农田氮磷流失量原位监测与治理建议

董欣欣

（沈阳市乡村振兴发展中心/沈阳市农业技术推广培训中心/沈阳市农业检验监测中心/沈阳市植物保护中心 辽宁沈阳 110034）

农田面源污染是指农业生产活动中的氮素和磷素等营养成分、农药及其他有机或无机污染物，在降水、 灌溉等冲刷作用下， 通过农田地表径流、 渗漏等过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等） 并引起水体富营养化或地表和地下水环境污染[1-5]。 随着我国人口的增长，对粮食产量的需求也在不断增大，为了满足粮食需求和保障农作物产量，农田的化肥施肥量不断增加[6]。 农田氮、磷等元素肥料的过量施入与流失使农田面源污染在农业面源污染中的占比逐年增加[7]，发达国家为防止农业面源污染而设定的化肥施用量为250 kg/hm2的上限[8]，我国农业生产中氮肥的表观利用率只有30%～35%， 高产地区甚至在30%以下[9]。 土壤对磷肥有很强的固定作用，磷肥的当季利用率只有5%～15%，加上后效低于25%[10]。 农田氮磷随地表径流进入受纳水体，或随地下淋溶进入土壤，导致水体富营养化和土壤污染等农业面源污染问题越来越突出[6]。 第1 次全国污染源普查公报显示，我国种植业总氮年流失量为159.78 万t，占农业源的59.08%， 超过了畜牧养殖和水产养殖总氮流失量之和， 总磷年流失量为10.87 万t，占38.18%[11]，因此，农田氮磷的流失已经成为天然水体中氮磷含量的重要来源[12]。

由于农业生产活动的广泛性和普遍性， 加之我国部分地区农业集约化程度不高， 治理和控制都相当困难。 因此，在有效控制污染源的基础上, 必须加强农田面源污染监测与治理的研究和探索。

1 监测试验

1.1 监测地点

（1） 沈阳市于洪区造化乡高力村监测点J1（41.793743°N、123.308136°E）， 在设施蔬菜地设置地下淋溶原位监测小区，每年种植2 季，2021 年第1 季种植番茄， 第2 季种植菜花；2022 年第1 季种植番茄，第2 季种植白菜。 蔬菜播种管理措施，如整地、施肥、播种、灌溉等同当地常规管理模式一致。

（2）沈阳市于洪区光辉乡双树村长青葡萄园监测点J2（41.9986°N、123.2267°E），在设施葡萄园地设置地下淋溶原位监测小区，2021 年、2022 年种植作物均为葡萄。 葡萄栽种管理措施，如施肥、除草、灌溉等同当地常规管理模式一致。

（3）沈阳市浑南区设施果蔬科技示范园监测点J3（41.6994°N、123.5319°E），在设施果蔬地设置地下淋溶原位监测小区，每年种植2 季，2021 年第1 季种植番茄、黄瓜，第2 季种植茄子；2022 年第1 季种植黄瓜、瓜类，第2 季种植番茄。 果蔬播种管理措施，如整地、施肥、播种、灌溉等同当地常规管理模式一致。

（4）沈阳市辽中区社甲村监测点J4（41.6904°N、122.7492°E ），在设施蔬菜地设置地下淋溶原位监测小区， 每年种植2 季，2021 年第1 季种植黄瓜，第2 季种植番茄；2022 年第1 季种植芸豆，第2 季栽种蓝莓。 果蔬播种管理措施，如整地、施肥、播种、灌溉等同当地常规管理模式一致。

（5）沈阳市沈北新区黄家乡岳士村监测点J5（41.8636°N、123.4160°E），旱田设置地表径流原位监测小区，2021 年、2022 年种植作物均为玉米。 玉米播种管理措施，如整地、施肥、播种、中耕除草、病虫害防治等同当地常规管理模式一致。

（6）沈阳市新民市兴隆堡镇兴隆堡村监测点J6（41.9084°N、123.0580°E），旱田设置地表径流原位监测小区，2021 年、2022 年种植作物均为玉米。 玉米播种管理措施，如整地、施肥、播种、中耕除草、病虫害防治等同当地常规管理模式一致。

