湖北省稻田地表径流氮磷养分流失规律初探

湖北省稻田地表径流氮磷养分流失规律初探摘要：在湖北省水稻主要种植区设置３个田间原位监测点，采用径流池收集地表径流的方法，研究水稻田地表径流产生和氮磷养分流失的规律。

结果表明，２０１０年，全省稻田平均产生地表径流８次，产流量平均为３０４．５ｍｍ，产流系数为３４．７％，径流主要发生在４～８月降雨比较集中的时段；施肥后全省稻田年平均总氮的流失量为４．90～１０．６７ｋｇ／ｈｍ２，总磷流失量为０．63～１．４４ｋｇ／ｈｍ２；径流水中总氮平均浓度为１．８３～３．８３ｍｇ／ｌ，总磷浓度为０．１６～０．４９ｍｇ／ｌ；可溶态氮是地表径流氮素流失的主要形态，约占总氮的７０．２％～８６．７％，其中尤以硝态氮的流失量最大，占总氮的５１．８％～６９．５％，铵态氮流失量较小，约占总氮的７．４％～３４．９％；磷素的流失以颗粒态磷为主，占总磷的６０．４％～８７．７％；肥料氮、磷养分流失量平均分别为当季施肥量的０．４６％和０．３７％。

施肥和径流量是影响地表径流氮、磷流失的主要因素，施肥导致氮、磷养分流失量增加，径流产生量大的时段，其氮、磷的流失量也增加。

关键词：氮磷养分流失；地表径流；稻田；养分形态；湖北省ａｂｓｔｒａｃｔ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌｏｔｓｉｎｓｉｔｕｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎｔｈｅｍａｉｎｒｉｃｅｐｌａｎｔｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓｏｆｈｕｂｅｉｐｒｏｖｉｎｃｅｉｎ２０１０，ｔｈｅｒｕｎｏｆｆｗａｔｅｒｉｎｅａｃｈｐｌｏｔ was ｃｏｌｌｅｃｔｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄ，ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｅｖｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓｏｆｔｈｅｒｉｃｅｆｉｅｌｄ．ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｅｖｅｎｔｓｕｓｕａｌｌｙｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｒａｉｎｉｎｇｓｅａｓｏｎｆｒｏｍａｐｒｉｌｔｏａｕｇｕｓｔ．ｏｎａｖｅｒａｇｅ，８ｔｉｍｅｓｏｆｒｕｎｏｆｆｅｖｅｎｔｓｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎａｙｅａｒ，ｔｈｅａｎｎｕａｌａｍｏｕｎｔｏｆｒｕｎｏｆｆｗａｓ３０４．５ｍｍａｎｄｔｈｅｒｕｎｏｆｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓ３４．７％； tｈｅａｎｎｕａｌａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓｆｒｏｍｒｉｃｅｆｉｅｌｄｗａｓ４．90～１０．６７ｋｇ／ｈｍ２，ｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓｗａｓ０．63～１．４４ｋｇ／ｈｍ２．ｔｈｅｍｅａｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓｗａｓ１．８３～３．８３ｍｇ／ｌａｎｄ０．１６～０．４９ｍｇ／ｌｆｏｒｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．ｔｈｅｄｉｓｓｏｌｖｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ７０．２％～８６．７％ｏｆｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓ，ｔｈａｔｗａｓｔｈｅｍａｉｎｗａｙｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓ，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎｈａｄａｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆ５１．８％～６９．５％，ａｎｄｏｎｌｙ７．４％～３４．９％ｆｏｒｔｈｅａｍｍｏｎｉｕｍｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓ．ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｗａｓｔｈｅｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｏｓｉｎｇｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｆｏｒｍ，ｗｈｉｃｈａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ６０．４％～８７．７％ｏｆｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓ．ｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｉｎｇｆｒｏｍｒｕｎｏｆｆｗａｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ０．４６％ａｎｄ０．３７％ｏｆａｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎ．ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄｒｕｎｏｆｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｗｅｒｅ the ｔｗｏｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓ were ｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｒｕｎｏｆｆａｍｏｕｎｔ．ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓ；ｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆ；ｒｉｃｅｆｉｌｅｄ；ｎｕｔｒｉｅｎｔｆｏｒｍ；ｈｕｂｅｉｐｒｏｖｉｎｃｅ湖北省是我国的第三大水稻生产大省，２０００年以来，全省水稻播种面积１８１万～２１６万ｈｍ２，占粮食作物播种面积的５０％以上［１］。

