靳玉婷，劉運(yùn)峰，胡宏祥，穆靜，高夢(mèng)瑤，李先藩，薛中俊，龔靜靜

持續(xù)性秸稈還田配施化肥對(duì)油菜-水稻輪作周年氮磷徑流損失的影響

靳玉婷，劉運(yùn)峰，胡宏祥，穆靜，高夢(mèng)瑤，李先藩，薛中俊，龔靜靜

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230036

【】探究秸稈還田對(duì)巢湖地區(qū)油菜-水稻兩熟制農(nóng)田徑流氮磷流失的影響，為源頭控制巢湖流域面源污染提供科學(xué)依據(jù)。開(kāi)展連續(xù)3年（2017—2019年）的田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置無(wú)秸稈+無(wú)施肥（CK）、常規(guī)施肥（F）、秸稈還田+常規(guī)施肥（SF）和秸稈還田+常規(guī)施肥減15%（SDF）4個(gè)處理。通過(guò)測(cè)定油菜-水稻輪作下農(nóng)田地表徑流中氮磷濃度和流失量，油菜水稻作物收獲時(shí)土壤養(yǎng)分、作物氮磷養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量，探討秸稈還田對(duì)農(nóng)田徑流養(yǎng)分流失規(guī)律及土壤養(yǎng)分含量的影響。秸稈還田配施化肥降低了農(nóng)田徑流中氮的質(zhì)量濃度，增加了磷的質(zhì)量濃度。SF較F處理油菜和水稻季總氮（TN）平均質(zhì)量濃度減少15.6%和26.0%，總磷（TP）增加12.5%和8.1%。SF、SDF處理降低了油菜-水稻輪作農(nóng)田氮磷流失量。2017—2019年F處理的油菜和水稻徑流TN、TP的流失量分別為11.9—26.7、1.3—2.8和15.6—27.0和0.8—2.0 kg·hm-2，較F相比，SF處理的油菜和水稻季TN顯著降低18.4%—29.7%和21.9%—28.1%，TP流失量則降低1.3%—4.0%和1.0%—6.6%。秸稈還田能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量，短期內(nèi)均能夠降低土壤pH值，與F相比，SF處理的油菜和水稻季有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷、堿解氮平均含量增幅分別6.2%、8.4%、27.3%、19.5%、5.0%和7.0%、10.9%、17.7%、7.5%、5.1%。秸稈還田配施化肥能夠提高作物地上部氮磷累積量。F處理的油菜和水稻地上部作物氮素、磷素累積量均值分別為105.0、20.4和134.3、36.7 kg·hm-2，SF較F處理油菜和水稻季氮素累積量增加28.9%和7.8%，磷素增加12.1%和5.9%。秸稈還田提高了油菜-水稻輪作的周年產(chǎn)量，其中SF較F處理顯著提高7.8%（2017年）和6.4%（2019年）。油菜-水稻輪作模式下秸稈還田配施化肥能夠在保證作物產(chǎn)量的同時(shí)提高土壤養(yǎng)分含量，降低氮磷流失負(fù)荷。

秸稈還田；徑流；氮磷流失；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】自20世紀(jì)60年代以來(lái)，氮肥和磷肥的施用量分別增長(zhǎng)了9倍和3倍，造成氮磷循環(huán)失衡[1]。當(dāng)?shù)?、磷積累超過(guò)臨界值時(shí)，施肥會(huì)加速土壤氮、磷的流失[2-3]，從而增加水體氮磷質(zhì)量濃度。GUO等[4]研究認(rèn)為約48%的氮和38%的磷來(lái)自農(nóng)田。施入農(nóng)田的肥料除被作物吸收和土壤固定外，其余以田面徑流、滲漏、氨揮發(fā)、反硝化等途徑損失進(jìn)入周?chē)h(huán)境[5-6]。地表徑流作為農(nóng)田養(yǎng)分流失的主要途徑[7]，已引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。巢湖流域是湖泊污染重點(diǎn)治理的對(duì)象之一，其水體污染問(wèn)題主要表現(xiàn)為富營(yíng)養(yǎng)化[8]。氮磷化肥施用量在農(nóng)業(yè)施肥結(jié)構(gòu)中所占比重過(guò)大，導(dǎo)致地表徑流和排水溝渠中氮磷污染物質(zhì)量濃度高，引起水體污染，藍(lán)藻的暴發(fā)，造成巢湖流域農(nóng)業(yè)面源污染。江淮地區(qū)的油菜-水稻輪作模式對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)起到了重要作用。自然降雨條件下，深入研究秸稈還田對(duì)農(nóng)田徑流養(yǎng)分流失特征，對(duì)于減少巢湖流域的農(nóng)業(yè)面源污染，從源頭控制農(nóng)業(yè)化肥的污染及建立良性循環(huán)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈還田作為一項(xiàng)重要有機(jī)培肥措施，在蓄水保墑、減少污染等方面具有優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期秸稈還田可改善土壤結(jié)構(gòu)[9]，增加土壤微生物、提高土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量[10]。秸稈還田還可以減少土壤表面雨水的侵蝕[11]，降低產(chǎn)沙量，提高固氮能力[12]，從而減少農(nóng)田氮磷養(yǎng)分的流失，是一種不可替代的保護(hù)性耕作措施。WANG等[8]和劉紅江等[13]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)措施相比，秸稈還田或者秸稈還田搭配減量施肥均可有效降低地表氮流失量甚至降低氮流失率，但對(duì)于不同種類(lèi)秸稈還田對(duì)農(nóng)田地表徑流的影響的結(jié)論并不統(tǒng)一。YANG等[14]認(rèn)為如果秸稈還田量過(guò)大，在降雨條件下容易增加總氮濃度，導(dǎo)致氮損失。由于地表徑流磷流失機(jī)理的復(fù)雜性和土壤條件的區(qū)域性，對(duì)農(nóng)田徑流磷素的研究是不同的[15]。【本研究切入點(diǎn)】目前，已有針對(duì)土壤類(lèi)型和施肥處理對(duì)不同農(nóng)田養(yǎng)分流失規(guī)律影響的研究，而在自然降雨條件下，關(guān)于油菜-水稻輪作模式當(dāng)季作物秸稈還田對(duì)后茬作物農(nóng)田徑流氮磷的質(zhì)量濃度及流失損失的影響研究較少，對(duì)巢湖流域的研究也很少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)選取巢湖市烔煬鎮(zhèn)油菜-水稻農(nóng)田試驗(yàn)基地為研究對(duì)象。通過(guò)監(jiān)測(cè)自然降雨條件下農(nóng)田徑流中氮磷的流失規(guī)律和作物收獲時(shí)土壤養(yǎng)分、氮磷養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量，從而揭示秸稈還田對(duì)農(nóng)田徑流氮磷養(yǎng)分隨地表徑流的遷移特征及流失量與土壤養(yǎng)分和產(chǎn)量之間的關(guān)系，為合理利用秸稈還田和進(jìn)一步提出有效控制養(yǎng)分流失提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)的再利用和防控農(nóng)業(yè)面源污染的總目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于安徽省巢湖市烔煬鎮(zhèn)西宋村農(nóng)田示范基地（東經(jīng)117°41′37″，北緯31°39′37″）。屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，常年氣候溫和，雨量與日照充足。年平均降水量1 200 mm，年平均氣溫16— 17℃。土壤類(lèi)型為潛育性水稻土，耕層（0—20 cm）土壤 pH（H2O）6.03，總氮含量1.47 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量24.29 g·kg-1，全磷含量0.45 g·kg-1，堿解氮含量146.56 mg·kg-1，速效磷含量12.87 mg·kg-1。全鉀含量為8.77 g·kg-1，速效鉀含量為109.46 mg·kg-1。油菜和水稻秸稈中全碳、全氮、全磷和全鉀含量見(jiàn)表1。

