江苏沿海地区不同施肥模式对梨园氮磷流失的影响

闫凯旋，马萌萌，李卫国，洪立洲*

(1.江苏沿海地区农业科学研究所 新洋试验站，江苏 盐城 224049；2.江苏省农业科学院 农业信息研究所，江苏 南京 210000)

江苏沿海平原地区地势平坦，梨园经济效益显著，但夏季降雨频次高且强度大、水网密布，土壤养分极易流失至附近水体，导致水体富营养化，甚至更严重的水生态污染，控制梨园氮磷流失刻不容缓[1-2]。果林氮、磷流失的主要载体是降雨产生的地表径流和其携带的泥沙[3]，因此，影响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，其中施肥模式对控制养分流失十分重要[15]。减施化肥[16-17]与有机肥替代[18-19]是当前控制农业氮、磷流失的重要措施。郭秋萍等[20]研究了减施化肥条件下甜玉米的产量效应和氮、磷流失特征，发现减量配方肥与控释尿素配施能有效防控农田氮磷流失，相较于传统施肥，氮、磷流失量分别减少60.3%和33.4%。袁浩凌等[10]探究了湖南双季稻防控稻田氮、磷流失新模式，研究发现，有机肥替代部分化肥使用有效降低了稻田的氮、磷流失量。此外，绿肥与作物间种的种植模式也对土壤养分流失具有良好的控制效果[21]。陈隆升等[3]研究表明，在油茶林间种百喜草和金鸡菊能将径流中氮、磷流失量分别降低26.66%和24.49%，将溶解态磷流失量降低63.06%和50.57%。李发林等[22]通过径流小区法研究发现，通过在林间种植自然生草也能显著降低梨园径流总氮、铵态氮和硝态氮的流失量。虽然关于减施化肥和绿肥种植对耕地氮、磷流失的影响已有大量研究，但关于减量施肥和绿肥种植对梨园氮磷流失影响的研究尚未见报道[1，7，23-25]。设置减施化肥配施绿肥种植的耦合运用模式，选用白车轴草为绿肥，以常规施肥为对照，探究减施化肥与绿肥间种对沿海平原地区梨园氮、磷流失效果和产量稳定性的影响，总结一套经济、高效的梨园面源污染控制技术路径，以期为平原地区梨园养分流失控制和田间生态保护提供技术支撑和依据。

1 材料与方法

1.1 监测点概况

监测点位于江苏省盐城市亭湖区黄尖镇花川村5组龙轩家庭农场(120°22′58″E，33°52′11″N)，东临黄海，为沿海滩涂地，地处北亚热带与暖温带过渡带，气候温和，四季分明，光照充足。年平均温度14 ℃，年降水量1 000 mm，年日照2 200 h，年无霜期210 d，海拔不足5 m，是典型的南方湿润平原地区。实验基地种植的秋月梨为2018年5月移植，总面积为500 m2，整个农场为平地，无坡度，海拔1.2 m。土壤为滨海盐土，土层1.6～35.0 cm处状态松散，基本理化性状为：pH值8.2(水土比，5∶1)，有机质含量为17.25 g·kg-1，全氮(TN)含量为1.14 g·kg-1，全磷(TP)含量为0.67 g·kg-1，速效磷含量为30.03 mg·kg-1，速效钾含量为332 mg·kg-1。

1.2 试验设计

本研究开始于2019年5月，实验区域共设置3个处理：常规处理(T1)、减施化肥20%(T2)、减施化肥20%配施绿肥(T3)。T2、T3通过增施有机肥替代减施的化肥保证3个处理氮、磷施用量相等。每个处理重复3次，试验小区单行排列，由种植区、集流池和排污池3个部分组成，单个监测小区种植面积28 m2(4 m×7 m)，种植秋月梨树4棵，每个小区设有单独的径流池(图1)。径流池规格为4.0 m×1.0 m×1.0 m(长×宽×高)。为防止小区间发生水分和养分交换，采用水泥小埂将监测小区隔离，同时每个径流池配有水泥盖板以防止雨水和杂物进入。

图1 监测小区的排列

1.3 施肥管理

所施肥料包括复合肥、水溶性肥、有机肥和绿肥，复合肥为商品肥(世乐多农业科技有限公司)，有机肥为商品有机肥(浙江虹越花卉股份有限公司，有机质含量≥60%，TN含量≥1.5%，P2O5含量≥4.5%，K2O含量≥3%，含水率11%)，水溶性肥(世乐多农业科技有限公司，N+P2O5+K2O≥50%)，绿肥为白车轴草(2019年10月秋播)。T1于3月11日施用375 kg·hm-245%复合肥(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%)，喷施；7月21日施用75 kg·hm-255%水溶肥(N 5%、P2O55%、K2O 45%)，喷施；10月20日施用667 kg·hm-2商品有机肥，撒施。T2于3月11日施用300 kg·hm-245%复合肥，穴施；6月3日施用60 kg·hm-260%水溶肥，喷施；7月21日施用60 kg·hm-255%水溶肥，喷施；10月20日施用750 kg·hm-2商品有机肥，撒施。T3模式于3月11日施用375 kg·hm-245%复合肥，穴施；6月3日施用60 kg·hm-2水溶肥(N 12%、P2O58%、K2O 40%)，喷施；7月21日施用60 kg·hm-255%水溶肥，喷施；10月20日施用750 kg·hm-2商品有机肥，撒施(表1)。一次性种植绿肥植物(白车轴草)，播种量120～1 500 kg·hm-2。

