昆山市稻田氮素污染风险分析

朱培淼 张俊韬 李 杰

（昆山市耕地质量与植物保护站，江苏省苏州市 215300）

水环境污染是由点源和面源两种不同类型的污染源排放引起的[1]。有研究表明，湖泊、河流富营养化的养分分别有50%和60%来源于农业地表径流水[2]，这是因为我国农药化肥的平均利用率仅为30%～35%，而剩余的农药化肥约有一半通过地表径流流入江河湖海[3]。农业面源污染又被称作农业非点源污染或农业扩散性污染，具有随机性、潜在性、季节性、滞后性和面广量大等特点，其控制难度大、涉及面广、投入多、见效慢[4]。

相关研究与实践表明，控制农业面源污染，污染监测与预警体系建设是关键，污染负荷评估与污染源解析是基础，污染治理技术与工程实施是根本。而江苏省昆山市在农业面源污染监测体系、负荷估算与源解析、精准减控技术与工程等方面，均有较大的提升空间。因此，笔者拟通过建设典型的稻麦农田面源污染监测体系，估算面源污染输移过程关键节点污染负荷总量，解析农业面源污染发生源与风险时空点，评估稻麦生产对周边水环境富营养化的作用，对昆山市稻田氮素污染风险进行分析，以期推进适合昆山市的农业面源污染管控技术与工程体系的形成，进而有效控制昆山市农业面源污染。

1 材料与方法

1.1 昆山市区域概况

昆山市地处江苏省东南部，北至东北与常熟市、太仓市相连，南至东南与上海市嘉定区、青浦区接壤，西与苏州市相城区、吴江区、苏州工业园区交界；区域总面积为931 km2，其中水域面积占比为24%。

昆山市位于北亚热带季风气候区，年均气温为17.6 ℃，年均降水量为1 200.4 mm，年均日照时间为1 789.2 h，空气质量优良，每年有300 d以上空气质量达到国家二级标准。

1.2 监测方法

1.2.1 监测对象

以昆山市主体种植模式——稻麦复种轮作的农田为监测对象。

1.2.2 监测位置

监测点位于千灯大唐生态园，监测面积为3.33 hm2，灌排独立，农田、沟渠、汇水区、外河的排水路径清晰、不串水，排水沟渠的一端封闭。

1.2.3 取样点位

分别采集灌溉水、田面水、沟渠水、内河（汇水区）水、外河水的水样。

1.2.4 取样时间

（1）在每次施肥作业后第2天、第5天和第8天采集水样；（2）在每次下大雨后采集水样；（3）每隔15 d采集1次水样，若与下雨天或施肥时间重合，则并做1次取样。

1.2.5 取样方法

具体为：（1）灌溉水样。在灌溉沟渠或灌溉水源地，选3～5个点取水样，混合之后，装800 mL水样于1 000 mL的塑料瓶。（2）田面水样或旱地径流水样。在生产区域内，挖面积为0.11 m2、深为30 cm的小坑，内置塑料薄膜防止渗漏损失，产生径流会自动蓄水，每个测定区域设3个小坑，将3个蓄水小坑里的水取样后，混合均匀，装800 mL水样于1 000 mL的塑料瓶。（3）排水沟渠、内河水样。使用水样采集器选3点采样，混合均匀后，装800 mL水样于1 000 mL的塑料瓶。（4）外河水样。使用水样采集器选3点采样，并混合均匀后，装800 mL水样于1 000 mL的塑料瓶。

1.2.6 水样保存

取样后贴好标签，每个取样日期为1个批次，包装好后，在包装袋上注明日期，贮存于-18℃的冰柜中。同时，要及时送检水样，样品从取样到检测的间隔时间不超过4周。

1.2.7 测定方法

按照《GB 3838-2002 地表水环境质量标准》规定的方法进行水样测定[5]。

1.3 监测区域施肥情况

根据需求，记录施肥的时间、品种、数量，并计算出氮、磷、钾的折纯量，见表1。

表1 大唐生态园农业面源污染监测点和施肥情况 （单位：kg/hm2）

2 结果与分析

2.1 水稻生长季水质变化情况

2.1.1 氨氮含量变化情况

由图1可知，稻田施肥对内河水、外河水的氨氮含量具有一定的影响。其中，施用两次分蘖肥及长粗肥后，内河水、外河水的氨氮含量均有所增加，且在施用第2次分蘖肥后，7月4日灌溉水的氨氮含量达到了11 mg/L，远超内河水和外河水的氨氮含量；施用基肥和穗肥对内河水和外河水的氨氮含量影响不大。因此，按照地表水水质标准，6月中下旬到7月中旬为关键风险防控点。

