姚金玲 ，張克強 ，3，郭海剛 ，2，王 風 ，3，張貴龍 ，任天志 *

不同施肥方式下洱海流域水稻-大蒜輪作體系氮磷徑流損失研究

姚金玲1，張克強1，3，郭海剛1，2，王 風1，3，張貴龍1，任天志1*

（1.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191；2.河北工程大學，河北 邯鄲 056038；3.農(nóng)業(yè)部大理農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站，云南 大理 671004）

為尋找洱海流域水稻-大蒜輪作農(nóng)田的合理施肥方式，以減少氮磷徑流損失，研究了不同施肥方式對水稻-大蒜產(chǎn)量和地表徑流氮磷損失的影響。結(jié)果表明：在等量氮肥輸入的條件下，與習慣施肥（CF）相比，50%有機-無機配施（50%O）、100%緩釋摻混肥（100%BB）處理下水稻-大蒜產(chǎn)量無顯著差異，而100%有機肥處理（100%O）水稻-大蒜產(chǎn)量顯著降低。CF和100%BB處理水稻氮（磷）肥農(nóng)學利用效率高于其他處理，CF和50%O處理大蒜氮肥農(nóng)學利用效率顯著高于其他處理，100%BB處理大蒜磷肥農(nóng)學利用效率最高。與CF相比，水稻季100%BB處理徑流總氮、總磷流失量和氮、磷損失率最低，總氮流失量和氮損失率分別降低55.34%和86.95%，總磷流失量和磷損失率分別降低70.14%和89.07%。徑流中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失量之和占總氮流失量的13.19%～21.69%，磷流失以可溶態(tài)速效磷為主，占總磷流失量的83.25%～90.93%。研究表明，100%BB處理方式能夠在保證作物產(chǎn)量的同時顯著降低氮磷徑流損失，是較為理想的施肥方式。

洱海；施肥方式；水稻-大蒜輪作；氮磷削減

隨著洱海農(nóng)灌、旅游等多功能效益的綜合利用開發(fā)，洱海周邊經(jīng)濟取得長足發(fā)展，但是不合理的開發(fā)利用使水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，水體富營養(yǎng)化加劇，洱海流域時常爆發(fā)大規(guī)模的藍藻水華現(xiàn)象[1-2]。有研究發(fā)現(xiàn)，不恰當?shù)霓r(nóng)田耕作及施肥管理是造成農(nóng)田氮磷流失、加劇洱海富營養(yǎng)化的重要原因[3-4]。而我國主要糧食作物氮肥利用率僅為30%～35%，每年農(nóng)田氮肥損失率為33.3%～73.6%[5-6]，滇池地區(qū)稻田每年徑流損失總氮（TN）和總磷（TP）分別為5.07～113.16 kg·hm-2和 0.115～10.14 kg·hm-2[7]；洱海地區(qū)水稻-大蒜輪作方式養(yǎng)分盈余量，TN和TP分別為1 258.8 kg·hm-2和1 472.7 kg·hm-2[8]。洱海地區(qū)水稻季降雨頻繁，農(nóng)民傳統(tǒng)施肥以速效肥為主，往往造成稻田氮磷養(yǎng)分隨徑流流失進入洱海水域，造成水體富營養(yǎng)化。水稻-大蒜輪作是洱海流域農(nóng)田氮磷流失風險最高的種植方式[3]，如何在這種方式下減少氮磷流失是一個急需解決的問題。降低施肥用量能夠減少土壤氮磷流失，但是作物產(chǎn)量會受到影響。通過有機肥無機肥配施或施用緩釋摻混肥（BB肥），能夠保證肥料輸入量，同時又能降低土壤氮磷流失[9-10]。目前，針對洱海流域水稻-大蒜輪作不同施肥方式下農(nóng)田徑流流失的研究比較薄弱，尤其是施用新型的緩釋BB肥下水稻-大蒜產(chǎn)量和農(nóng)田徑流損失的研究鮮有報道。本研究針對洱海流域水稻-大蒜輪作種植區(qū)，通過田間試驗，以不同施肥方式（速效肥、有機肥和緩釋BB肥）下水稻-大蒜輪作農(nóng)田為研究對象，分析不同施肥方式對水稻-大蒜產(chǎn)量，以及農(nóng)田徑流水中氮磷損失的影響，以期找出能夠合理控制氮磷損失的施肥方式，為洱海流域水稻-大蒜種植體系的氮磷減排提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域和供試土壤

試驗地點位于農(nóng)業(yè)部大理農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站內(nèi)。該地區(qū)位于我國云南省境內(nèi)，氣候?qū)俚湫偷牡途暩咴衼啛釒髂霞撅L氣候類型，海拔1980 m，北緯 25°53′34″，東經(jīng) 100°10′27″，氣候溫和，日照充足，有干濕季之別而無四季之分；年均氣溫14.6℃，常年主導風向為西南風；洱海流域雨量充沛，多年平均降雨量為908.8 mm，但85%～96%的降雨集中在5～10月份[11]。采集土樣為0～20 cm土壤，質(zhì)地為壤土，供試土壤基本理化性質(zhì)：全氮 4.80 g·kg-1，全磷 0.99 g·kg-1，硝態(tài)氮 21.64 mg·kg-1，銨態(tài)氮 14.22 mg·kg-1，速效磷 33.9 mg·kg-1，有機質(zhì) 74.4 g·kg-1，pH 值 6.98。