表1 不同秸稈養(yǎng)分含量及每年氮磷養(yǎng)分投入量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

田間試驗(yàn)在油菜-水稻輪作的基礎(chǔ)上，對(duì)油菜季和水稻季設(shè)置4個(gè)處理：（1）無(wú)秸稈+無(wú)施肥（CK）；（2）常規(guī)施肥（F）；（3）秸稈還田+常規(guī)施肥（SF）；（4）秸稈還田+常規(guī)施肥減15%（SDF）。常規(guī)施肥依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的施肥習(xí)慣，復(fù)合肥（氮-磷-鉀：20-10-18）以480kg·hm-2為基肥，尿素（總氮≥46.4%）以150 kg·hm-2為追肥，具體的施肥時(shí)間見(jiàn)表2，整個(gè)生育期的病蟲(chóng)草害防治與水肥管理及其他管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積30 m2，長(zhǎng)4 m，寬7.5 m。在小區(qū)一側(cè)修筑徑流收集池，收集池長(zhǎng)2 m、寬1 m、深1.5 m，徑流池底部開(kāi)設(shè)一個(gè)控制閥出水口，徑流池上加蓋。

每季試驗(yàn)前先將上季作物收獲，留茬10 cm左右，通過(guò)收割機(jī)將上一季的秸稈切碎翻耕入土，長(zhǎng)度為5—10 cm。秸稈還田量為上季作物收獲后所有秸稈量，每年秸稈還田的氮磷養(yǎng)分投入量可依據(jù)表1中相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)。每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，呈隨機(jī)區(qū)組分布。試驗(yàn)共進(jìn)行了6季，時(shí)間為2016年11月至2019年10月。本試驗(yàn)中油菜供試品種為秦優(yōu)十號(hào)，于每年11月中旬移栽，次年5月收獲。水稻供試品種為徽兩優(yōu)996，于每年6月中旬移栽，10月初收獲。

表2 作物田間試驗(yàn)具體施肥時(shí)間

1.3 樣品采集與測(cè)定

在每次降水產(chǎn)生徑流后，立即測(cè)量各徑流池的水位，計(jì)算徑流量并采集徑流水。采用流動(dòng)注射法（德國(guó)AA3）測(cè)定徑流水中總氮（TN）、硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH4+-N）、總磷（TP）和可溶性總磷濃度（TDP）。于每季作物收獲時(shí)，采用“S”型多點(diǎn)采樣法，從表層（0—20 cm）采集土壤樣品，混合均勻，風(fēng)干后研磨至可通過(guò)2 mm篩，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。土壤測(cè)定方法參照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》[16]。采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，高溫酸融-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，NaHCO3提取-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷，堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量，pH采用電極法。油菜、水稻成熟時(shí)人工收獲，各小區(qū)單獨(dú)測(cè)定籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

作物種植過(guò)程中降雨產(chǎn)生徑流時(shí)氮、磷徑流流失量的計(jì)算公式為：

式中，P為產(chǎn)生徑流水樣中氮、磷徑流流失量（kg·hm-2）；C為第次徑流事件徑流水樣中氮、磷的質(zhì)量濃度（mg·L-1）；V為第次徑流事件中徑流量（m3·hm-2）；是一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)期（油菜季、水稻季）的產(chǎn)流總數(shù)。

秸稈氮（磷）累積量（nitrogen (phosphorus) accumulation of straw, kg·hm-2）=秸稈干重×秸稈氮（磷）含量；

籽粒氮（磷）累積量（nitrogen (phosphorus) accumulation in grain, kg·hm-2）=籽粒干重×籽粒氮（磷）含量；

地上部氮（磷）累積量（nitrogen (phosphorus) accumulation in shoot, kg·hm-2）=秸稈氮（磷）累積量+籽粒氮（磷）累積量。

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Duncan法檢驗(yàn)處理間差異。Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 作物養(yǎng)分累積量與產(chǎn)量

根據(jù)表3可知，秸稈還田可增加油菜-水稻輪作農(nóng)田作物地上部分的氮磷養(yǎng)分累積量，F(xiàn)處理油菜和水稻的秸稈、籽粒中氮素、磷素累積量小于SF、SDF處理。3年間F處理的油菜地上部氮素和磷素累積量均值為105.0和20.4 kg·hm-2，SF、SDF處理的均值為135.4、124.0 kg·hm-2和22.9、20.6 kg·hm-2，與F處理相比，地上部氮素累積量分別增加28.9%和18.0%，磷素則增加12.1%和0.9%。水稻季F處理的地上部氮素和磷素累積量均值為134.3和36.7 kg·hm-2，SF、SDF處理的均值則為144.7、139.6 kg·hm-2和38.9、36.9 kg·hm-2，較F處理地上部氮素累積量分別增加7.8%和4.0%，地上部磷素累積量則增加5.9%和0.3%。油菜-水稻輪作期間，秸稈還田配施化肥均可以增加作物地上部分氮磷養(yǎng)分積累，但與常規(guī)施肥相比，處理間未達(dá)差異顯著性，其中秸稈還田對(duì)油菜作物養(yǎng)分累積效應(yīng)優(yōu)于水稻。

同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著（＜0.05）。下同

Different lowercase letters after the same column of data indicate significant differences between treatments (＜0.05). The same as below

