ℃，年降水量1 000 mm，年日照2 200 h，年無(wú)霜期210 d，海拔不足5 m，是典型的南方濕潤(rùn)平原地區(qū)。實(shí)驗(yàn)基地種植的秋月梨為2018年5月移植，總面積為500 m2，整個(gè)農(nóng)場(chǎng)為平地，無(wú)坡度，海拔1.2 m。土壤為濱海鹽土，土層1.6～35.0 cm處狀態(tài)松散，基本理化性狀為：pH值8.2(水土比，5∶1)，有機(jī)質(zhì)含量為17.25 g·kg-1，全氮(TN)含量為1.14 g·kg-1，全磷(TP)含量為0.67 g·kg-1，速效磷含量為30.03 mg·kg-1，速效鉀含量為332 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究開始于2019年5月，實(shí)驗(yàn)區(qū)域共設(shè)置3個(gè)處理：常規(guī)處理(T1)、減施化肥20%(T2)、減施化肥20%配施綠肥(T3)。T2、T3通過(guò)增施有機(jī)肥替代減施的化肥保證3個(gè)處理氮、磷施用量相等。每個(gè)處理重復(fù)3次，試驗(yàn)小區(qū)單行排列，由種植區(qū)、集流池和排污池3個(gè)部分組成，單個(gè)監(jiān)測(cè)小區(qū)種植面積28 m2(4 m×7 m)，種植秋月梨樹4棵，每個(gè)小區(qū)設(shè)有單獨(dú)的徑流池(圖1)。徑流池規(guī)格為4.0 m×1.0 m×1.0 m(長(zhǎng)×寬×高)。為防止小區(qū)間發(fā)生水分和養(yǎng)分交換，采用水泥小埂將監(jiān)測(cè)小區(qū)隔離，同時(shí)每個(gè)徑流池配有水泥蓋板以防止雨水和雜物進(jìn)入。

圖1 監(jiān)測(cè)小區(qū)的排列

1.3 施肥管理

所施肥料包括復(fù)合肥、水溶性肥、有機(jī)肥和綠肥，復(fù)合肥為商品肥(世樂(lè)多農(nóng)業(yè)科技有限公司)，有機(jī)肥為商品有機(jī)肥(浙江虹越花卉股份有限公司，有機(jī)質(zhì)含量≥60%，TN含量≥1.5%，P2O5含量≥4.5%，K2O含量≥3%，含水率11%)，水溶性肥(世樂(lè)多農(nóng)業(yè)科技有限公司，N+P2O5+K2O≥50%)，綠肥為白車軸草(2019年10月秋播)。T1于3月11日施用375 kg·hm-245%復(fù)合肥(N 15%、P2O515%、K2O 15%)，穴施；6月3日施用75 kg·hm-260%水溶肥(N 12%、P2O58%、K2O 40%)，噴施；7月21日施用75 kg·hm-255%水溶肥(N 5%、P2O55%、K2O 45%)，噴施；10月20日施用667 kg·hm-2商品有機(jī)肥，撒施。T2于3月11日施用300 kg·hm-245%復(fù)合肥，穴施；6月3日施用60 kg·hm-260%水溶肥，噴施；7月21日施用60 kg·hm-255%水溶肥，噴施；10月20日施用750 kg·hm-2商品有機(jī)肥，撒施。T3模式于3月11日施用375 kg·hm-245%復(fù)合肥，穴施；6月3日施用60 kg·hm-2水溶肥(N 12%、P2O58%、K2O 40%)，噴施；7月21日施用60 kg·hm-255%水溶肥，噴施；10月20日施用750 kg·hm-2商品有機(jī)肥，撒施(表1)。一次性種植綠肥植物(白車軸草)，播種量120～1 500 kg·hm-2。

