南方湿润平原区露天菜地氮磷流失特征及其防控

引用格式：李进，李佰重，王伟. 南方湿润平原区露天菜地氮磷流失特征及其防控[J]. 湖南农业科学，2024（6）：61-65.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.006.013

收稿日期：2024-02-05

基金项目：农业农村部监测服务项目（13230081）

作者简介：李进（1976—），男，湖南汉寿县人，兽医师，主要从事农技推广工作。

通信作者：李佰重

摘要：为探究南方湿润平原区的露天菜地氮磷流失特征及其防控效果，设置了常规施肥（CK）、优化施肥（KF）以及优化施肥结合地膜覆盖（BMP）3个处理，在2015—2022年间开展了定位观测。结果表明：各处理径流中的氮均以硝态氮为主，占比85.22%～86.10%，其总氮含量随种植年限增加均呈现先升高再降低趋势，KF和BMP处理分别显著降低径流总氮含量14.29%和21.43%；可溶性磷是径流中磷的主要形态，占比76.87%～79.16%，径流总磷含量呈现逐年升高趋势，KF和BMP处理可使其显著降低26.78%和29.10%。即便优化施肥并覆盖地膜后，径流氮、磷含量仍超出地表水V类标准限值，其风险尚需重视。

关键词：地膜覆盖；优化施肥；露天菜地；氮磷流失

中图分类号：S157.2 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）06-0061-05

Characteristics and Control of Nitrogen and Phosphorus Loss in Open Vegetable Fields in Moist Southern Plains

LI Jin1，LI Bai-zhong2，WANG Wei2

（1. Agricultural and Rural Affairs Bureau of Hanshou County， Hanshou 415900， PRC; 2. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region， Institute of Subtropical Agriculture， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， PRC）

Abstract： To explore the characteristics of nitrogen and phosphorus loss in open vegetable fields in moist southern plains and the effectiveness of their control， three treatments were set up： conventional fertilization （CK）， optimized fertilization （KF）， and optimized fertilization combined with plastic film mulching （BMP）. Positioned observations were conducted from 2015 to 2022. The results show that nitrogen in runoff is mainly nitrate nitrogen， accounting for 85.22%–86.10%. The total nitrogen content increases first and then decreases with the increase in planting years for all treatments. KF and BMP treatments significantly reduce total nitrogen content in runoff by 14.29% and 21.43%， respectively. Soluble phosphorus is the main form of phosphorus in runoff， accounting for 76.87%–79.16%. The total phosphorus content in runoff shows an increasing trend year by year， and KF and BMP treatments can significantly reduce it by 26.78% and 29.10%. Even with optimized fertilization and plastic film mulching， nitrogen and phosphorus content in runoff still exceeds the Class V standard limit for surface water， indicating that the risks still need to be addressed.

Key words： plastic film mulching; optimized fertilization; open vegetable field; nitrogen and phosphorus loss

随着社会经济发展和人民生活水平提高，蔬菜需求量快速增长，我国蔬菜种植面积不断扩大。据统计，目前全国蔬菜播种面积已达2.2×107 hm2[1]。我国菜地土壤复种指数高、施肥量大，致使大量氮磷养分在土壤中累积，并伴随降水和灌溉发生径流或淋溶损失，从而加剧生态环境风险[2]，《第二次全国污染源普查报告》显示，我国种植业对水污染氮磷排放总量的贡献约为1/4，而其中菜地的面积占比虽然远低于粮食作物种植，但其氮磷排放量在农田氮磷总排放量中的比例高达46%和66%[3]。因此，通过菜地的科学施肥管理，削减其氮磷径流损失，对于源头防控农业面源污染风险至关重要。

湖南是我国蔬菜生产大省之一，拥有40个国家级蔬菜生产重点县，其中超过1/3的重点县位于洞

庭湖周边的湿润平原区。露天蔬菜是湖南蔬菜种植最主要方式，2019年全省蔬菜种植面积131.32万hm2，

其中露天蔬菜种植面积约占87%[4]。湖南属于亚热带湿润季风气候，水热条件好，菜地连年种植和大量使用化肥，在丰富降水的条件下，极易造成氮磷等养分的径流损失，对水体环境构成严重威胁[5]。

