减量施肥对汤浦水库香榧地氮磷流失负荷的削减效果

李华，陈晓冬，林义成，郑丹萍，蒋家陆，郭彬，傅庆林*

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；2.绍兴市汤浦水库有限公司，浙江 绍兴 312364)

汤浦水库作为虞绍平原最主要的饮用水源地，其水质情况直接关乎绍兴市及宁波慈溪市人民的生活用水安全。建库以来，在严格的水源保护工作下，汤浦水库水质总体良好。但随着农业规模化和经济的不断发展，水库断面总氮(TN)和总磷(TP)浓度呈缓慢而平稳的升高趋势。2002年2月至2005年9月每月的水体水质监测结果显示，水库总氮浓度在0.61～2.64 mg·L-1，总磷浓度在0.01～0.05 mg·L-1[1]，2012—2013年，地表水总氮平均浓度为0.64 mg·L-1，总磷平均浓度为0.18 mg·L-1[2]。水库中TN/TP 较大，使总磷成为限制因子，库内总磷含量较低，也一定程度限制了藻类的生长。汤浦水库TN主要来源是农业污染、生活污染，TP 主要来源于畜禽污染、生活污染和农业污染[1]。随着规模化养殖量的削减和生活污水的集中式处理，农田土壤养分流失成为了影响汤浦水库地表水质的最主要因素。

农业面源污染在空间上和土地利用类型上都有一定的规律。土地利用作为影响流域水文过程和水质状况的重要因素，不仅会导致植被类型和景观格局发生改变，还会进一步影响地表水循环的过程，进而对水质产生一定的影响[3-4]。2015—2019年，耕地和园地的年均单位面积总氮输出量较大，耕地、建设用地占比与氮磷输出呈正相关[4]。与此同时，汤浦水库上游流域的土地利用方式也发生着较大的变化，广泛存在着开垦丘陵改种香榧、改水稻田为香榧苗圃这两种特有的土地利用方式。其中，坡地种植香榧这一土地利用方式存在过度使用化肥、不合理开垦山地问题，增加了水土流失以及氮、磷负荷随径流大量输入河道的风险。其中，南溪南部榆树支流、竹溪支流上游等香榧集中种植区是汤浦水库流域非点源氮污染的关键区域；占流域面积约 6%的香榧幼林可提供约 45%的入库总氮，是对入库总氮贡献最大的土地利用方式[5]。

除土地利用外，施肥作为香榧栽培和管理的主要措施之一，也是影响香榧地养分输出的重要因素。施肥大幅度提高了幼苗生长、叶片养分含量和果实产量等[6-8]，改变了土壤理化性质并影响着土壤养分的供应水平和发挥潜力[9-10]，但同时由于不科学的施肥管理方式，也导致大量的氮、磷通过地表径流的方式进入河道，目前关于香榧种植区施肥对氮磷影响的研究还很少，而该研究对于香榧合理施肥和种植对周边地表水的污染具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验地选择

为保障试验的一致性，本研究拟在汤浦水库上游地区选取坡度、地表植被等较为一致的区域，香榧林龄选取10～20 a成年林。通过实地勘察，选择了长蛇水库的一处坡地香榧种植区作为研究地点，地理坐标为：29°42′N，120°33′E。径流小区根据试验要求进行了建设与改造，每个小区长近23 m，宽近2.5 m，坡度约40°，投影面积约为50 m2，6个小区地表土壤均裸露，香榧种植密度均为6株·100 m-2。每组小区的边界用水泥板和PVC板围成，露出地面 20 cm，埋入地下30 cm，水泥板表面和板之间用防水涂料进行处理。另在径流小区旁设取样管道与取样器收集径流水样，并通过安装水表对径流量进行计量。

1.2 施肥设计

设常规施肥和减量施肥2个处理，重复3次，共计6个小区。监测期间共施肥两次，第一次施肥为2021年6月28日，常规施肥处理复合肥(N-P2O5-K2O质量分数为15-15-15)用量为400 kg·hm-2，折合N 60 kg·hm-2与P2O560 kg·hm-2，减量施肥处理复合肥(15-15-15)用量为333 kg·hm-2，折合N 50 kg·hm-2与P2O550 kg·hm-2，减量施肥16.7%。第二次施肥为2021年10月15日，均匀施入，常规施肥处理复合肥(15-15-15)用量为600 kg·hm-2，折合N 90 kg·ha-1与P2O590 kg·hm-2，减量施肥处理复合肥(15-15-15)用量为400 kg·hm-2，折合N 60 kg·hm-2与P2O560 kg·hm-2，减量33.3%(表1)。两次施肥，减量施肥处理共计减量26.7%，两处理施肥方式均为表面撒施。

表1 香榧种植区径流监测试验施肥设计

1.3 样品采集与测试

依据遇径流发生即采集水样的原则，通过双联深埋式采样器对每个小区的径流样品分别进行2次采集，通过水表记录径流量，同时记录降雨时间与降雨量等信息。采集后的水样放入冰桶冷链带回，2周内对总氮、总磷浓度进行测定；或先放入-20 ℃冰箱保存，之后冷链带回实验室，4周内对总氮、总磷浓度进行测定。其中，水样总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)[11]，全磷的测定采用钼酸铵分光光度法(GB/T 11893—1989)[12]。

