不同施肥方式下洱海流域水稻-大蒜轮作体系氮磷径流损失研究

姚金玲 ，张克强 ，3，郭海刚 ，2，王 风 ，3，张贵龙 ，任天志 *

不同施肥方式下洱海流域水稻-大蒜轮作体系氮磷径流损失研究

姚金玲1，张克强1，3，郭海刚1，2，王 风1，3，张贵龙1，任天志1*

（1.农业部环境保护科研监测所，天津 300191；2.河北工程大学，河北 邯郸 056038；3.农业部大理农业环境科学观测实验站，云南 大理 671004）

为寻找洱海流域水稻-大蒜轮作农田的合理施肥方式，以减少氮磷径流损失，研究了不同施肥方式对水稻-大蒜产量和地表径流氮磷损失的影响。结果表明：在等量氮肥输入的条件下，与习惯施肥（CF）相比，50%有机-无机配施（50%O）、100%缓释掺混肥（100%BB）处理下水稻-大蒜产量无显著差异，而100%有机肥处理（100%O）水稻-大蒜产量显著降低。CF和100%BB处理水稻氮（磷）肥农学利用效率高于其他处理，CF和50%O处理大蒜氮肥农学利用效率显著高于其他处理，100%BB处理大蒜磷肥农学利用效率最高。与CF相比，水稻季100%BB处理径流总氮、总磷流失量和氮、磷损失率最低，总氮流失量和氮损失率分别降低55.34%和86.95%，总磷流失量和磷损失率分别降低70.14%和89.07%。径流中硝态氮和铵态氮流失量之和占总氮流失量的13.19%～21.69%，磷流失以可溶态速效磷为主，占总磷流失量的83.25%～90.93%。研究表明，100%BB处理方式能够在保证作物产量的同时显著降低氮磷径流损失，是较为理想的施肥方式。

洱海；施肥方式；水稻-大蒜轮作；氮磷削减

随着洱海农灌、旅游等多功能效益的综合利用开发，洱海周边经济取得长足发展，但是不合理的开发利用使水质和生态环境受到严重破坏，水体富营养化加剧，洱海流域时常爆发大规模的蓝藻水华现象[1-2]。有研究发现，不恰当的农田耕作及施肥管理是造成农田氮磷流失、加剧洱海富营养化的重要原因[3-4]。而我国主要粮食作物氮肥利用率仅为30%～35%，每年农田氮肥损失率为33.3%～73.6%[5-6]，滇池地区稻田每年径流损失总氮（TN）和总磷（TP）分别为5.07～113.16 kg·hm-2和 0.115～10.14 kg·hm-2[7]；洱海地区水稻-大蒜轮作方式养分盈余量，TN和TP分别为1 258.8 kg·hm-2和1 472.7 kg·hm-2[8]。洱海地区水稻季降雨频繁，农民传统施肥以速效肥为主，往往造成稻田氮磷养分随径流流失进入洱海水域，造成水体富营养化。水稻-大蒜轮作是洱海流域农田氮磷流失风险最高的种植方式[3]，如何在这种方式下减少氮磷流失是一个急需解决的问题。降低施肥用量能够减少土壤氮磷流失，但是作物产量会受到影响。通过有机肥无机肥配施或施用缓释掺混肥（BB肥），能够保证肥料输入量，同时又能降低土壤氮磷流失[9-10]。目前，针对洱海流域水稻-大蒜轮作不同施肥方式下农田径流流失的研究比较薄弱，尤其是施用新型的缓释BB肥下水稻-大蒜产量和农田径流损失的研究鲜有报道。本研究针对洱海流域水稻-大蒜轮作种植区，通过田间试验，以不同施肥方式（速效肥、有机肥和缓释BB肥）下水稻-大蒜轮作农田为研究对象，分析不同施肥方式对水稻-大蒜产量，以及农田径流水中氮磷损失的影响，以期找出能够合理控制氮磷损失的施肥方式，为洱海流域水稻-大蒜种植体系的氮磷减排提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区域和供试土壤

试验地点位于农业部大理农业环境科学观测实验站内。该地区位于我国云南省境内，气候属典型的低纬高原中亚热带西南季风气候类型，海拔1980 m，北纬 25°53′34″，东经 100°10′27″，气候温和，日照充足，有干湿季之别而无四季之分；年均气温14.6℃，常年主导风向为西南风；洱海流域雨量充沛，多年平均降雨量为908.8 mm，但85%～96%的降雨集中在5～10月份[11]。采集土样为0～20 cm土壤，质地为壤土，供试土壤基本理化性质：全氮 4.80 g·kg-1，全磷 0.99 g·kg-1，硝态氮 21.64 mg·kg-1，铵态氮 14.22 mg·kg-1，速效磷 33.9 mg·kg-1，有机质 74.4 g·kg-1，pH 值 6.98。