1.2 試驗設計

結(jié)合對當?shù)赝寥李愋?、農(nóng)民習慣和作物生長適應性等條件的分析，試驗點實施水稻-大蒜輪作方式。試驗共設置6個處理，每個處理3次重復，建造18個田間試驗小區(qū)和徑流池，每個小區(qū)連接徑流池，方便收集小區(qū)徑流。試驗小區(qū)24 m2，長6 m，寬4 m，地下0.5 m深，作墊層和磚混防滲透結(jié)構(gòu)。徑流池長寬各1 m，深1 m，徑流池壁采用磚混防滲透結(jié)構(gòu)。

6個處理如下，CK：空白，不施任何肥料；CF：習慣施肥，農(nóng)家樂復混肥和尿素；100%O：100%有機肥，大稼寶精制有機肥；80%O：有機-無機配施，80%大稼寶精制有機肥+20%無機氮肥；50%O：有機-無機配施，50%大稼寶精制有機肥+50%無機氮肥；100%BB：100%專用緩釋BB肥。除空白外，其他處理氮肥施入量等同習慣施肥。表1是水稻-大蒜輪作期不同處理施肥類型和施肥量，其中，農(nóng)家肥N∶P2O5∶K2O=0.79∶0.83∶0.72，大稼寶精制有機肥 N∶P2O5∶K2O=2.4∶2.3∶5.7，農(nóng)家樂復混肥 N∶P2O5∶K2O=14∶6∶5，水稻專用緩釋 BB肥 N∶P2O5∶K2O=24∶6∶10，大蒜專用緩釋 BB 肥 N∶P2O5∶K2O=18∶5∶15。

1.3 田間管理

水稻試驗時間為2010年5月至2010年10月，插秧時間為2010年5月27日，按當?shù)剞r(nóng)民習慣插秧密度為行距×墩距=13.32 cm×10 cm，每叢2苗，667 m2基本苗10萬苗，品種云粳25號。按當?shù)貍鹘y(tǒng)方法進行澆水、插秧、打農(nóng)藥和除草等田間管理。10月25日成熟收獲，不同小區(qū)分開收割、脫谷、曬干、稱重。施肥時期及方法：有機肥、復混肥、BB肥100%作中層肥一次施用，尿素70%作中層肥、30%作分蘗肥施用。

大蒜試驗期，2010年11月6日種植大蒜，667 m2基本苗5.63萬苗，品種為四川溫江蒜，11月15日大蒜出苗，12月14日追施尿素后灌水，并用50%撲草凈120 g+40%乙莠粉劑140 g兌水60 kg噴施土壤表面進行化除；2011年1月12日追施抽苔肥后灌水，3月5日人工拔除雜草，5月6日收獲并取土樣和作物樣。施肥時期及方法：農(nóng)家肥、復混肥、有機肥、緩釋BB肥一次性作底肥使用，尿素50%作退母肥、50%作抽苔肥施用。

表1 水稻-大蒜輪作期不同處理施肥類型和施肥量Table 1 Fertilization type and amount of different treatments during rice-garlic rotation period

1.4 地表徑流的采集和分析

農(nóng)田徑流，在產(chǎn)生地表徑流水時收集徑流池中徑流水，測定農(nóng)田地表徑流量，分析徑流水中pH值、總氮、硝態(tài)氮（NO-3）、銨態(tài)氮（NH+4）、總磷、速效磷（PO3-4）含量。測定頻率：干旱季節(jié)降雨產(chǎn)生徑流及時取樣；連陰雨產(chǎn)生徑流時7～10 d取樣1次。每次采集完畢后，把收集的徑流排干并清洗徑流池。蓋好遮雨板防止降水進入徑流池。通過測定徑流量和徑流液中各組分的濃度，來計算徑流液氮磷損失強度。在一年的水稻-大蒜輪作周期里，在水稻生長期能夠收集到地表徑流水，大蒜生長期降雨少，沒有收集到地表徑流水。水稻季試驗期間，降雨主要集中在5～10月份，降雨量分別為 49、79、205、126、130、197 mm。

1.5 作物和土壤樣品測定和分析

作物收獲后，測定水稻、大蒜產(chǎn)量及農(nóng)田土壤理化指標。基礎土樣采集一個（0～20 cm），作物收獲后各處理取土壤樣，每個小區(qū)3點采集0～20 cm土樣，混合均勻后帶回室內(nèi)。分析有機質(zhì)、pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷等。硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量測定用2 mol·L-1KCl溶液浸提（水土比5∶1），硝態(tài)氮采用雙波長紫外分光光度法測定，銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法測定；速效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；pH值采用1∶1土水比，pH計測定；土壤有機質(zhì)、全氮、全磷含量分別采用K2Cr2O7容量-外加熱法、凱氏定氮法、釩鉬黃比色法測定。