由表4可知，在連續(xù)秸稈還田定位試驗(yàn)中，CK處理的作物產(chǎn)量顯著低于其他處理，SF處理最高，2017—2019年油菜和水稻產(chǎn)量分別達(dá)到3.0—3.3和9.4—11.3 t·hm-2，周年產(chǎn)量達(dá)到12.3—14.6 t·hm-2。2019年，SF較F處理相比顯著提高油菜和水稻的產(chǎn)量，增幅為5.9%和6.6%，其他年份間無(wú)顯著差異。秸稈還田還可以在一定程度上提高年際間油菜-水稻輪作的周年產(chǎn)量，2017和2019年SF處理周年作物產(chǎn)量較F處理相比顯著提高7.8%和6.4%，SDF處理的作物的產(chǎn)量能夠保證作物產(chǎn)量。由此可見(jiàn)，隨著秸稈還田年限的增加可達(dá)到明顯的增產(chǎn)效果，但與F處理相比，差異較小。

2.2 農(nóng)田徑流量

2017—2019年油菜和水稻生長(zhǎng)季農(nóng)田徑流量見(jiàn)圖1，其間發(fā)生徑流共39次，其中油菜季25次，水稻季14次。CK處理的徑流量在油菜季和水稻季最大。油菜季F處理的平均徑流量為538.0 m3·hm-2，徑流峰值出現(xiàn)在2019年2月16日，達(dá)到985.6 m3·hm-2，SF、SDF處理的平均徑流量為508.4和499.7 m3·hm-2，與F相比，SF、SDF處理降低5.5%和7.1%。水稻季F處理的平均徑流量為573.8 m3·hm-2，其中徑流量峰值為963.9 m3·hm-2（2017年8月3日），SF、SDF處理的平均徑流量為540.8和531.4 m3·hm-2，較F相比，SF、SDF處理則降低5.8%和7.4%?？梢?jiàn)秸稈還田配施常規(guī)施肥處理的徑流量均小于常規(guī)施肥。

圖1 2017—2019年農(nóng)田徑流量變化

2.3 農(nóng)田徑流氮磷的質(zhì)量濃度變化

2017—2019年油菜-水稻輪作農(nóng)田徑流水中各氮素質(zhì)量濃度變化見(jiàn)圖2，從中可知，各處理TN、NO3--N和NH4+-N質(zhì)量濃度均表現(xiàn)為F＞SF＞SDF＞CK（圖2-a，2-b，2-c）。其中TN質(zhì)量濃度隨作物的生長(zhǎng)而迅速下降，并呈波動(dòng)穩(wěn)定趨勢(shì)（圖2-a）；NO3--N質(zhì)量濃度隨作物生長(zhǎng)期上升，然后下降并趨于波動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)（圖2-b）；NH4+-N質(zhì)量濃度在油菜季波動(dòng)降低，而在水稻季則迅速下降，然后趨于波動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)（圖2-c）。其中TN、NO3--N和NH4+-N質(zhì)量濃度在基肥施用后達(dá)到峰值，F(xiàn)處理的氮質(zhì)量濃度均高于其他處理，TN、NO3--N和NH4+-N質(zhì)量濃度在油菜季最高分別達(dá)到9.9、3.9和1.7 mg·L-1，水稻季高達(dá)13.1、2.0和5.1 mg·L-1，水稻季NH4+-N質(zhì)量濃度高于油菜季，而NO3--N質(zhì)量濃度低于油菜季。2017—2019年，F(xiàn)處理的油菜季農(nóng)田徑流水中TN、NO3--N和NH4+-N平均質(zhì)量濃度分別為5.1、1.4和0.4 mg·L-1，水稻季為6.4、0.7和1.7 mg·L-1。與F處理相比，油菜季SF處理的TN、NO3--N和NH4+-N平均質(zhì)量濃度減少15.6%、8.6%和15.5%，SDF處理則減少25.0%、21.7%和21.0%；而水稻季SF和SDF較F處理相比TN平均質(zhì)量濃度降低16.4%和26.0%，NO3--N降低14.3%和24.2%，NH4+-N則降低12.1%和38.0%。

圖2 2017—2019年農(nóng)田徑流中氮質(zhì)量濃度變化

不同處理徑流中磷（TP、TDP）的質(zhì)量濃度在油菜季節(jié)表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)，水稻生長(zhǎng)過(guò)程中表現(xiàn)出波動(dòng)下降的變化趨勢(shì)，各處理TP、TDP質(zhì)量濃度表現(xiàn)為SF＞SDF＞F＞CK（圖3-a，3-b）。SF處理的TP、TDP質(zhì)量濃度最高，在油菜季最高可達(dá)1.4 和0.7 mg·L-1，水稻季達(dá)0.9和0.4 mg·L-1。2017—2019年，SF處理的油菜季徑流水中TP和TDP平均質(zhì)量濃度分別為0.5和0.2 mg·L-1，水稻季為0.4和0.2 mg·L-1。與F處理相比，SF、SDF 處理的TP平均質(zhì)量濃度在油菜季和水稻季分別增加12.5%、7.1%和8.1%、4.5%，TDP平均質(zhì)量濃度則分別增加9.3%、4.5%和9.6%、3.8%。

圖3 2017—2019年農(nóng)田徑流中磷質(zhì)量濃度變化

2.4 農(nóng)田徑流氮磷流失量及流失形態(tài)特征

不同處理對(duì)徑流氮素（TN、NH4+-N、NO3--N）流失量影響見(jiàn)圖4。秸稈還田組的TN、NH4+-N、NO3--N流失量均低于常規(guī)施肥，F(xiàn)處理的氮素流失量最高。2017—2019年期間，油菜季各處理的TN、NO3--N和NH4+-N流失量分別為11.9—26.7 kg·hm-2、1.6—6.0 kg·hm-2和0.8—2.0 kg·hm-2，其中徑流水中可溶性無(wú)機(jī)氮素輸出量主要以NO3--N的形態(tài)為主，最高可占TN流失量的32.1%，NH4+-N輸出量較小，最高可占比9.4%（表5）。試驗(yàn)期間水稻季各處理的TN、NO3--N和NH4+-N徑流流失量為7.0—26.8、1.0—3.3和1.2—6.3 kg·hm-2，NH4+-N流失量為可溶性無(wú)機(jī)氮素輸出量的主要形態(tài)，占TN流失量的14.0%—31.5%，NO3--N占比為9.7%—15.2%（表5）。試驗(yàn)期間，秸稈還田處理的氮素流失量與常規(guī)施肥處理相對(duì)比差異顯著，與F處理相比，SF和SDF處理的TN流失量在油菜季顯著降低18.4%—29.7%和28.3%—33.2%，水稻季顯著降低21.9%—28.1%和34.1%—40.5%。SF和SDF的NO3--N流失量較F處理在3年油菜季均達(dá)到差異顯著性，降幅達(dá)15.4%—20.6%和19.6%—38.1%，水稻季SF和SDF的NO3--N流失量在2017年較F處理顯著降低27.5%和42.5%，2019年顯著降低21.1%和31.4%，2018年SF和SDF與F處理間差異不顯著。油菜季SF、SDF的NH4+-N流失量較F處理在2017—2019年顯著降低16.6%、18.7%和35.3%、43.4%，2018年差異不顯著。在2017年水稻季，SF和SDF的NH4+-N流失量較F處理顯著降低19.6%和27.3%，2019年則顯著降低28.1%和54.7%，其中2018年僅SDF較F處理NH4+-N流失量差異顯著，降幅達(dá)62.5%。