1.2 试验设计

结合对当地土壤类型、农民习惯和作物生长适应性等条件的分析，试验点实施水稻-大蒜轮作方式。试验共设置6个处理，每个处理3次重复，建造18个田间试验小区和径流池，每个小区连接径流池，方便收集小区径流。试验小区24 m2，长6 m，宽4 m，地下0.5 m深，作垫层和砖混防渗透结构。径流池长宽各1 m，深1 m，径流池壁采用砖混防渗透结构。

6个处理如下，CK：空白，不施任何肥料；CF：习惯施肥，农家乐复混肥和尿素；100%O：100%有机肥，大稼宝精制有机肥；80%O：有机-无机配施，80%大稼宝精制有机肥+20%无机氮肥；50%O：有机-无机配施，50%大稼宝精制有机肥+50%无机氮肥；100%BB：100%专用缓释BB肥。除空白外，其他处理氮肥施入量等同习惯施肥。表1是水稻-大蒜轮作期不同处理施肥类型和施肥量，其中，农家肥N∶P2O5∶K2O=0.79∶0.83∶0.72，大稼宝精制有机肥 N∶P2O5∶K2O=2.4∶2.3∶5.7，农家乐复混肥 N∶P2O5∶K2O=14∶6∶5，水稻专用缓释 BB肥 N∶P2O5∶K2O=24∶6∶10，大蒜专用缓释 BB 肥 N∶P2O5∶K2O=18∶5∶15。

1.3 田间管理

水稻试验时间为2010年5月至2010年10月，插秧时间为2010年5月27日，按当地农民习惯插秧密度为行距×墩距=13.32 cm×10 cm，每丛2苗，667 m2基本苗10万苗，品种云粳25号。按当地传统方法进行浇水、插秧、打农药和除草等田间管理。10月25日成熟收获，不同小区分开收割、脱谷、晒干、称重。施肥时期及方法：有机肥、复混肥、BB肥100%作中层肥一次施用，尿素70%作中层肥、30%作分蘖肥施用。

大蒜试验期，2010年11月6日种植大蒜，667 m2基本苗5.63万苗，品种为四川温江蒜，11月15日大蒜出苗，12月14日追施尿素后灌水，并用50%扑草净120 g+40%乙莠粉剂140 g兑水60 kg喷施土壤表面进行化除；2011年1月12日追施抽苔肥后灌水，3月5日人工拔除杂草，5月6日收获并取土样和作物样。施肥时期及方法：农家肥、复混肥、有机肥、缓释BB肥一次性作底肥使用，尿素50%作退母肥、50%作抽苔肥施用。

表1 水稻-大蒜轮作期不同处理施肥类型和施肥量Table 1 Fertilization type and amount of different treatments during rice-garlic rotation period

1.4 地表径流的采集和分析

农田径流，在产生地表径流水时收集径流池中径流水，测定农田地表径流量，分析径流水中pH值、总氮、硝态氮（NO-3）、铵态氮（NH+4）、总磷、速效磷（PO3-4）含量。测定频率：干旱季节降雨产生径流及时取样；连阴雨产生径流时7～10 d取样1次。每次采集完毕后，把收集的径流排干并清洗径流池。盖好遮雨板防止降水进入径流池。通过测定径流量和径流液中各组分的浓度，来计算径流液氮磷损失强度。在一年的水稻-大蒜轮作周期里，在水稻生长期能够收集到地表径流水，大蒜生长期降雨少，没有收集到地表径流水。水稻季试验期间，降雨主要集中在5～10月份，降雨量分别为 49、79、205、126、130、197 mm。

1.5 作物和土壤样品测定和分析

作物收获后，测定水稻、大蒜产量及农田土壤理化指标。基础土样采集一个（0～20 cm），作物收获后各处理取土壤样，每个小区3点采集0～20 cm土样，混合均匀后带回室内。分析有机质、pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷等。硝态氮、铵态氮含量测定用2 mol·L-1KCl溶液浸提（水土比5∶1），硝态氮采用双波长紫外分光光度法测定，铵态氮采用靛酚蓝比色法测定；速效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；pH值采用1∶1土水比，pH计测定；土壤有机质、全氮、全磷含量分别采用K2Cr2O7容量-外加热法、凯氏定氮法、钒钼黄比色法测定。

