白马湖周边农作物面源污染控制技术研究

郝达平　鞠伟　张新星

摘要 面源污染受降雨、土壤类型、土地利用类型和地形条件等的影响，具有间歇性、地域性和不确定性，农村面源污染形成后，单纯依靠末端治理技术很难对其形成全面有效的控制。治标更要治本，对农村面源污染拟采用源头控制与末端治理相结合的措施，着重从农田面源污染控制方面对农村面源进行污染控制技术研究。开展了农作物面源污染控制研究，拟通过调整施肥模式，控制农作物所产生的污染负荷量，以达到保护白马湖水环境的目的。

关键词 农作物；施肥模式；污染负荷；污染控制；白马湖

中图分类号 X592 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）03-00856-04

Abstract Non-point source （NPS） pollution is intermittent， regional and uncertain affected by the rainfall， soil， land use， and topography. When NPS pollution occurs in rural areas， it is difficult to control effectively if only the end-of-pipe （EOP） treatment is taken； thus， a method to tackling the root of the problem is in need. As a consequence， the combination of source control and EOP treatment is intended to serve as a way of controlling NPS pollution in the rural areas. This paper focuses on the research on the rural NPS pollution control technology in terms of the agricultural NPS pollution. The research was carried out by changing fertilization mode， thereby controlling the pollution load of crops as well as implementing the environmental protection of the White Horse Lake.

Key words Crops； Fertilization model； Pollution load； Pollution control； White Horse Lake

白马湖地处淮河流域下游，是江苏省十大淡水湖之一，位于淮安市境内东南边缘。白马湖是南水北调东线工程输水干线，也是淮安市第二水源地，其水质好坏直接关系到南水北调东线工程调水水质和淮安市饮用水安全。2010年以前，地处南水北调东线沿线的洪泽县全县生产、生活废污水主要通过浔河汇入白马湖，致使白马湖水质常年较差。为改善白马湖水质，保证南水北调东线工程调水和淮安市区饮用水水质安全，2009年5月至2010年9月，相关部门开展了洪泽尾水收集处理及利用工程可行性研究，通过加大洪泽县废污水收集力度，扩大现有污水处理厂规模，新建清涧污水处理厂，并充分利用宁连高速公路东侧的绿化地带对污水处理厂达标排放的尾水进行生物-生态处理，处理后的尾水回用于周边农业灌溉、河道生态环境补水、城市杂用水、林地浇灌用水等，多余部分排入淮河入海水道[1]。目前该项工程已经实施。

随着对工业废水和城市生活污水等点源污染的有效控制，面源污染尤其是农业生产和农村生活活动引起的农业面源污染已成为水环境污染的最重要来源，其中农作物种植过程中的化肥农药的流失是农业生产引起的农业面源的最重要来源[2-3]。为此，开展了农作物面源污染控制研究，拟通过调整施肥模式，控制农作物所产生的污染负荷量，以达到保护白马湖水环境的目的。

1 材料与方法

1.1 试验田地选取

试验田块选择时主要考虑以下几个因素：田块的形状、位置和种植模式。选择的田块形状应比较规则，这样有利于处理单元的分割；田块所处位置坡度小于2%，田块雨天排水入周边河沟后，最终汇入白马湖；所选田块是稻麦轮作、水稻种植方式是直播方式。通过对白马湖周边实地查勘，结合区域内主要是以稻麦轮作为主的耕地方式，选取洪泽县岔河镇其虎村一处规则农田作为区域内典型地块进行农田面源污染控制试验。

1.2 试验田地基本农化性质

大田试验于2013年6月至11月在白马湖周边洪泽县岔河镇其虎村进行。供试土壤为水稻土，基本农化性质为：有机质（40.9 g/kg）、全氮（1.58 g/kg）、全磷（0.86 g/kg）。

1.3 供试化肥及水稻品种与种植

试验用的缓释肥为加拿大独资生产的汉枫牌缓释复合肥，采用微晶石蜡、硫养分双涂层和生物碳能技术，有效成分氮、磷、钾含量分别为20%、10%、10%。尿素（46%）、过磷酸钙（P2O5含量12%）、氯化钾（57%）都是淮安当地生产的。水稻品种为淮稻5号，该品种可试性强，播种量112.5 kg/hm2。

