嚴(yán) 磊，吳田鄉(xiāng)，趙素雅，薛利紅，侯朋福*，徐德福，楊林章

雨強(qiáng)及播栽方式對太湖地區(qū)麥田徑流氮磷流失的影響①

嚴(yán) 磊1,2，吳田鄉(xiāng)3，趙素雅1，薛利紅1，侯朋福1*，徐德福2，楊林章1

(1 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；2 南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210044；3 江蘇省耕地質(zhì)量與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，南京 210036)

為明確太湖地區(qū)麥田氮磷流失特征，通過田間模擬試驗(yàn)研究了播栽方式(條播、撒播)和降雨強(qiáng)度(低，30 mm/h；中，60 mm/h；高，90 mm/h)對麥田氮磷流失的影響。結(jié)果表明：初始產(chǎn)流時(shí)間與雨強(qiáng)顯著負(fù)相關(guān)，而徑流系數(shù)與雨強(qiáng)顯著正相關(guān)(<0.01)。徑流氮磷濃度在徑流初期較高，并隨產(chǎn)流時(shí)間不斷降低，且均可用對數(shù)函數(shù)描述。氮磷流失率隨產(chǎn)流時(shí)間呈“先升后降”的變化趨勢，中后期流失率最大。除中雨強(qiáng)下條播處理的氮素流失率最高外，氮磷流失峰值濃度和流失率均隨雨強(qiáng)增大而增加。受徑流系數(shù)和流失率影響，除中雨強(qiáng)下條播處理的氮素流失量最高外，兩種播栽方式下氮磷流失量均隨雨強(qiáng)增大而顯著增加。氮素流失以NO–-N為主(40% ～ 62%)，磷素流失以顆粒態(tài)磷為主(50% ～ 71%)。另外，等雨強(qiáng)下條播處理的徑流系數(shù)和氮磷流失量高于撒播處理。綜上，降雨驅(qū)動(dòng)的氮磷流失具有典型階段特征，徑流初期的氮磷濃度較高而中后期流失率較大，且條播麥田對雨強(qiáng)的響應(yīng)更加強(qiáng)烈。

面源污染；旱地；地表徑流；氮磷流失

降水徑流是農(nóng)田氮磷輸出的主要途徑[1]。《第二次全國污染源普查公報(bào)》 數(shù)據(jù)顯示，我國農(nóng)業(yè)源總氮、總磷排放占比分別達(dá)47% 和67%，其中種植業(yè)在農(nóng)業(yè)源中占比分別為39% 和36%。太湖地區(qū)是我國重要的稻麥輪作種植區(qū)，也是水資源最為豐富的地區(qū)。受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，該地區(qū)降水資源豐富，是重要的徑流易發(fā)區(qū)[2]?？梢灶A(yù)見，在未來極端氣候變化導(dǎo)致的降水事件頻次增加及降水強(qiáng)度增強(qiáng)的背景下，如不采取必要措施，該地區(qū)農(nóng)田徑流氮磷損失和污染規(guī)模也將呈現(xiàn)擴(kuò)大和增加的趨勢[3]。因此，除采取必要的養(yǎng)分管理優(yōu)化措施外，明確農(nóng)田徑流發(fā)生特征，是精準(zhǔn)制定徑流蓄存策略、降低面源污染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的重要一環(huán)。

