有机无机肥配施及稻草覆盖对中南丘陵茶园氮磷径流流失的影响

庹海波，刘 强，彭建伟，龚 蓉，黄 维

（湖南农业大学资源环境学院，农田污染控制与农业资源利用湖南省重点实验室，植物营养湖南省普通高等学校重点实验室，土壤肥料资源高效利用国家工程实验室，湖南 长沙 410128）

有机无机肥配施及稻草覆盖对中南丘陵茶园氮磷径流流失的影响

庹海波，刘 强，彭建伟，龚 蓉，黄 维

（湖南农业大学资源环境学院，农田污染控制与农业资源利用湖南省重点实验室，植物营养湖南省普通高等学校重点实验室，土壤肥料资源高效利用国家工程实验室，湖南 长沙 410128）

为改善中南丘陵地区茶园土壤养分状况、有效防控茶园氮磷径流损失，采用田间小区试验，以有机肥代替部分化学肥料、稻草覆盖等处理，研究其在减少暴雨造成的农田径流营养损失，从而减少农田氮磷对水体的污染方面的作用。结果表明，中南丘陵茶园，在相同降雨条件下，农民习惯施肥处理径流流失量较大，但稻草覆盖处理能有效减少径流流失，同时稻草覆盖对降低地表径流中的氮磷浓度也有显著作用，其中氮的降幅为24.32%～25.91%，磷的降幅为18.81%～19.23%；有机肥代替部分化肥并用稻草覆盖处理对茶叶增产具有显著作用。

富营养化；径流污染；有机无机肥配施；中南丘陵茶园

随着现代农业的发展和集约化生产水平的提高，人们使用各种化肥或化肥配施有机肥以及调节种植方式以求获得高产量的农产品，这些施肥措施会对土壤氮磷径流流失产生影响[1]。我国大部分茶园分布在以红壤丘陵为主的坡地，种植过程中氮、磷营养随地表径流流失现象较为突出，加大了坡地茶园下游水体富营养化风险[2]。中南丘陵地区茶园是中国茶叶主产区之一，其土壤以含氮量低、有机质少的红壤为主，如何合理施肥，有效改善土壤养分状况，实现丘陵区茶叶安全高效生产和可持续发展，以及防控茶园氮磷径流流失导致环境污染成为普遍关注的问题[3-5]。因此，系统研究坡地茶园地表径流氮磷流失机理，并有针对性地提出有效的控制措施，对削减茶园氮磷营养流失负荷，减少对水体环境的污染，具有重要的理论和现实意义[6-10]。

在全面调查中南丘陵茶园土壤肥力水平和当地施肥水平与产量水平的基础上，根据平衡施肥原理[11]，确定基肥用量和品种，采用肥料深施、秸秆还田等技术，通过田间小区试验，研究不同管理方式对中南丘陵茶园氮磷径流流失的差异以及茶叶产量等方面的影响，以期为中南丘陵茶园氮磷径流流失防控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

供试地点位于湖南省长沙县百里茶廊的湘丰茶厂茶园，中亚热带北缘季风气候，土壤为花岗岩母质发育的红壤，年平均气温16.5～20.5℃。1月平均气温11.9℃，极端最低气温-5.2℃，7月平均气温27.9℃，极端最高气温39.l℃，≥10℃年有效积温6539℃，年均降雨量1389mm，4～6月降雨占全年降雨总量的76%。

试验茶树品种为“福云早毫”，供试秸秆为当地晚稻稻草，2013年10月覆盖，覆盖量为1 000 kg/667m2。

供试肥料：尿素（含氮46.0%），过磷酸钙（含P2O512.0%），硫酸钾（含K2O 44.8%），日日春有机质肥（含有机质47.0%、N 2.0%、P2O51.0%、K2O 1.0%）。

供试土壤为花岗岩母质发育的红壤，基本理化性状：土壤pH值4.38；全N 1.86 g/kg；全P 0.19g/kg；全K 19.73mg/kg；速效K 145.21mg/kg；速效P 26.40 mg/kg；碱解N 124.02mg/kg；有机质24.00 g/kg。

1.2 试验方案

试验于2013年在湖南农业大学长沙县金湘园茶叶基地进行，采用田间小区试验，共设5个处理：T1，表示农民习惯施肥（CK）；T2，有机肥代替10%化学N肥；T3，有机肥代替10%化学N肥，并用稻草覆盖；T4，有机肥代替10%化学P肥；T5，有机肥代替10%化学P肥，并用稻草覆盖。