近年来，白马湖周边农户采用直播种植方式比较多，因此试验中水稻种植方式选用直播方式[4]。

播种时间为2013年6月12号，基肥时间为6月25號，分蘖肥时间为7月22，促花肥时间为8月13号，保花肥时间为8月23号。10月底水稻收割。

1.4 试验田块划分

试验田地长102 m、宽20 m，占地约0.2 hm2，形状为规则的长方形。根据试验方案将田块划分为5种类型，即常规施肥种植、缓释肥施肥种植、减量缓释肥种植、科学施肥种植以及不施肥种植（空白），前面4种类型各设置2块平行种植，试验田块分布见图1。

1.5 施肥方案

试验设当地常规施肥、缓释肥、缓释肥减量、科学施肥和空白对照（不施肥）5个处理区，每处理2次重复，试验区总面积2 000 m2，各小区面积相等，用防水隔板隔开，每小区单元的进出水口采用闸板式进出水。各处理单元施肥水平是：科学施肥处理每公顷270 kg纯氮，磷肥、钾肥

按N∶P2O5∶KCl=1.0∶0.5∶0.5水平施用；缓释肥施氮量及氮、磷、钾比例和科学施肥单元相同，缓释肥减量单元施肥水平按缓释肥单元相应减20%；常规施肥单元按合作农户习惯施肥。农户施肥品种为当地生产的复合肥（15∶15∶15）和尿素（46%），施肥习惯是看苗施肥，折纯氮450 kg/hm2；N∶P2O5∶KCl=1.0∶0.3∶0.3。

科学施肥单元、缓释肥单元、缓释肥减量单元根据植物生长阶段按比例施肥，具体施用方案详见表1和表2。在水稻整个生育期间，采取浅干湿灌溉、适当晒田的方式，即灌溉时保持田间水层较浅，一般灌水3 cm左右，水稻收获前30 d，田间排水晒田，便于收获。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻性状及产量的影响

单位面积上的有效穗数、每穗总粒数、结实率和千粒重构成水稻产量，其中有效穗数在某种范围内起到决定性作用，其次是每穗实粒数与结实率。

由表3可见，与空白对照处理相比，各施肥处理提高了水稻有效穗、每穗总粒数、结实率、千粒重及产量。从穗粒结构看，科学施肥有效穗数最高，比不施肥高46.93%，比常规施肥和等量缓释高1.8%，等量缓释比减量缓释高19.14%；从产量结构看，施肥的各个处理产量均比不施肥的处理明显提高，科学施肥产量最高，比不施肥增產46.89%，比常规施肥、等量缓释分别增产6.2%、18.7%，等量缓释比减量缓释增产18.06%。

映作物对土壤中氮肥的回收利用效果，也是田间肥料流失量评价的重要依据。由表4可知，减量缓释单元氮肥利用率最高，科学施肥次之，减量缓释、科学施肥、缓释肥单元氮肥利用率差异很小，常规施肥利用率最低，科学施肥氮肥利用率比常规施肥高53.85%，差异很大，采用科学施肥和新型肥料都能提高肥料的利用率。

从磷元素利用效果看，4种处理单元利用率都低于20%，缓释肥的磷元素利用率最高，科学施肥次之，常规施肥磷元素利用率最低，等量缓释比科学施肥高15.18%，等量缓释比减量缓释高21.23%，科学施肥比常规施肥高7.5%。磷肥利用率低的原因可能是试验施用的肥料全是化肥，没有有机肥，这样磷肥就很容易与土壤中铁、铝、钙、镁等元素发生化学反应，变成难溶性磷肥，植株就无法吸收。

由此可见，使用缓释肥对提高肥料的利用率有显著效果。试验用的缓释肥属于硫包膜缓释肥，土壤颗粒与硫包膜中的石蜡进行反应，这样就形成了缓释尿素的开孔通道，改变了传统化肥养分的溶出性，通过延长或控制肥料养分释放，使土壤养分的供应与作物需肥要求协调，从而提高肥料的利用率。