與稻田封閉徑流體系不同，麥田土壤全生育期處于無水層狀態(tài)，除受降水影響外，徑流發(fā)生同時(shí)受植被蓋度和土壤含水量影響[4]。然而，當(dāng)前對于徑流中氮磷流失的研究多集中于流失均值濃度和總流失量，對單次徑流事件中氮磷流失的動(dòng)態(tài)變化特征研究較少，且忽略了對植被蓋度變化響應(yīng)的考慮。嚴(yán)磊等[5]通過歷史降水資料和文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，2月和3月是太湖地區(qū)麥田徑流發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)期。與水稻依賴分蘗發(fā)生進(jìn)行群體構(gòu)建不同[6]，麥田主要通過高播種量保證小麥生產(chǎn)[7]。2月和3月小麥主要處于越冬期和返青期，此期小麥植被蓋度低[8]，地表裸露度受播栽方式影響大。如，撒播下麥苗分布相對均勻，而條播下麥苗相對集中，行間呈無植被裸露狀態(tài)。然而，目前對不同播栽方式下麥田徑流氮磷流失特征的研究較少，而不同播栽方式的植被分布差異同時(shí)也為開展降雨–植被蓋度驅(qū)動(dòng)的徑流發(fā)生特征研究提供了可直接比較的自然樣本。為此，本研究采用人工模擬降雨裝置在太湖地區(qū)麥田徑流發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)期對氮磷流失特征進(jìn)行研究，以闡明不同雨強(qiáng)和播栽方式下氮磷流失的過程特征，為該地區(qū)農(nóng)田面源污染防控提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2021年在江蘇省南京市江寧區(qū)阜莊村進(jìn)行。該地區(qū)為典型亞熱帶季風(fēng)氣候，麥季年均降水量為514.6 mm。由于播栽方式顯著影響小麥植被分布和土壤裸露程度，尤其在生長前期，而此期(2月和3月)是太湖地區(qū)小麥徑流發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)期[5]，因此降雨模擬試驗(yàn)主要在此期進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤為長期水旱輪作水稻土，土壤類型為馬肝土，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量分別為29.22 g/kg、1.95 g/kg和6.87 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用室外人工模擬降雨系統(tǒng)，其構(gòu)造如圖1所示。該系統(tǒng)由人工模擬降雨裝置和徑流收集裝置構(gòu)成。人工模擬降雨裝置安裝高度為4 m，有效面積為4 m×3 m，雨滴直徑介于1.0 ～ 5.0 mm，降雨均勻度約86%。徑流收集裝置主要由PVC隔板和徑流收集桶組成。小區(qū)四周用PVC隔板圍擋并用土埂砌圍，PVC隔板高出地面10 cm，入土30 cm，其中一塊PVC隔板開孔連接徑流溢出管道，以保證徑流發(fā)生后所有地表徑流可匯入集流桶。

圖1 人工模擬降雨系統(tǒng)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)分別在條播(PR)和撒播(BS)下，設(shè)置30 mm/h(低雨強(qiáng)，SI)、60 mm/h(中雨強(qiáng)，MI)和90 mm/h(高雨強(qiáng)，LI)3個(gè)雨強(qiáng)處理。為保證徑流產(chǎn)流過程更具代表性，并對不同降雨強(qiáng)度進(jìn)行直接比較，本研究將3種降雨強(qiáng)度的降水量統(tǒng)一設(shè)定為60 mm(暴雨級別)。每個(gè)處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長寬為3 m×4 m。試驗(yàn)小麥品種為蘇麥188，播種量均為375 kg/hm2，所有處理磷(P2O5)鉀(K2O)肥均在基肥時(shí)一次性施入，用量均為96 kg/hm2。氮肥分基肥、返青肥、拔節(jié)肥3次施入，用量分別為N 96、72、72 kg/hm2。

1.4 樣品采集測定

模擬降雨前使用土鉆采集耕層土壤，測定土壤含水量。試驗(yàn)開始后記錄初始產(chǎn)流時(shí)間(Tr)，于徑流發(fā)生后采集徑流初期(IN，0 ～ 5 min)、中期(MID，5 ～ 15 min)、中后期(MTL，15 ～ 30 min)和后期(LA，30 min后)各時(shí)段混合徑流樣并記錄徑流量(R)。每次試驗(yàn)前收集模擬雨水，以扣除雨水中氮磷背景值。試驗(yàn)結(jié)束后將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)測定。

水樣過0.45 μm濾紙后使用 AA3流動(dòng)分析儀測定總氮(TN)、銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO–-N)濃度，使用鉬酸銨分光光度法測定溶解性總磷(TDP)濃度。未過濾水質(zhì)樣品總磷(TP)測定采用鉬酸銨分光光度法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