1.6 作物氮（磷）肥农学利用效率和氮磷流失率

氮（磷）肥农学利用效率（kg·kg-1）=[施氮（磷）区产量-无氮（磷）空白区产量]/施氮（磷）量[12]；

氮（磷）素流失量（g·hm-2）=径流水氮素浓度（mg·L-1）×径流量（L·m-2）×10[13-14]；

氮（磷）素流失率（%）=[施肥处理氮（磷）素径流流失量-不施肥处理氮（磷）素径流流失量]/施氮（磷）量×100%[13-14]。

1.7 数据处理

采用SPSS 20.0软件对数据进行方差分析以及LSD检验，用Origin 8.6作图。

2 结果与分析

2.1 轮作期不同施肥方式对水稻和大蒜产量及氮（磷）肥农学利用效率的影响

2.1.1 对水稻和大蒜产量的影响

不同施肥方式水稻产量见图1。水稻产量总体呈现 100%BB、CF>50%O>80%O>100%O、CK。100%BB和CF处理间无显著差异，但显著高于其他处理组，50%O处理显著高于80%O、100%O和CK处理，80%O处理显著高于100%O和CK处理，CK和100%O处理无显著差异（P<0.05）。其中，100%BB处理水稻产量最高，为11.65 t·hm-2，CK水稻产量最低，为8.66 t·hm-2。与CF处理水稻产量相比，100%BB处理产量不下降，有机肥处理和不施肥处理产量显著下降。100%BB 水稻产量比 CF、50%O、80%O、100%O、CK处理分别增加了 0.82%、7.08%、18.81%、24.61%、25.64%，100%BB显著提高了水稻产量，这与王睿等[9]的研究是一致的。

不同施肥方式大蒜产量见图1。大蒜产量总体呈现50%O、CF、100%BB>80%O、100%O、CK。50%O、CF和100%BB处理间无显著差异，但显著高于其他处理组，80%O、100%O、CK 处理无显著差异（P<0.05）。其中，50%O处理大蒜产量最高，为11.09 t·hm-2，CK大蒜产量最低，为8.12 t·hm-2。与CF处理相比，50%O和100%BB处理大蒜产量不下降，80%O、100%O和CK处理产量显著下降。50%O处理大蒜产量比CF、100%BB、80%O、100%O、CK 处理分别增加了0.50%、7.83%、23.17%、25.36%和26.80%。

图1 不同施肥处理水稻和大蒜产量Figure 1 Yield of rice and garlic under different treatments

2.1.2 对水稻和大蒜氮（磷）肥农学利用效率的影响

不同施肥方式下水稻和大蒜氮（磷）肥农学利用效率见表2。水稻氮、磷肥农学利用效率均在100%BB处理最高，分别为 39.05、357.78 kg·kg-1，CF 和 100%BB处理间无显著差异，50%O、80%O和100%O处理显著低于CF和100%BB处理，100%O处理最低，且随着有机肥施入比例的增加，氮（磷）肥农学利用效率显著降低。这一方面是由于只经过短时间的矿化作用，有机肥释放的促进作物生长发育的无机态养分不能够满足作物所需；另一方面，有机肥处理组磷肥输入量高于CF处理，但作物产量并无显著增加，导致了水稻磷肥农学利用效率低。

表2 水稻和大蒜氮（磷）肥农学利用效率（kg·kg-1）Table 2 Agronomic nitrogen（phosphorus）use efficiency of rice and garlic（kg·kg-1）

大蒜氮肥农学利用效率在50%O处理最高，为4.76 kg·kg-1，CF和 50%O 处理间无显著差异，100%BB 处理显著低于CF和50%O处理，但显著高于80%O和100%O处理。大蒜磷肥农学利用效率在100%BB处理最高，为27.77 kg·kg-1，显著高于其他处理，CF和50%O处理显著高于80%O和100%O处理。50%O处理大蒜氮（磷）肥农学利用效率较高，这表明水稻季的有机肥在大蒜季开始发挥作用，而且大蒜季50%O处理磷肥输入量较低，在一定程度上提高了磷肥农学利用效率。

2.2 轮作期不同施肥方式对土壤中氮磷含量的影响

不同施肥方式下水稻生长季结束后土壤中氮磷含量见表3，大蒜生长季结束后土壤中氮磷含量见表4。水稻生长季结束后，各处理间土壤中全氮含量保持在 4.80 g·kg-1左右，全磷含量在 1.00 g·kg-1左右。与水稻种植前相比，土壤中全氮和全磷含量无显著变化。大蒜生长季结束后，各处理间土壤中全氮、全磷含量亦分别保持在4.80、1.00 g·kg-1左右，与大蒜种植前相比，土壤中全氮含量无显著变化，土壤中全磷含量在施肥组略有增加。在短期的一个轮作周期施肥处理下，土壤中全氮、全磷含量无显著变化。