2.1.2 总氮含量变化情况

由图2可知，稻田施肥对内河水、外河水的总氮含量具有一定的影响，且对内河水水质的影响要大于对外河水水质的影响，但自8月5日施用穗肥后，内河水、外河水的总氮含量一直处于平稳状态。因此，按照地表水水质标准，6月中下旬到7月中旬为关键风险防控点。

2.2 施肥后水质变化情况

2.2.1 施用基肥后水质变化情况

由图3可知，施用基肥后第2天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为7.13、8.32 mg/L，施用基肥后第8天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为0.74、1.04 mg/L，分别下降89.7%、87.5%；而内河水、外河水的氨氮含量分别从0.27、0.25 mg/L上升到1.02、0.855 mg/L，分别上升277.8%、242.0%，但内河水和外河水的水质分别为IV类和III类水质。

由图3还可知，施用基肥后第2天，田面水、沟渠水的总氮含量分别在8.4、11.4 mg/L，施用基肥后第8天，田面水、沟渠水的总氮含量分别为5.8、3.7 mg/L，分别下降31.0%、67.5%；而内河水和外河水的总氮含量分别从2.5、1.7 mg/L上升到3.0、2.4 mg/L，分别上升20.0%、41.2%，上升幅度不大，但内河水和外河水的水质均为劣V类水质。

2.2.2 施用第1次分蘖肥后水质变化情况

由图4可知，施用第1次分蘖肥后第2天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为34.7、24.6 mg/L，施用第1次分蘖肥后第8天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为3.92、6.47 mg/L，分别下降88.7%、73.7%；而内河水、外河水的氨氮含量分别从0.36、0.26 mg/L上升到2.91、0.27 mg/L，上升幅度分别为708.3%、3.8%，且内河水水质为劣V类水质，较施肥后第2天上升幅度较大，而外河水水质为II类水质，与施肥后第2天相差无几。

由图4可知，施用第1次分蘖肥后第2天，田面水、沟渠水的总氮含量均较高，分别为59.9、53.7 mg/L，施用第1次分蘖肥后第8天，田面水、沟渠水的总氮含量分别为7.1、9.0 mg/L，分别下降88.1%、83.2%；而内河水、外河水的总氮含量分别从2.2、1.4 mg/L上升到6.0、1.8 mg/L，上升幅度分别为172.0%、28.6%，内河水水质为劣V类水质，外河水水质为V类水质。

2.2.3 施用第2次分蘖肥后水质变化情况

由图5可知，施用第2次分蘖肥后第2天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为55.6、14.1 mg/L，施用第2次分蘖肥后第8天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为5.39、6.84 mg/L，分别下降90.3%、51.5%；而内河水、外河水的氨氮含量分别从1.39、0.25 mg/L上升到4.2、0.7 mg/L，上升幅度分别为202.2%、180.0%，内河水水质为劣V类水质，较施肥后第2天增幅较大，而外河水水质为III类水质。

由图5可知，施用第2次分蘖肥后第2天，田面水、沟渠水的总氮含量较高，分别为57.5、38.6 mg/L，施用第2次分蘖肥后第8天，田面水、沟渠水的总氮含量分别为7.2、8.7 mg/L，分别下降87.5%、77.5%；而内河水、外河水的总氮含量分别从3.4、1.3 mg/L上升到6.3、2.1 mg/L，上升幅度分别为85.3%、61.5%，内河水和外河水水质均为劣V类水质。

2.2.4 施用长粗肥后水质变化情况

由图6可知，施用长粗肥后第2天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为17.3、13.2 mg/L，施用长粗肥后第8天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为3.7、3.8 mg/L，分别下降78.6%、71.2%；而内河水、外河水的氨氮含量分别从1.39、0.25 mg/L上升到3.5、0.5 mg/L，上升幅度分别为151.8%、100.0%，内河水水质为劣V类水质，较施肥后第2天增幅较大，而外河水水质为II类水质。