溶解性有機(jī)氮(DON)濃度為總氮(TN)濃度與銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO–-N)濃度差值。顆粒態(tài)磷(PP)濃度為總磷(TP)濃度與溶解性總磷(TDP)濃度的差值。徑流系數(shù)為徑流體積與降水體積之比。階段徑流率(m3/(h·hm2))和氮磷流失率(kg/(h·hm2))分別為不同階段徑流體積和氮磷流失量與該階段時(shí)間及田塊面積的比值。氮磷流失量由各階段流失量加和得出。

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，SPSS 21.0進(jìn)行方差分析，Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(<0.05)，Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析(<0.05)；使用Origin 8.0進(jìn)行函數(shù)模擬和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨強(qiáng)度和播栽方式對初始產(chǎn)流時(shí)間和徑流系數(shù)的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，初始產(chǎn)流時(shí)間與播栽方式無顯著相關(guān)性，但與降雨強(qiáng)度極顯著負(fù)相關(guān) (<0.01)(表1)，并隨降雨強(qiáng)度增大而線性下降(Tr = 62.39 – 0.63Ri，<0.01)(圖2A)。此外，徑流系數(shù)與降雨強(qiáng)度顯著正相關(guān)，且受播栽方式影響顯著(表1)。相同雨強(qiáng)下，條播處理的徑流系數(shù)均顯著高于撒播處理(圖2B)，但兩種播栽方式下徑流系數(shù)隨雨強(qiáng)變化的表現(xiàn)不同。條播下，中、高雨強(qiáng)處理的徑流系數(shù)相當(dāng)并顯著高于低雨強(qiáng)處理，而撒播下，徑流系數(shù)隨雨強(qiáng)增大顯著增加。不同降雨強(qiáng)度下徑流系數(shù)分別為：0.29(SI)、0.58(MI)、0.57(LI)(條播)，0.22(SI)、0.33(MI)、0.46(LI)(撒播)。此外，試驗(yàn)期間，在土壤含水率18.6% ～ 29.5% 范圍內(nèi)，初始產(chǎn)流時(shí)間、徑流系數(shù)與土壤含水量均無顯著相關(guān)性。

表1 徑流發(fā)生參數(shù)與降雨強(qiáng)度、播栽方式及土壤含水量的相關(guān)性

注：*、**分別表示在<0.05、<0.01水平顯著相關(guān)。

2.2 降雨強(qiáng)度和播栽方式對徑流率的影響

徑流率隨產(chǎn)流時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化如圖3所示，可見，不同播栽方式和雨強(qiáng)下徑流率隨產(chǎn)流時(shí)間均呈先上升后下降的趨勢，峰值出現(xiàn)在徑流發(fā)生中后期。除條播處理下中、高雨強(qiáng)的徑流率峰值相當(dāng)外，其他處理的徑流率均隨雨強(qiáng)增大而增加。此外，相同雨強(qiáng)下條播處理的徑流率均高于撒播處理。低、中和高雨強(qiáng)的徑流率峰值分別為：193.27、533.96和521.83 m3/(h·hm2) (條播)，144.61、285.16和414.76 m3/(h·hm2) (撒播)。

(圖中誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤；SI：低降雨強(qiáng)度，MI：中降雨強(qiáng)度，LI：高降雨強(qiáng)度，Tr：初始產(chǎn)流時(shí)間，Ri：降雨強(qiáng)度；柱形圖上方不同小寫字母代表不同處理在P<0.05水平差異顯著；下同)

2.3 降雨強(qiáng)度和播栽方式對氮磷流失特征的影響

2.3.1 流失濃度 結(jié)果表明，不同處理均表現(xiàn)為徑流初期氮磷濃度最高，并隨產(chǎn)流時(shí)間逐漸下降(圖4)，且可用對數(shù)函數(shù)擬合描述(表2)。兩種播栽方式下氮磷峰值濃度均隨雨強(qiáng)增大而增加，但相同雨強(qiáng)下氮磷濃度在不同播栽方式的差異表現(xiàn)不同。中、高雨強(qiáng)下，條播處理的氮素峰值濃度低于撒播處理，低雨強(qiáng)下二者峰值濃度相當(dāng)。與氮素表現(xiàn)不同，中、低雨強(qiáng)下，條播處理的磷素峰值濃度高于撒播處理，而高雨強(qiáng)下二者峰值濃度相當(dāng)。