表1 不同模式施肥情況

1.4 樣品采集及測(cè)定方法

在每場(chǎng)降雨后，人工測(cè)量各監(jiān)測(cè)小區(qū)對(duì)應(yīng)徑流池內(nèi)的水位高度，根據(jù)體積法計(jì)算得到降雨之后的徑流量。攪拌徑流池內(nèi)積水使泥沙均勻分布，再取500 mL水樣裝入聚乙烯樣品瓶密封并帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)定分析。記錄收集水樣后將各小區(qū)徑流池內(nèi)的排水閥打開，排空積水，以便下次降水后收集。土壤樣品的采集工作在2020年12月上旬完成(冬季來(lái)臨前)。用土壤采樣器在每個(gè)監(jiān)測(cè)小區(qū)隨機(jī)采集10個(gè)土芯樣品并混合風(fēng)干，2 mm篩后用于測(cè)定土壤的理化性質(zhì)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

根據(jù)徑流流失量和徑流中氮、磷的含量計(jì)算氮、磷徑流損失量和流失率。

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2021和SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，Duncan法進(jìn)行多重比較。圖采用Autodesk CAD、Origin 2021繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋月梨生長(zhǎng)季降雨情況

梨園各監(jiān)測(cè)小區(qū)由水泥澆筑而成，用以防止土壤水分的側(cè)滲，監(jiān)測(cè)小區(qū)產(chǎn)流通過(guò)導(dǎo)水口流入集流池。因此，地表水是小區(qū)的主要排水方式，也是氮、磷流失的主要驅(qū)動(dòng)力[11]。根據(jù)江蘇省氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，江蘇中東部地區(qū)每年降水時(shí)間主要集中在5—10月中旬，占全年降水總量70%以上。秋月梨在生長(zhǎng)季節(jié)降水量情況如圖2所示。檢測(cè)周期內(nèi)歷次降水共產(chǎn)生8次地表徑流，7月6日、10月20日由于降水量較小，未產(chǎn)生徑流，說(shuō)明梨園徑流的產(chǎn)生存在一個(gè)臨界水位[10]，當(dāng)日降水在田間積累未超過(guò)臨界水位便無(wú)法產(chǎn)生徑流。

圖2 監(jiān)測(cè)期間降水量

通過(guò)圖3可以看出，常規(guī)施肥T1和減施化肥T2處理下各產(chǎn)流日產(chǎn)生徑流量無(wú)明顯差異，與T1、T2處理相比，減施化肥配施綠肥(T3)模式下的徑流量在整體上均有一定程度降低。對(duì)6—11月3種種植模式產(chǎn)流總量分析發(fā)現(xiàn)，常規(guī)施肥模式T1、減施化肥模式T2和減施化肥配施綠肥模式T3徑流總量分別為91.78、92.14、87.14 L·m-2，減施化肥配施綠肥模式下徑流總量比常規(guī)施肥模式降低了5%，各產(chǎn)流日不同施肥模式下的徑流系數(shù)皆為減施化肥配施綠肥模式最小，這說(shuō)明綠肥與梨樹間作種植可有效提高梨園土壤保水能力。

圖3 不同處理產(chǎn)流日徑流量

2.2 氮素徑流流失

2.2.1 不同模式下氮素徑流流失動(dòng)態(tài)

秋月梨生長(zhǎng)期內(nèi)不同產(chǎn)流事件產(chǎn)生的地表徑流量差異較大，分別于6月20日、6月25日、6月30日、7月21日、8月10日、8月25日、9月11日、10月8日產(chǎn)生可收集徑流，8次產(chǎn)流日產(chǎn)流分別為31.65、10.48、21.04、7.62、9.53、2.98、4.46、1.43 L·m-2。其中6月20日、6月30日、8月10日產(chǎn)生徑流量較大。

圖4 不同處理氮素徑流流失

2.2.2 不同模式氮素流失總量及流失率

表2為6—11月氮素徑流流失總量。各種施肥模式下總氮徑流流失量表現(xiàn)為T1>T2>T3。T2和T3的總氮流失量分別比常規(guī)施肥模式降低了3.9%和9.3%，總氮流失減少，T2、T3處理的可溶性氮徑流流失量也顯示出類似規(guī)律。根據(jù)表1計(jì)算出T1、T2、T3施肥模式下施肥中總氮量分別為205、205、205 kg·hm-2。3種施肥模式下總氮流失率為3.15%～3.47%，其中，T1最高，T2次之，T3最低，說(shuō)明減施化肥和綠肥種植都能有效降低氮流失率。

