间作百喜草对坡地茶园氮素流失的影响

朱惠琼　杜理旺　罗旭辉　黄光樑

摘 要：明晰茶園间作的氮素流失规律与特征，对于科学评估生态茶园的农业面源污染减排效应具有重要意义。以福建省福州市宦溪镇生态茶园为研究对象，应用径流小区法开展长期定位试验，观测了2016-2018年16场降雨事件中顺坡单作（T1）、顺坡间作（T2）、梯台单作（T3）、梯台间作（T4）的茶园径流量，分析径流中氮素浓度及其流失量间变化规律，间作植物为百喜草。结果表明：综合顺坡（T1、T2）和梯台（T3、T4）的径流量，间作处理的茶园比单作的径流量减少；顺坡中，间作比单作的TN浓度、AN浓度、NN浓度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分别为32.0 %、44.4 %、23.8 %、38.5 %、49.8 %、30.8 %；梯台中，间作比单作的TN浓度、AN浓度、NN浓度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分别为26.4 %、37.9 %、21.9 %、49.5 %、51.7 %、53.3 %；降雨量和径流量呈显著正相关。关键词：单作；间作；氮素流失；径流

中图分类号：S 571.1 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2023）04-0062-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.04.010

Effect of Intercropping Paspalum notatum on the Nitrogen Loss in Hillside Tea Plantation

ZHU Hui-qiong1， DU Li-wang1， LUO Xu-hui1，2*， HUANG Guang-liang3

（1. Institute of Agricultural Ecology， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian

350013， China; 2. Fuzhou Experimental Station of Agricultural Ecological Environment，

Ministry of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350003， China; 3. Fujian Key Laboratory of

Agricultural Ecological Process in Hilly Red Soil， Fuzhou， Fujian 350013， China）

Abstract： It was of great significance to clarify the laws and characteristics of nitrogen loss in tea plantation intercropping for scientifically evaluating the emission reduction effect of agricultural non-point source pollution in the ecological tea plantations. By taking the ecological tea plantation in Huanxi Town， Fuzhou City， Fujian Province as the research object， the long-term location experiment was carried out by using the runoff plot method. The volume of runoff from tea plantations under the conditions of monocropping along the downward slope （T1）， intercropping along the downward slope （T2）， monocropping in the terrace （T3） and intercropping in the terrace （T4） in 16 rainfall events from 2016 to 2018 was observed， in order to analyze the variation of nitrogen concentration and its loss amout in runoff. The intercropping plant was Paspalum notatum. The results showed that： according to the runoff volume in the downward slope （T1， T2） and terrace （T3， T4）， the volume of runoff from tea plantations in intercropping was lower than that in monocropping. Along the downward slope， the TN concentration， AN concentration， NN concentration， TN loss amount， AN loss amount and NN loss amount in intercropping decreased by 32.0%， 44.4%， 23.8%， 38.5%， 49.8% and 30.8% compared with that in monocropping. In the terrace， the TN concentration， AN concentration， NN concentration， TN loss amount， AN loss amount and NN loss amount in intercropping decreased by 26.4%， 37.9%， 21.9%， 49.5%， 51.7% and 53.3% compared with that in monocropping. There was a significant correlation between the rainfall and runoff volume.

