茭白叶还田对茭田径流排水水质的影响

施德云， 徐波， 丁博杰， 黄郑宸， 马进川， 俞巧钢*

(1.缙云县农业农村局， 浙江 缙云 321400； 2.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)

茭白是重要水生蔬菜品种且营养价值高，其种植广泛分布于浙江、江苏、江西、安徽、福建、湖北等省[1-2]。近年来，由于茭白种植效益较高，规模化种植趋势愈发明显[1,3-5]。为追求茭白高生物产量，一些茭白种植区域养分管理措施不当以及氮磷钾肥投入总量大，致使其周围水体总氮、总磷、化学需氧量(COD)等污染物含量明显增加，水体环境恶化趋势严重。因茭白田肥料施用量普遍较大，流失风险较高，其对周边水体环境存在的污染风险日益受到关注[6-10]。缙云茭白是浙江省丽水市缙云县的特色农产品，凭借独特的地理气候优势和种植环境，所产茭白鲜嫩脆口、质优味美，年栽培面积4 400 hm2，全产业链产值10亿元，成为当地支柱产业[3-5,9]。但茭白田连续多年种植加上秸秆的直接还田利用，其对水体污染的风险仍不够清晰，限制了缙云茭白种植产业的进一步良性发展。因此，我们开展了茭白叶片还田与移除不还田对径流水质影响的监测研究，为茭白的合理优化种植进而保护周边水体生态环境提供关键技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于浙江省丽水市缙云县新建镇茭白种植基地，品种为当地典型大面积种植的单季茭白和双季茭白。试验茭白田块的土壤理化性状如下：pH值、有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾含量分别为5.04、54.7 g·kg-1、4.68 g·kg-1、1.91 g·kg-1、156.2 mg·kg-1和152.2 mg·kg-1。

1.2 试验设计

针对缙云区域广泛种植的单季茭白、双季茭白2个品种常规模式，各设计废弃茭白叶还田、移除不还田2个处理。茭白田块的水肥管理、病害防治、采摘等按照当地传统习惯进行。定期采集每个处理茭白田径流排水出水口水样，以及作为对照的茭白田灌溉水源进水口水样，分析测定铵态氮、总磷、COD等水质指标。水样连续采集监测时间为茭白径流排水发生较多的1—9月，每个月结合具体的天气以及种植实践大致在8日、22日前后采样2次。每次采样时按照水样采集操作规范要求先均匀混合水样，取250 mL装入干净塑料瓶中，然后放入冰箱低温冷冻暂时保存，带回实验室及时进行分析测定。铵态氮含量采用靛酚蓝比色法测定，总磷含量采用过硫酸钾氧化比色法测定，COD采用重铬酸钾氧化法测定。

2 结果分析

2.1 双季茭白种植水质影响

2021年1月至9月，在双季茭白种植模式生长采摘期间进行共13次的水质分析，其中茭白田在1月份和2月份期间由于种植环境无明显淹水，无径流水样品。监测结果表明，作为茭白田灌溉水的铵态氮含量为0.09～1.88 mg·L-1，平均含量0.62 mg·L-1；总磷含量为0.22～0.73 mg·L-1，平均含量为0.48 mg·L-1；COD为16～64 mg·L-1，平均为34 mg·L-1。采用废弃茭白叶还田处理的铵态氮含量为0.07～1.74 mg·L-1，平均含量0.81 mg·L-1；总磷含量为0.31～0.99 mg·L-1，平均含量为0.53 mg·L-1；COD为30～52 mg·L-1，平均含量为39 mg·L-1。将废弃茭白叶移除不还田处理的铵态氮含量为0.03～2.83 mg·L-1，平均含量0.67 mg·L-1；总磷含量为0.07～0.79 mg·L-1，平均含量为0.45 mg·L-1；COD为21～64 mg·L-1，平均含量为37 mg·L-1。与作为进水的茭白田灌溉水水质相比，种植茭白后径流水中铵态氮含量、总磷含量、COD有一定程度的上升。与茭白叶还田处理相比，将茭白叶移除不还田措施可使径流水中铵态氮、总磷和COD平均含量分别降低17.2%、14.2%和3.8%。按照国家地表水环境质量标准，Ⅲ类水体的铵态氮、总磷、COD的含量标准分别为小于等于1.0、0.2、20 mg·L-1，Ⅴ类水体的铵态氮、总磷、COD的含量标准分别为小于等于2.0、0.4、40 mg·L-1，径流排水铵态氮平均含量的指标满足Ⅲ类水体要求，而总磷和COD平均含量的指标未满足Ⅲ类水体标准，部分时间段满足Ⅲ类水体标准。由于试验采样点位于茭白田块排水出口，其发生的排水在进入沟渠后会发生自然沉降、物理化学净化和生物净化，在进入较大的河流水体之前会进一步降低铵态氮、总磷和COD含量。试验结果(表1)表明，双季茭白种植模式下，采用茭白叶移除不还田的种植措施，可总体降低铵态氮、总磷、COD的含量，减轻茭白田排水对水体产生的面源污染风险。

