不同施肥模式对小麦产量和氮磷流失的影响

董妹勤， 陈晓冬， 李建强， 傅庆林， 郭彬， 刘俊丽， 李华*

(1.平湖市新埭镇事业综合服务中心，浙江 平湖 314211； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.平湖市农业农村局，浙江 平湖 314200)

近年来，农业面源污染成为影响流域水环境质量的主要因素，且具有范围广、随机性强和复杂性高等特点[1]。《第二次全国污染源普查公报》显示，农业源是水环境污染物总磷和总氮的主要贡献源，其中农业源水污染总氮和总磷分别占全国总量的46.52%和67.22%[2]。而化肥施用造成的总氮流失占农业污染源50%以上，农田养分的大量流失严重威胁着水体质量[3-4]。

小麦作为我国主要粮食作物之一，为提高小麦产量，农民施用大量化肥(尤其是氮、磷肥)[5]。然而，化肥氮磷的当季利用率较低，其中氮素利用率仅35%～40%，磷肥的利用率仅20%左右[6]。长期过量施肥导致大量未被作物吸收的养分流失进入大气和水体，影响农业生态环境。研究表明，氮磷流失对农业面源污染的贡献率可达61.5%，其中径流流失是农田氮磷流失的重要途径[7]。径流是由于超渗产流或蓄满产流两种机制形成的汇集流水[8]，其中因降雨造成的田间径流行为与养分的大量流失密切相关。尽管小麦季的降雨发生不如水稻季集中，但杭嘉湖平原地区的旱地小麦以雨养灌溉为主，当降雨量超过土壤饱和持水量，降雨强度超过土壤下渗速率或者强降雨的瞬时冲刷均可产生径流并造成大量养分流失。有研究[9]表明，太湖地区麦田径流氮磷流失量及流失负荷均与稻季差异不明显。目前,研究多关注于水稻季径流氮磷流失，而对南方小麦季氮磷径流损失鲜有涉及。

常规尿素氮肥施入土壤后存在较大的氨挥发和径流损失风险。肥料施入农田生态系统后，经微生物作用转变成氨氮和硝态氮，除部分被作物吸收外，其余大部分以径流、淋溶和农田排水为载体流失并迁移进水体[10]。随着农业技术的不断提升，通过添加新型包膜材料研发的系列缓控释肥，以及针对作物和区域土壤养分精准配制的配方肥，能有效降低尿素氮肥施用量，实现肥料养分供给与作物需肥规律同步[11-13]，从而降低养分流失。本研究通过田间小区试验，分析不同施肥模式对小麦产量和氮磷流失浓度的影响，以期为南方麦田径流减排提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2018年在平湖市新埭镇进行，地处亚热带季风气候，年平均气温16 ℃，年降水量1 170 mm左右，年日照时数在2 000 h左右。试验地土壤类型为脱潜水稻土，土属为黄斑黏田。稻-麦轮作是该地区的主要耕作制度，试验地基础理化性质为pH 6.87(水土比2.5∶1)，有机质含量为19.2 g·kg-1(K2Cr2O7氧化法测定)，全氮含量为1.37 g·kg-1(元素分析仪测定)，速效氮含量为102.9 mg·kg-1(碱解扩散法测定)，速效钾含量为98 mg·kg-1(火焰光度计法测定)。供试小麦品种为扬麦16号，由当地种子公司购入。

1.2 处理设计

试验设4个不同施肥处理，包括不施肥对照(CK)、常规化肥(T1)、配方肥+氯脲铵(T2)以及缓控释肥(T3)处理。除对照不施肥和T1处理(总氮施用量210 kg·hm-2)外，其余氮肥施用量保持一致，总氮施用量为150 kg·hm-2，磷(P2O5)用量为30 kg·hm-2，钾(K2O)用量为65 kg·hm-2。试验用氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)，钾肥为氯化钾(含K2O 60%)和44%配方肥(含N 8%、P2O58%、K2O 18%)，氯脲铵(含尿素氮15%、氯化铵氮15%，总N 30%)及“好乐耕”缓释肥(含N 15%、P2O54%、K2O 6%)。其中配方肥和缓控释肥仅用于基肥，氯脲铵用于返青肥，剩余氮素以尿素补足。

小区面积30 m2，随机区组排列，每个处理重复3次，共计12个观测小区。每个小区之间用水泥墙体隔开，墙体高60 cm，深入地下40 cm，高于地面土壤20 cm，各小区独立排灌；并设有大小相同的径流收集池(3.2 m3)。池壁用砖建成后，内外壁均用水泥粉砌，防止渗漏；池底部采用混凝土浇筑，池顶部带盖，防止杂物和自然降水的影响。田间管理按照常规小麦栽培进行，小麦的播种日期为2018年11月下旬，收获日期为2019年5月中旬。