表1 不同模式施肥情况

1.4 样品采集及测定方法

在每场降雨后，人工测量各监测小区对应径流池内的水位高度，根据体积法计算得到降雨之后的径流量。搅拌径流池内积水使泥沙均匀分布，再取500 mL水样装入聚乙烯样品瓶密封并带回实验室内进行测定分析。记录收集水样后将各小区径流池内的排水阀打开，排空积水，以便下次降水后收集。土壤样品的采集工作在2020年12月上旬完成(冬季来临前)。用土壤采样器在每个监测小区随机采集10个土芯样品并混合风干，2 mm筛后用于测定土壤的理化性质。

1.5 数据统计与分析

根据径流流失量和径流中氮、磷的含量计算氮、磷径流损失量和流失率。

所有实验数据采用Microsoft Excel 2021和SPSS 26.0进行统计计算，Duncan法进行多重比较。图采用Autodesk CAD、Origin 2021绘制。

2 结果与分析

2.1 秋月梨生长季降雨情况

梨园各监测小区由水泥浇筑而成，用以防止土壤水分的侧渗，监测小区产流通过导水口流入集流池。因此，地表水是小区的主要排水方式，也是氮、磷流失的主要驱动力[11]。根据江苏省气象局数据显示，江苏中东部地区每年降水时间主要集中在5—10月中旬，占全年降水总量70%以上。秋月梨在生长季节降水量情况如图2所示。检测周期内历次降水共产生8次地表径流，7月6日、10月20日由于降水量较小，未产生径流，说明梨园径流的产生存在一个临界水位[10]，当日降水在田间积累未超过临界水位便无法产生径流。

图2 监测期间降水量

通过图3可以看出，常规施肥T1和减施化肥T2处理下各产流日产生径流量无明显差异，与T1、T2处理相比，减施化肥配施绿肥(T3)模式下的径流量在整体上均有一定程度降低。对6—11月3种种植模式产流总量分析发现，常规施肥模式T1、减施化肥模式T2和减施化肥配施绿肥模式T3径流总量分别为91.78、92.14、87.14 L·m-2，减施化肥配施绿肥模式下径流总量比常规施肥模式降低了5%，各产流日不同施肥模式下的径流系数皆为减施化肥配施绿肥模式最小，这说明绿肥与梨树间作种植可有效提高梨园土壤保水能力。

图3 不同处理产流日径流量

2.2 氮素径流流失

2.2.1 不同模式下氮素径流流失动态

秋月梨生长期内不同产流事件产生的地表径流量差异较大，分别于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日产生可收集径流，8次产流日产流分别为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日产生径流量较大。

图4 不同处理氮素径流流失

2.2.2 不同模式氮素流失总量及流失率

表2为6—11月氮素径流流失总量。各种施肥模式下总氮径流流失量表现为T1>T2>T3。T2和T3的总氮流失量分别比常规施肥模式降低了3.9%和9.3%，总氮流失减少，T2、T3处理的可溶性氮径流流失量也显示出类似规律。根据表1计算出T1、T2、T3施肥模式下施肥中总氮量分别为205、205、205 kg·hm-2。3种施肥模式下总氮流失率为3.15%～3.47%，其中，T1最高，T2次之，T3最低，说明减施化肥和绿肥种植都能有效降低氮流失率。

表2 氮素径流流失总量

2.3 不同种植模式对地表磷流失的影响

2.3.1 不同模式下磷素径流流失动态

由图5可以看出，8次产流事件中磷流失差异较大，其中6月20日、6月30日、8月10日可溶性磷流失量较大，分别占总磷流失量的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日可溶性磷流失量较小，分别占总磷总流失量的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种模式下磷素径流流失量相差不大。3种施肥处理6月10日、6月30日、8月10日总磷径流流失量分别为0.67～0.86、0.66～0.72、0.18～0.38 kg·hm-2，可溶性磷径流流失量分别为0.25～0.32、0.25～0.29、0.05～0.14 kg·hm-2，分别占各时期总磷径流流失量的36.6%～38.6%、37.6%～40.1%、32.9%～37.6%；8月10日减施化肥配施绿肥种植T3总磷及可溶性磷流失量显著低于常规施肥T1和减施化肥T2，9月11日、10月8日 3种施肥模式下磷素流失量差异不显著。