CK处理全氮和全磷含量与水稻种植前相比略有降低，但无显著差异。水稻生长季结束后土壤中硝态氮和铵态氮含量比水稻种植前明显降低，硝态氮含量低于 3.42 mg·kg-1，铵态氮含量低于 7.77 mg·kg-1，各处理间硝态氮和铵态氮含量无显著差异，这与各处理间施用等量的氮肥有关。而大蒜收获后，各处理土壤中硝态氮与大蒜种植前相比明显增加，100%BB处理含量为38.41 mg·kg-1，增加量最多，这与大蒜期施用氮肥量大，100%BB处理土壤中残留了较多的硝态氮有关。各处理土壤中铵态氮含量低于6.28 mg·kg-1，低于种植大蒜前。土壤铵态氮和硝态氮含量受温度影响，温度高，硝态氮含量较高，铵态氮含量较低；反之，硝态氮含量较低，铵态氮含量较高。水稻生长季结束后土壤中速效磷含量比水稻种植前降低，100%BB处理降低量最大，其速效磷含量显著低于其他处理组；有机肥和无机肥混施组80%O和50%O处理，土壤中速效磷含量显著低于CK、CF和100%O处理。大蒜生长季结束后土壤中速效磷含量高于大蒜种植前，CF处理含量最大；有机肥和无机肥混施组100%O、80%O和50%O处理，以及100%BB处理，土壤中速效磷含量显著低于CK、CF处理。这表明有机无机配施以及施用缓释BB肥能够降低土壤中速效磷含量，原因在于有机物、缓释肥能够在降低磷释放的同时吸附速效磷。

表3 水稻收获后土壤氮磷含量Table 3 Nitrogen and phosphorus contents in soil after rice harvest

表4 大蒜收获后土壤中氮磷含量Table 4 Nitrogen and phosphorus contents in soil after garlic harvest

2.3 水稻生长季不同施肥方式对地表径流中氮磷流失总量的影响

水稻生长季地表径流中氮磷流失总量见表5。地表径流中总氮流失总量，CK、100%BB、有机肥、CF处理呈逐渐递增的趋势，施用缓释BB肥和有机肥能够显著降低地表径流中氮的流失，氮损失率变化特征与总氮流失总量相似。CF处理总氮流失总量显著高于其他处理组（P<0.05）；50%O和80%O处理间无显著差异，但显著高于100%O、100%BB和CK处理；100%O和100%BB处理无显著差异，但显著高于CK。这说明只要施肥增加了土壤中的氮含量就会增加氮的径流损失。与CF处理相比，50%O、80%O、100%O、100%BB和CK处理总氮流失量分别减少了2 760.92、2 912.29、3 575.27、3 774.87 和 4 339.83 g·hm-2，即分别降低了 40.47%、42.69%、52.41%、55.34%和63.62%。径流中硝态氮流失总量和铵态氮流失总量与总氮的流失特征相似，与CF处理相比，50%O、80%O、100%BB、100%O和CK处理硝态氮流失总量分别降低了 57.71%、62.43%、62.70%、66.59%和81.50%，铵态氮流失总量分别降低了25.37%、42.61%、51.06%、53.17%和71.35%。硝态氮流失总量CF处理显著大于其他处理，50%O处理显著大于80%O、100%BB、100%O 和 CK 处理，80%O、100%BB处理间无显著差异，但显著大于CK、100%O处理。铵态氮流失总量特征和硝态氮流失总量特征相似，CF处理显著大于其他处理，CK处理显著低于其他处理。在施肥组中，100%O处理硝态氮和铵态氮流失总量最小，但100%BB和100%O处理铵态氮流失总量无显著差异，这表明施用有机肥和缓释BB肥能够降低土壤径流中氮损失的风险。