2.3 不同施肥处理对稻田田面水总氮的影响

通过对水稻生育期内各处理单元对田面水总氮的影响比较，结果表明，各施肥处理总氮含量均高于空白处理，在施肥单元中，减量缓释总氮平均浓度最低，常规施肥单元总氮平均浓度最高；在每个生长期（苗期-分蘖期-促花期-保花期）之间，随着氮肥追施，各处理单元总氮浓度增加，由于植物生长营养需求，各处理单元的总氮浓度又呈现下降趋势（图2），这种变化在科学施肥单元表现比较明显，减量缓释单元变化趋缓，其田间总氮浓度在各施肥单元中最低。科学施肥单元在分蘖期前，田间水体总氮浓度比常规施肥高，两种缓释单元田间水体总氮浓度比常规施肥低，可能原因是科学施肥基肥施用量比常规施肥多，普通肥料快速溶解好，导致水体总氮浓度增加，而等量缓释由于肥料外层包裹膜层，根据植物生长规律来控制养分释放速度，不仅提高了肥料利用率，还相应降低了水体总氮浓度。播种50 d后，等量缓释单元田间水体总氮浓度比科学施肥高，原因可能是50 d后，缓释肥包膜层逐步打开，养分释放速度加快，引起溶解在水体的总氮浓度增高。但在后期稻穗灌浆期，科学施肥、等量缓释、减量缓释单元田间总氮浓度下降趋势一致，常规施肥总氮浓度下降较平缓。

综上所述，采用新型缓释肥可以有效降低田面水总氮损失风险，缓慢释放氮素以满足水稻生长后期对氮素的需求。

2.4 不同施肥处理对稻田田面水总磷的影响

通过对不同处理水稻生长过程中稻田水体总磷变化的分析，结果表明，各施肥处理总磷含量均高于空白处理；不施肥单元和施肥单元中的科学施肥、缓释肥及缓释减量单元在整个生长期的总磷浓度呈现下降趋势，而常规施肥单元总磷含量从苗期到分蘖期呈上升势头，促花至孕穗期呈下降趋势，在各处理单元总磷含量最高（图3），这可能与农户分次施磷肥方式有关。试验期间，各单元总磷平均含量是常规施肥>科学施肥>缓释肥>缓释减量>不施肥。

2.5 不同施肥处理对水体污染负荷的影响

2.5.1 对总氮的影响。

植物的生长离不开营养的摄入，不施肥的方式产量太低，仅作参照，不参与比较。按照常规施肥的方式田面水体中总氮含量最高，减量缓释肥田面水体中总氮含量最低，科学施肥及等量缓释施肥大致相当。因此，常规施肥对水体污染产生的负荷最大，减量缓释肥施肥方式对水体污染产生的负荷最小，科学施肥及等量缓释施肥方式处于中间，水平大致相当。

对照不同施肥方式的产量，科学施肥方式产量最高，常规施肥方式次之，等量缓释肥施肥方式列第三。肥料利用率方面，科学施肥、等量缓释、减量缓释相差不大。因此综合考虑不同施肥方式的产量及对水体总氮污染负荷的贡献，科学施肥是最合理的选择，不仅产量高，而且造成的农田面源总氮污染负荷最小；其次是等量缓释肥施肥方式，尽管该种施肥方式产量略低，但它对水体总氮污染负荷低，产生的农田面源污染负荷小，在大力加强生态建设的前提下，采用等量缓释肥施肥的方式也是值得提倡的。

2.5.2 对总磷的影响。

按照常规施肥的方式田面水体中总磷含量最高，减量缓释肥田面水体中总磷含量最低，科学施肥略高于等量缓释施肥。因此，常规施肥对水体污染产生的负荷最大，减量缓释肥施肥方式对水体污染产生的负荷最小。

对照不同施肥方式的产量，科学施肥方式产量最高，常规施肥方式次之，等量缓释肥施肥方式列第三。肥料利用率方面，等量缓释施肥方式对磷元素的利用率最高。因此综合考虑不同施肥方式的产量、肥料的利用率及对水体总磷污染负荷的贡献，科学施肥及等量缓释肥施肥方式都是比较合理的选择。

3 结论与讨论

（1）在等量施肥条件下，科学施肥产量最高，采用科学施肥能够增加水稻产量。科学施肥比不施肥增产46.89%，比常规施肥、等量缓释分别增产6.2%、18.7%，等量缓释比减量缓释增产18.06%。施肥量与增产有一定关系，但过度施肥并没有明显的增产效应。