地膜覆盖可以改善土壤水热状况，提高作物产量，还可以减少雨水对种植土壤的冲刷，从而减少了径流中氮磷的流失，在南方湿润平原区的露地蔬菜地被广泛应用[6]。目前，结合优化施肥和地膜覆盖对南方湿润平原区露地蔬菜地养分流失年际变化特征及其控制效果的研究报道尚少[7-8]。因此，笔者选择南方湿润平原的常德市汉寿县龙阳镇辰护院村蔬菜基地，观测菜地氮磷径流损失年际变化特征，研究地膜覆盖与优化施肥结合对氮磷流失的控制效果，以期为南方湿润平原区露天蔬菜科学管理提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年5月20日开始，至2022年11月结束，地点位于常德市汉寿县龙阳镇辰护院村，属中亚热带向北亚热带过渡的季风湿润气候区，热量丰富，雨量充沛，年均降雨量1 328.7 mm，全年平均日照时数1 652.1 h，年平均气温16.7℃，无霜期274 d，适宜大多数农作物生长。供试土壤属潮土，试验前的土壤基本理化性状为：有机质含量15.35 g/kg，

全氮含量1.00 g/kg，全磷含量0.70 g/kg，全钾含量1.30 g/kg，pH值7.32。

1.2 试验设计

菜地种植制度选择当地较常见的辣椒—莴苣轮作模式。设置常规施肥、优化施肥、优化施肥+地膜覆盖共3个处理，每个处理3次重复，共建立9个径流小区，每个小区面积35 m2，单独建设径流池，随机区组排列。

常规施肥处理（CK）采用当地常规田间管理和

施肥量。辣椒，一次性作基肥施用尿素40 kg/667m2、过磷酸钙100 kg/667m2、氯化钾15 kg/667m2和复合肥20

kg/667m2；莴笋，一次性作基肥施用施尿素40 kg/667m2，

氯化钾25 kg/667m2，复合肥50 kg/667m2。

优化施肥处理（KF）采用当地常规管理，氮磷钾肥分别减量39.1%、43.4%和56.5%。辣椒，基施复合肥50 kg/667m2，施尿素5 kg/667m2作提苗肥，第一次采收后追施尿素10 kg/667m2，盛果期追施尿素10 kg/667m2；莴笋，基施复合肥25 kg/667m2、施提苗肥尿素5 kg/667m2，封行前追施复合肥25 kg/667m2。

优化施肥+地膜覆盖处理（BMP）即在优化施肥的基础上采用地膜覆盖种植。

供试的尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 16%）、复混肥（含N 15%，P2O5 15%，K2O 15%）、氯化钾（含K2O 60%）等肥料均为当地农资市场购买。

1.3 采样及测定方法

2015年5月20日至2022年11月间，在蔬菜生长期，对每个试验小区的每次降雨产生的地表径流分别测量径流量，同时采集地表径流样品。测定径流样品中的总氮、铵态氮、硝态氮、总磷和可溶态磷浓度等指标。径流样品中总氮浓度测定采用国标水质凯氏定氮法，总磷和可溶态磷测定采用钼锑抗分光光度法，硝态氮测定采用酚二磺酸分光光度法，铵态氮测定采用水杨酸分光光度法。

1.4 数据处理

年度降雨产生的径流中氮、磷平均浓度计算：

（1）

年度径流氮、磷流失量计算：

（2）

式中：Cy为年度径流氮、磷平均含量，mg/L；Ci为第i次径流中氮、磷含量，mg/L；Vi为第i次径

流小区径流量，L；n为年度径流总次数；Qy为小区

年度径流氮、磷流失量，kg/hm2；S为小区面积，m2。

采用Microsoft office 2019软件和SPSS 23软件进行数据统计分析，采用单因素（one-way ANOVA）和 Duncan’s法进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 地表径流总氮含量年际变化特征