2.2 单季茭白种植水质影响分析

2021年1月至9月，在单季茭白种植模式的生长采摘期间进行共17次水质影响监测采样。监测结果(表2)分析表明，茭白田进水的铵态氮含量为0.01～1.84 mg·L-1，平均浓度0.82 mg·L-1；总磷含量为0.37～1.15 mg·L-1，平均含量为0.69 mg·L-1；COD为20～69 mg·L-1，平均含量为38 mg·L-1。采用废弃茭白叶还田常规种植处理的铵态氮含量为0.15～12.98 mg·L-1，平均含量3.02 mg·L-1；总磷含量为0.11～3.66 mg·L-1，平均含量为1.19 mg·L-1；COD为28～117 mg·L-1，平均含量为54 mg·L-1。将废弃茭白叶移除不还田处理的铵态氮含量为0.01～1.15 mg·L-1，平均含量0.47 mg·L-1；总磷含量为0.20～1.59 mg·L-1，平均含量为0.65 mg·L-1；COD为28～53 mg·L-1，平均含量为40 mg·L-1。与常规种植茭白叶还田处理相比，将茭白叶移除不还田的措施可使铵态氮、总磷和COD平均含量分别降低84.6%、45.1%和26.1%，表明茭白叶移除种植方式可降低径流排水铵态氮、总磷和COD含量。按照国家地表水环境质量标准，Ⅲ类水体的铵态氮、总磷、COD的含量标准分别为小于等于1.0、0.2、20.0 mg·L-1，Ⅴ类水体的铵态氮、总磷、COD的含量标准分别为小于等于2.0、0.4、40.0 mg·L-1，常规种植茭白叶还田的径流水铵态氮、总磷和COD平均含量的指标均不能满足Ⅲ类水体要求；而将茭白叶移除处理的径流水铵态氮平均浓度满足Ⅲ类水体要求，总磷和COD平均含量的指标距Ⅲ类水体要求尚不能满足。试验总体表明，单季茭白种植模式下，茭白叶移除不还田的种植措施，铵态氮、总磷、COD的含量与灌溉进水的浓度接近，可有效降低茭白田排水对水体产生的面源污染风险。

表1 双季茭白田径流排水水质

表2 单季茭白田排水水质分析

3 小结

常规种植茭白田将茭白叶还田，水体中铵态氮、总磷和COD含量等指标均未满足国家V类地表水体的标准，对水体存在一定的潜在污染风险。将茭白叶移除不还田处理，径流排水铵态氮、总磷和COD含量在双季茭白田降低17.2%、14.2%和3.8%，单季茭白降低84.6%、45.1%和26.1%。茭白叶移除不还田，水体铵态氮和COD的含量与V类水体要求相近，总体降低了其径流排水对水体污染的风险。总之，茭白田常规的叶片还田的措施，会使径流排水中铵态氮、总磷、COD含量有增加趋势；采取茭白叶移除措施，可降低径流排水铵态氮、总磷、COD的含量，有效减轻茭白田对水体产生的面源污染风险。