太湖地区稻麦轮作农田有机和常规种植模式下氮磷径流流失特征研究

　　摘要：为探究不同种植模式对氮磷流失的影响，采用田间径流池法，在太湖地区稻麦轮作系统中，通过连续两年田间试验，研究比较了等氮投入条件下常规种植和有机种植模式农田径流水中氮、磷浓度特征，以及径流氮、磷流失量、流失系数。结果表明，稻季和麦季农田径流中总氮、可溶性氮、铵态氮和硝态氮平均浓度和总氮流失量均表现为：常规种植>有机种植>对照。与常规种植相比，有机种植模式能够有效减少稻麦轮作农田中氮的径流流失，且对麦季氮素径流流失的减少效果优于稻季；尽管有机种植模式下磷流失系数低于常规种植，但有机肥投入携带的高磷量会增加农田磷素径流流失量。

　　关键词：稻麦轮作；有机种植；农田；径流；氮磷流失

　　太湖地区是我国化肥用量最高的地区之一[1]，据悉，该区稻麦轮作年施氮量平均值已高达约590 kg·hm-2[2]。过量化肥的施用不仅增加农业生产成本，而且过低的肥料利用率使得土壤中氮磷大量流失，导致地表水污染和水体富营养化加剧，引起一系列环境问题。目前，太湖流域农业面源污染比较严重，已成为人们普遍关注的热点问题[3-8]。地表径流是农田氮磷流失的主要方式，我国农田生态系统中氮年径流损失量约131万t[9]，磷径流损失量约6.36万t[10]。研究表明，农田氮磷化学养分投入的减量化技术、科学农业管理模式有利于减少农田氮磷径流流失，控制农业面源污染、改善农村生态环境[11-13]。

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　　1.材料与方法

　　1.1研究地点

　　试验于2011年6月至2013年6月在江苏省常州市武进区雪堰镇万寿村（120°05′05"E，31°29′24"N）进行。试验田距太湖2 km，所处地形为丘陵谷地，土壤类型为水稻土，质地为壤土。土壤pH5.13，有机质31 g·kg-1，总氮1.71 g·kg-1，碱解氮164 mg·kg-1，总磷1.17 g·kg-1，有效磷11.5 mg·kg-1，速效钾76 mg·kg-1。耕作制度为稻麦轮作，水稻耕作方式为常规翻耕，小麦为免耕。供试作物水稻为9998-3，冬小麦为扬麦11号。

　　1.2试验设计

　　在田间布设长3.0 m、宽0.7 m、深1.0 m的径流池，混凝土结构，在降雨产生径流后，测量计算径流水量，采集径流水样。试验小区面积为30 m2（长6.0 m、宽5.0 m）。2011年第一季作物水稻，2011年6月16日移栽，2011年11月11日收获；第二季作物小麦，2011年11月26日 播 种 ，2012年5月28日 收 获。2012年第一季作物水稻，2012年6月14日 移 栽 ，2012年11月2日收获；第二季作物小麦，2012年11月15日播种，2013年5月28日收获。设置3个处理，每个处理设3次重复。（1）空白对照：不施肥；（2）常规种植模式：在广泛调查的基础上，采用当地农民的平均施肥量与施肥方式；（3）有机种植模式：施用和常规组等氮量的有机肥。种植期间全部采用商品有机肥和植物源农药，不使用任何人工农药和尿素等，严格执行有机产品生产行业标准。所用有机肥为“田娘”商品有机肥（含N 1.42%、P2O52.00%、K2O1.58%）。稻麦轮作期间各处理具体施肥情况见表1。试验小区并排分布在径流池两侧。

　　2结果与分析

　　2.1有机和常规种植模式

　　下水稻和小麦产量差异从图2可以看出，2011年度有机种植水稻产量略高于常规种植，但是未达到显著水平（P>0.05），分别为8911 kg·hm-2和8711kg·hm-2，是不施肥对照产量的2倍。有机种植小麦产量明显高于常规种植，分别较对照增产64.89%和57.00%。

