木芙蓉園地徑流水中氮磷流失狀況監(jiān)測研究

丁鵬，葉勇標(biāo)，潘滔，洪慶紅*

(1.蘭溪市農(nóng)村能源指導(dǎo)中心，浙江 蘭溪 321100； 2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院 制藥學(xué)院，浙江 金華 321017)

木芙蓉作為錦葵科木槿屬落葉灌木或小喬木，具有藥用、綠化、觀賞、食用、環(huán)保等價值，在我國廣為種植[1]。浙中地區(qū)的降水等方面的自然條件較符合木芙蓉的生長需求[2]，其種植成為不少農(nóng)村的特色產(chǎn)業(yè)。為獲得好收成，施肥必不可少，同時也產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)面源污染，由此引起水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題[3]。為了更好地指導(dǎo)種植木芙蓉農(nóng)戶進(jìn)行合理施肥，并更好地控制農(nóng)業(yè)面源污染對地表水的污染程度，對木芙蓉旱地因施肥方案不同在自然降雨影響下造成地表徑流中氮磷的流失規(guī)律進(jìn)行初步研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年在浙江省蘭溪市水亭鄉(xiāng)水亭村進(jìn)行，供試土壤為紫色土，質(zhì)地屬于重黏土。土壤耕作層(0～20 cm)與心土層(20～40 cm)的基本性質(zhì)為：耕作層中含有機(jī)質(zhì)、全氮分別為9.87、0.962 g·kg-1，硝酸鹽、氨氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀分別為113.11、5.03、4.16、118、329 mg·kg-1；心土層中含有機(jī)質(zhì)、全氮分別為6.76、0.506 g·kg-1，硝酸鹽、氨氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀分別為60.36、2.25、1.53、93、293 mg·kg-1。

1.2 處理設(shè)計

有12個旱地小區(qū)，每小區(qū)33 m2(長6.6 m，寬5 m)，各小區(qū)間用水泥田埂隔開(防滲防漏)。每小區(qū)一側(cè)分別修筑設(shè)有PVC排水口和徑流池，遇降雨產(chǎn)生徑流時，各小區(qū)排水口將徑流匯集到徑流池。徑流池內(nèi)壁長2.25 m，寬1.20 m，內(nèi)側(cè)深1 m，徑流池上方用PC陽光板蓋住以防雨，池底安裝排水閥，每次取完徑流水后將水用泵排出并洗凈池子。

本試驗參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)事操作習(xí)慣，設(shè)4個施肥處理方案，即不施肥處理(CK)、復(fù)合肥(CT)、優(yōu)化復(fù)合肥(BS)、有機(jī)肥與復(fù)合肥(NSPC-BS)。其中，CT為施用復(fù)合肥(16-16-16)(湖北澳特爾化工有限公司)，折算成年施用量，N、P2O5、K2O均為72 kg·hm-2；BS為施用優(yōu)化復(fù)合肥(N 24%、P2O510%、K2O 14%，史丹利化肥股份有限公司)，折算成年施用量，N、P2O5、K2O分別為72、30、42 kg·hm-2；NSPC-BS是在方案BS的基礎(chǔ)上，再增加商品有機(jī)肥(浙江金華九峰牧場)，折算成年施用量，有機(jī)肥N、P2O5、K2O施用量分別為56.25、75.00、56.25 kg·hm-2。肥料施用量折算成年施用量，N、P2O5、K2O施用量合計為128.25、105.00、98.25 kg·hm-2。重復(fù)3次。

1.3 雨水和徑流池水樣采集

用雨量計測量降雨量，并測量各徑流池內(nèi)水深。用潔凈塑料瓶采集雨水樣和徑流池水樣，并及時進(jìn)行氮磷指標(biāo)檢測。

1.4 田間管理

4月9日，每小區(qū)栽種木芙蓉幼苗24棵，為防止木芙蓉被水淹沒，農(nóng)戶對各小區(qū)作3條壟(壟高為15 cm、壟寬為150 cm)；5月23日，對各小區(qū)分別按1.2試驗設(shè)計進(jìn)行3種施肥方案處理，施肥方式為在每行木芙蓉的兩側(cè)劃兩道淺溝，施肥后以薄土覆蓋。

1.5 測試方法

2 結(jié)果與分析

2.1 木芙蓉小區(qū)降雨產(chǎn)生徑流狀況

經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日降雨量在20 mm及以下時，各試驗小區(qū)泥土僅被土壤濕潤或飽和，不產(chǎn)生徑流；當(dāng)日降雨量超過30 mm及以上時，紫色土的旱地受雨水的沖刷，有明顯徑流，且伴有紫色土小顆粒一起匯集到徑流池中。表1顯示，5月23日施肥，從5月24日至7月24日共下雨11場，受梅雨季節(jié)延期影響，各小區(qū)總降雨量高達(dá)782 mm，每小區(qū)平均產(chǎn)生徑流量達(dá)19 475 L。

表1 不同降雨期的雨量徑流量及氮磷濃度

2.2 降雨中氮磷濃度分析

從表1可知，雨水中總氮濃度(TN)為0.38～1.81 mg·kg-1，總磷濃度(TP)為0.000 4～0.056 0 mg·kg-1，由雨量和小區(qū)面積折算出各試驗小區(qū)因降雨帶入的氮累積量有2 620 3 mg，磷累積量有342 mg，折算該季當(dāng)?shù)亟涤陰敫餍^(qū)的氮磷負(fù)荷分別為7.94和0.10 kg·hm-2。

