木芙蓉园地径流水中氮磷流失状况监测研究

丁鹏，叶勇标，潘滔，洪庆红*

(1.兰溪市农村能源指导中心，浙江 兰溪 321100； 2.金华职业技术学院 制药学院，浙江 金华 321017)

木芙蓉作为锦葵科木槿属落叶灌木或小乔木，具有药用、绿化、观赏、食用、环保等价值，在我国广为种植[1]。浙中地区的降水等方面的自然条件较符合木芙蓉的生长需求[2]，其种植成为不少农村的特色产业。为获得好收成，施肥必不可少，同时也产生了农业面源污染，由此引起水体富营养化等环境问题[3]。为了更好地指导种植木芙蓉农户进行合理施肥，并更好地控制农业面源污染对地表水的污染程度，对木芙蓉旱地因施肥方案不同在自然降雨影响下造成地表径流中氮磷的流失规律进行初步研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在浙江省兰溪市水亭乡水亭村进行，供试土壤为紫色土，质地属于重黏土。土壤耕作层(0～20 cm)与心土层(20～40 cm)的基本性质为：耕作层中含有机质、全氮分别为9.87、0.962 g·kg-1，硝酸盐、氨氮、有效磷、速效钾、缓效钾分别为113.11、5.03、4.16、118、329 mg·kg-1；心土层中含有机质、全氮分别为6.76、0.506 g·kg-1，硝酸盐、氨氮、有效磷、速效钾、缓效钾分别为60.36、2.25、1.53、93、293 mg·kg-1。

1.2 处理设计

有12个旱地小区，每小区33 m2(长6.6 m，宽5 m)，各小区间用水泥田埂隔开(防渗防漏)。每小区一侧分别修筑设有PVC排水口和径流池，遇降雨产生径流时，各小区排水口将径流汇集到径流池。径流池内壁长2.25 m，宽1.20 m，内侧深1 m，径流池上方用PC阳光板盖住以防雨，池底安装排水阀，每次取完径流水后将水用泵排出并洗净池子。

本试验参考当地农事操作习惯，设4个施肥处理方案，即不施肥处理(CK)、复合肥(CT)、优化复合肥(BS)、有机肥与复合肥(NSPC-BS)。其中，CT为施用复合肥(16-16-16)(湖北澳特尔化工有限公司)，折算成年施用量，N、P2O5、K2O均为72 kg·hm-2；BS为施用优化复合肥(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分别为72、30、42 kg·hm-2；NSPC-BS是在方案BS的基础上，再增加商品有机肥(浙江金华九峰牧场)，折算成年施用量，有机肥N、P2O5、K2O施用量分别为56.25、75.00、56.25 kg·hm-2。肥料施用量折算成年施用量，N、P2O5、K2O施用量合计为128.25、105.00、98.25 kg·hm-2。重复3次。

1.3 雨水和径流池水样采集

用雨量计测量降雨量，并测量各径流池内水深。用洁净塑料瓶采集雨水样和径流池水样，并及时进行氮磷指标检测。

1.4 田间管理

4月9日，每小区栽种木芙蓉幼苗24棵，为防止木芙蓉被水淹没，农户对各小区作3条垄(垄高为15 cm、垄宽为150 cm)；5月23日，对各小区分别按1.2试验设计进行3种施肥方案处理，施肥方式为在每行木芙蓉的两侧划两道浅沟，施肥后以薄土覆盖。

1.5 测试方法

2 结果与分析

2.1 木芙蓉小区降雨产生径流状况

经现场监测发现，当日降雨量在20 mm及以下时，各试验小区泥土仅被土壤湿润或饱和，不产生径流；当日降雨量超过30 mm及以上时，紫色土的旱地受雨水的冲刷，有明显径流，且伴有紫色土小颗粒一起汇集到径流池中。表1显示，5月23日施肥，从5月24日至7月24日共下雨11场，受梅雨季节延期影响，各小区总降雨量高达782 mm，每小区平均产生径流量达19 475 L。

表1 不同降雨期的雨量径流量及氮磷浓度

2.2 降雨中氮磷浓度分析

从表1可知，雨水中总氮浓度(TN)为0.38～1.81 mg·kg-1，总磷浓度(TP)为0.000 4～0.056 0 mg·kg-1，由雨量和小区面积折算出各试验小区因降雨带入的氮累积量有2 620 3 mg，磷累积量有342 mg，折算该季当地降雨带入各小区的氮磷负荷分别为7.94和0.10 kg·hm-2。