全省水稻田主要分布在沿长江、汉江的平原以及河谷地带，水稻种植区降雨丰富，水网密集，是我国重要的粮食生产基地，农业集约化程度高。

近年来随着农业生产的快速发展，化肥农药的大量使用，许多湖泊产生了富营养化问题［２］，使这些区域成为长江流域生态环境最脆弱、水环境质量受到严重胁迫的地区。

通过在全省水稻主要种植区设置田间原位监测点，采用径流池收集地表径流的方式，研究全省水稻田地表径流产生特点及氮、磷养分流失的形态和规律，旨在为全省以及长江中下游流域农田面源污染的控制和综合治理提供科学依据。

１材料与方法１．１田间监测试验地点概况在湖北省主要水稻产区选择了３个原位监测点。

１号监测点（ｆ１），早稻、晚稻连作，位于汉江流域鄂中丘陵水稻产区，地点在湖北省荆门市京山县曹武镇龚湾村；２号监测点（ｆ２），早稻、晚稻连作，位于鄂东南沿江平原水稻产区，地点在湖北省鄂州市梁子湖区太和镇莲花黄村；３号监测点（ｆ３），一季中稻，位于江汉平原水稻产区，地点在湖北省潜江市高场管理区高场分场。

３个区域均属亚热带季风气候，降雨主要集中在春夏季（３～８月），且年际差异较大。

各监测点主要气候条件和土壤（０－２０ｃｍ）的基本农化性状见表１。

１．２田间监测试验设计每个监测点设置两个处理：对照（ｃｋ）和农民习惯施肥（ｆｐ）。

ｃｋ处理不施任何肥料，ｆｐ处理肥料的施用量、施用方法和施用时期完全遵照当地农民生产习惯。

ｆｐ处理各监测点施肥量见表２，具体施肥情况为：ｆ１点，早稻基施复合肥（ｎ、ｐ２ｏ５、ｋ２ｏ含量分别为２７％、１６％、９％，简称２７－１６－９，下同）７５０ｋｇ／ｈｍ２，追施尿素１５ｋｇ／ｈｍ２和碳酸氢铵２２５ｋｇ／ｈｍ２；晚稻基施复合肥（２２－９－１４）３００ｋｇ／ｈｍ２，追施碳酸氢铵２２５ｋｇ／ｈｍ２。

ｆ２点，早稻基施复合肥（１５－１５－１５）４５０ｋｇ／ｈｍ２，追施尿素９０ｋｇ／ｈｍ２；晚稻基施复合肥（１５－１５－１５）７５０ｋｇ／ｈｍ２，追施尿素１５０ｋｇ／ｈｍ２。

ｆ３点，中稻基施复合肥（１５－１５－１５）１１１０ｋｇ／ｈｍ２和氯化钾（４５％ｋ２ｏ）３３０ｋｇ／ｈｍ２，追施尿素２２５ｋｇ／ｈｍ２。

３个监测点的基肥均在水稻移栽前一天撒施，施肥后耙平移栽，追肥则在返青分蘖期撒施。

每个试验区每处理３次重复，共计６个小区，小区面积３０ｍ２，每个小区建一个径流池，用来收集小区径流水。

各监测点的监测时段均为２０１０年１月１日至１２月３１日。

１．３样品采集及测定实测并记录试验地历次降雨量及每次降雨产生径流后各小区径流量，参照文献［３］的方法采集径流水样，水样如没有在采样当天进行测定，则冷藏（４℃）保存。