1.6 作物氮（磷）肥農(nóng)學利用效率和氮磷流失率

氮（磷）肥農(nóng)學利用效率（kg·kg-1）=[施氮（磷）區(qū)產(chǎn)量-無氮（磷）空白區(qū)產(chǎn)量]/施氮（磷）量[12]；

氮（磷）素流失量（g·hm-2）=徑流水氮素濃度（mg·L-1）×徑流量（L·m-2）×10[13-14]；

氮（磷）素流失率（%）=[施肥處理氮（磷）素徑流流失量-不施肥處理氮（磷）素徑流流失量]/施氮（磷）量×100%[13-14]。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析以及LSD檢驗，用Origin 8.6作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 輪作期不同施肥方式對水稻和大蒜產(chǎn)量及氮（磷）肥農(nóng)學利用效率的影響

2.1.1 對水稻和大蒜產(chǎn)量的影響

不同施肥方式水稻產(chǎn)量見圖1。水稻產(chǎn)量總體呈現(xiàn) 100%BB、CF>50%O>80%O>100%O、CK。100%BB和CF處理間無顯著差異，但顯著高于其他處理組，50%O處理顯著高于80%O、100%O和CK處理，80%O處理顯著高于100%O和CK處理，CK和100%O處理無顯著差異（P<0.05）。其中，100%BB處理水稻產(chǎn)量最高，為11.65 t·hm-2，CK水稻產(chǎn)量最低，為8.66 t·hm-2。與CF處理水稻產(chǎn)量相比，100%BB處理產(chǎn)量不下降，有機肥處理和不施肥處理產(chǎn)量顯著下降。100%BB 水稻產(chǎn)量比 CF、50%O、80%O、100%O、CK處理分別增加了 0.82%、7.08%、18.81%、24.61%、25.64%，100%BB顯著提高了水稻產(chǎn)量，這與王睿等[9]的研究是一致的。

不同施肥方式大蒜產(chǎn)量見圖1。大蒜產(chǎn)量總體呈現(xiàn)50%O、CF、100%BB>80%O、100%O、CK。50%O、CF和100%BB處理間無顯著差異，但顯著高于其他處理組，80%O、100%O、CK 處理無顯著差異（P<0.05）。其中，50%O處理大蒜產(chǎn)量最高，為11.09 t·hm-2，CK大蒜產(chǎn)量最低，為8.12 t·hm-2。與CF處理相比，50%O和100%BB處理大蒜產(chǎn)量不下降，80%O、100%O和CK處理產(chǎn)量顯著下降。50%O處理大蒜產(chǎn)量比CF、100%BB、80%O、100%O、CK 處理分別增加了0.50%、7.83%、23.17%、25.36%和26.80%。

圖1 不同施肥處理水稻和大蒜產(chǎn)量Figure 1 Yield of rice and garlic under different treatments

2.1.2 對水稻和大蒜氮（磷）肥農(nóng)學利用效率的影響

不同施肥方式下水稻和大蒜氮（磷）肥農(nóng)學利用效率見表2。水稻氮、磷肥農(nóng)學利用效率均在100%BB處理最高，分別為 39.05、357.78 kg·kg-1，CF 和 100%BB處理間無顯著差異，50%O、80%O和100%O處理顯著低于CF和100%BB處理，100%O處理最低，且隨著有機肥施入比例的增加，氮（磷）肥農(nóng)學利用效率顯著降低。這一方面是由于只經(jīng)過短時間的礦化作用，有機肥釋放的促進作物生長發(fā)育的無機態(tài)養(yǎng)分不能夠滿足作物所需；另一方面，有機肥處理組磷肥輸入量高于CF處理，但作物產(chǎn)量并無顯著增加，導致了水稻磷肥農(nóng)學利用效率低。

表2 水稻和大蒜氮（磷）肥農(nóng)學利用效率（kg·kg-1）Table 2 Agronomic nitrogen（phosphorus）use efficiency of rice and garlic（kg·kg-1）

大蒜氮肥農(nóng)學利用效率在50%O處理最高，為4.76 kg·kg-1，CF和 50%O 處理間無顯著差異，100%BB 處理顯著低于CF和50%O處理，但顯著高于80%O和100%O處理。大蒜磷肥農(nóng)學利用效率在100%BB處理最高，為27.77 kg·kg-1，顯著高于其他處理，CF和50%O處理顯著高于80%O和100%O處理。50%O處理大蒜氮（磷）肥農(nóng)學利用效率較高，這表明水稻季的有機肥在大蒜季開始發(fā)揮作用，而且大蒜季50%O處理磷肥輸入量較低，在一定程度上提高了磷肥農(nóng)學利用效率。