表2 氮素徑流流失總量

2.3 不同種植模式對(duì)地表磷流失的影響

2.3.1 不同模式下磷素徑流流失動(dòng)態(tài)

由圖5可以看出，8次產(chǎn)流事件中磷流失差異較大，其中6月20日、6月30日、8月10日可溶性磷流失量較大，分別占總磷流失量的29%～32%、26.5%～30.4%、8.3%～14.7%。6月25日、6月21日、8月25日、9月11日和10月8日可溶性磷流失量較小，分別占總磷總流失量的13.2%～14.7%、7.1%～7.8%、3.2%～4.3%、2.3%～3.6%、0.7%～0.9%。9月11日、10月8日 3種模式下磷素徑流流失量相差不大。3種施肥處理6月10日、6月30日、8月10日總磷徑流流失量分別為0.67～0.86、0.66～0.72、0.18～0.38 kg·hm-2，可溶性磷徑流流失量分別為0.25～0.32、0.25～0.29、0.05～0.14 kg·hm-2，分別占各時(shí)期總磷徑流流失量的36.6%～38.6%、37.6%～40.1%、32.9%～37.6%；8月10日減施化肥配施綠肥種植T3總磷及可溶性磷流失量顯著低于常規(guī)施肥T1和減施化肥T2，9月11日、10月8日 3種施肥模式下磷素流失量差異不顯著。

圖5 不同處理磷素徑流流失

2.3.2 不同處理磷徑流流失量及流失率

表3為3種施肥模式下磷素徑流流失總量和流失率，各模式總磷流失量表現(xiàn)為T1>T2>T3。減施化肥、減施化肥配施綠肥種植模式總磷徑流流失總量分別較常規(guī)施肥降低7.4%和20.2%。減施化肥20%與綠肥種植的耦合應(yīng)用的T3模式顯著低于常規(guī)施肥模式。

各施肥模式可溶性磷徑流流失量占總磷流失量的36.4%～38.2%，與常規(guī)施肥模式相比，減施化肥配施綠肥種植模式明顯低于常規(guī)模式和減施化肥模式。各施肥模式下總磷流失率為0.43%～0.58%，其中常規(guī)施肥最高，減施化肥配施綠肥種植最低。說(shuō)明減施化肥配施綠肥種植模式能進(jìn)一步降低總磷流失量及流失率，對(duì)減少磷素流失效果最為明顯。

3 結(jié)論與討論

農(nóng)田土壤中養(yǎng)分的流失主要由降水產(chǎn)生的地表徑流導(dǎo)致[26]，地表徑流的大小又受到種植作物類型、覆蓋等因素的影響。本研究中，在各產(chǎn)流事件中減施化肥配施綠肥種植(T3)模式相較于常規(guī)施肥模式(T1)能有效降低梨園地表徑流量，特別是7月21日和8月10日的產(chǎn)流事件中，T3模式地表徑流量分別下降了10.75%和19.20%。這與李濤等[27]關(guān)于不同種植模式下氮、磷流失和經(jīng)濟(jì)性分析的研究結(jié)果相似，其主要原因是綠肥的間作種植增加了田間植物覆蓋面積，減緩了降雨對(duì)土壤的侵蝕[28]，增強(qiáng)了土壤的保水和保肥性能[29]。7月21日和8月10日的產(chǎn)流事件正值綠肥白車軸草生長(zhǎng)茂盛期，發(fā)達(dá)的根系進(jìn)一步提高了監(jiān)測(cè)小區(qū)的保水能力，地表徑流大幅減少。