不同處理TP流失量表現(xiàn)為F＞SF＞SDF＞CK，不同年份間TP流失量存在差異（圖5-a）。農(nóng)田徑流水中TDP流失量占TP流失量比例為34.4%—54.6%（表5），說(shuō)明地表徑流水中TP的TDP 所占比重較小，絕大多數(shù)以懸浮顆粒結(jié)合態(tài)存在，這與已有研究得出的“地表徑流中磷素的流失形式主要是通過(guò)與顆粒物（粒徑≥0.45 μm）相結(jié)合作為載體而進(jìn)行遷移”[17]一致。秸稈還田能夠降低農(nóng)田徑流TP流失量，2017—2019年，油菜季F處理的TP、TDP流失量在1.3—2.8和0.2—1.1 kg·hm-2范圍內(nèi)變化，SF和SDF較F處理的TP流失量在2018年顯著降低4.0%和5.7%，2019年SDF的TP流失量較F顯著降低6.0%。水稻季F處理的TP、TDP流失量在0.8—2.0和0.3—1.0 kg·hm-2范圍內(nèi)變化。2019年SF、SDF與F處理相比，TP流失量顯著降低6.6%和10.5%，2018年僅SDF較F處理顯著降低10.3%，2017年雖有所降低，但處理間差異不顯著。

2.5 農(nóng)田土壤養(yǎng)分及pH變化

經(jīng)過(guò)連續(xù)3年的秸稈還田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施化肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷養(yǎng)分庫(kù)容量，不同處理的土壤養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為SF＞SDF＞F＞CK（表6）。2017年，與F相比，SF處理能夠顯著提高油菜季全氮11.6%，堿解氮5.4%和水稻季有機(jī)質(zhì)5.3%，堿解氮4.2%。2018年，SF較F處理均能顯著提高油菜季和水稻季土壤養(yǎng)分含量，油菜季有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷和堿解氮增幅為6.3%、5.8%、17.1%、21.6%和7.9%，水稻季增幅為7.3%、20.4%、22.9%、17.4%和4.8%。2019年，與F相比，SF處理僅能夠顯著提高油菜季速效磷24.4%和水稻季有機(jī)質(zhì)8.0%及全磷25.9%。

不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著（P＜0.05）。下同

表5 2017—2019年農(nóng)田徑流氮磷流失特征

秸稈還田與施用化肥短期內(nèi)均能夠使土壤的pH值有所下降，其中CK處理的pH值高于其他處理，SF處理的土壤pH值最低。2017年水稻季SF較F處理比土壤pH值顯著降低1.1%，2018年油菜季顯著降低15.0%（表6）。與CK處理相比，其他處理的土壤pH降低，酸性增強(qiáng)，可見(jiàn)施用化肥增加土壤的酸化，此基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田會(huì)加深土壤酸化程度。但經(jīng)秸稈還田處理3年后的土壤pH值較土壤背景值（6.03）相比并無(wú)較大差異。

3 討論

3.1 秸稈還田配施化肥對(duì)農(nóng)田徑流氮磷質(zhì)量濃度的影響

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，秸稈還田配施化肥能夠降低徑流中氮素的流失風(fēng)險(xiǎn)，與常規(guī)施肥相比，秸稈還田可降低徑流水中TN、NH4+-N、NO3--N質(zhì)量濃度，且秸稈還田配施減量化肥的氮質(zhì)量濃度最低。這與其他研究結(jié)果[1,8]一致。農(nóng)田徑流水中TN、NH4+-N、NO3--N質(zhì)量濃度在基肥和追肥施用后升高，且隨作物生長(zhǎng)逐漸降低，在強(qiáng)降雨條件下氮質(zhì)量濃度增加。這與Jung等[18]研究氮損失與施肥時(shí)間、降雨量等直接相關(guān)的結(jié)果一致。本研究中秸稈還田后，提高了土壤微生物的數(shù)量和活性，部分微生物細(xì)菌固持農(nóng)田中氮素[19]；其秸稈降解之后的多孔結(jié)構(gòu)也有利于吸附農(nóng)田環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[20]，促進(jìn)養(yǎng)分下滲，從而降低氮的質(zhì)量濃度。研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田可提高徑流中磷的質(zhì)量濃度，農(nóng)田徑流水中輸出的磷素濃度過(guò)高會(huì)對(duì)水體的質(zhì)量安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。磷在土壤中的遷移是受其形態(tài)和土壤吸附能力的控制[21]。秸稈的加入，增強(qiáng)土壤微生物的活動(dòng)性，提高磷活性[22]，降低土壤磷的吸附固定能力。同時(shí)秸稈的分解加速根系分泌物的釋放，增加溶解態(tài)有機(jī)磷的含量，釋放出一些有機(jī)官能團(tuán)和有機(jī)酸，這些有機(jī)官能團(tuán)和有機(jī)酸可以與磷螯合，進(jìn)一步加速磷的溶解[1]，在大雨的反復(fù)沖刷與擊濺，擾動(dòng)了農(nóng)田表層土壤，會(huì)釋放土壤固持的磷[23]，進(jìn)而增加徑流中磷的質(zhì)量濃度。Hahn等[24]研究表明磷素施用后主要吸附于土壤層表面，遇到較大的降雨后引起土壤吸附磷的流失，增加徑流水體中磷的質(zhì)量濃度。