1.3 样品采集与测定

在小麦整个生育期内遇降水产生径流后即采集水样，经统计共发生降雨径流8次，分别是11月22日(第1次施肥后2 d)、12月6日(第1次施肥后16 d)、12月24日(第1次施肥后34 d)、1月14日(第1次施肥后55 d)、2月17日(第1次施肥后89 d)、2月22日(第1次施肥后94 d)、3月4日(第2次施肥当天)与3月20日(第2次施肥后24 d)。

采集水样时首先用计量尺在径流池内测量径流流量，后用工具充分搅匀径流池内的水体，在池内多点采集水样，混合均匀后共计250 mL。采集好的水样及时运回实验室后过0.45 μm滤膜，滤液用于测定总氮和总磷。采用过硫酸钾消解-紫外分光光度法测定水样总氮，水样总磷采用过硫酸钾氧化-钼蓝比色法测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0软件对数据进行整理汇总和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对径流液总氮浓度的影响

径流液中总氮浓度在第1次施肥后呈现递减趋势，以第1次施肥后2 d最高。但整个生育期内，径流液总氮浓度以3月20日即第2次施肥后24 d最高(图1)。除对照外，所有施肥处理径流液总氮浓度均超出了8.0 mg·L-1，其中T1处理最高，达到了15.43 mg·L-1。与T1处理相比，T2处理径流液总氮浓度显著降低了21.25%，为12.15 mg·L-1；T3处理径流总氮浓度显著降低了42.0%，为8.95 mg·L-1。高浓度的总氮径流流失会对周边水体造成显著的威胁。从多次监测结果来看，各施肥处理径流液总氮浓度T1为最高，T3较低。

同组柱上无相同小写字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)，图2同。图1 不同施肥处理径流液总氮浓度

2.2 不同施肥模式对径流液总磷浓度的影响

与总氮不同的是，小麦季径流液中总磷浓度以第1次施肥后2 d浓度最高(图2)，后逐渐降低。2 d径流液总磷浓度以T1处理最高，达到了3.3 mg·L-1。与T1处理相比，T3处理径流总磷浓度显著降低到2.3 mg·L-1。由于试验为等磷用量，除第1次采样外，总磷浓度在各施肥处理间的表现差异不显著。所有批次样品中，超70%的样品总磷浓度超过了《地表水环境质量标准-GB 3838—2002》中0.2 mg·L-1的V类水标准，这与试验地总磷基础背景值有密切关系，而径流液如直接排入周边河道等水体，会对地表水环境造成一定的威胁。

图2 不同施肥处理径流液总磷浓度

2.3 不同施肥对小麦产量的影响

小麦产量以T1处理最高，为3 576 kg·hm-2，不同施肥处理间小麦产量的差异不显著，但均显著高于对照的1 330.5 kg·hm-2(表1)。

表1 不同施肥处理小麦产量

3 小结与讨论

本研究发现，施肥处理地表径流总氮、磷浓度在施肥后呈现递减趋势，这主要是因为施肥后，未被吸收利用的养分以径流的形式排出农田。随着小麦生长，对氮磷养分的需求和吸收利用率均提高，径流液总氮、磷浓度逐渐降低。整个生育期内处理T1径流液总氮、总磷浓度高于处理T3，说明缓控释肥对小麦氮磷流失浓度控制效果优于常规施肥。缪杰杰等[11]的研究结果表明，缓控释肥与常规复合肥相比，径流总氮、总磷的累积流失量分别降低了30.8%和21.9%，表明缓控释肥降低氮磷流失的效果较好。这可能是缓控释肥具有养分释放可控、肥效稳长的特点[14]，可控制氮素的释放，减缓氮素水解，从而降低氮磷流失浓度和风险[15]。

施肥处理显著提高了小麦产量，但配方肥+氯脲铵及缓控释肥处理的小麦产量与常规施肥相比无显著减产，这与缪杰杰等[11]缓控释肥施用未显著降低作物产量的结论一致。但这与李磊等[16]控释肥作为一种新型肥料能够提高小麦产量的结论不一致。这可能是由于其研究为控释肥全程施用，而本试验采用控释肥提供40%氮肥，并将其在基肥期一次性施用，后期养分采用尿素进行补充，更偏重于氮磷流失的控制效果[11]。

依据径流液总氮、总磷浓度和小麦产量的表现，试验条件下缓控释肥施用在维持小麦产量的基础上具有降低径流液总氮、总磷浓度的效果。但其长期效果仍需进一步验证。