2.3 径流中氮素流失分析

2.3.1 施肥后径流中TN浓度的变化

从图1可知，施肥后第一次降雨是在施肥后第5天，这时径流中TN出现一个显著高峰，NSPC-BS中的TN最高，达到35.37 mg·kg-1，是CK的5.8倍。此后，3种施肥方案径流中TN逐渐降低，但到第15天时，仍有6.29～9.14 mg·kg-1。参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》，Ⅴ类水的标准为2.0 mg·L-1，说明此阶段主要的污染因子是TN。到第30天时，各施肥方案的TN仍有1.4～1.8 mg·kg-1，高于地表水Ⅲ类水标准(1.0 mg·kg-1)。到第47天以后，BS、NSPC-BS的TN开始低于1.0 mg·kg-1，而CT的TN浓度要到第57天以后才开始降至1.0 mg·kg-1以下，表明肥料有效成分流失不仅与径流中相关物质的浓度有关，还跟径流水总量有关，而径流水总量主要取决于降雨量，也与降雨强度、持续时间有关[4]。

图1 施肥后径流中TN浓度的变化

2.3.2 施肥后径流中TN量的变化

从图2可以看出，施肥后第5天的径流中TN浓度较高，但由于产生的径流量较小，所以流失氮量不高。施肥后第8天，雨量为83 mm，径流量为2 241 L，此时径流量大，TN浓度也最高，流失的氮最多。

图2 施肥后径流中TN量的变化

5月27日至6月6日(施肥后第15天)间下了五场雨，总降雨量为330 mm，平均每小区产生的径流量为7 579 L，降水总量约为试验期总降水量的42%，产生的径流量约为生长期总径流量的40%，而这期间径流中的TN量占生长期径流水TN量的比例非常高。

由表2可知，3种施肥方案中，施肥后15日内流失的TN量即占到施肥与降雨补充氮量的28%～51%，不仅造成肥料有效成分的损失，而且对水环境也造成很大污染。要想减少这一负面作用，可能需要其他的施肥处理方式，如加大施肥深度、使用缓控释肥等。

表2 径流中流失TN的量

不施肥时(CK)，降雨导致的径流所带走的氮要比其带来的氮更多，造成土壤中氮含量降低。相比CT而言，BS施肥后径流中TN的浓度较高，流失较快。这应该与2种肥料的成分不同有关，BS中氮肥的溶解性更高，降雨后更易流失。

方案NSPC-BS同样在早期即有大量氮流失，但与BS相比，其氮流失量有所下降，流失TN量占补充氮的比例远小于BS与CT 2种方案，表明有机肥配施化肥能显著降低土壤氮素径流损失，这与其他研究在旱地或菜地上的结论一致[5-8]。商品有机肥经过高温腐熟发酵处理后，对其进行无害化处理，降解了其中大量的有害物质，可向土壤中补充有机氮、有机磷，并改变微生物丰度[9-11]。

2.3.3 径流中DN占TN的比例变化

由表3可知，3种施肥方案产生的初期径流中DN占TN的比例达87%～93%，明显高于CK，之后降雨径流中DN的比例逐渐下降，但2个月后仍有70%左右，表明在3种施肥处理情况下，氮素均以水溶性养分流失为主。

表3 径流中DN与TN的比例变化

图3 径流中的浓度和量随施肥天数的变化

表4 不同施肥措施径流中累积流失的和量

2.4 径流水中磷流失状况

2.4.1 各施肥方案径流中TP流失状况

图4 径流中TP的浓度和量随施肥天数的变化

2.4.2 各施肥方案径流中DP与TP的比例变化

表5给出施肥后63天内不同施肥方案径流中DP与TP的关系。直到施肥后第30天，CT排出的径流中TP浓度仍有0.104 mg·kg-1，而DP浓度为0.024 mg·kg-1，此时水中的磷主要由颗粒性磷贡献；其他几种处理方案(CK、BS、NSPC-BS)在施肥初期，后3种方案径流水中可溶性磷的比例较高，而随着时间的推移，可溶性总磷损失多，颗粒磷的比例总体上有增加的趋势。

表5 径流中DP与TP的比例变化

2.4.3 径流中总磷量对地表水的贡献状况

由表6可知，径流中带出的TP量不多，<1 kg·hm-2。从试验土壤的基础理化性质来看，其本身含磷量较低，再加上植物对磷的吸收，磷容易被土壤固定，使得磷的流失较少，这与类似条件下的有关研究相符[12-14]，也有研究者给出更高一些的总磷流失量[15]，显然这是由于气候、土壤、耕作方式等诸多因素的不同而引起的[10]；尽管磷的流失量不多，但仍大于降雨带来的磷的补充量，不施肥的话，土壤中的含磷量会逐渐减少；混合施用有机肥时，磷的流失比例减少。

表6 径流中流失TP量情况

3 小结