图5 不同处理磷素径流流失

2.3.2 不同处理磷径流流失量及流失率

表3为3种施肥模式下磷素径流流失总量和流失率，各模式总磷流失量表现为T1>T2>T3。减施化肥、减施化肥配施绿肥种植模式总磷径流流失总量分别较常规施肥降低7.4%和20.2%。减施化肥20%与绿肥种植的耦合应用的T3模式显著低于常规施肥模式。

各施肥模式可溶性磷径流流失量占总磷流失量的36.4%～38.2%，与常规施肥模式相比，减施化肥配施绿肥种植模式明显低于常规模式和减施化肥模式。各施肥模式下总磷流失率为0.43%～0.58%，其中常规施肥最高，减施化肥配施绿肥种植最低。说明减施化肥配施绿肥种植模式能进一步降低总磷流失量及流失率，对减少磷素流失效果最为明显。

3 结论与讨论

农田土壤中养分的流失主要由降水产生的地表径流导致[26]，地表径流的大小又受到种植作物类型、覆盖等因素的影响。本研究中，在各产流事件中减施化肥配施绿肥种植(T3)模式相较于常规施肥模式(T1)能有效降低梨园地表径流量，特别是7月21日和8月10日的产流事件中，T3模式地表径流量分别下降了10.75%和19.20%。这与李涛等[27]关于不同种植模式下氮、磷流失和经济性分析的研究结果相似，其主要原因是绿肥的间作种植增加了田间植物覆盖面积，减缓了降雨对土壤的侵蚀[28]，增强了土壤的保水和保肥性能[29]。7月21日和8月10日的产流事件正值绿肥白车轴草生长茂盛期，发达的根系进一步提高了监测小区的保水能力，地表径流大幅减少。

氮、磷的径流流失量与地表径流量关系密切[30]，呈现显著正相关关系[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带走更多的氮、磷肥。氮素径流流失主要以可溶性氮为主，颗粒态氮占比较小，其中硝态氮为可溶性氮的主要形态，不同施肥模式对氮素流失形态没有显著影响。磷在土壤中的形态主要为颗粒态和溶解态，本研究中，前期磷素的流失形态主要为颗粒态磷，后期仍以颗粒态为主，但呈现减少趋势。在3种施肥模式下，颗粒态磷占总磷流失量的58.19%～73.93%，不同施肥模式对磷的流失形态无显著差异。磷素径流流失以颗粒态为主，可溶性磷占比小，不同施肥模式对氮、磷素的流失形态没有明显影响。

减少化肥施用量、增施有机肥能有效减少氮、磷流失量[32]，绿肥种植和绿肥还田在稳产的同时亦能减少梨园氮、磷素的流失。本研究中，各处理在6月20日、6月25日、6月30日、7月21日、8月10日、8月25日的总氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、可溶性磷流失量，均显示出常规施肥>减施化肥20%>减施化肥20%配施绿肥种植的规律。但9月11日、10月8日减施化肥配施绿肥T3模式养分流失无明显差异，这可能是因为处于土壤上层的肥料在6—8月的雨季被雨水大量冲刷流失，特别是土壤表层肥料流失殆尽，9月后的少量降雨只能冲刷土壤表层，氮、磷流失量差异难以显现。施肥模式T2用有机肥替代减施的化肥，保证在监测小区内施用的氮、磷总量与常规施肥保持一致，与常规施肥T1相比，减施化肥模式T2减施20%化肥、增施11%有机肥，得益于有机肥养分释放速度慢，有机肥的替代避免了氮素养分在前期的集中流失[33]，总氮、总磷流失量分别减少了3.9%和7.4%。在减施化肥的基础上，增加白车轴草与梨树间作种植能促进土壤中的无机氮向有机氮转化，减少无机氮含量，绿肥植株的腐解形成易于吸附养分的疏松多孔结构[34]，大量吸附氮、磷素，降低了养分流失风险[35]。在本实验中，T3模式小区的氮、磷流失量最少，其次是减施化肥模式T2。在1 a的生长周期内，减施化肥与绿肥间作均能有效降低氮、磷素的流失总量和流失率，缓解因施肥引发的农业面源污染。

本研究在高施肥量和集约化生产的梨园中研究了减施化肥和绿肥生草种植对控制氮磷流失、减少农田面源污染的影响，减施化肥20%模式和绿肥种植都能不同程度上降低秋月梨园TP和TN的流失，特别是将减施化肥20%与绿肥间作耦合应用效果最好。在该模式下监测小区径流系数最小，集流池中总磷和总氮的含量最低，氮、磷流失总量分别比常规施肥模式降低了9.3%和20.2%。以上研究结果表明，在江苏沿海地区梨园推行减施化肥与绿肥种植耦合运用的施肥模式能够有效降低梨园氮、磷流失，减小梨园周边面源污染风险，对推动江苏沿海平原地区梨园绿色化发展具有重要意义。