(IN：徑流初期，MID：徑流中期，MTL：徑流中后期，LA：徑流后期；下同)

2.3.2 流失率 圖5為氮、磷流失率隨產(chǎn)流時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，可見，兩種播栽方式下氮磷流失率均隨產(chǎn)流時(shí)間呈先上升后下降的趨勢；中高雨強(qiáng)下流失率變化劇烈，低雨強(qiáng)下則相對平緩。不同雨強(qiáng)下氮磷流失率峰值均出現(xiàn)在徑流中后期。同時(shí)，相同雨強(qiáng)下條播處理的氮磷流失率峰值均高于撒播處理。除中雨強(qiáng)下條播處理的氮素流失率峰值最高外，其他處理的氮磷流失率峰值均隨雨強(qiáng)增大而增加。

2.4 降雨強(qiáng)度和播栽方式對氮磷流失量的影響

由圖6可知，除中雨強(qiáng)下條播處理的氮素流失量最高外，兩種播栽方式下氮素流失量均隨雨強(qiáng)增大而顯著增加。相同雨強(qiáng)下，條播處理的氮素流失量較撒播處理有增加趨勢，且中雨強(qiáng)下差異顯著。條播處理下氮素流失量分別為0.21 (SI)、0.80 (MI)和0.68 kg/hm2(LI)，而撒播處理下氮素流失量分別為0.16 (SI)、0.43 (MI)和0.61 kg/hm2(LI)。此外，兩種播栽方式下磷素流失量均隨雨強(qiáng)增大而顯著增加。相同雨強(qiáng)下條播處理的磷素流失量顯著高于撒播處理。兩種播栽方式下磷流失量分別為：0.08 (SI)、0.30 (MI)、0.44 kg/hm2(LI)(條播)，0.03 (SI)、0.10 (MI)、0.24 kg/hm2(LI) (撒播)。

(折線圖上方不同小寫字母代表相同播栽方式和雨強(qiáng)下不同時(shí)段徑流氮素或磷素濃度在P<0.05水平差異顯著)

表2 不同處理下徑流氮磷濃度與產(chǎn)流時(shí)間的函數(shù)關(guān)系擬合

注：，徑流氮、磷濃度；，產(chǎn)流時(shí)間。

圖5 降雨強(qiáng)度和播栽方式對氮磷流失率的影響

圖6 降雨強(qiáng)度和播栽方式對徑流氮磷流失量的影響

2.5 降雨強(qiáng)度和播栽方式對氮磷流失形態(tài)的影響

氮磷流失形態(tài)分析結(jié)果表明，麥田徑流氮素流失以無機(jī)態(tài)氮為主，且NO–-N占比較高(圖7)。條播下中高雨強(qiáng)處理的無機(jī)態(tài)氮占比低于低雨強(qiáng)處理，而撒播下3種雨強(qiáng)處理的無機(jī)態(tài)氮和溶解性有機(jī)氮占比相當(dāng)，相同雨強(qiáng)下撒播處理的無機(jī)態(tài)氮占比均高于條播處理。麥田徑流磷流失以顆粒態(tài)磷(PP)為主。條播下，隨雨強(qiáng)增大，PP占比增加，低、中、高3種雨強(qiáng)處理的PP占比分別為50%、71%、70%；撒播下，低、中、高3種雨強(qiáng)處理的PP和TDP(溶解性總磷)占比則較為接近(50% ～ 55%)。此外，隨雨強(qiáng)增加，條播處理的PP占比表現(xiàn)出高于撒播處理的趨勢。