　　2.2稻麦轮作径流水中的氮素及其流失分析

　　2.2.1稻季农田径流水中氮浓度的动态变化

　　不同种植模式下，稻季农田径流水中总氮、可溶性氮、硝态氮和铵态氮浓度变化特征如图3所示。2012年稻季降雨量较2011年减少389.7 mm，径流量减少11 850 L，径流次数仅为4次。2012年稻季各处理间径流水中氮浓度差异较2011年小。在2011年整个稻季，不施肥对照、常规种植和有机种植模式下稻田径流水中总氮平均浓度分别为1.42、4.24、3.28 mg·L-1，而在2012年整个稻季，不施肥对照、常规种植和有机种植模式下稻田径流水中总氮平均浓度分别为2.97、3.94、3.73 mg·L-1。

　　2.2.2麦季农田径流水中氮浓度的动态变化

　　由图3可见，麦季农田径流水中氮浓度高于稻季，尤其在常规种植模式下。麦季径流水中氮形态以硝态氮为主，而在稻季以铵态氮为主。小麦常规和有机种植模式下农田径流水中总氮、可溶性总氮、硝态氮浓度高于不施肥对照，且常规种植模式下氮浓度高于有机种植。在2011年麦季，不施肥对照、常规种植和有机种植模式下麦田径流水中总氮平均浓度分别为4.27、16.84、10.29 mg·L-1，2012年麦季径流水中总氮平均浓度分别为2.71、9.42、2.96 mg·L-1。在2012年3月6日常规种植麦田径流水中总氮浓度达到峰值（26.93 mg·L-1），有机种植则在发生第一次径流时（2012年2月7日）总氮浓度出现峰值（13.77 mg·L-1）。2012年小麦常规种植径流水中总氮浓度在2013年2月6日出现峰值（16.50 mg·L-1），有机种植在2012年12月31日出现峰值（4.15 mg·L-1）。

　　3.讨论

　　本研究发现有机种植和常规种植的作物产量有所差异，试验结果显示，有机种植和常规种植稻麦产量的比值为0.67~1.22，与岳玉波等[13]的结果接 近。Seufert等[16]和Ponti等[17]的数据分析结果表明，有机和常规种植作物产量的比值为0.75~0.80。通过分析发现，有机种植水稻和小麦年际间的产量差异较常规种植大，这是由于有机种植体系从建立到平衡需要一定的时间，产量必然会受到体系内外多种因素的影响。目前，有研究报道，有机种植转换期内作物产量增加或降低，这主要与土壤肥力、管理措施、农业生产水平、作物类型和有机生产者的经验有关[18-20]。研究表明，在2至5年内，有机种植作物产量有较大的波动，普遍低于常规种植，5年之后的产量趋于稳定，不易受外界因素影响[16]。

　　4.结论

　　在太湖流域稻麦轮作系统中，有机种植模式能有效控制农田中氮素的径流损失，且有机种植对麦季氮素径流流失减少的效果优于稻季，麦季氮素流失以硝态氮为主，稻季以铵态氮为主。然而，值得注意的是，有机种植携入农田的高磷量会增加土壤中磷的积累和磷素径流流失量，尽管有机种植模式下的磷流失系数低于常规种植。降雨也是影响农田氮、磷径流流失的主要因素之一，降雨情况的不同导致年际间氮、磷流失量差异较大，为减少氮、磷径流损失，要避免在较大降雨发生前施肥。总之，在太湖地区发展有机农业应特别关注有机肥的施用风险，采取完善和科学的肥力管理措施，如种植绿肥、施用高氮低磷有机肥等以减少有机肥中磷的投入，避免磷流失的污染风险。

　　参考文献：

　　[1]王德建,林静慧,夏立忠.太湖地区稻麦轮作农田氮素淋洗特点[J].生态农业学报, 2001, 9（1）：26-28.WANG De-jian, LIN Jing-hui, XIA Li-zhong. Characteristics of nitro－gen leaching of rice-wheat rotation field in Taihu Lake Area[J].Chi－nese Journal of Eco-Agriculture, 2001, 9（1）：26-28.

　　[2]王 海,席运官,陈瑞冰,等.太湖地区肥料、农药过量施用调查研究[J].农业环境与发展, 2009（3）：10-15.WANG Hai, XI Yun-guan, CHEN Rui-bing, et al. Investigation on theexcessive fertilizer and pesticides application in Taihu Lake Region[J].Agro-Environment and Development, 2009（3）：10-15

　　陈秋会，席运官*，王磊，李妍，张弛，田伟，田然，肖兴基，赵克强

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