土壤径流中总磷流失总量CF、80%O、100%O、50%O、100%BB和CK处理呈逐渐递减的趋势，施用缓释BB肥和有机肥能够显著降低土壤径流中磷的流失。与 CF处理相比，80%O、100%O、50%O 、100%BB和CK总磷流失总量分别减少了471.05、479.50、552.41、921.26 和 1 042.66 g·hm-2， 分 别 降 低 了35.86%、36.50%、42.05%、70.14%和79.38%。CF处理磷流失总量显著高于其他处理，CK处理显著低于其他处理，100%BB处理显著低于有机肥处理组，80%O和100%O处理间无显著差异。径流磷损失率和总磷损失量变化特征不一致，这主要是因为各处理的磷输入量不一致，总趋势为100%BB处理损失率最低，CF处理损失率最大，有机肥施用量越大径流磷损失率越低。径流中速效磷流失总量处理间变化特征和总磷流失量特征相似，径流中速效磷流失总量占总磷流失总量的83.25%～90.93%，土壤径流中磷的流失以速效磷为主。虽然CF处理施入的磷肥量是施肥组中最低的，但是其土壤径流总磷流失总量反而是最大的，这与磷肥施入的形态有关，有机肥能够吸附磷、缓释BB肥能够减少磷的释放，施用有机肥和缓释BB肥这些措施能够有效缓解土壤径流中磷的损失。

表5 水稻生长季地表径流中氮磷流失总量Table 5 Nitrogen and phosphorus loss mount by surface runoff during rice growing season

2.4 水稻生长季不同施肥方式对地表径流氮素流失规律的影响

2.4.1 对总氮流失规律的影响

水稻生长季不同施肥方式下地表径流中总氮流失规律如图2a所示。水稻施用基肥以后，地表径流中总氮流失量随着时间推移总体呈逐渐下降的趋势，整个水稻生长季CF处理总氮流失量显著高于其他处理组（P<0.05），CK处理总氮流失量最低。施肥后第一次采样中，CF>50%O>80%O>CK、100%O、100%BB，50%O和80%O处理间无显著差异，但是显著高于CK、100%O、100%BB，而 CK、100%O、100%BB 处理间无显著差异，总氮最高流失量达到2 107.54 g·hm-2（CF处理）。这表明在等量氮输入的条件下，有机肥施用越多，降低土壤氮径流损失的效果越显著，同样施用缓释BB肥也能有效降低土壤径流氮流失。在第二次采样中，所有处理总氮流失量显著下降，100%O、80%O、50%O处理间无显著差异，但是显著大于CK和100%BB处理，而100%BB处理显著高于CK处理。在水稻生长前期，水稻根系不发达，对肥料的吸附和利用量较低，土壤径流氮流失主要以化学肥料中的氮流失为主，随着水稻的逐渐生长，对肥料的利用量提高，土壤径流中氮流失降低；有机肥在水稻生长期会不断释放营养来补充水稻营养需求，所以在第二次采样中三个有机肥处理间差异不显著。在第三次采样中总氮流失量80%O、50%O、100%BB和100%O处理显著高于CK处理，但是显著低于CF处理。从前三次的采样结果可以看到，有机-无机配施降低氮流失的效果体现较慢，而施用100%有机肥和100%缓释BB肥的降低效果显著。在随后几次采样中总氮流失量差异逐渐缩小，最后一次采样中总氮流失量所有处理显著高于前一次，这主要是因为这个阶段降雨量较大，导致径流量比较大，而作物此时已经基本成熟，对氮磷的营养吸收很低，上述两方面原因造成了径流流失加大。

2.4.2 对硝态氮和铵态氮流失规律的影响

图2 水稻生长季不同施肥方式下地表径流总氮、硝态氮和铵态氮流失规律Figure 2 Total N，nitrate N and ammonium N loss law in surface runoff under different treatments during rice growing season

水稻生长季不同施肥方式下地表径流中硝态氮流失规律如图2b所示。水稻施用基肥以后，地表径流中硝态氮流失量随着时间总体呈先增加再降低最后再增加的趋势，整个水稻生长季CF处理显著高于其他处理（P<0.05），CK处理硝态氮流失量最低。CF、50%O和100%BB处理硝态氮流失变化趋势相似，在前三次采样中硝态氮流失量增加显著，在第四次采样中明显下降，但是50%O和100%BB处理硝态氮流失量显著低于CF处理，施用有机肥和缓释BB肥能够显著降低硝态氮流失量。CK、100%O和80%O处理硝态氮流失量变化趋势相似，在第二次采样中流失量增加，第三次采样中流失量降低，随后几次采样中呈增加趋势。从图2b中，可以明显看到，在第一次采样中，80%O和50%O处理硝态氮流失量显著高于100%O处理，而在第三次采样中，处理间硝态氮流失量差异明显，有机肥施用量越多硝态氮流失量越少，这表明施用无机肥增加了硝态氮流失量。