2.2 輪作期不同施肥方式對土壤中氮磷含量的影響

不同施肥方式下水稻生長季結(jié)束后土壤中氮磷含量見表3，大蒜生長季結(jié)束后土壤中氮磷含量見表4。水稻生長季結(jié)束后，各處理間土壤中全氮含量保持在 4.80 g·kg-1左右，全磷含量在 1.00 g·kg-1左右。與水稻種植前相比，土壤中全氮和全磷含量無顯著變化。大蒜生長季結(jié)束后，各處理間土壤中全氮、全磷含量亦分別保持在4.80、1.00 g·kg-1左右，與大蒜種植前相比，土壤中全氮含量無顯著變化，土壤中全磷含量在施肥組略有增加。在短期的一個輪作周期施肥處理下，土壤中全氮、全磷含量無顯著變化。

CK處理全氮和全磷含量與水稻種植前相比略有降低，但無顯著差異。水稻生長季結(jié)束后土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量比水稻種植前明顯降低，硝態(tài)氮含量低于 3.42 mg·kg-1，銨態(tài)氮含量低于 7.77 mg·kg-1，各處理間硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量無顯著差異，這與各處理間施用等量的氮肥有關。而大蒜收獲后，各處理土壤中硝態(tài)氮與大蒜種植前相比明顯增加，100%BB處理含量為38.41 mg·kg-1，增加量最多，這與大蒜期施用氮肥量大，100%BB處理土壤中殘留了較多的硝態(tài)氮有關。各處理土壤中銨態(tài)氮含量低于6.28 mg·kg-1，低于種植大蒜前。土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量受溫度影響，溫度高，硝態(tài)氮含量較高，銨態(tài)氮含量較低；反之，硝態(tài)氮含量較低，銨態(tài)氮含量較高。水稻生長季結(jié)束后土壤中速效磷含量比水稻種植前降低，100%BB處理降低量最大，其速效磷含量顯著低于其他處理組；有機肥和無機肥混施組80%O和50%O處理，土壤中速效磷含量顯著低于CK、CF和100%O處理。大蒜生長季結(jié)束后土壤中速效磷含量高于大蒜種植前，CF處理含量最大；有機肥和無機肥混施組100%O、80%O和50%O處理，以及100%BB處理，土壤中速效磷含量顯著低于CK、CF處理。這表明有機無機配施以及施用緩釋BB肥能夠降低土壤中速效磷含量，原因在于有機物、緩釋肥能夠在降低磷釋放的同時吸附速效磷。

表3 水稻收獲后土壤氮磷含量Table 3 Nitrogen and phosphorus contents in soil after rice harvest

表4 大蒜收獲后土壤中氮磷含量Table 4 Nitrogen and phosphorus contents in soil after garlic harvest

2.3 水稻生長季不同施肥方式對地表徑流中氮磷流失總量的影響

水稻生長季地表徑流中氮磷流失總量見表5。地表徑流中總氮流失總量，CK、100%BB、有機肥、CF處理呈逐漸遞增的趨勢，施用緩釋BB肥和有機肥能夠顯著降低地表徑流中氮的流失，氮損失率變化特征與總氮流失總量相似。CF處理總氮流失總量顯著高于其他處理組（P<0.05）；50%O和80%O處理間無顯著差異，但顯著高于100%O、100%BB和CK處理；100%O和100%BB處理無顯著差異，但顯著高于CK。這說明只要施肥增加了土壤中的氮含量就會增加氮的徑流損失。與CF處理相比，50%O、80%O、100%O、100%BB和CK處理總氮流失量分別減少了2 760.92、2 912.29、3 575.27、3 774.87 和 4 339.83 g·hm-2，即分別降低了 40.47%、42.69%、52.41%、55.34%和63.62%。徑流中硝態(tài)氮流失總量和銨態(tài)氮流失總量與總氮的流失特征相似，與CF處理相比，50%O、80%O、100%BB、100%O和CK處理硝態(tài)氮流失總量分別降低了 57.71%、62.43%、62.70%、66.59%和81.50%，銨態(tài)氮流失總量分別降低了25.37%、42.61%、51.06%、53.17%和71.35%。硝態(tài)氮流失總量CF處理顯著大于其他處理，50%O處理顯著大于80%O、100%BB、100%O 和 CK 處理，80%O、100%BB處理間無顯著差異，但顯著大于CK、100%O處理。銨態(tài)氮流失總量特征和硝態(tài)氮流失總量特征相似，CF處理顯著大于其他處理，CK處理顯著低于其他處理。在施肥組中，100%O處理硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失總量最小，但100%BB和100%O處理銨態(tài)氮流失總量無顯著差異，這表明施用有機肥和緩釋BB肥能夠降低土壤徑流中氮損失的風險。