圖5 2017—2019年農(nóng)田徑流中磷素的流失量

3.2 秸稈還田配施化肥對(duì)農(nóng)田徑流氮磷流失量的影響

本研究表明秸稈還田能夠降低農(nóng)田氮素和磷素的流失量。地表徑流養(yǎng)分損失取決于徑流量及其質(zhì)量濃度[19]。試驗(yàn)結(jié)果表明秸稈還田處理能夠減少油菜-水稻輪作農(nóng)田地表徑流量，這是因?yàn)榻斩掃€田保護(hù)了土壤的良好結(jié)構(gòu)，增加土壤的蓄水能力和土壤含水量，使土壤保持較高的入滲速率和抗沖性[25]，抑制水分的蒸發(fā)。同時(shí)，均勻覆蓋表土可減弱雨滴的動(dòng)能，防止雨滴擊濺，阻隔雨水與土壤的直接沖刷作用。秸稈的添加又增加地表糙率度，阻延流速，降低水流能量，減輕徑流量和降雨對(duì)土壤的剝離作用，導(dǎo)致地表徑流和泥沙流失量的減少，使氮素流失量降低。研究結(jié)果表明油菜季徑流中氮素流失形態(tài)主要以NO3--N為主，而水稻季徑流中氮素流失形態(tài)以NH4+-N為主。在旱田作物條件下，氧化物環(huán)境中的土壤有利于硝化作用[26]，使NO3--N大量積累在表層，由于NO3--N易流失[27]，導(dǎo)致油菜季徑流中NO3--N流失量較高。稻田處于淹水環(huán)境中，尿素施入進(jìn)行水解會(huì)釋放大量NH4+-N，使土壤的硝化作用受到抑制[28]，反硝化作用較為活躍[29]，稻田氮損失途徑主要為反硝化作用和氨揮發(fā)，即水稻季主要以NH4+-N的形態(tài)流失，這與PENG等[5]研究結(jié)果一致。秸稈還田能減少磷素流失量，盡管秸稈還田增加了徑流中的磷的質(zhì)量濃度，但本試驗(yàn)中秸稈還田的徑流量較常規(guī)施肥有所降低。因此，秸稈還田降低農(nóng)田徑流中磷素的流失主要是通過(guò)減少地表徑流量的損失來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

表6 2017—2019年農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量及pH的動(dòng)態(tài)變化

3.3 秸稈還田配施化肥對(duì)土壤養(yǎng)分及pH的影響

本研究中秸稈還田有利于提高土壤養(yǎng)分含量，其中對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的積累隨著秸稈還田年限逐漸增加。作物秸稈中含有豐富有機(jī)成分和氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素，秸稈腐解后，周?chē)鷷?huì)有大量的微生物進(jìn)行繁殖[30]，形成微生物的活動(dòng)層[31]，促進(jìn)了對(duì)秸稈有機(jī)態(tài)養(yǎng)分的分解釋放，從而增加有機(jī)質(zhì)含量[32]，但土壤有機(jī)質(zhì)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，因此，秸稈還田作為改善土壤肥力的措施需長(zhǎng)期堅(jiān)持。這與YANG等[33]研究表明長(zhǎng)期秸稈還田后會(huì)增強(qiáng)土壤固氮能力，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的結(jié)果一致。土壤酸化會(huì)制約土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化和釋放，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化、養(yǎng)分流失，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)進(jìn)行到第二年，秸稈還田處理會(huì)加深土壤的酸化程度，由于秸稈在分解過(guò)程中產(chǎn)生了大量的有機(jī)酸，如乙酸、丁酸、酚酸和腐殖酸-黃腐酸，短期內(nèi)會(huì)影響土壤pH值，但很快會(huì)因土壤自身的酸堿緩沖能力而有所恢復(fù)，并不會(huì)長(zhǎng)期影響土壤酸堿度。因此經(jīng)秸稈還田處理3年后土壤的pH值較背景值差異不大。XIAO等[34]研究結(jié)果表明秸稈會(huì)造成土壤微生物與作物幼苗爭(zhēng)奪養(yǎng)分、導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)疏松，其礦化過(guò)程中產(chǎn)生的銨根陽(yáng)離子的硝化作用，致使土壤pH下降。但郭春雷和楊采迪等[35-36]研究結(jié)果表明，秸稈直接還田可提高土壤的pH值，這可能受到土壤本身、還田年限及作物秸稈類(lèi)別的影響，具體原因需要進(jìn)一步研究。

3.4 秸稈還田配施化肥對(duì)作物養(yǎng)分累積及產(chǎn)量的影響

本試驗(yàn)表明秸稈還田增加油菜-水稻輪作體系作物地上部氮素、磷素累積量和產(chǎn)量，稻秸還田對(duì)油菜作物養(yǎng)分吸收累積效應(yīng)優(yōu)于油菜秸稈還田。油菜屬于旱田作物，氧氣充沛的土壤環(huán)境有利于秸稈腐解[37]，水稻生育期處于淹水厭氧環(huán)境，厭氧狀態(tài)抑制土壤中好氧微生物的活性，降低微生物的呼吸強(qiáng)度[38]，導(dǎo)致秸稈養(yǎng)分釋放速率較低，這與代文才等[39]研究表明旱地較水田環(huán)境更有利于秸稈腐解，養(yǎng)分的積累的結(jié)果一致。秸稈還田補(bǔ)充了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分，微生物迅速繁殖，通過(guò)調(diào)節(jié)土壤與化肥養(yǎng)分的釋放強(qiáng)度和速率，促進(jìn)土壤有效氮素在作物體內(nèi)的代謝[40]，增加的氮素經(jīng)由根系、莖稈及葉向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)[41]，從而提高作物的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量[42-43]。秸稈還田第一年周年作物產(chǎn)量表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果，而第二年由于秸稈在生育中后期開(kāi)始大量腐解土壤氮素過(guò)高，致前期作物生長(zhǎng)過(guò)盛，影響后期籽粒的形成，增產(chǎn)效果不明顯。秸稈還田在第三年對(duì)作物的增產(chǎn)效果最為顯著，說(shuō)明秸稈還田需要長(zhǎng)期堅(jiān)持。因此，油菜-水稻輪作模式下秸稈還田配施化肥既保證作物的產(chǎn)量又能實(shí)現(xiàn)資源的再利用。

4 結(jié)論

2017—2019年油菜-水稻輪作模式下，秸稈還田配施化肥的徑流中氮的質(zhì)量濃度低于常規(guī)施肥，但磷的質(zhì)量濃度有所增加。各季度的氮素累積流失量較常規(guī)施肥顯著降低，SDF處理最低，與F相比，油菜和水稻季總氮流失量顯著降低28.3%—33.2%和34.1%— 40.5%。由于秸稈還田的徑流量小于常規(guī)施肥故可降低磷素的流失風(fēng)險(xiǎn)，較F處理相比，SDF處理的油菜季總磷流失量降低5.7%—6.0%，水稻季降低5.5%—10.5%。秸稈還田可提高農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷養(yǎng)分含量，對(duì)土壤的pH值有短期影響效應(yīng)。SF、SDF處理的油菜-水稻周年產(chǎn)量較F有增產(chǎn)效果，2017年SF較F處理顯著提高7.8%，2019年則顯著提高6.4%。綜上，SDF是當(dāng)?shù)赝扑]的還田方式，在保證作物產(chǎn)量的前提下，節(jié)約了投入成本，減少氮磷流失對(duì)巢湖流域水環(huán)境的影響。

[1] WANG J, WANG D J, ZHANG G, WANG Y, WANG C, TENG Y, CHRISTIE P. Nitrogen and phosphorus leaching losses from intensively managed paddy fields with straw retention. Agricultural Water Management, 2014, 141: 66-73.