2 结果与分析

2021年6月28日降雨径流采集之后，将复合肥施入香榧地，之后径流池共采集到7次径流样品，分别为7月5日、7月28日、8月12日、8月16日、9月15日、10月14日与10月21日。其中，降雨量最大发生在7月26日台风烟花登陆前后，7月24日—26日降雨量累计为264.5 mm，其次为8月16日的累计降雨量120 mm，台风灿都9月12日登陆前后(9月12日—13日)带来86.5 mm的降雨量(图1)。

图1 监测周期内降雨量

2.1 施肥减量对香榧种植区径流中氮磷浓度的影响

2.1.1 施肥减量对径流中总氮浓度的影响

2021年6月28日采集本监测周期内施肥前的第一次径流，常规施肥与减量施肥两个处理总氮浓度分别为1.41与1.38 mg·L-1，之后香榧地进行施肥。7月1日—7月4日持续小雨，由于距施肥时间的间隔较短，7月5日采集到的径流中总氮浓度较高，常规施肥处理中达到了6.4 mg·L-1，而减量施肥的处理TN浓度降低了33.9%，为4.2 mg·L-1(图2)，显著降低了径流流失风险。

图2 径流中总氮浓度变化

2021年10月15日为本监测周期内第2次施肥，10月21日发生径流，总氮浓度较高，常规施肥其浓度为9.28 mg·L-1，减量施肥处理为6.53 mg·L-1，施肥量的减少使径流中总氮浓度降低了29.6%。

该试验进行不同用量施肥设计后，单次采样减量施肥处理的径流液中TN浓度较常规施肥低12.3%～33.9%，平均降低了21.3%。

2.1.2 施肥减量对径流中总磷浓度的影响

本监测周期内第一次施肥后采集到的第一次径流样品(7月5日)中，常规与减量施肥两个处理中径流TP浓度分别为0.61与0.29 mg·L-1，减量施肥使其降低了52.5%；8月12日与10月14日的样品中，减量施肥处理中TP浓度也显著低于常规施肥处理。第二次施肥的第一次径流样品(10月21日)中，常规施肥处理径流中总磷浓度为0.98 mg·L-1，减量施肥处理中为0.62 mg·L-1，降低了36.6%(图3)。

图3 径流中总磷浓度变化

由于磷移动性相对较差，且香榧地坡度较大，径流流失中磷素以颗粒态为主，遭到雨水冲刷时，除施肥对土壤表层磷素浓度的短期影响外，土壤本身磷含量也是影响颗粒态磷浓度的重要因素，因此,在施肥后短期内雨水冲刷较弱时，两处理间径流中TP浓度差异显著，而在7月28日、8月16日与9月15日3次强降雨中，二者无显著性差异。本监测周期内，减量施肥可使径流中TP浓度平均降低17.8%。

2.2 施肥减量对径流中氮磷流失负荷的削减效果

依据径流中TN与TP浓度以及水表记录的径流量，计算得出了常规施肥与减量施肥2个处理的TN与TP径流流失负荷，并对施肥减量处理的负荷削减率进行了计算。

整个监测周期内，常规施肥处理单次径流中TN负荷为0.50～5.77 kg·hm-2，减量施肥处理为0.42～4.96 kg·hm-2。7月5日至10月21日方案实施后的监测周期内，减量施肥处理对单次径流中TN负荷的削减率为14.0%～33.1%，常规与减量施肥处理中TN总流失负荷分别为17.41与13.64 kg·hm-2，减量施肥平均削减了21.7%的TN径流流失负荷(表2)。

表2 施肥量对香榧种植地TN径流流失负荷的影响

本监测周期内，常规施肥处理单次径流中TP负荷为0.04～0.40 kg·hm-2，减量施肥处理为0.04～0.38 kg·hm-2。减量施肥对TP径流流失负荷的最大削减率为7月5日的53.63%，其次为10月21日的43.64%，均表现为施肥后最早的径流中削减效果最明显。方案实施后的监测周期内，减量施肥处理对单次径流中TP负荷的削减率为-13.48%～53.63%，常规与减量施肥处理中TP总流失负荷分别为1.48与1.19 kg·hm-2，减量施肥平均削减了19.8%的TP径流流失负荷(表3)。

表3 施肥量对香榧种植地TP径流流失负荷的影响

3 小结

所有批次样品中，径流TN、TP浓度均以施肥后第一次采集到径流样品为最高，而减量施肥使TN与TP浓度分别降低了33.9%与52.5%(第一次施肥后，7月5日样品)与29.6%与36.6%(第二次施肥后，10月21日样品)。施肥后单次采样减量施肥处理的径流液中TN浓度较常规施肥降低了12.3%～33.9%，平均降低了21.3%，TP浓度平均降低了17.8%。

减量施肥方案实施后，TN与TP径流流失负荷分别为13.64与1.19 kg·hm-2，分别较常规施肥处理的17.41与1.48 kg·hm-2削减了21.7%与19.8%。

前期调查中汤浦水库上游流域的香榧林地面积约为4 410 hm2，若实施减量施肥方案，则全流域香榧种植区TN和TP的径流流失负荷可以削减约16.63 t和1.28 t。