土壤徑流中總磷流失總量CF、80%O、100%O、50%O、100%BB和CK處理呈逐漸遞減的趨勢，施用緩釋BB肥和有機肥能夠顯著降低土壤徑流中磷的流失。與 CF處理相比，80%O、100%O、50%O 、100%BB和CK總磷流失總量分別減少了471.05、479.50、552.41、921.26 和 1 042.66 g·hm-2， 分 別 降 低 了35.86%、36.50%、42.05%、70.14%和79.38%。CF處理磷流失總量顯著高于其他處理，CK處理顯著低于其他處理，100%BB處理顯著低于有機肥處理組，80%O和100%O處理間無顯著差異。徑流磷損失率和總磷損失量變化特征不一致，這主要是因為各處理的磷輸入量不一致，總趨勢為100%BB處理損失率最低，CF處理損失率最大，有機肥施用量越大徑流磷損失率越低。徑流中速效磷流失總量處理間變化特征和總磷流失量特征相似，徑流中速效磷流失總量占總磷流失總量的83.25%～90.93%，土壤徑流中磷的流失以速效磷為主。雖然CF處理施入的磷肥量是施肥組中最低的，但是其土壤徑流總磷流失總量反而是最大的，這與磷肥施入的形態(tài)有關，有機肥能夠吸附磷、緩釋BB肥能夠減少磷的釋放，施用有機肥和緩釋BB肥這些措施能夠有效緩解土壤徑流中磷的損失。

表5 水稻生長季地表徑流中氮磷流失總量Table 5 Nitrogen and phosphorus loss mount by surface runoff during rice growing season

2.4 水稻生長季不同施肥方式對地表徑流氮素流失規(guī)律的影響

2.4.1 對總氮流失規(guī)律的影響

水稻生長季不同施肥方式下地表徑流中總氮流失規(guī)律如圖2a所示。水稻施用基肥以后，地表徑流中總氮流失量隨著時間推移總體呈逐漸下降的趨勢，整個水稻生長季CF處理總氮流失量顯著高于其他處理組（P<0.05），CK處理總氮流失量最低。施肥后第一次采樣中，CF>50%O>80%O>CK、100%O、100%BB，50%O和80%O處理間無顯著差異，但是顯著高于CK、100%O、100%BB，而 CK、100%O、100%BB 處理間無顯著差異，總氮最高流失量達到2 107.54 g·hm-2（CF處理）。這表明在等量氮輸入的條件下，有機肥施用越多，降低土壤氮徑流損失的效果越顯著，同樣施用緩釋BB肥也能有效降低土壤徑流氮流失。在第二次采樣中，所有處理總氮流失量顯著下降，100%O、80%O、50%O處理間無顯著差異，但是顯著大于CK和100%BB處理，而100%BB處理顯著高于CK處理。在水稻生長前期，水稻根系不發(fā)達，對肥料的吸附和利用量較低，土壤徑流氮流失主要以化學肥料中的氮流失為主，隨著水稻的逐漸生長，對肥料的利用量提高，土壤徑流中氮流失降低；有機肥在水稻生長期會不斷釋放營養(yǎng)來補充水稻營養(yǎng)需求，所以在第二次采樣中三個有機肥處理間差異不顯著。在第三次采樣中總氮流失量80%O、50%O、100%BB和100%O處理顯著高于CK處理，但是顯著低于CF處理。從前三次的采樣結(jié)果可以看到，有機-無機配施降低氮流失的效果體現(xiàn)較慢，而施用100%有機肥和100%緩釋BB肥的降低效果顯著。在隨后幾次采樣中總氮流失量差異逐漸縮小，最后一次采樣中總氮流失量所有處理顯著高于前一次，這主要是因為這個階段降雨量較大，導致徑流量比較大，而作物此時已經(jīng)基本成熟，對氮磷的營養(yǎng)吸收很低，上述兩方面原因造成了徑流流失加大。

2.4.2 對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失規(guī)律的影響

圖2 水稻生長季不同施肥方式下地表徑流總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失規(guī)律Figure 2 Total N，nitrate N and ammonium N loss law in surface runoff under different treatments during rice growing season

水稻生長季不同施肥方式下地表徑流中硝態(tài)氮流失規(guī)律如圖2b所示。水稻施用基肥以后，地表徑流中硝態(tài)氮流失量隨著時間總體呈先增加再降低最后再增加的趨勢，整個水稻生長季CF處理顯著高于其他處理（P<0.05），CK處理硝態(tài)氮流失量最低。CF、50%O和100%BB處理硝態(tài)氮流失變化趨勢相似，在前三次采樣中硝態(tài)氮流失量增加顯著，在第四次采樣中明顯下降，但是50%O和100%BB處理硝態(tài)氮流失量顯著低于CF處理，施用有機肥和緩釋BB肥能夠顯著降低硝態(tài)氮流失量。CK、100%O和80%O處理硝態(tài)氮流失量變化趨勢相似，在第二次采樣中流失量增加，第三次采樣中流失量降低，隨后幾次采樣中呈增加趨勢。從圖2b中，可以明顯看到，在第一次采樣中，80%O和50%O處理硝態(tài)氮流失量顯著高于100%O處理，而在第三次采樣中，處理間硝態(tài)氮流失量差異明顯，有機肥施用量越多硝態(tài)氮流失量越少，這表明施用無機肥增加了硝態(tài)氮流失量。