施肥量为N 41.37 kg/hm2、P2O52.75 kg/hm2、K2O 255.23 kg/hm2，施用有机肥（饼肥）部分根据其氮、磷、钾含量相应地减少化肥用量，保证每个处理施用的氮、磷、钾用量一致。各处理具体肥料用量见表1。

肥料分3次施用，即：氮肥总量的40%作为基肥施用、30%作为第一次追肥、30%作为第二次追肥；有机肥、磷肥和钾肥全部作为基肥施入。基肥于2013年12月中旬施入，第一次追肥于4月初施入，第二次追肥于夏茶采摘后施入。

小区随机排列，小区茶园面积32m2，每个小区两个茶行。基肥是茶行中间开沟20 cm施入，追肥也要施5～10 cm深（切忌撒施），施后立即盖土。小区除了施肥量不同外，其他管理条件都与大田生产一样，进行常规化管理。

1.3 取样方法

在茶园放置可收集径流的容器（体积为1m）3，每个小区用不锈钢档板围住，产生的径流由于地势的高差顺着PVC管流入容器，容器自带阀门。在降雨产生径流后，根据测量计算径流水量，采集径流水样。试验小区为长方形，面积约30m（27.5m×4m）。各处理重复3次，随机区组排列。

每次降雨结束并产生径流液后，用刻度尺测量各个径流池内水深度，并计算径流水体积；每个径流池用干净塑料瓶取充分混匀的水样500m L，立即带回实验室分析。取样结束后，打开径流池阀门，将径流池内的径流水排干并清洗干净，盖好盖板，以备下次降雨用。

1.4 测定与数据分析方法

水样中的总氮（TN），溶解态总氮（DN）用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度计法测定；铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）使用流动分析仪测定；总磷（total phosphorus,TP）：取部分径流液用过硫酸钾消解-钼锑抗比色法测定；可溶性总磷（totaldissolved phosphorus, TDP）：取部分径流液过0.45μm滤膜，收集滤液用过硫酸钾消解-钼锑抗比色法测定。

磷径流量=径流液体积×径流液中磷浓度；氮径流量=径流液体积×径流液中氮浓度。

所有试验数据采用M icrosoft Excel 2003进行整理和作图，不同处理间差异采取DPSv7.05版软件进行单因素方差分析，LSD法进行显著性检验（P＜0.05），所有结果数据均以平均值的形式表达。

2 结果与分析

2.1 不同管理方式下茶园地表径流总量

我国气象部门规定的降雨强度标准：按12 h计，小雨≤5.0mm，中雨5.0～14.9mm，大雨15.0～29.9 mm，暴雨≥30.0mm。一般情况下旱地在小雨和中雨下很难产流，试验中由于长期干旱无降雨或天气炎热，土壤含水率低，还有2次虽然降雨量超过15.0 mm，也没有观测到产生径流或产生径流下地很少。通过比较不同管理方式下茶园地表径流系数，可以得知哪种处理能够有效控制地表径流流失。

由图1可知，各小区地表径流总量T1～T5依次分别为 1 311.86、1 278.88、853.91、1259.74和 856.36 m3/hm2，稻草覆盖的2个处理T3和T5较低，未覆盖稻草的3个处理T1、T2和T4较高，差异显著；而稻草覆盖的两个处理T3和T5之间以及未覆盖稻草的3个处理T1、T2和T4差异不显著。说明添加稻草覆盖降低径流损失的效果好，而有机肥配施对地表径流量无显著影响。其原因可能是在覆盖条件下，地面免受雨滴直接打击，调节了地表径流，增加了土壤入渗时间，削减了径流动能，加强渗透性和抗冲性，从而减少了径流量。

图1 不同处理地表径流总量比较（3～10月份）（注：图中不同小/大写字母表示差异达显著/极显著水平）

由图2可知，各个时期地表径流量测定值的处理间的差异与径流总量的变化一致，稻草覆盖的2个处理（T3和T5）较低，未覆盖稻草的3个处理（T1、T2、和T4）较高。所测定的10个不同时期径流量中，5月21日的径流量最高，其次是4月29日、5月12日和6月8日，这是降雨量的差异所导致。