水稻生长季不同施肥方式下地表径流中铵态氮流失规律如图2c所示。水稻施用基肥以后，地表径流中铵态氮流失量随着时间总体呈先降低再增加的“凹”型趋势。整个水稻生长季CK处理铵态氮流失量最低，在整个水稻生长季波动不大，基本维持在20～30 g·hm-2。CF处理铵态氮流失量显著高于其他处理（P<0.05），在第三次采样中铵态氮流失量显著增加，在随后几次采样中基本符合整体“凹”型趋势。50%O处理初始铵态氮流失量比较大，显著高于80%O和100%O处理，这表明有机-无机配施，无机肥用量大会增加铵态氮流失量，这与硝态氮在第三次采样中的流失特征相似。

2.5 水稻生长季不同施肥方式对地表径流磷素流失规律的影响

水稻生长季不同施肥方式下地表径流中总磷流失规律如图3a所示。水稻施用基肥以后，地表径流中总磷流失量呈先增加后降低的趋势，整个水稻生长季CF处理显著高于其他处理组（P<0.05），CK处理总磷流失量最低，100%BB处理的总磷流失量在施肥组中最低，高于CK处理，但和CK处理接近。在整个水稻生长季CK和100%BB处理总磷流失量波动不大，基本维持在40～70 g·hm-2。CF处理总磷流失量最大，在前三次采样中总磷流失量呈递增趋势，最高达到300.10 g·hm-2（第三次），随后下降。100%O、80%O和50%O处理总磷流失量变化特征相似，呈先增加后降低趋势，总磷流失量高峰期达到195.17 g·hm-2（80%O处理），有机肥三个处理总磷流失量显著高于CK和100%BB处理。这表明施用缓释BB肥能够显著降低土壤中的总磷流失，而施用有机肥也能在一定程度上减少总磷流失。在最后一次采样中总磷流失量增加，是因为这次收集径流期间降雨量比较大。

水稻生长季不同施肥方式下地表径流中可溶性磷流失规律如图3b所示。水稻施用基肥以后，地表径流中速效磷流失量呈先增加后降低的趋势，整个水稻生长季CF处理显著高于其他处理（P<0.05），CK处理总磷流失量最低，100%BB与CK处理速效磷流失特征相似。从图3a和3b中可知，各处理速效磷流失量变化特征与总磷相似，而流失的总磷中以速效磷为主，占80%以上。

图3 水稻生长季不同施肥方式下地表径流总磷和速效磷流失规律Figure 3 Total P and available P loss law in surface runoff under different treatments during rice growing season

3 讨论

3.1 不同施肥方式下水稻和大蒜产量及氮（磷）农学利用效率

施肥是影响作物产量的重要因素。本研究中，习惯施肥CF和100%BB处理水稻籽粒产量最高，50%O处理产量下降不明显，而100%O处理产量下降明显。这表明短期施用有机肥在增加水稻籽粒产量方面无明显优势，短期内化学肥料是增加产量的有效手段。在大蒜生长季，50%O、CF和100%BB处理的大蒜产量相当，这是由于有机肥发挥效用是一个长期的过程，在当季难以发挥增产效果。有机-无机配施对作物产量的影响已经有一些报道[10，15-17]，研究发现长期有机-无机配施能够提高水稻产量，增加土壤肥力。本试验中50%O处理水稻产量比100%O处理增加23.24%，但是短期施用有机肥还不能显示出有机肥对土壤肥力的提升。有机肥中养分释放速率较慢，难以及时补充作物生长需求，会导致试验初期有机-无机配施处理作物产量低于单施化肥处理[10]。本试验中100%O处理水稻产量比习惯单施化肥CF处理减少23.98%，施用有机肥比例过高引起肥料中矿质养分含量降低，不利于作物增产。氮（磷）肥农学利用效率是单位施肥量对作物籽粒产量增加的反映。本试验中有机肥组水稻氮（磷）肥农学利用效率最低，80%O和100%O处理大蒜氮（磷）肥农学利用效率最低。这表明有机肥的施用并不是越多越好。研究发现水稻产量并非随有机肥比例的增加而增加，有机-无机配施应该存在最适比例[16，18-21]。大蒜生长季对速效氮磷等营养成分的需求量远远大于水稻，50%O、CF和100%BB处理，大蒜产量无显著差异，但是80%以上有机肥组产量明显降低，有机肥施用比例过高不能满足大蒜生长对速效养分的需求，影响作物产量。一定比例的有机-无机配施，既能补充土壤速效养分的不足，又能发挥有机肥持久释放养分的能力，有助于作物产量的提高。此外，有机肥处理组比CF和100%BB处理磷肥输入量大，但是水稻和大蒜产量并未增加，磷肥农学利用效率显著下降，这增加了土壤磷流失的风险。与CF处理相比，100%BB处理水稻和大蒜产量不下降，在保证氮肥输入的同时，100%BB比CF处理施用的磷肥量低，磷肥农学利用效率高，这对降低土壤磷流失起到很重要的作用。