水稻生長季不同施肥方式下地表徑流中銨態(tài)氮流失規(guī)律如圖2c所示。水稻施用基肥以后，地表徑流中銨態(tài)氮流失量隨著時間總體呈先降低再增加的“凹”型趨勢。整個水稻生長季CK處理銨態(tài)氮流失量最低，在整個水稻生長季波動不大，基本維持在20～30 g·hm-2。CF處理銨態(tài)氮流失量顯著高于其他處理（P<0.05），在第三次采樣中銨態(tài)氮流失量顯著增加，在隨后幾次采樣中基本符合整體“凹”型趨勢。50%O處理初始銨態(tài)氮流失量比較大，顯著高于80%O和100%O處理，這表明有機-無機配施，無機肥用量大會增加銨態(tài)氮流失量，這與硝態(tài)氮在第三次采樣中的流失特征相似。

2.5 水稻生長季不同施肥方式對地表徑流磷素流失規(guī)律的影響

水稻生長季不同施肥方式下地表徑流中總磷流失規(guī)律如圖3a所示。水稻施用基肥以后，地表徑流中總磷流失量呈先增加后降低的趨勢，整個水稻生長季CF處理顯著高于其他處理組（P<0.05），CK處理總磷流失量最低，100%BB處理的總磷流失量在施肥組中最低，高于CK處理，但和CK處理接近。在整個水稻生長季CK和100%BB處理總磷流失量波動不大，基本維持在40～70 g·hm-2。CF處理總磷流失量最大，在前三次采樣中總磷流失量呈遞增趨勢，最高達到300.10 g·hm-2（第三次），隨后下降。100%O、80%O和50%O處理總磷流失量變化特征相似，呈先增加后降低趨勢，總磷流失量高峰期達到195.17 g·hm-2（80%O處理），有機肥三個處理總磷流失量顯著高于CK和100%BB處理。這表明施用緩釋BB肥能夠顯著降低土壤中的總磷流失，而施用有機肥也能在一定程度上減少總磷流失。在最后一次采樣中總磷流失量增加，是因為這次收集徑流期間降雨量比較大。

水稻生長季不同施肥方式下地表徑流中可溶性磷流失規(guī)律如圖3b所示。水稻施用基肥以后，地表徑流中速效磷流失量呈先增加后降低的趨勢，整個水稻生長季CF處理顯著高于其他處理（P<0.05），CK處理總磷流失量最低，100%BB與CK處理速效磷流失特征相似。從圖3a和3b中可知，各處理速效磷流失量變化特征與總磷相似，而流失的總磷中以速效磷為主，占80%以上。

圖3 水稻生長季不同施肥方式下地表徑流總磷和速效磷流失規(guī)律Figure 3 Total P and available P loss law in surface runoff under different treatments during rice growing season

3 討論

3.1 不同施肥方式下水稻和大蒜產(chǎn)量及氮（磷）農(nóng)學利用效率

施肥是影響作物產(chǎn)量的重要因素。本研究中，習慣施肥CF和100%BB處理水稻籽粒產(chǎn)量最高，50%O處理產(chǎn)量下降不明顯，而100%O處理產(chǎn)量下降明顯。這表明短期施用有機肥在增加水稻籽粒產(chǎn)量方面無明顯優(yōu)勢，短期內(nèi)化學肥料是增加產(chǎn)量的有效手段。在大蒜生長季，50%O、CF和100%BB處理的大蒜產(chǎn)量相當，這是由于有機肥發(fā)揮效用是一個長期的過程，在當季難以發(fā)揮增產(chǎn)效果。有機-無機配施對作物產(chǎn)量的影響已經(jīng)有一些報道[10，15-17]，研究發(fā)現(xiàn)長期有機-無機配施能夠提高水稻產(chǎn)量，增加土壤肥力。本試驗中50%O處理水稻產(chǎn)量比100%O處理增加23.24%，但是短期施用有機肥還不能顯示出有機肥對土壤肥力的提升。有機肥中養(yǎng)分釋放速率較慢，難以及時補充作物生長需求，會導致試驗初期有機-無機配施處理作物產(chǎn)量低于單施化肥處理[10]。本試驗中100%O處理水稻產(chǎn)量比習慣單施化肥CF處理減少23.98%，施用有機肥比例過高引起肥料中礦質(zhì)養(yǎng)分含量降低，不利于作物增產(chǎn)。氮（磷）肥農(nóng)學利用效率是單位施肥量對作物籽粒產(chǎn)量增加的反映。本試驗中有機肥組水稻氮（磷）肥農(nóng)學利用效率最低，80%O和100%O處理大蒜氮（磷）肥農(nóng)學利用效率最低。這表明有機肥的施用并不是越多越好。研究發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量并非隨有機肥比例的增加而增加，有機-無機配施應該存在最適比例[16，18-21]。大蒜生長季對速效氮磷等營養(yǎng)成分的需求量遠遠大于水稻，50%O、CF和100%BB處理，大蒜產(chǎn)量無顯著差異，但是80%以上有機肥組產(chǎn)量明顯降低，有機肥施用比例過高不能滿足大蒜生長對速效養(yǎng)分的需求，影響作物產(chǎn)量。一定比例的有機-無機配施，既能補充土壤速效養(yǎng)分的不足，又能發(fā)揮有機肥持久釋放養(yǎng)分的能力，有助于作物產(chǎn)量的提高。此外，有機肥處理組比CF和100%BB處理磷肥輸入量大，但是水稻和大蒜產(chǎn)量并未增加，磷肥農(nóng)學利用效率顯著下降，這增加了土壤磷流失的風險。與CF處理相比，100%BB處理水稻和大蒜產(chǎn)量不下降，在保證氮肥輸入的同時，100%BB比CF處理施用的磷肥量低，磷肥農(nóng)學利用效率高，這對降低土壤磷流失起到很重要的作用。