[2] KOPACEK J, HEJZLAR J, POACH M. Factors controlling the export of nitrogen from agricultural land in a large central European catchment during 1900-2010. Environmental Science & Technology, 2013, 47(12): 6400-6407.

[3] LIU J, LI J M, MA Y B, WANG E L, LIANG Q, JIA Y H, LI T S, WANG G C. Crop productivity and nitrogen balance as influenced by nitrogen deposition and fertilizer application in North China. Sustainability, 2019, 11(5): 1347-1359.

[4] GUO H Y, WANG X R, ZHU J G. Quantification and index of non-point source pollution in Taihu Lake Region with GIS. Environment Geochem Health, 2004, 26(2): 147-156.

[5] PENG S Z, YANG S H, XU J Z, LUO Y F, HOU H J. Nitrogen and phosphorus leaching losses from paddy fields with different water and nitrogen managements. Paddy and Water Environment, 2011, 9(3): 333-342.

[6] ZHENG H J, LIU Z, NIE X F, ZUO J C,WANG L Y. Comparison of active nitrogen loss in four pathways on a sloped peanut field with red soil in China under conventional fertilization conditions. Sustainability 2019, 11(22): 6219-6234.

[7] CHEROBIM V F, HUNG C H, FAVARETTO N. Tillage system and time post-liquid dairy manure: Effects on runoff, sediment and nutrients losses. Agricultural Water Management, 2017, 184: 96-103.

[8] WANG J, LU G A, GUO X S, WANG Y Q, DING S W, WANG D Z. Conservation tillage and optimized fertilization reduce winter runoff losses of nitrogen and phosphorus from farmland in the Chaohu Lake region, China. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2015, 101(1): 93-106.

[9] 王士超, 閆志浩, 王瑾瑜, 槐圣昌, 武紅亮, 邢婷婷, 葉洪齡, 盧昌艾. 秸稈還田配施氮肥對(duì)稻田土壤活性碳氮?jiǎng)討B(tài)變化的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 53(4): 782-794.

WANG S C, YAN Z H, WANG J Y, HUAI S C, WU H L, XING T T, YE H L, LU C A. Nitrogen fertilizer and its combination with straw affect soil labile carbon and nitrogen fractions in paddy fields. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(4): 782-794. (in Chinese)

[10] 武際, 郭熙盛, 魯劍巍, 王允青, 張曉玲, 許征宇. 連續(xù)秸稈覆蓋對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)特征和作物產(chǎn)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(9): 1741-1749.

WU J, GUO X S, LU J W, WANG Y Q, ZHANG X L, XU Z Y. Effects of continuous straw mulching on supply characteristics of soil inorganic nitrogen and crop yields. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(9): 1741-1749. (in Chinese)

[11] 吳鳳至, 史志華, 岳本江, 王玲. 坡面侵蝕過(guò)程中泥沙顆粒特性研究. 土壤學(xué)報(bào), 2012, 49(6): 1235-1240.

WU F Z, SHI Z H,YUE B J, WANG L. Particle characteristics of sediment in erosion on hillslope. Acta Pedologica Sinica, 2012, 49(6): 1235-1240. (in Chinese)

[12] 張丹, 付斌, 胡萬(wàn)里, 翟麗梅, 劉宏斌, 陳安強(qiáng), 蓋霞普, 張亦濤, 劉劍, 王洪媛. 秸稈還田提高水稻-油菜輪作土壤固氮能力及作物產(chǎn)量. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 33(9): 133-140.

ZHANG D, FU B, HU W L, ZHAI L M, LIU H B, CHEN A Q, GAI X P, ZHANG Y T, LIU J, WANG H Y. Increasing soil nitrogen fixation capacity and crop yield of rice-rape rotation by straw returning. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33 (9): 133-140. (in Chinese)

[13] 劉紅江, 郭智, 鄭建初, 陳留根, 周煒. 不同栽培技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量及徑流NPK流失的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 34(9): 1790-1796.

LIU H J, GUO Z, ZHENG J C, CHEN L G, ZHOU W. Effect of different cultivation techniques on rice yield and NPK runoff losses. Journal of Agro-Environment Science, 2015, 34(9): 1790-1796. (in Chinese)

[14] YANG H S, Xu M M, Koide R T, LIU Q, DAI Y J, LIU L, BIAN X M. Effects of ditch-buried straw return on water percolation, nitrogen leaching and crop yields in a rice-wheat rotation system. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2015, 96(4): 1141-1149.

[15] QIU S, MCCOMB A, BELL R, DAVIS J. Leaf-litter application to a sandy soil modifies phosphorus leaching over the wet season of southwestern Australia. Hydrobiologia, 2005, 545(1): 33-44.

[16] 鮑士旦. 土壤農(nóng)業(yè)分析. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

BAO S D. Soil Agriculture Analysis. Beijing: China Agriculture Press, 2000. (in Chinese)

[17] ZHANG T Q, TAN C S, ZHENG Z M, Drury C F. Tile drainage phosphorus loss with long-term consistent cropping systems and fertilization. Journal of Environmental Quality, 2015, 44(2): 503-511.

[18] JUNG J W, LIM S S, KWAK J H, PARK H J, YOON K S, KIM H Y, BAEK W J, CHOI W J. Further understanding of the impacts of rainfall and agricultural management practices on nutrient loss from rice paddies in a monsoon area. Water Air and Soil Pollution, 2015, 226(9): 283-293.

[19] YU L L, Tang Y L, Wang Z G, GOU Y G, WANG J W. Nitrogen-cycling genes and rhizosphere microbial community with reduced nitrogen application in maize/soybean strip intercropping. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2019, 113(1): 35-49.

[20] YANG S Q, HAN R Y, LI X, LIU H Y, WU H J,YANG Z L. Effect of slope farmland soil and water and soil nitrogen and phosphorus loss based on different crop and straw applications and ridge patterns in the basin of the main stream of the Songhua River. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(1): 42-47.