Key words： Monocropping； Intercropping； Nitrogen loss； Runoff

茶园是南方山区重要土地利用类型，茶树为叶用作物，适宜的氮素投入十分必要，但是过量氮素施用造成土壤氮素盈余，降雨条件下盈余氮素通过地表径流输送至河流造成水体富营养化，通过淋溶到土壤深层导致地下水有硝酸盐污染风险[1-2]。就茶园地表径流氮流失而言，李太魁等在丹江口库区坡耕地茶园的研究表明间作三叶草显著降低茶园地表径流铵态氮（AN）、硝态氮（NN）、可溶性总氮（DTN）及总氮（TN）浓度，其中间作控制茶园土壤侵蚀和降雨径流是其中关键[3，4]。然而不同树龄的茶园土壤侵蚀本底有较大差异，陈小英等[5]研究表明1、3、5年茶园水土流失量分别为16000、14500、7250 t·km-2，成龄茶园土壤侵蚀明显低于幼龄。幼龄茶园间作对茶园氮磷流失影响研究已有较多报道，但是对成龄茶园的相关报道较少，而成龄茶园又是主要茶园类型。成龄茶园行间套种主要空间在于梯壁，百喜草具多年生、根系发达等优势是茶园梯壁间作的优良草种[6]，同时福建是地表径流易发区，降雨侵蚀力高于前人研究区域，茶园氮素流失风险高于中西部[7]。项目组已开展成龄茶园减肥模式防控氮素流失的研究[8]，本试验在减肥基础上研究间作百喜草对坡地茶园氮素流失规律与特征的影响，为丰富茶园氮素流失防控技术模式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福州市晋安区宦溪镇创新村，属于亚热带季风气候，年均降雨量为900～2100 mm，土壤为红壤，属传统茶区。2016-2018年整体上降雨主要分布在3月至8月，2016年降雨月份较少，且年降雨量小于1000 mm，2017年和2018年的茶园则比2016年雨水丰沛（表1）。

1.2 试验设计

设置4个处理，处理1（T1）：顺坡单作；处理2（T2）：顺坡间作；处理3（T3）：梯台单作；处理4（T4）：梯台间作。T1、T2处理重复4次，T3、T4处理重复6次。茶苗定植时间为2006年11月，顺坡定植密度为每10 m2 32棵、梯台定植密度为每10 m2 40棵，品种为榕春早。T1和T3的茶树每行间隔进行定期除草，T2和T4的茶树每行间隔种植百喜草Paspalum notatum，试验茶园以沟施方式施肥，采用万亩田牌有机肥

（N+P+K≥6%），每年投入2次，每次投入量为0.5 kg·m-2。建设径流小区（每个小区5 m×20 m），总体坡度22°，小区的下坡位设置集水槽与径流池，径流池顶设置PVC盖板。2016年1月1日至2018年12月30日，记录日降雨量，发生产流观测集水池的产流量，先测量池中的径流量高度，再结合小区面积计算径流量。

径流量（m3）=[径流高度（cm）×径流池面积（m2）]/100

1.3 土壤理化性质

2006年起建立试验点，开展水土流失定位观测研究，2015年12月20日取0～20 cm茶园土壤并测定土壤理化性质。茶园土壤pH＜5.0（水∶土=2.5∶1）；有机质（OM）、总氮（TN）、總磷（TP）、全钾（TK）含量较高，4个处理中OM最高（T1）与最低（T3）相差8.1 g·kg-1，TN、TP都在0.5 g·kg-1以上，TK含量关系则为T4＞T1＞T2＞T3。4个处理的碱解氮（AN）、有效磷（OP）含量之间相差不大，有效钾（AK）含量关系为T1＞T4＞T2＞T3（表2）。

1.4 取样及指标测定

1.4.1 取样 每次产生径流量后，将径流池中的水搅拌均匀，取水样200 mL，做好标签置于-20℃冰箱冷冻保存，取样后及时排干并清洗径流池备用[9]。

1.4.2 指标测定 标准储备溶液配制：（1）C（N）=100 mg·L-1氮标准储备溶液：称取0.7218 g在105℃下烘干的硝酸钾，用超纯水定容至1 L，置于4℃冰箱保存6个月。（2）C（N）=100 mg·L-1铵态氮标准储备溶液：称取0.4717 g在105 ℃下烘干的硫酸铵，用超纯水定容至1 L，置于4℃冰箱保存6个月。

硝态氮（NN）测定：测定样品前将水样解冻并用定性滤纸滤于150 mL锥形瓶中，直接将原液在波长220、275 nm的紫外可见分光光度计上测定。标准曲线：将C（N）=100 mg·L-1氮标准储备溶液稀释成C（N）=10 mg·L-1氮标准溶液，参照HJ/TB 346-2007《水质 硝酸盐氮的测定 紫外分光光度法 （试行）》测定方法，绘制曲线。