3.2 不同施肥方式下徑流中氮磷削減效果

本研究中水稻生長季不同施肥方式下總氮流失總量為2 481.51～6 821.34 g·hm-2，占肥料中總氮量的3.24%～8.91%。李娟等[13]研究報道水稻季不同施肥處理下總氮流失量為8.81～15.78 kg·hm-2，流失量占施氮量的2.58%～4.96%。夏小江[14]報道了不同耕作方式下水稻田總氮流失量為4.82～11.09 kg·hm-2，徑流氮素損失量為0.75%～3.76%。而本試驗中氮磷流失總量相比這兩個研究結(jié)果偏低，但是流失量占肥料輸入量相對較高。這一方面是由于本試驗中水稻季施肥量較低，另一方面是由于本試驗的氮肥農(nóng)學利用率較其他研究偏高[12]。在稻田徑流氮流失風險方面，聞軼[22]發(fā)現(xiàn)不施肥組氮素損失量為3.27 kg·hm-2，常規(guī)無機肥處理組氮素流失量為12.77 kg·hm-2，有機肥處理組比無機肥處理組氮素流失量降低39.70%，有機肥的緩釋作用有效降低氮素的徑流損失。這與本試驗結(jié)果相似，在本試驗中100%O和100%BB處理總氮流失量無顯著差異，氮素削減效果明顯，比習慣施肥CF處理降低了52.41%和55.34%，這表明有機肥和緩釋BB肥的緩釋作用能有效降低徑流中氮素損失。在水稻生長季，氮素徑流流失主要集中在施肥后的一個半月內(nèi)，本試驗不同施肥處理下前三次采樣中徑流氮素損失量達到總損失量的64.78%～70.50%，這與朱利群等[23]研究結(jié)果相似。水稻種植前施用基肥以后，土壤中養(yǎng)分含量高，而水稻還在發(fā)芽和生長前期，對養(yǎng)分的需求量比較少，這就導致了大量養(yǎng)分存留于土壤中，水稻來不及吸收就隨著徑流流失。施用有機肥和緩釋BB肥在降低氮素流失上作用明顯，但是不能解決水稻生長前期氮素流失比例較大的問題，這主要是施肥期和水稻用肥期相矛盾所致。在水稻生長季徑流總氮流失量受到降雨量的影響[24]，在水稻收獲前的幾次采樣中總氮流失量有增加趨勢，主要是因為這個時期降雨強度較大，徑流量較大，導致徑流中帶走的氮素含量增加。在本試驗中水稻田的氮素徑流流失與水稻生長期、施肥種類以及降雨強度有關，水稻生長前期氮素流失量大，施用緩釋BB肥能有效降低氮素流失，但隨著降雨強度的增大，氮素流失量也增大。

水稻生長季硝態(tài)氮在施肥一個月后流失量增大，施肥初期流失量較??；而銨態(tài)氮正好相反，在施肥初期流失量較大，隨后下降。這與所施用肥料中氮素以酰胺態(tài)或有機態(tài)為主有關。這種形態(tài)的氮素需要在土壤中經(jīng)過水解或礦化后才能釋放出銨態(tài)氮，銨態(tài)氮再接觸氧化后才能轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮。后期徑流中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失量增加主要是降雨增加導致，這與總氮流失量大是一致的。稻田排水中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失量隨生育進程的變化是肥料在土壤-水稻系統(tǒng)中向銨態(tài)氮、硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的過程，同時受到了水稻吸收和降雨量的共同影響。在水稻生長季速效氮素（硝態(tài)氮+銨態(tài)氮）在徑流氮素損失中占比達到13.19%～21.69%，占比較小，這表明水稻田氮素流失的主要形態(tài)絕大部分是顆粒態(tài)或有機態(tài)，氮素的流失以雨水沖刷為主[25]。