图2 不同处理对不同时期地表径流量的影响

2.2 不同管理方式下茶园径流损失氮、磷养分的差异

2.2.1 不同管理方式对茶园径流损失的氮素养分的影响

由表2可知，茶园径流损失的总氮变化与径流总量有类似的变化。稻草覆盖的2个处理T3和T5较低，分别为11.20和10.97 kg/hm2，未覆盖稻草的3个处理T1、T2和T4较高，分别为14.80、14.23和14.23 kg/hm2，差异显著；而稻草覆盖的2个处理间、未覆盖稻草的3个处理间差异未达显著水平。方差分析表明，有机肥代替10%化学N肥并用稻草覆盖处理（T3）和有机肥代替10%化学P肥并用稻草覆盖处理（T5）与农民常规施肥（T1）处理之间径流总氮（TN）含量差异极显著，T3和T5处理之间以及T1、T2和T4处理之间差异不显著。可溶性氮、NH4+-N、NO3--N的处理间差异与总氮的变化一致，稻草覆盖的2个处理T3和T5较低，未覆盖稻草的3个处理T1、T2和T4较高，差异明显；而稻草覆盖的2个处理T3和T5之间以及未覆盖稻草的3个处理T1、T2和T4差异不明显。方差分析表明，可溶性氮T1、T2和T4与T5之间达到极显著差异，T1、T2和T4与T3之间达到显著差异；氨态氮T1、T2与T3之间有显著差异；硝态氮T1、T4与T3、T5之间差异显著。

由表2可知，每个处理NH4+-N、NO3--N的加和占总氮的比例为60.09%～66.27%，说明NH4+-N、NO3--N是氮素径流流失的主要形式。有机肥代替化学能够减少肥料中速效氮的含量，本试验中有机肥代替10%化学N肥（T2）处理的总氮流失量略低于农民习惯施肥（T1）处理，且有机氮能够改善土壤中氮素养分的形态，因此降低土壤速效氮含量是减少农田地表径流氮养分流失的有效途径。

与当地农民习惯施肥相比，有机肥代替10%化学N肥或10%化学P肥并用稻草覆盖能有效地降低地表径流氮素养分，其中氮的降幅为24.32%、25.91%。可能是稻草覆盖作为隔离层避免了雨滴对土壤表层的直接撞击溅蚀作用，否则，雨强较大时，裸露地表易形成土膜抑制水分下渗，使得土壤未达到饱和情况下就产流输出。相同雨强下，地表覆盖能明显减缓径流的输出过程，这种现象同作物改变土壤表面汇流机制有关。

表2 不同管理方式下中南丘陵茶园地表径流总量中氮素养分差异比较 （kg/667m2）

由图3可知，在试验测定的时段内，不同时期地表径流损失总氮呈缓和递减趋势，而稻草覆盖的2个处理较未覆盖处理总氮流失趋势缓和，流失量也相对较少，其原因可能是稻草覆盖具有减少地表径流流失量和保肥作用有关，从而有效的控制了氮肥的径流损失流失，使得氮肥的肥效更持久。2.2.2 不同管理方式对茶园径流损失的磷素养分的影响

图3 不同处理各次取样地表径流总氮流失趋势（3～10月份）

茶园径流损失的总磷（TP）变化如表3所示，稻草覆盖的2个处理T3和T5较低，显著低于未覆盖稻草的3个处理；而稻草覆盖的2个处理T3和T5之间以及未覆盖稻草的3个处理T1、T2和T4差异不显著。可溶性磷的处理间差异与总磷的变化一致，颗粒态磷处理间差异均不显著。

与农民习惯施肥相比，稻草覆盖延长了产流时间，增大了入渗量，而覆盖使得水分平稳下渗，空隙饱和后才有径流流动。降雨产生两种径流模式：表面径流和土壤内部径流。在径流早期，有覆盖的土壤表面径流中TP浓度较高，裸露土壤则相对较低，可能是由于降雨初期雨强不大，裸露土壤受雨滴打溅蚀作用不强，使得径流初期颗粒磷含量不高。随着降雨进行，雨强增大，径流颗粒磷态磷含量增高。

表3 不同管理方式下中南丘陵茶园地表径流总量中磷素养分差异比较 （kg/667m2）

由图4可知，5个处理的地表径流总磷流失受降雨强度的影响均呈波动递减趋势。稻草覆盖的处理T3和T5较未覆盖处理T1、T2和T4总磷流失趋势缓和，总磷流失量也相对较少，其原因可能与稻草覆盖减少地表径流有关，从而有效控制了磷肥的流失量，使得磷肥对茶园的影响时间更持久。T1、T2和T4这3个处理均未覆盖稻草，但T2和T4的地表径流总磷流失量低于T1，即T2和T4比T1减缓总磷流失的效果要好。说明有机肥配施对减少磷素营养流失具有良好的作用，磷的降幅为18.81%～19.23%