氮、磷的徑流流失量與地表徑流量關(guān)系密切[30]，呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系[31]。本研究中氮、磷流失主要集中在降水量大的6—8月份，原因是雨季高降雨量帶走更多的氮、磷肥。氮素徑流流失主要以可溶性氮為主，顆粒態(tài)氮占比較小，其中硝態(tài)氮為可溶性氮的主要形態(tài)，不同施肥模式對(duì)氮素流失形態(tài)沒(méi)有顯著影響。磷在土壤中的形態(tài)主要為顆粒態(tài)和溶解態(tài)，本研究中，前期磷素的流失形態(tài)主要為顆粒態(tài)磷，后期仍以顆粒態(tài)為主，但呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。在3種施肥模式下，顆粒態(tài)磷占總磷流失量的58.19%～73.93%，不同施肥模式對(duì)磷的流失形態(tài)無(wú)顯著差異。磷素徑流流失以顆粒態(tài)為主，可溶性磷占比小，不同施肥模式對(duì)氮、磷素的流失形態(tài)沒(méi)有明顯影響。

減少化肥施用量、增施有機(jī)肥能有效減少氮、磷流失量[32]，綠肥種植和綠肥還田在穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)亦能減少梨園氮、磷素的流失。本研究中，各處理在6月20日、6月25日、6月30日、7月21日、8月10日、8月25日的總氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總磷、可溶性磷流失量，均顯示出常規(guī)施肥>減施化肥20%>減施化肥20%配施綠肥種植的規(guī)律。但9月11日、10月8日減施化肥配施綠肥T3模式養(yǎng)分流失無(wú)明顯差異，這可能是因?yàn)樘幱谕寥郎蠈拥姆柿显?—8月的雨季被雨水大量沖刷流失，特別是土壤表層肥料流失殆盡，9月后的少量降雨只能沖刷土壤表層，氮、磷流失量差異難以顯現(xiàn)。施肥模式T2用有機(jī)肥替代減施的化肥，保證在監(jiān)測(cè)小區(qū)內(nèi)施用的氮、磷總量與常規(guī)施肥保持一致，與常規(guī)施肥T1相比，減施化肥模式T2減施20%化肥、增施11%有機(jī)肥，得益于有機(jī)肥養(yǎng)分釋放速度慢，有機(jī)肥的替代避免了氮素養(yǎng)分在前期的集中流失[33]，總氮、總磷流失量分別減少了3.9%和7.4%。在減施化肥的基礎(chǔ)上，增加白車軸草與梨樹間作種植能促進(jìn)土壤中的無(wú)機(jī)氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，減少無(wú)機(jī)氮含量，綠肥植株的腐解形成易于吸附養(yǎng)分的疏松多孔結(jié)構(gòu)[34]，大量吸附氮、磷素，降低了養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)[35]。在本實(shí)驗(yàn)中，T3模式小區(qū)的氮、磷流失量最少，其次是減施化肥模式T2。在1 a的生長(zhǎng)周期內(nèi)，減施化肥與綠肥間作均能有效降低氮、磷素的流失總量和流失率，緩解因施肥引發(fā)的農(nóng)業(yè)面源污染。

本研究在高施肥量和集約化生產(chǎn)的梨園中研究了減施化肥和綠肥生草種植對(duì)控制氮磷流失、減少農(nóng)田面源污染的影響，減施化肥20%模式和綠肥種植都能不同程度上降低秋月梨園TP和TN的流失，特別是將減施化肥20%與綠肥間作耦合應(yīng)用效果最好。在該模式下監(jiān)測(cè)小區(qū)徑流系數(shù)最小，集流池中總磷和總氮的含量最低，氮、磷流失總量分別比常規(guī)施肥模式降低了9.3%和20.2%。以上研究結(jié)果表明，在江蘇沿海地區(qū)梨園推行減施化肥與綠肥種植耦合運(yùn)用的施肥模式能夠有效降低梨園氮、磷流失，減小梨園周邊面源污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)推動(dòng)江蘇沿海平原地區(qū)梨園綠色化發(fā)展具有重要意義。