3 討論

3.1 水分流失特征

本研究表明，麥田初始產(chǎn)流時(shí)間與雨強(qiáng)顯著負(fù)相關(guān)。這與徑流發(fā)生需要滿足的產(chǎn)流條件有關(guān)。雨強(qiáng)較小時(shí)，水分遷移以下滲為主，隨著降雨進(jìn)行，雨水下滲至犁底層后滯水作用明顯，徑流隨之發(fā)生。而在較高雨強(qiáng)下，尤其當(dāng)降雨強(qiáng)度超過土壤下滲率時(shí)，短時(shí)間內(nèi)即可形成積水層并驅(qū)動(dòng)徑流發(fā)生[9]。因此，徑流發(fā)生的延遲效應(yīng)隨雨強(qiáng)的增大而減弱。受產(chǎn)流時(shí)間和單位時(shí)間降水量影響，麥田徑流發(fā)生系數(shù)與雨強(qiáng)顯著正相關(guān)。

圖7 降雨強(qiáng)度和播栽方式對徑流氮磷流失形態(tài)占比的影響

相關(guān)分析還表明，徑流系數(shù)同時(shí)受播栽方式影響顯著，等雨強(qiáng)下撒播處理的徑流系數(shù)顯著低于條播處理。這可能與不同播栽方式的地表裸露程度有關(guān)。撒播下麥苗分布相對均勻，滯水能力高，能夠通過提高土壤入滲降低徑流發(fā)生；條播下由于行間呈無植被裸露狀態(tài)，這可能會利于徑流的更快發(fā)生[10]。此外，本研究初始產(chǎn)流時(shí)間、徑流系數(shù)均與試驗(yàn)期間土壤含水量無顯著相關(guān)關(guān)系。這可能與試驗(yàn)雨強(qiáng)的選擇及長期植稻土壤犁底層對水分下移的阻滯效應(yīng)有關(guān)[11]。另外，不同處理下徑流率均隨產(chǎn)流時(shí)間呈先上升后下降的趨勢，峰值出現(xiàn)在中后期。這主要與徑流中后期土壤相對飽和，降雨轉(zhuǎn)化為徑流的效率較高有關(guān)[11]。

3.2 氮磷流失特征

本研究表明，不同處理初始徑流的氮磷濃度均最高，并隨產(chǎn)流時(shí)間下降。徑流初期，土壤中的氮素由于雨滴動(dòng)能的擾動(dòng)迅速溶出，磷也在雨滴沖擊下被泥沙裹挾遷移。隨降雨進(jìn)行，地表積水層的形成能夠減弱雨滴的擊濺作用，且徑流中氮磷也隨徑流率增加而進(jìn)一步稀釋[12]。這可能是氮磷濃度初期較高而隨產(chǎn)流時(shí)間下降的主要原因。此外，由于條播麥田的地表裸露度高，產(chǎn)流快[10]，條播處理的氮素峰值濃度低于撒播處理，尤其在中高雨強(qiáng)下。而磷流失以顆粒態(tài)為主，并與降雨沖刷密切相關(guān)[13]，因此中低雨強(qiáng)下，條播處理的磷素峰值濃度高于撒播處理；但高雨強(qiáng)下降雨的強(qiáng)沖刷能夠抵消這種差異。

氮磷流失率受氮磷濃度和徑流率疊加影響[11]。本研究表明，不同處理下氮磷流失率峰值均集中在徑流中后期，且等雨強(qiáng)下條播處理的氮磷流失率高于撒播處理。這主要與不同處理下徑流率的響應(yīng)差異有關(guān)(圖3)。此外，條播下中雨強(qiáng)處理的氮素流失率峰值明顯高于高雨強(qiáng)和低雨強(qiáng)處理。這可能和高裸露地表(條播)下不同雨強(qiáng)的雨滴動(dòng)能有關(guān)。低雨強(qiáng)下雨滴動(dòng)能較小，水分下滲高于中、高雨強(qiáng)，而中、高雨強(qiáng)下雨滴動(dòng)能較大，土壤結(jié)皮的形成可能阻滯水分下滲，但在高雨強(qiáng)下隨著雨滴動(dòng)能的增加，可能會降低土壤結(jié)皮的阻滯作用，同樣較中雨強(qiáng)增加了水分下滲能力[14-15]。結(jié)果說明，降雨驅(qū)動(dòng)的水分下滲速率和地表流失率可能存在對雨強(qiáng)(雨滴動(dòng)能)的響應(yīng)閾值，這一現(xiàn)象值得在今后研究中關(guān)注。受氮素流失率影響，除中雨強(qiáng)下條播處理的氮素流失量最高外，兩種播栽方式下氮磷流失負(fù)荷均隨雨強(qiáng)增大而增加。相同雨強(qiáng)下條播處理的氮、磷流失量均高于撒播處理。