总氮（TN）测定：吸取滤液10 mL于25 mL比色管，加入5 mL过硫酸钾氧化剂（每1 L含有40 g过硫酸钾、5 g氢氧化钠），定容，高压灭菌后冷却取出，在波长220 nm、275 nm的紫外可见分光光度计上测定。标准曲线：将C（N）=100 mg·L-1氮标准储备溶液稀释成C（N）=10 mg·L-1氮标准溶液，参照HJ/TB 346-2007《水质 硝酸盐氮的测定 紫外分光光度法 （试行）》测定方法，绘制曲线。

铵态氮（AN）测定：吸取滤液10 mL于25 mL比色管，加入5 mL酚溶液（每1 L含有苯酚10 g、硝普钠100 mg）和5 mL次氯酸钠碱性溶液（每1 L含有10 g氢氧化钠、7.06 g磷酸氢二钠、31.8 g磷酸三钠、100 mL次氯酸钠），摇匀放置1 h，加入1 mL掩蔽剂（每100 mL中含有等体积400 g·L-1酒石酸钾纳与100 g·L-1 EDTA混合液、0.5 mL 10 mol·L-1氢氧化钠），在波长625 nm的紫外可见分光光度计上测定。标准曲线：将C（N）=100 mg·L-1铵态氮标准储备溶液稀释成C（N）=5 mg·L-1铵态氮标准溶液，参照HJ/TB 346-2007《水质 硝酸盐氮的测定 紫外分光光度法 （试行）》测定方法，绘制曲线。

径流氮素浓度（mg·L-1）=标曲上查的浓度×分取倍数（定容体积/样液体积）

氮素流失量（g）=径流量（m3）×径流氮素浓度（mg·L-1）

1.4.3 数据处理与分析 使用Excel 2021和SPSS 21软件对数据进行处理，对径流量与降雨量、氮素浓度、氮素流失量等指标进行Pearson相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理坡地茶园的径流量分析

由表3可知，2016-2018年共16场降雨，从每年均值上看，T2、T3、T4的径流量呈逐年递减，T1则先减后增，但增幅不大，顺坡方式的径流量大于梯台方式，单作径流量大于间作，即T1＞T2＞T3＞T4。2016年T1和T2径流量均在6.0 m3以上，差值最大在10月12日达0.4 m3，T3和T4径流量在5.0 m3以上，差值最大在7月10日达0.9 m3；2017年T1和T2径流量在5.0 m3以上，差值最大在6月20日达0.8 m3，T3和T4径流量在4.0 m3以上，差值最大在11月18日達1.4 m3；2018年T1和T2径流量在4.0 m3以上，差值最大在11月17日达1.4 m3，T3和T4径流量在2.0 m3以上，差值最大在5月08日达2.0 m3。

2.2 不同处理坡地茶园径流的氮素浓度分析

由表4可知，2016-2018年坡地茶园径流中的氮素浓度顺坡方式大于梯台方式，而间作大于单作，即T1＞T2＞T3＞T4。4个处理的TN浓度大多超过了水体富营养化的阈值（1.50 mg·L-1）[10]，顺坡中，T2处理的TN浓度比T1处理下降最大值达32.0 %，梯台中，T4处理的TN浓度比T3处理下降最大值达26.4 %。4个处理的AN浓度都在水体富营养化的阈值（1.0 mg·L-1）内[10]，顺坡中，T2处理的AN浓度比T1处理下降最大值达44.4 %，梯台中，T4处理的AN浓度比T3处理下降最大值达37.9 %。4个处理的NN浓度均超过水体富营养化的阈值（0.25 mg·L-1）[10]，顺坡中，T2处理的NN浓度比T1处理下降最大值达23.8 %，梯台中，T4处理的NN浓度比T3处理下降最大值达21.9 %。