由图6可知，施用长粗肥后第2天，田面水、沟渠水的总氮含量较高，分别为17.8、13.8 mg/L，施用长粗肥后第8天，田面水、沟渠水的总氮含量分别为4.2 、4.3 mg/L，分别下降76.4%、68.8%；而内河水、外河水的总氮含量分别从3.4、1.3 mg/L上升到5.3、1.8 mg/L，上升幅度分别为55.9%、38.5%，内河水水质为劣V类水质，外河水水质为V类水质。

2.2.5 施用穗肥后水质变化情况

由图7可知，施用穗肥后第2天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为18.3、1.81 mg/L，施用穗肥后第8天，田面水、沟渠水的氨氮含量分别为1.4、1.5 mg/L，分别下降92.3%、17.1%；而内河水、外河水的氨氮含量分别从0.15、0.16 mg/L上升到0.88、0.37 mg/L，上升幅度分别为486.7%、131.3%，内河水水质为劣III类水质，外河水水质为II类水质。

由图7可知，施用穗肥后第2天，田面水、沟渠水的总氮含量较高，分别为27.8、5.7 mg/L，施用穗肥后第8天，田面水、沟渠水的总氮含量分别为1.9、1.4 mg/L，分别下降93.2%、75.4%；内河水的总氮含量从0.9 mg/L上升到2.0 mg/L然后又下降到0.8 mg/L，外河水的总氮含量则从1.0 mg/L上升到1.5 mg/L，内河水水质为III类水质，外河水水质为IV类水质。

3 小结与讨论

3.1 施肥后水质氮素变化情况

本研究结果表明，在施用基肥和追肥后第2天，田面水和沟渠水的氨氮、总氮含量均处于较高水平，但随着时间推移，氨氮含量和总氮含量逐渐下降，并在施肥后第8天处于较低水平，比施肥后第2天，田面水、沟渠水氨氮含量分别下降87.9%、60.2%，内河水、外河水氨氮含量分别上升365.3%、131.4%，田面水、沟渠水总氮含量分别下降75.2%、74.5%，内河水、外河水总氮含量分别上升64.6%、43.9%。由此可知，施肥后的第2天至第8天是控制稻田氮素径流流失的关键时期，此时间段内应尽量避免田间排水，这与金洁等[6]的研究结论基本一致。

3.2 总结与建议

从研究结果看，在水稻生长期间，首先要严格控制施肥后的田面水径流，施肥期间应尽量避免田面水受降雨冲洗，施肥后的第2天至第8天是控制农业面源污染的最佳时期；其次，烤田前期应尽量减少灌溉，降低田面水量，减少主动排水流失量。除此之外，应采取必要的技术措施减少农业面源污染，杨林章等[7]认为，农业面源污染具有排放路径的随机性、排放区域的广泛性和排放量大面广等特点，其治理要取得实效，必须实施基于“源头减量（Reduce）、过程阻断（Retain）、养分再利用（Reuse）和生态修复（Restore）”这一完整的技术体系链。笔者认为“源头减量”是关键，做好“源头减量”工作，可减少或者不采用后续的工程技术措施。

近年来，“源头减量”的新技术、新装备、新产品不断更新。例如，机插秧同步侧深施用控释肥技术。怀燕等[8]研究结果表明，采用侧深施用控释肥技术可在比常规施肥减少20%氮肥用量的条件下，早稻和晚稻产量差异不显著，但氮肥的表观利用率显著提高；刘爱云等[9]的研究结果也印证了使用水稻插秧同步侧深施用控释肥技术可减少氮肥用量，提高氮肥利用率，减少施肥次数。同样，开展有机肥替代化肥行动也可从源头上减少化肥使用量，降低农业生产对环境的影响。马凡凡等[10]研究结果表明，50%猪粪有机肥替代化肥处理可在兼顾水稻高产稳产的同时，能有效降低水稻生长季农田氮素径流流失量和流失率，且能维持较低水平的磷素径流流失量和流失率。