不同施肥方式下水稻生長季CF和100%BB處理總氮、總磷輸入量大體一致（表1），但是CF處理流失量最大，達到1 313.55 kg·hm-2，100%BB處理總磷流失量僅392.29 kg·hm-2，削減效果達到70.14%，緩釋BB肥處理有效降低了徑流中磷的損失。三個有機肥處理總磷削減效果明顯低于100%BB處理，這是由于在本研究中，施肥組中氮素輸入量保持一致，導致有機肥處理組總磷輸入量顯著高于100%BB處理，磷肥農(nóng)學利用率下降，帶來了徑流中磷素流失的風險。100%O處理輸入的總磷量顯著高于50%O處理，但是總磷流失量并沒有顯著增加，這表明高量有機肥能夠增加土壤對磷素的吸附，減少磷素隨徑流的流失。在水稻不同生長階段，總磷的流失量主要集中在7月和8月。這個階段溫度高、濕度大、降雨量集中，土壤中磷素的礦化作用明顯，過多的磷素隨著徑流流失。速效磷的流失規(guī)律和總磷流失規(guī)律相似，流失總量占總磷流失量的83.25%～90.93%，這表明洱海水稻田中磷素流失以可溶態(tài)為主。

100%BB處理氮磷輸入量和CF處理基本一致，但是氮磷削減效果最為明顯，這與丁志磊等[25]研究結(jié)果是一致的。100%O處理在氮素削減效果上和100%BB處理差異不明顯，氮素削減效果顯著，這與已報道的研究結(jié)果[3，10]相似。但是由于有機肥處理組總磷輸入量過高，磷肥農(nóng)學利用率低，磷素削減效果不佳，施用有機肥需要調(diào)整有機肥中氮磷的配比，減少有效養(yǎng)分的損失。在本試驗不同施肥處理中，100%BB處理在不影響作物產(chǎn)量的同時，氮（磷）肥農(nóng)學利用率高，且能夠有效降低土壤徑流中氮磷的流失，是一種環(huán)境友好型施肥方式。

4 結(jié)論

在洱海流域水稻-大蒜輪作農(nóng)田采用100%BB施肥方式（施用100%專用緩釋摻混肥），能夠在保證作物產(chǎn)量的同時顯著降低土壤徑流氮磷流失，緩解水體富營養(yǎng)化，是一種環(huán)境友好型施肥方式。

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Nitrogen and phosphorus runoff losses during rice-garlic rotation in Erhai Lake basin under different fertilization methods

YAO Jin-ling1,ZHANG Ke-qiang1,3,GUO Hai-gang1,2,WANG Feng1,3,ZHANG Gui-long1,REN Tian-zhi1*
（1.Agro-Environmental Protection Institute,Ministry of Agriculture,Tianjin 300191,China;2.Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;3.Dali Agro-Environmental Science Station,Ministry of Agriculture,Dali 671004,China）

Rice-garlic rotation is the most common planting pattern in the Erhai Lake basin.Nitrogen and phosphorus runoff losses under conventional fertilization methods are the main factors that contribute to water eutrophication in Erhai Lake.In this experiment,the effects of different fertilization methods on the yields of rice and garlic and the surface runoff losses of soil nitrogen and phosphorus were studied.The results showed that when nitrogen fertilizer input amount was equal,the yields of rice and garlic under the treatments of 50%organic-inorganic fertilizer（50%O）and 100%slow-release bulk blending fertilizer（100%BB）were not significantly different from those of conventional fertilization（CF）,whereas those of 100%organic fertilizer（100%O）treatment were significantly lower.The agronomic efficiencies of nitrogen and phosphorus for rice under CF and 50%O treatments were significantly higher than those of other treatments.The agronomic nitrogen use efficiencies for garlic under the addition of CF and 50%O were significantly higher than those under other treatments,but the highest agronomic phosphorus use efficiency for garlic was obtained under 100%BB treatment.During the rice season,the runoff loss amounts andloss rates of nitrogen and phosphorus under 100%BB treatment were the lowest,resulting in 55.34%and 86.95%reduction,respectively,for nitrogen,and 70.14%and 89.07%reduction,respectively,for phosphorus,compared with CF treatment.The runoff losses of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were 13.19%～21.69%of that of total nitrogen losses,whereas 83.25%～90.93%of total phosphorus losses were soluble phosphorus.

Erhai Lake;fertilization method;rice-garlic rotation;nitrogen and phosphorus reduction

X592

A

1672-2043（2017）11-2287-10

10.11654/jaes.2017-0537

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2017－04－11 錄用日期：2017-07-24

姚金玲（1985—），女，黑龍江五大連池人，博士研究生，助理研究員，從事農(nóng)業(yè)面源污染防治技術研究。E-mail：yaojl139@163.com

*通信作者：任天志 E-mail：rentianzhi@caas.cn

引進國際先進農(nóng)業(yè)科學技術計劃（948項目）（2014-S4，2016-X53）；中國農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務費（Y2016PT48）

Project supported：Introducing the International Advanced Agricultural Science and Technology Program（2014－S4，2016－X53）；Basic Research and Business Expenses of Chinese Academy of Agricultural Sciences（Y2016PT48）