图4 不同处理各次取样地表径流总磷流失趋势（3～10月）

2.3 不同管理方式下中南丘陵茶园春茶茶叶产量比较

不同管理方式下，T3和T5的产量较高，分别为1 700.7和1 706.0 kg/hm2，其次是T2和T4，分别为1 664.3和1 669.7 kg/hm2，对照处理最低，为1 651.7 kg/hm2。方差分析表明，T3和T5极显著高于其他3个处理，增产幅度为2.66%～3.62%。这可能是因为有机肥代替10%化学N肥或10%化学P肥并用稻草覆盖有效地减少了地表径流总量以及土壤中氮、磷养分径流流失，有效补充了土壤中水分和氮、磷养分。且由于稻草覆盖的作用，稻草下面的土壤温度相对升高，有利于土壤微生物和增强酶的活性，加速土壤中营养物质和稻草自身的物质转化，增加速效氮、磷、钾等养分，从而增肥保肥和促进养分释放。

3 小结与讨论

近年来，有关农业面源污染防控技术研究已越来越受到国内外重视，但防控技术主要集中在减量施肥、生态沟阻控、湿地消纳等方面[12-14]，但在不同管理方式下，研究茶园氮磷径流流失的差异以及对土壤质量、土壤肥力、茶树生长与茶叶品质、环境效应等方面的影响的研究却少有报道。目前国内面源污染方面的研究主要针对太湖、滇池等重污染区，而对中南丘陵地区的面源污染研究较少。本研究结果如下：

（1）相同降雨条件下，中南丘陵茶园在当地常规管理下径流流失量较大，但稻草覆盖处理能有效减少径流流失，降低幅度达到34.70%～34.94%。

（2）相同降雨条件下，稻草覆盖对降低地表径流中的氮磷浓度有显著作用，氮的降幅为24.32%～25.91%，降雨中氮损失以无机氮为主，尤其以NO3--N、NH4+-N为主；磷的降幅为18.81%～19.23%。

（3）有机肥代替化学氮10%并用稻草覆盖和有机肥代替化学磷10%并用稻草覆盖对于茶叶增产具有显著作用，增产幅度为2.66%～3.62%。

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（责任编辑：卢红玲）

Combining Application of O rganic and Inorganic Fertilizer and Straw Mulching on Nitrogen and Phosphorus Runoff Losses in South-Central hilly Tea Garden

TUO Hai-bo，LIU Qiang，PENG Jian-wei，GONG Rong，HUANGWei
（College of Resources and Environment,Hunan Key Laboratory of Farmland Pollution Control and Agricultural Resources Use,Hunan Key Laboratory of Plant Nutrition in Common University,National Engineering Laboratory on Soil and Fertilizer Resources Efficient Utilization, Hunan Agricultural University,Changsha 410128,PRC）

In order to improve soil nutrient status,prevent and control nitrogen and phosphorus runoff losses effectively in south-central hilly tea garden,the field plot testwas carried out by using organic fertilizer instead of part of the chemical fertilizer and straw cover treatment to study the effecton farm land nitrogen and phosphorus pollution reduction in water and the runoff nutrient loss caused by heavy rain was investigated.The results showed that under the condition of same rainfall,the runoff loss in conventional fertilize treatment of farmers was themost serious,and the straw mulching treatment effectively reduced the runoff loss and concentration of nitrogen and phosphorus in the surface runoff.The nitrogen concentration in runoff decreased by 24.32%～25.91%,and the phosphorus concentration decreased by 18.81%～19.23%.Meanwhile,the organicmanure replacing parts of the chem ical fertilizerand straw mulching treatment in tea increased tea yield significantly.

eutrophication;runoff pollution;application of organic and inorganic fertilizer;south-centralhilly teagarden

S157

A

1006-060X（2015）01-0056-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.01.020

2014-11-19

南方丘陵山地农区农业面源防控技术集成与示范（2012B A D15B04）；湖南省科技厅重点项目（2013N K2002）；湖南省科技计划项目（2013N K3046）；湖南省高校创新平台开放基金项目（12K065）；湖南省研究生科研创新项目（C X2012B289）

庹海波（1992-），男，湖南澧县人，硕士研究生，研究方向为植物营养生理与生态。

彭建伟