水样总氮（ｔｎ）采用碱性过硫酸钾氧化－紫外分光光度法测定，硝态氮（ｎｏ３－－ｎ）用紫外分光光度法测定，铵态氮（ｎｈ４＋－ｎ）用靛酚蓝－紫外分光光度法测定；水样总磷（ｔｐ）采用过硫酸钾氧化－钼蓝比色法测定，可溶性磷（ｄｐ）则是将水样经０．４５μｍ微孔滤膜过滤后采用过硫酸钾氧化－钼蓝比色法测定；植物样全氮、全磷采用ｈ２ｓｏ４－ｈ２ｏ２消煮－流动注射分析仪测定。

１．４氮、磷养分流失量、流失系数和肥料利用率计算方法地表径流途径流失的氮、磷量等于整个监测周期中各次径流水中氮、磷浓度与径流水体积乘积之和。

计算公式如下：ｐ＝■ｃｉ×ｖｉ其中，ｐ为氮、磷流失量；ｃｉ为第ｉ次径流水中氮、磷的浓度；ｖｉ为第ｉ次径流水的体积。

肥料养分流失系数用流失率表示，以氮素为例，计算公式如下：肥料氮素流失率＝■×100%以氮肥为例，肥料利用率的计算公式如下：氮肥利用率＝■×100%１．５数据处理数据分析统计及图表采用ｓｐｓｓ１６．０和ｍｉｃｒｏｓｏｆｔｅｘｃｅｌ２００３处理。

２结果与分析２．１施肥对水稻产量的影响监测试验结果表明，对水稻生产而言，施肥是提高水稻产量重要的措施。

表３表明，施肥后水稻子粒产量提高９７３．８～４１６１．２ｋｇ／ｈｍ２，增产幅度为１９．４％～１５６．３％；秸秆干物质增加了１０００．８～４０４３．２ｋｇ／ｈｍ２，同时施肥也提高了水稻对ｎ、ｐ养分的吸收利用。

３个监测点磷肥当季利用率平均为１９．７％，与相关报道一致［４］；氮肥当季利用率平均为２３．８％，略低于全国平均水平［５］，这可能由于当地农民的氮肥施用量和运筹方式不合理，施氮量偏高，施氮时间过于集中、追氮过早［６］，造成氮肥利用率低。

众多研究表明，农业生产中过剩的ｎ、ｐ是面源污染的主要来源。

ｎ没有被当季作物吸收利用的部分以地表径流、地下淋溶以及氨挥发的形式流失或残留在土壤中；ｐ没有利用的部分除以地表径流、地下淋溶方式流失外，大部分残留在土壤中。

残留在土壤中的ｎ和ｐ为后茬作物提供养分的同时，也增加了土壤地表径流流失的风险。

富含ｎ、ｐ的农田排水导致了农田周边水体的富营养化［７］。

在太湖和淮河流域，农田排水中的ｎ、ｐ已成为该地区水体富营养化的主要原因［８］。

２．２湖北省稻田地表径流发生规律各监测点的地表径流都主要在４～８月产生。

２０１０年监测期间，ｆ１点共产生了１１次径流，７月份径流量最高，为７８．４ｍｍ，３月径流量最小，为９．２ｍｍ，其他几个月径流量相差不大，为３７．９～４４．４ｍｍ；ｆ２点共产生８次径流，７月份３次径流量共１４７．８ｍｍ，其他几个月的径流量为４８．５～５１．６ｍｍ；ｆ３点共有６次径流，７月份径流量１０７．４ｍｍ，其他几个月径流量为５１．６～５８．４ｍｍ（图１）。

研究收集到的径流都是由降雨产生，４～８月是江汉平原地区的雨季，因此也是径流的主要形成时期。

３个监测点的平均年径流量为３０４．５ｍｍ，产流系数为３４．７％（表４）。

其中ｆ１和ｆ３的年径流量和降雨量接近，产流系数也相差不大，分别为２５．４％和２２．７％。

而ｆ２的年降雨量最小（７０６．３ｍｍ），径流产生量却最多（３９６．７ｍｍ），产流系数高达５６．２％。

地表径流的产生，受到降雨、灌溉、土壤性质以及植被状况等多种因素影响，当降雨强度大于入渗强度时才会产生径流［９］，因此研究中全年降雨量大的试点其径流量和径流系数并不一定大。