1.2 监测试验设计

2021 年、2022 年连续2 年， 根据农业面源污染类型及不同的种植模式， 同时依据以下4 项原则，①典型性：试验地块应位于粮食、蔬菜、园艺等作物主产区；②代表性：试验地块的地形、土壤类型、肥力水平、耕作方式、灌排条件、种植方式等具有较强的代表性；③长期性：试验地块应尽可能位于试验站、农场或园区，避免土地产权纠纷，便于管理，确保监测工作能持续开展15 年以上；④抗干扰性：试验地块尽可能选择在地形开阔的地方，远离村庄、建筑、道路、河流、主干沟渠，分别在沈阳市于洪区造化乡高力村设施蔬菜区、 沈阳市于洪区光辉乡双树村长青葡萄园、 沈阳市浑南区设施果蔬科技示范园和沈阳市辽中区社甲村设施蔬菜区设置农田氮磷流失量地下淋溶原位监测点4 个； 在沈阳市沈北新区黄家乡岳士村和沈阳市新民市兴隆堡镇兴隆堡村设置农田氮磷流失量地表径流原位监测点2 个。

1.2.1 农田氮磷流失量地下淋溶原位监测设置 采用田间渗滤池法监测农田地下淋溶氮磷流失量。 该方法的优点：一是田间渗滤池面积较大，达3 m2，代表性强；二是淋溶液收集桶与监测土体紧密接触，可有效收集淋溶液。 其缺点在于监测土体结构受到扰动，短期监测结果容易受到干扰。

安装田间渗滤池装置时， 先将监测土体分层挖出、分层堆放，形成一个长方体土壤剖面，下部安装淋溶液收集桶， 用集液膜将土壤剖面四周及底部严密覆盖，然后分层回填土壤。 田间渗滤池装置由地上和地下两部分组成（图1）。

1.2.2 农田氮磷流失量地表径流原位监测设置 旱地农田监测小区长7.5 m、宽5 m，面积37.5 m2。 监测地块四周设置保护行（图2），监测区域与保护行以田埂分隔，田埂为12 cm（双砖砌筑），田埂地面以下深度为30 cm、地面以上为10 cm。 田埂为砖结构并用水泥砂浆抹面。

图2 旱地农田地表径流监测设施

径流收集池长1.0 m、 宽1.0 m、 深1.0 m， 径流收集池采用防水素混凝土修筑池壁和池底， 厚度20 cm，径流池内外壁两侧、池底均进行防渗处理，涂抹防水砂浆，避免渗水、漏水。

1.3 样品采集

1.3.1 氮磷流失量地下淋溶样品采集 在正常农事操作的情况下， 采样时间为设施农业灌溉当天或第2～4 d，下次灌溉前采样。 采样全部淋溶液，记录淋溶液总量。摇匀后，取2 个混合水样（每个样约500 mL，如淋溶液不足1 000 mL 则将淋溶液全部作为样品采集，供化验和备用），其中一个用于分析测试，另一个备用。

1.3.2 氮磷流失量地表径流样品采集 在正常农事操作的情况下， 根据自然降雨量及时采集氮磷流失量地表径流样品， 采集全部径流液， 记录径流液总量。 摇匀后，取2 个混合水样，其中一个用于分析测试，另一个备用。

1.3.3 取样处理 采样前需用蒸馏水洗净样品瓶，采样时再用淋溶（径流）液润洗。 取样后将水样-20℃冷冻保存备检。

1.4 检测指标

检测指标包括：可溶性总氮、硝态氮、可溶性总磷和磷酸根磷， 以上指标均为农业农村部规定的基本指标。

1.5 测定方法

可溶性总氮：采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度测定；硝态氮：在25℃条件下，用2 mol/L 的氯化钾浸提后用全自动连续分析仪（Autoanaylzer Ⅲ，B R A N L U E B B E）测定；可溶性总磷：采用钼锑抗分光光度法测定；磷酸根磷： 采用磷钼蓝分光光度法测定。