3.2 不同施肥方式下径流中氮磷削减效果

本研究中水稻生长季不同施肥方式下总氮流失总量为2 481.51～6 821.34 g·hm-2，占肥料中总氮量的3.24%～8.91%。李娟等[13]研究报道水稻季不同施肥处理下总氮流失量为8.81～15.78 kg·hm-2，流失量占施氮量的2.58%～4.96%。夏小江[14]报道了不同耕作方式下水稻田总氮流失量为4.82～11.09 kg·hm-2，径流氮素损失量为0.75%～3.76%。而本试验中氮磷流失总量相比这两个研究结果偏低，但是流失量占肥料输入量相对较高。这一方面是由于本试验中水稻季施肥量较低，另一方面是由于本试验的氮肥农学利用率较其他研究偏高[12]。在稻田径流氮流失风险方面，闻轶[22]发现不施肥组氮素损失量为3.27 kg·hm-2，常规无机肥处理组氮素流失量为12.77 kg·hm-2，有机肥处理组比无机肥处理组氮素流失量降低39.70%，有机肥的缓释作用有效降低氮素的径流损失。这与本试验结果相似，在本试验中100%O和100%BB处理总氮流失量无显著差异，氮素削减效果明显，比习惯施肥CF处理降低了52.41%和55.34%，这表明有机肥和缓释BB肥的缓释作用能有效降低径流中氮素损失。在水稻生长季，氮素径流流失主要集中在施肥后的一个半月内，本试验不同施肥处理下前三次采样中径流氮素损失量达到总损失量的64.78%～70.50%，这与朱利群等[23]研究结果相似。水稻种植前施用基肥以后，土壤中养分含量高，而水稻还在发芽和生长前期，对养分的需求量比较少，这就导致了大量养分存留于土壤中，水稻来不及吸收就随着径流流失。施用有机肥和缓释BB肥在降低氮素流失上作用明显，但是不能解决水稻生长前期氮素流失比例较大的问题，这主要是施肥期和水稻用肥期相矛盾所致。在水稻生长季径流总氮流失量受到降雨量的影响[24]，在水稻收获前的几次采样中总氮流失量有增加趋势，主要是因为这个时期降雨强度较大，径流量较大，导致径流中带走的氮素含量增加。在本试验中水稻田的氮素径流流失与水稻生长期、施肥种类以及降雨强度有关，水稻生长前期氮素流失量大，施用缓释BB肥能有效降低氮素流失，但随着降雨强度的增大，氮素流失量也增大。

水稻生长季硝态氮在施肥一个月后流失量增大，施肥初期流失量较小；而铵态氮正好相反，在施肥初期流失量较大，随后下降。这与所施用肥料中氮素以酰胺态或有机态为主有关。这种形态的氮素需要在土壤中经过水解或矿化后才能释放出铵态氮，铵态氮再接触氧化后才能转变成硝态氮。后期径流中硝态氮和铵态氮流失量增加主要是降雨增加导致，这与总氮流失量大是一致的。稻田排水中硝态氮和铵态氮流失量随生育进程的变化是肥料在土壤-水稻系统中向铵态氮、硝态氮转化的过程，同时受到了水稻吸收和降雨量的共同影响。在水稻生长季速效氮素（硝态氮+铵态氮）在径流氮素损失中占比达到13.19%～21.69%，占比较小，这表明水稻田氮素流失的主要形态绝大部分是颗粒态或有机态，氮素的流失以雨水冲刷为主[25]。

不同施肥方式下水稻生长季CF和100%BB处理总氮、总磷输入量大体一致（表1），但是CF处理流失量最大，达到1 313.55 kg·hm-2，100%BB处理总磷流失量仅392.29 kg·hm-2，削减效果达到70.14%，缓释BB肥处理有效降低了径流中磷的损失。三个有机肥处理总磷削减效果明显低于100%BB处理，这是由于在本研究中，施肥组中氮素输入量保持一致，导致有机肥处理组总磷输入量显著高于100%BB处理，磷肥农学利用率下降，带来了径流中磷素流失的风险。100%O处理输入的总磷量显著高于50%O处理，但是总磷流失量并没有显著增加，这表明高量有机肥能够增加土壤对磷素的吸附，减少磷素随径流的流失。在水稻不同生长阶段，总磷的流失量主要集中在7月和8月。这个阶段温度高、湿度大、降雨量集中，土壤中磷素的矿化作用明显，过多的磷素随着径流流失。速效磷的流失规律和总磷流失规律相似，流失总量占总磷流失量的83.25%～90.93%，这表明洱海水稻田中磷素流失以可溶态为主。