2.3 不同处理坡地茶园径流的氮素流失量分析

由表5可知，2016-2018年坡地茶园径流中的氮素流失量顺坡方式大于梯台方式，且间作大于单作，即T1＞T2＞T3＞T4，氮素以NN流失为主[11]。4个处理的TN流失量在2016年7月10日达到最大值，均在20 g以上，顺坡中，T2处理的TN流失量比T1处理下降最高达38.5 %，梯台中，T4处理的TN流失量比T3处理下降最高达49.5 %。4个处理的AN流失量在2016年7月10日达到最大值，均在2 g以上，顺坡中，T2处理的AN流失量比T1处理下降最高达49.8 %，梯台中，T4处理的AN流失量比T3处理下降最高达51.7 %。4个处理的NN流失量在2017年11月18日达到最大值，均在8 g以上，顺坡中，T2处理的NN流失量比T1处理下降最高达30.8 %，梯台中，T4处理的NN流失量比T3处理下降最高达53.3 %。

2.4 坡地茶园降雨量、径流量与氮素的相关分析

由表5可知，坡地茶园的径流量与降雨量呈显著正相关（P<0.05），即降雨量越大，径流量越大。TN浓度与降雨量呈显著负相关（P<0.05），其他氮素指标与降雨量、径流量相关性不显著，这与王京文等[12]的研究结果有所不同，而造成这现象的原因可能与试验地所处位置和施用有机肥量少有关。

3 讨论

关于幼龄茶园实施草被覆盖的生态效益已有较多报道，成龄茶园自身具有一定覆盖，有利于水土保持，茶树树龄越长，茶园土壤侵蚀量越少[5]，但是福建安溪5年生茶园依然存在水土流失，侵蚀强度为允许土壤侵蚀强度12倍[10]。本试验结果表明，降雨是引发地表径流的主要驱动力，试验区属于径流易发区，3月份就进入雨季，先是梅雨不期而至，随后又会受到台风的影响而形成强降雨，属于丰水季节，而10月份到2月份属于枯水季节。以降雨等级划分[13]，2016-2018年观测16场降雨事件中雨3次，大雨5次，暴雨8次，在此背景下降雨量与径流量呈显著正相关（P<0.05）（表4）。不同种类的种植园氮素流失形态有所差异，有研究表明板栗林、柑橘园等经济林的氮素流失以NN为主[14-15]，本研究显示茶园氮素也以NN流失为主。对照地表水质TN浓度标准[16]，16场降雨事件清耕模式茶园径流为Ⅲ～V类水，草被覆盖模式茶园径流为Ⅱ～V类水。本试验10年成龄茶园通过草被覆盖，地表径流量较清耕减少最高达0.02 m3·m-2，差异达显著水平（P＜0.05），这与李太魁等[3-4]研究结果一致。茶园间作百喜草可降低氮素流失，防控农业面源污染。

虽然本研究中氮素的流失与降雨量、径流量相关性不显著，且无法突出间作方式的优势，说明氮素的流失不单单跟降雨侵蚀、径流强度有关，还可能与茶园种植位置、施用肥料等多种因素有关，具体原因则有待进一步研究。

4 结论

10年生坡地茶园间作百喜草较清耕可减少径流量；顺坡中，间作比单作的TN浓度、AN浓度、NN浓度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分别为32.0 %、44.4 %、23.8 %、38.5 %、49.8 %、30.8 %；梯台中，间作比单作的TN浓度、AN浓度、NN浓度、TN流失量、AN流失量、NN流失量降低最高分别为26.4 %、37.9 %、21.9 %、49.5 %、51.7 %、53.3 %；降雨量和径流量呈显著正相关。

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（责任编辑：柯文辉）

收稿日期：2023-02-01

作者简介：朱惠琼，女，1993年生，科研助理，主要从事水土保持与面源污染研究。

*通信作者：罗旭辉，男，1979年生，硕士，研究员，主要从事水土保持与面源污染研究（E-mail：xuhui22203@163.com）。

基金项目：中央引导地方科技发展专项（2020L3030）。