（2）采用科学施肥和新型肥料都能提高肥料的利用率，这对减少肥料中氮磷对周边水体的贡献将起到非常积极的作用。减量缓释单元氮肥利用率最高，科学施肥次之，减量缓释、科学施肥及缓释肥单元氮肥利用率差异很小，科学施肥氮肥利用率比常规施肥高53.85%，差异很大；由于单一使用化肥，4种处理单元磷元素利用率都低于20%，缓释肥单元磷元素利用率最高，常规施肥磷元素利用率最低，等量缓释比科学施肥高15.18%，等量缓释比减量缓释高21.23%，科学施肥比常规施肥高7.5%。

（3）田间水体氮元素含量随着植物生长和施肥次数发生变化，在两次施肥之间，施肥后田间水体总氮增加，施肥单元中减量缓释肥水体总氮浓度最低；田间水体总磷含量随着植物生长，都呈下降趋势，减量缓释单元下降最快。采用缓释肥可以降低田间水体氮磷浓度。在各施肥单元中，减量缓释单元水体总氮平均浓度和总磷平均浓度都最低，常规施肥单元最高。

（4）科学施肥方式不仅产量高，而且对水体产生的总氮污染负荷最低，产生的总磷负荷相对较低；等量缓释肥施肥方式，产量略低，但该方式对水体产生的总氮、总磷污染负荷相对不高，对总氮、总磷的利用率相对较高。因此，科学施肥及等量缓释肥施肥方式是值得提倡的。

（5）根据区域内化肥投入状况，要提高肥料利用率，控制农业面源污染。实施“沃土工程”改善农业生态环境，大力推广“平衡（测土）施肥”技术，通过长期定位监测、肥料效应试验等，为制定每季作物的合理施肥提供科学依据 。推广应用适合本地土壤、作物的专用（复合）肥，通过减少单质化肥的使用、减少施肥环节等，提高肥料利用率，减少农业面源污染。实施“补钾工程”，提倡多施有机肥，有机、无机肥料配合使用，研究秸秆还田新技术，提倡秸秆还田。

（6）加强农药使用的监督执法工作，用法律手段促进农药安全、科学、合理地使用。加强病虫害抗性监测，通过科学、合理用药，延缓病虫害抗性的产生，减少农药使用次数和使用量。调整农药结构，研究开发低毒高效的新型农药和生物防治新技术和新产品。积极推广应用环保型农药，加强农作物无害化治理技术的试验研究和技术推广，指导农户科学合理使用农药。

（7）走现代化农业道路。根据各地区特点和农业的主要任务，合理利用生物资源、土地资源、水资源和能源，充分发挥现代农业对环境的调节功能，为保持良好的生态环境做出贡献[5]。實现农业可持续增长，必须既要合理利用自然资源，发展“一优两高”农业，又要保持良好的生态环境，促进农业的可持续发展。

（8）调整优化农业结构。加强综合开发，形成结构合理全面发展的大农业格局。推广生态技术，建设生态农业；合理推广立体种植、养殖技术。实现生产经营适度规模化、农业生产结构合理化、农产品品种多样化和品质优良化，实现农业生产的高产、优质、高效和低耗，变粗放经营为集约经营，实现农业可持续发展的目的。

（9）面源污染的形成具有随机性大、模糊性强、分布广泛，滞后性和潜在性强的特点，加上在污染控制中缺乏相应的生态管理技术和管理方法，在将来的面源污染控制研究中，在模型评价估算层面上，应将数学模型和3S技术相结合，揭示污染物在流域内的空间分布；在技术层面上，应加强治理手段的定量化评价，通过运用生态工程评价去除营养物质的效果，并在此基础上进行环境-经济的综合量化评估；在管理层面上，着重研究在总量控制背景条件下的点源-面源的排污权交易，利用市场手段减少总污染的发生。

参考文献

[1] 郝达平.南水北调东线沿线城市尾水处理方案比选[J].水资源保护，2013，29（6）：85-90.

[2] 白玉华，郭岩，张岩.我国农村水环境面源污染原因及对策分析[J].给水排水，2009，35（S1）：21-25.

[3] 朱德龙，杨春妍.农村面源污染现状与防治[J].辽宁科技大学学报，2010，33（4）：415-417.

[4] 史三平.水稻直播技术[J].农技服务，2012，29（1）：9，65.

[5] 贾蕊，陆迁，何学松.我国农业污染现状、原因及对策研究[J].中国农业科技导报，2006，8（1）：59-63.