2015—2022年间，各处理地表径流总氮含量年际变化如图1 所示。常规施肥管理条件下（CK），历次降水产生的地表径流中总氮含量范围在8.64～

32.21 mg/L之间，其年平均含量从2015年的12.80 mg/L陡升至2016年的29.81 mg/L，随后逐年回落，在2019年以后趋于稳定，保持在10.50～11.53 mg/L间的水平。KF和BMP这2个处理，历次降水产生的地表径流中总氮含量范围分别为8.69～29.78 mg/L和8.45～27.44 mg/L，其年际间的变化动态与CK处理基本一致，2019年降到稳定水平后，2020年略有升高波动，2021—2022年间保持稳定，其总氮含量分别为8.69和8.15 mg/L。除2020年以外，各处理地表径流的总氮年平均含量均表现为：CK＞KF＞BMP，KF和BMP处理的总氮含量分别较CK处理显著降低了14.29%和21.43%，均远远高出了地表水环境质量标准（GB 3838—2002）中Ⅴ类水的总氮含量限值（2.0 mg/L）。

2.2 地表径流总磷含量年际变化特征

图2为2015—2022年间各处理地表径流总磷含量年际变化。可以看出，各处理地表径流中总磷年均含量呈波动中上升的变化趋势，在2019—2021年升高幅度较大。常规施肥处理（CK）历次降水产生的地表径流中总磷含量在0.04～0.82 mg/L之间，其年平均含量从0.10 mg/L逐年升高至0.64 mg/L。KF和BMP这2个处理，历次降水产生的地表径流中总磷含量范围分别为0.04～0.64和0.06～0.52 mg/L，

其年平均含量则分别从0.09和0.06 mg/L逐年升高至0.46和0.43 mg/L。与常规施肥处理（CK）相比，KF和BMP处理的地表径流中总磷年均含量显著降低5.58%～38.83%和8.91%～45.86%，平均降幅为26.78%和29.10%。国家地表水环境质量标准（GB 3838—2002）中规定的V类水的限值为0.4 mg/L，

常规施肥（CK）和优化施肥+地膜覆盖（BMP）处理的地表径流中总磷年均含量从2020年起一直高于该限值；优化施肥（KF）处理的地表径流总磷年均含量则从2021年起也超出该限值。

2.3 地表径流中氮磷形态分布特征

由图3可知，2015—2022年间，各处理地表径流总氮流失均以硝态氮为主，常规施肥（CK）、

优化施肥（KF）和优化施肥+地膜覆盖（BMP）处理硝态氮占总氮的比例变化区间分别为：78.65%～

90.16%、75.10%～88.98%和78.00%～90.91%；而铵态氮占总氮的比例区间依次为：0.58%～5.88%、0.49%～

5.29%和0.43～7.10%。各处理的地表径流中总磷主要以可溶态磷为主，CK、KF和BMP处理地表径流中可溶态磷占总磷比例波动区间依次为： 62.47%～

90.66%、69.06%～88.90%和63.86%～87.68%。各形态氮和磷占径流中总氮和总磷的比例，在年际间并无明显规律性变化；而3个处理间硝态氮占总氮、可溶态磷占总磷比例的差异规律年际间基本保持一致，硝态氮占比总体上呈现为CK（86.10%）gt;BMP（85.95%）＞KF（85.22%）；可溶性磷占比则依次为KF（79.16%）＞BMP（77.93%）＞CK（76.87%）。但铵态氮占总氮比例的处理间差异年际间变动较大，各处理的均值差异不大，CK、KF和BMP分别为2.34%、2.32%和2.47%。