[21] FEI C, ZHANG S R, WEI W L, LIANG B, LI J L, DING X D. Straw and optimized nitrogen fertilizer decreases phosphorus leaching risks in a long-term greenhouse soil. Journal of Soils and Sediments, 2020, 20(3): 1199-1207.

[22] 王昆昆, 廖世鵬, 任濤, 李小坤, 叢日環(huán), 魯劍巍. 連續(xù)秸稈還田對(duì)油菜水稻輪作土壤磷素有效性及作物磷素利用效率的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 53(1): 94-104.

WANG K K, LIAO S P, REN T, LI X K, CONG R H, LU J W. Effect of continuous straw returning on soil phosphorus availability and crop phosphorus utilization efficiency of oilseed rape-rice rotation. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(1): 94-104. (in Chinese)

[23] 楊坤宇, 王美慧, 王毅, 尹黎明, 李勇, 吳金水. 不同農(nóng)藝管理措施下雙季稻田氮磷徑流流失特征及其主控因子研究. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 38(8): 1723-1734.

YANG K Y, WANG M H, WANG Y, YIN L M, LI Y, WU J S. Characteristics and determinants of nitrogen and phosphorus runoff losses under different agronomic measures in double cropping paddy fields. Journal of Agro-Environment Science, 2019, 38(8): 1723-1734. (in Chinese)

[24] HAHN C, PRASUHN V, STAMM C, SCHULIN R. Phosphorus losses in runoff from manured grassland of different soil P status at two rainfall intensities. Agriculture Ecosystems & Environment, 2012, 153: 65-74.

[25] 武愛(ài)蓮, 王勁松, 董二偉, 王立革, 郭珺, 南江寬, 韓雄, Louis McDonald, 焦曉燕. 施用生物炭和秸稈對(duì)石灰性褐土氮肥去向的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(1): 176-185.

WU A L, Wang J S, Dong E W,WANG L G, GUO J, NAN J K, HAN X, LOUIS M D, JIAO X Y. Effect of application of biochar and straw on fate of fertilizer N in cinnamon soil. Acta Pedologica Sinica, 2019, 56(1): 176-185. (in Chinese)

[26] TAO R, WAKELIN S A, LIANG Y C, CHU G X. Response of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in calcareous soil to mineral and organic fertilizer application and their relative contribution to nitrification. Soil Biology and Biochemistry, 2017, 114(11): 20-30.

[27] 斯林林, 周靜杰, 吳良?xì)g, 胡兆平. 生物炭配施緩控釋肥對(duì)稻田田面水氮素動(dòng)態(tài)變化及徑流流失的影響. 環(huán)境科學(xué), 2018, 39(12): 5383-5390.

SI L L, ZHOU J J, WU L H, HU Z P. Dynamics and runoff losses of nitrogen in paddy field surface water under combined application of biochar and slow/controlled-release fertilizer. Environmental Science, 2018, 39 (12): 5383-5390. (in Chinese)

[28] 李培培, 仝昊天, 韓燕來(lái), 姜瑛, 吳傳發(fā). 秸稈直接還田與炭化還田對(duì)潮土硝化微生物的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(6): 1471-1481.

LI P P, TONG H T, HAN Y L, JIANG Y, WU C F. Effect of straw return, directly or as biochar, on nitrifying microbes in fluvo-aquic soil. Acta Pedologica Sinica, 2019, 56(6): 1471-1481. (in Chinese)

[29] 李杰, 石元亮, 王玲莉, 孫毅, 李忠, 魏占波, 石淏心. 硝化抑制劑對(duì)稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌數(shù)量的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2019, 25(12): 2095-2101.

LI J, SHI Y L, WANG L L, SUN Y, LI Z, WEI Z B, SHI H X. Comparison of nitrification inhibitors on N2O emission and abundances of nitrifier and denitrifier in paddy soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2019, 25(12): 2095-2101. (in Chinese)

[30] 張學(xué)林, 周亞男, 李曉立, 侯小畔, 安婷婷, 王群. 氮肥對(duì)室內(nèi)和大田條件下作物秸稈分解和養(yǎng)分釋放的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(10): 1746-1760.

ZHANG X L, ZHOU Y N, LI X L, HOU X P, AN T T, WANG Q. Effects of nitrogen fertilizer on crop residue decomposition and nutrient release under lab incubation and field conditions. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(10): 1746-1760. (in Chinese)

[31] CHEN Z M , WANG H Y, LIU X W, ZHAO X L, LU D J, ZHOU J M, LI C Z. Changes in soil microbial community and 7organic carbon fractions under short-term straw return in a rice-wheat cropping system. Soil & Tillage Research, 2017, 165: 121-127.

[32] 王富華, 黃容, 高明, 王子芳, 田冬. 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)紫色土團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(4): 929-939.

WANG F H, HUANG R, GAO M, WANG Z F, TIAN D. Effect of combined application of biochar and straw on organic carbon content in purple soil aggregates. Acta Pedologica Sinica, 2019, 56(4): 929-939. (in Chinese)

[33] YANG H S, ZHAI S L, LI Y F, ZHOU J J, HE R Y, LIU J, XUE Y G, MENG Y L. Waterlogging reduction and wheat yield increase through long-term ditch-buried straw return in a rice-wheat rotation system. Field Crops Research, 2017, 209: 189-197.

[34] XIAO K C, YU L, XU J M, BROOKES P C. pH, nitrogen mineralization and KCl-extractable aluminum as affected by initial soil pH and rate of vetch residue application: Results from a laboratory study. Journal of Soils and Sediments, 2014, 14(9): 1513-1525.

[35] 郭春雷, 李娜, 彭靖, 高天一, 馬凌云, 韓曉日. 秸稈直接還田及炭化還田對(duì)土壤酸度和交換性能的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(5): 1205-1213.

GUO C L, LI N, PENG J, GAO T Y, MA L Y, HAN X R. Direct of returning maize straw or as biochar to the field triggers change in acidity and exchangeable capacity in soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2018, 24(5): 1205-1213. (in Chinese)

[36] 楊彩迪, 盧升高. 秸稈直接還田和炭化還田對(duì)紅壤酸度、養(yǎng)分和交換性能的動(dòng)態(tài)影響. 環(huán)境科學(xué). DOI: 10.13227/j.hjkx.202002213.

YANG C D, LU S G. Dynamic effects of direct returning of straw and corresponding biochar on acidity, nutrients, and exchangeable properties of red soil. Environmental Science. DOI: 10.13227/j.hjkx. 202002213. (in Chinese)

[37] 王昆昆, 劉秋霞, 朱蕓, 李小坤, 任濤, 魯劍巍, 叢日環(huán). 稻草覆蓋還田對(duì)直播冬油菜生長(zhǎng)及養(yǎng)分積累的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2019, 25(6): 1047-1055.