2.3 徑流中氮素流失分析

2.3.1 施肥后徑流中TN濃度的變化

從圖1可知，施肥后第一次降雨是在施肥后第5天，這時徑流中TN出現(xiàn)一個顯著高峰，NSPC-BS中的TN最高，達(dá)到35.37 mg·kg-1，是CK的5.8倍。此后，3種施肥方案徑流中TN逐漸降低，但到第15天時，仍有6.29～9.14 mg·kg-1。參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)為2.0 mg·L-1，說明此階段主要的污染因子是TN。到第30天時，各施肥方案的TN仍有1.4～1.8 mg·kg-1，高于地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mg·kg-1)。到第47天以后，BS、NSPC-BS的TN開始低于1.0 mg·kg-1，而CT的TN濃度要到第57天以后才開始降至1.0 mg·kg-1以下，表明肥料有效成分流失不僅與徑流中相關(guān)物質(zhì)的濃度有關(guān)，還跟徑流水總量有關(guān)，而徑流水總量主要取決于降雨量，也與降雨強(qiáng)度、持續(xù)時間有關(guān)[4]。

圖1 施肥后徑流中TN濃度的變化

2.3.2 施肥后徑流中TN量的變化

從圖2可以看出，施肥后第5天的徑流中TN濃度較高，但由于產(chǎn)生的徑流量較小，所以流失氮量不高。施肥后第8天，雨量為83 mm，徑流量為2 241 L，此時徑流量大，TN濃度也最高，流失的氮最多。

圖2 施肥后徑流中TN量的變化

5月27日至6月6日(施肥后第15天)間下了五場雨，總降雨量為330 mm，平均每小區(qū)產(chǎn)生的徑流量為7 579 L，降水總量約為試驗期總降水量的42%，產(chǎn)生的徑流量約為生長期總徑流量的40%，而這期間徑流中的TN量占生長期徑流水TN量的比例非常高。

由表2可知，3種施肥方案中，施肥后15日內(nèi)流失的TN量即占到施肥與降雨補(bǔ)充氮量的28%～51%，不僅造成肥料有效成分的損失，而且對水環(huán)境也造成很大污染。要想減少這一負(fù)面作用，可能需要其他的施肥處理方式，如加大施肥深度、使用緩控釋肥等。

表2 徑流中流失TN的量

不施肥時(CK)，降雨導(dǎo)致的徑流所帶走的氮要比其帶來的氮更多，造成土壤中氮含量降低。相比CT而言，BS施肥后徑流中TN的濃度較高，流失較快。這應(yīng)該與2種肥料的成分不同有關(guān)，BS中氮肥的溶解性更高，降雨后更易流失。

方案NSPC-BS同樣在早期即有大量氮流失，但與BS相比，其氮流失量有所下降，流失TN量占補(bǔ)充氮的比例遠(yuǎn)小于BS與CT 2種方案，表明有機(jī)肥配施化肥能顯著降低土壤氮素徑流損失，這與其他研究在旱地或菜地上的結(jié)論一致[5-8]。商品有機(jī)肥經(jīng)過高溫腐熟發(fā)酵處理后，對其進(jìn)行無害化處理，降解了其中大量的有害物質(zhì)，可向土壤中補(bǔ)充有機(jī)氮、有機(jī)磷，并改變微生物豐度[9-11]。

2.3.3 徑流中DN占TN的比例變化

由表3可知，3種施肥方案產(chǎn)生的初期徑流中DN占TN的比例達(dá)87%～93%，明顯高于CK，之后降雨徑流中DN的比例逐漸下降，但2個月后仍有70%左右，表明在3種施肥處理情況下，氮素均以水溶性養(yǎng)分流失為主。

表3 徑流中DN與TN的比例變化

圖3 徑流中的濃度和量隨施肥天數(shù)的變化

表4 不同施肥措施徑流中累積流失的和量

2.4 徑流水中磷流失狀況

2.4.1 各施肥方案徑流中TP流失狀況

圖4 徑流中TP的濃度和量隨施肥天數(shù)的變化

2.4.2 各施肥方案徑流中DP與TP的比例變化

表5給出施肥后63天內(nèi)不同施肥方案徑流中DP與TP的關(guān)系。直到施肥后第30天，CT排出的徑流中TP濃度仍有0.104 mg·kg-1，而DP濃度為0.024 mg·kg-1，此時水中的磷主要由顆粒性磷貢獻(xiàn)；其他幾種處理方案(CK、BS、NSPC-BS)在施肥初期，后3種方案徑流水中可溶性磷的比例較高，而隨著時間的推移，可溶性總磷損失多，顆粒磷的比例總體上有增加的趨勢。

表5 徑流中DP與TP的比例變化

2.4.3 徑流中總磷量對地表水的貢獻(xiàn)狀況

由表6可知，徑流中帶出的TP量不多，<1 kg·hm-2。從試驗土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)來看，其本身含磷量較低，再加上植物對磷的吸收，磷容易被土壤固定，使得磷的流失較少，這與類似條件下的有關(guān)研究相符[12-14]，也有研究者給出更高一些的總磷流失量[15]，顯然這是由于氣候、土壤、耕作方式等諸多因素的不同而引起的[10]；盡管磷的流失量不多，但仍大于降雨帶來的磷的補(bǔ)充量，不施肥的話，土壤中的含磷量會逐漸減少；混合施用有機(jī)肥時，磷的流失比例減少。

表6 徑流中流失TP量情況

3 小結(jié)