进一步分析了各形态氮占总氮比例、可溶性磷占总磷比例与年产流量的关系（图4）。硝态氮占总氮比例基本保持稳定，受年产流量的影响较小，二者之间无明显的相关关系。而铵态氮占总氮比例与年产流量呈幂函数关系（R2=0.500，P＜0.01），随着年产流量的增大，铵态氮在总氮中的占比显著降低。可溶性磷占总磷比例与年产流量之间的线性关系也达到了极显著水平（R2=0.292，P＜0.01），随着产流量的增大，可溶性磷占总磷的比例呈小幅上升趋势。

3 讨论与结论

南方湿润地区露天菜地主要栽培根系较浅的蔬菜如辣椒、莴笋等，复种指数高，施肥不合理，容易造成土壤表层中氮、磷养分过多积累，在降雨冲刷下易通过地表径流进入水体造成水体富营养化[9]。气候条件相近的情况下，菜地和粮田地表径流损失的氮和磷均以硝态氮和可溶性磷为主，但菜地的地表径流总氮含量明显高于粮田。长沙市近郊菜地，常规施肥条件下，地表径流中总氮、总磷含量范围分别为4.46～16.40和0.50～3.12 mg/L[10]，与研究监测结果基本在同一水平上。江西余江县稻油轮作条件下，地表径流中总氮和总磷的平均含量分别仅为1.81～

2.64和0.24～0.32 mg/L，径流中总氮含量大幅低于菜地，而总磷的含量也略低于研究的后期年份[11]。虽然不同研究的种植模式、区域有所差异，但随径流损失的氮、磷形态特征基本一致，氮均以硝态氮为主，磷以可溶性磷为主。此外，径流氮、磷形态分布与产流量的相关分析结果，研究中铵态氮的占比随径流量增大显著降低，而可溶性的占比随径流量增大呈小幅上升趋势，由于径流中的氮、磷取决于直接溶出和径流冲刷等多重作用，其变化原因可能需要结合具体的降雨产流事件进行深入分析。

在我国农田化肥普遍高强度投入的背景下，减少化肥用量、调整施肥种类构成和施用时期等优化施肥措施，被认为是削减农田氮、磷径流损失的重要措施。在稻油轮作模式下，减氮12%～21%、减磷17%左右，显著降低了径流总氮平均含量降低22.34%～

31.44%，而对径流总磷平均含量无显著影响[11]。地膜覆盖可降低雨水和径流对土壤的打击和冲刷作用，从而减少地表径流氮磷含量和流失量[12]。在湖南湘阴的坡旱地玉米试验结果表明，地膜覆盖显著降低了地表径流氮流失量，硝态氮与铵态氮总量平均降幅16.49%，可溶性磷平均含量显著降低17.95%[13]。笔者的研究结果则显示，优化施肥后径流总氮、总磷平均含量与常规施肥相比，分别显著降低14.29%和26.78%，优化施肥结合地膜覆盖后，地表径流总氮、总磷含量进一步降低（21.43%和29.10%），但与优化施肥处理间无显著差异。研究中采取优化施肥后，地表径流中总磷含量的显著降低，可能是由于磷肥施用量较常规施肥降低了43.4%有关。而地膜覆盖进一步削减地表径流中总氮、总磷含量的效果相对坡旱地要弱，一方面可能是因为试验选择的是平原地区，地表坡度更小，径流的冲刷作用更弱；另一方面，在试验中氮的流失以硝态氮为主，而坡旱地种植玉米覆盖地膜后，地表径流中降幅较大的是其中的占比较高的铵态氮，其硝态氮含量也无明显的降低。

综上，南方湿润平原区露天菜地地表径流的氮、磷含量较高，通过优化施肥能够有效削减氮、磷的径流损失，而结合地膜覆盖能够进一步增强阻控效果。然而，对照我国地表水环境质量标准（GB3838—2002）中Ⅴ类水的总氮（2.0 mg/L）和总磷（0.4 mg/L）限值，即便是采取优化施肥结合地膜覆盖措施，其径流总氮、总磷含量仍然超出该限值。因此，在菜地集中区域，有必要采取措施进一步削减和拦截氮、磷径流损失，防控其面源污染风险。

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（责任编辑：肖彦资）