100%BB处理氮磷输入量和CF处理基本一致，但是氮磷削减效果最为明显，这与丁志磊等[25]研究结果是一致的。100%O处理在氮素削减效果上和100%BB处理差异不明显，氮素削减效果显著，这与已报道的研究结果[3，10]相似。但是由于有机肥处理组总磷输入量过高，磷肥农学利用率低，磷素削减效果不佳，施用有机肥需要调整有机肥中氮磷的配比，减少有效养分的损失。在本试验不同施肥处理中，100%BB处理在不影响作物产量的同时，氮（磷）肥农学利用率高，且能够有效降低土壤径流中氮磷的流失，是一种环境友好型施肥方式。

4 结论

在洱海流域水稻-大蒜轮作农田采用100%BB施肥方式（施用100%专用缓释掺混肥），能够在保证作物产量的同时显著降低土壤径流氮磷流失，缓解水体富营养化，是一种环境友好型施肥方式。

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Nitrogen and phosphorus runoff losses during rice-garlic rotation in Erhai Lake basin under different fertilization methods

YAO Jin-ling1,ZHANG Ke-qiang1,3,GUO Hai-gang1,2,WANG Feng1,3,ZHANG Gui-long1,REN Tian-zhi1*
（1.Agro-Environmental Protection Institute,Ministry of Agriculture,Tianjin 300191,China;2.Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;3.Dali Agro-Environmental Science Station,Ministry of Agriculture,Dali 671004,China）

Rice-garlic rotation is the most common planting pattern in the Erhai Lake basin.Nitrogen and phosphorus runoff losses under conventional fertilization methods are the main factors that contribute to water eutrophication in Erhai Lake.In this experiment,the effects of different fertilization methods on the yields of rice and garlic and the surface runoff losses of soil nitrogen and phosphorus were studied.The results showed that when nitrogen fertilizer input amount was equal,the yields of rice and garlic under the treatments of 50%organic-inorganic fertilizer（50%O）and 100%slow-release bulk blending fertilizer（100%BB）were not significantly different from those of conventional fertilization（CF）,whereas those of 100%organic fertilizer（100%O）treatment were significantly lower.The agronomic efficiencies of nitrogen and phosphorus for rice under CF and 50%O treatments were significantly higher than those of other treatments.The agronomic nitrogen use efficiencies for garlic under the addition of CF and 50%O were significantly higher than those under other treatments,but the highest agronomic phosphorus use efficiency for garlic was obtained under 100%BB treatment.During the rice season,the runoff loss amounts andloss rates of nitrogen and phosphorus under 100%BB treatment were the lowest,resulting in 55.34%and 86.95%reduction,respectively,for nitrogen,and 70.14%and 89.07%reduction,respectively,for phosphorus,compared with CF treatment.The runoff losses of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were 13.19%～21.69%of that of total nitrogen losses,whereas 83.25%～90.93%of total phosphorus losses were soluble phosphorus.

Erhai Lake;fertilization method;rice-garlic rotation;nitrogen and phosphorus reduction

X592

A

1672-2043（2017）11-2287-10

10.11654/jaes.2017-0537

姚金玲，张克强，郭海刚，等.不同施肥方式下洱海流域水稻-大蒜轮作体系氮磷径流损失研究[J].农业环境科学学报,2017,36（11）：2287-2296.

YAO Jin-ling,ZHANG Ke-qiang,GUO Hai-gang,et al.Nitrogen and phosphorus runoff losses during rice-garlic rotation in Erhai Lake basin under different fertilization methods[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（11）：2287-2296.

2017－04－11 录用日期：2017-07-24

姚金玲（1985—），女，黑龙江五大连池人，博士研究生，助理研究员，从事农业面源污染防治技术研究。E-mail：yaojl139@163.com

*通信作者：任天志 E-mail：rentianzhi@caas.cn

引进国际先进农业科学技术计划（948项目）（2014-S4，2016-X53）；中国农业科学院基本科研业务费（Y2016PT48）

Project supported：Introducing the International Advanced Agricultural Science and Technology Program（2014－S4，2016－X53）；Basic Research and Business Expenses of Chinese Academy of Agricultural Sciences（Y2016PT48）