1.6 数据统计与分析

N 素流失量（mg）=〔TDN（mg/L）×淋溶液总体积（L）〕1+〔TDN（mg/L）×淋溶液总体积（L）〕2+……。

P 素流失量（mg）=〔TDP （mg/L）×淋溶液总体积（L）〕1+〔TDP（mg/L）×淋溶液总体积（L）〕2+……。

应用Excel 2007、SPSS 16.0 等软件进行数据处理、统计分析和作图。

2 监测结果分析

2.1 2021 年种植业源氮磷流失量监测数据分析

由表1 可知， 2021 年2 个径流监测点J5、 J6的总氮、 总磷流失量值极低， 平均流失量分别为0.020 kg/（亩·年）和0.003 kg/（亩·年），径流监测点的总氮流失量低于所有淋溶监测点数值。 全年所有监测点总磷流失量较低，流失量最高值是J1（沈阳市辽中区社甲村）淋溶监测点的0.185 kg/（亩·年）。 全年淋溶监测点的总氮流失量较高，最高值为8.74 kg/（亩·年），最低值为0.75 kg/（亩·年）, 4 个淋溶监测点总氮平均流失量为3.38 kg/（亩·年）。

表1 2021 年种植业源氮磷流失量监测数据分析

2.2 2022 年种植业源氮磷流失量监测数据分析

由表2可知，2022年2个径流监测点J5、J6的总氮，总磷流失量值极低，平均流失量为0.035 0 kg/（亩·年）和0.002 5 kg/（亩·年），且低于所有淋溶监测点数值。 全年所有监测点总磷流失量较低，流失量最高值是J1（沈阳市辽中区社甲村市级）淋溶监测点的0.09 kg/（亩·年）。全年淋溶监测点的总氮流失量相对较高， 最高值为5.93 kg/（亩·年）， 最低值为0.88 kg/（亩·年），4 个淋溶监测点总氮平均流失量为3.30 kg/（亩·年）。

表2 2022 年种植业源氮磷流失量监测数据分析

通过农田氮磷流失量原位监测，得出以下结论：①种植业源氮磷径流流失不是沈阳市河流污染的主要原因；②目前没有农业环境氮磷流失量国家标准，农田氮磷淋溶流失对地下水的不良影响需要进一步探究。

3 治理建议

3.1 营造农田面源污染防治的社会氛围

加强有关农业环境的教育与培训， 让农民认识到农田面源污染的危害性及治理工作的重要性。充分发挥电视、 网络等大众媒体作用， 多形式地普及农业生态环境知识， 提高公众的环保意识和参与意识。

3.2 构建农田面源污染防控技术性体系

（1）源头治理。 氮、磷减量化控制，建立科学施肥体系，实现化肥减量增效控污，建立化肥、农药等化学投入品监测体系的同时推广区域大配方和高效控量施肥技术[13]。查明典型农业生态系统污染物排放特征，建立面源污染负荷估算方法、风险评估技术。

（2）过程阻断。 研发农田污染负荷管理与消减技术，建立农田减氮减排、污染物截留与过程阻断相结合的生态配置模式，发挥农业生态系统自净功能，形成农田面源污染控制技术体系。

（3）末端治理。 研发集约化、资源化利用等清洁生产关键技术与设备，形成包括农业“废弃物”肥料化、饲料化、能源化循环利用，污染物生物净化与修复技术系统。

3.3 建设农田污染防控政策体系

以农业面源污染防治和保护水环境为重要战略目标， 建设兼顾生态环境效益和农民的实际利益的政策体系。 包括优化产业结构与农业结构政策，建立适合国情的控制农田非点源污染的分类管理、 经济性调节、生态补偿等政策体系[1,14]。 制定限制投入要素和产出的相关法律政策等。

3.4 强化农田面源污染监测系统

建设一批覆盖全市的农田面源污染监测点，监控各种污染物的排放， 分析并解决农业面源污染技术难题。 根据沈阳市旱田、水田和菜田（包括设施种植）面积和分布区域，设置产排污系数监测点，通过点面结合的实地监测， 获取涵盖全市的面源污染负荷排污系数。