WANG K K, LIU Q X, ZHU Y, LI X K, REN T, LU J W, CONG R H. Effects of straw mulching on growth and nutrients accumulation of direct-sown winter oilseed rape. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2019, 25(6): 1047-1055. (in Chinese)

[38] 王景, 陳曦, 張雅潔, 郜紅建. 好氣和厭氧條件下小麥秸稈的腐解特征研究.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 20(3): 161-168.

WANG J, CHEN X, ZHANG Y J, GAO H J. Characteristic of wheat straw decomposition under aerobic and anaerobic condition in soil. Journal of China Agricultural University, 2015, 20(3): 161-168. (in Chinese)

[39] 代文才, 高明, 蘭木羚, 黃容, 王金柱, 王子芳, 韓曉飛. 不同作物秸稈在旱地和水田中的腐解特性及養(yǎng)分釋放規(guī)律. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 25(2): 188-199.

DAI W C, GAO M, LAN M L, HUANG R, WANG J Z, WANG Z F, HAN X F. Nutrient release patterns and decomposition characteristics of different crop straws in drylands and paddy fields. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(2): 188-199. (in Chinese)

[40] ZHAO X L, WANG H Y, LU D J, CHEN X Q, ZHOU J M. The effects of straw return on potassium fertilization rate and time in the rice-wheat rotation. Soil Science and Plant Nutrition, 2019, 65(2): 176-182.

[41] 王秋菊, 劉峰, 遲鳳琴, 焦峰, 張春峰, 姜輝, 李鵬緋, 朱寶國(guó). 秸稈還田及氮肥調(diào)控對(duì)不同肥力白漿土氮素及水稻產(chǎn)量影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2019, 35(14): 105-111.

WANG Q J, LIU F, CHI F Q, JIAO F, ZHANG C F, JIANG H, LI PENG F, ZHU B G. Effect of straw returning and nitrogen fertilizer regulation on nitrogen and rice yield in albic soil with different fertilities. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(14): 105-111. (in Chinese)

[42] 成臣, 汪建軍, 程慧煌, 羅亢, 曾勇軍, 石慶華, 商慶銀. 秸稈還田與耕作方式對(duì)雙季稻產(chǎn)量及土壤肥力質(zhì)量的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2018, 55(1): 247-256.

CHENG C, WANG J J, CHENG H H, LUO K, ZENG Y J, SHI Q H, SHANG Q Y. Effects of straw returning and tillage system on crop yield and soil fertility quality in paddy field under double-cropping- rice system. Acta Pedologica Sinica, 2018, 55(1): 247-256. (in Chinese)

[43] WANG X H, YANG H S, LIU J, WU J S, CHEN W P, WU J, ZHU L Q, BIAN X M. Effects of ditch-buried straw return on soil organic carbon and rice yields in a rice-wheat rotation system. European Journal of Agronomy, 2015, 127: 56-63.

Effects of Continuous Straw Returning with Chemical Fertilizer on Annual Runoff Loss of Nitrogen and Phosphorus in Rice-Rape Rotation

JIN YuTing, LIU YunFeng, HU HongXiang, MU Jing, GAO MengYao, LI XianFan, XUE ZhongJun, GONG JingJing

School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University/Anhui Province Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention, Hefei 230036

【】 To explore the effects of straw returning on the loss of nitrogen, phosphorus in rape rice double cropping system in Chaohu Area, so as to provide scientific basis for source control of non-point source pollution in Chaohu Lake Basin.【】Four treatments no straw + no fertilization (CK), conventional fertilization (F), straw returning + conventional fertilization (SF) and straw returning + conventional fertilization reduced by 15% (SDF) of field plot experiment were carried out for three consecutive years (2016-2019). By measuring the concentrations and losses of nitrogen, phosphorus in farmland surface runoff under rape rice rotation, soil nutrients and crop nitrogen and phosphorus nutrient absorption and yield during rape and rice harvest, the effects of straw returning on nutrient loss and soil nutrient content in farmland runoff were discussed.【】The results showed that straw returning combined with chemical fertilizer decreased nitrogen concentration in farmland runoff and increased phosphorus concentration. In rape and rice season, compared with F treatment, the average mass concentration of total nitrogen (TN) decreased by 15.6% and 26.0%, total phosphorus (TP) increased by 12.5% and 8.0%. SF, SDF treatment reduced the loss of nitrogen and phosphorus. In 2017-2019, the runoff loss of TN, TP of rape and rice season were 11.9-26.7 kg·hm-2, 1.3-2.8 kg·hm-2and 15.6-27.0 kg·hm-2, 0.8-2.0 kg·hm-2under F treatment. Compared with F, TN of SF treatment in rape and rice season were significantly decreased by 18.4%-29.7% and 21.9%-28.1%, TP loss decreased by 1.3%-4.0% and 1.0%-6.6%. Straw returning can increase soil organic matter and other nutrients, and reduce soil pH value in a short time. Compared with F, the average contents of organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available phosphorus and alkali hydrolyzable nitrogen under SF treatment were respectively increased by 6.2%, 8.4%, 27.3%, 19.5%, 5.0% in rape season and 7.0%, 10.9%, 17.7%, 7.5%, 5.1% in rice season. The results showed that straw returning combined with chemical fertilizer could improve the nitrogen and phosphorus accumulation of crop aboveground. The nitrogen and phosphorus accumulation of above ground crops of F treatment in rape and rice seasons were 105.0 kg·hm-2, 20.4 kg·hm-2and 134.3 kg·hm-2, 36.7 kg·hm-2, respectively. Compared with F treatment, SF increased nitrogen accumulation by 28.9% and 7.8%, phosphorus accumulation by 12.1% and 5.9% in rape and rice season. Compared with F treatment, SF significantly increased the annual yield of rape rice rotation by 7.8% (2017) and 6.4% (2019).【】Under the rape rice rotation system, straw returning combined with chemical fertilizer can not only ensure crop yield, but also increase soil nutrient content and reduce nitrogen and phosphorus loss load.

straw returning; runoff ; loss of nitrogen and phosphorus; soil nutrients; yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.09.011

2020-07-03；

2020-08-18

國(guó)家“十三五”重大專(zhuān)項(xiàng)（2017ZX07603-02-02）、合肥市環(huán)巢湖生態(tài)示范區(qū)項(xiàng)目（2018LJFD0033）

靳玉婷，E-mail：yutingjin@126.com。通信作者胡宏祥，E-mail：hongxianghu@ahau.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）