3.3 氮磷流失形態(tài)

本研究發(fā)現(xiàn)，麥田氮流失以NO–-N為主，且占比隨雨強(qiáng)的增大而增加。這是由于旱地條件下土壤疏松透氣的環(huán)境利于硝化作用進(jìn)行，而NO–-N所帶負(fù)電荷與土壤顆粒存在排斥作用，具有更大的移動(dòng)性，且易溶于水而隨水流失[16]。此外，受降雨沖刷和高徑流率影響，條播處理的無機(jī)氮占比低于撒播處理，但溶解性有機(jī)氮占比增加。這說明，條播處理的氮素流失負(fù)荷增加主要與溶解性有機(jī)氮的損失增加有關(guān)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，麥田磷流失以顆粒態(tài)磷為主，這是由于土壤中的磷以無機(jī)磷為主，且多以礦物態(tài)存在，易在降雨沖刷下以泥沙為載體隨徑流流出[13]。此外，與撒播下不同雨強(qiáng)處理的顆粒態(tài)磷占比相近不同，條播下中高雨強(qiáng)處理顆粒態(tài)磷的占比明顯高于低雨強(qiáng)處理，尤其是中雨強(qiáng)處理。前述分析表明，低雨強(qiáng)下雨滴動(dòng)能較小，水分下滲要高于中、高雨強(qiáng)，而中、高雨強(qiáng)下雨滴動(dòng)能較大，土壤結(jié)皮的形成可能阻滯水分下滲，但在高雨強(qiáng)下隨著雨滴動(dòng)能的增加，可能會降低土壤結(jié)皮的阻滯作用，同樣較中雨強(qiáng)增加了水分下滲能力[14-15]。這說明，顆粒態(tài)磷的損失與降水沖刷引起的水分運(yùn)移差異密切相關(guān)。

綜合本研究結(jié)果，如不考慮作物生產(chǎn)力，撒播處理對于降雨的消能和攔截作用優(yōu)于條播處理。因此，從水土保持的角度應(yīng)優(yōu)選撒播作為小麥播種的推薦方式。如選擇條播方式，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注降雨后徑流發(fā)生的初期及中后期，特別是徑流初期高濃度氮磷的蓄存攔截。

4 結(jié)論

麥田初始產(chǎn)流時(shí)間與降雨強(qiáng)度顯著相關(guān)，而徑流系數(shù)受播栽方式和降雨強(qiáng)度共同影響。降雨驅(qū)動(dòng)的氮磷流失具有典型階段特征，徑流初期的氮磷濃度較高而中后期流失率較大。雨強(qiáng)顯著影響氮磷流失，等雨強(qiáng)下條播處理的氮磷流失高于撒播處理，且主要與沖刷引起的溶解性有機(jī)氮和顆粒態(tài)磷損失增加有關(guān)。

[1] Hou P F, Jiang Y, Yan L, et al. Effect of fertilization on nitrogen losses through surface runoffs in Chinese farmlands: A meta-analysis[J]. Science of the Total Environment, 2021, 793: 148554.

[2] 張小林. 對水土保持規(guī)劃中劃分水土流失易發(fā)區(qū)的初步思考[J]. 中國水土保持, 2013(1): 9–11.

[3] 周天軍, 任俐文, 張文霞. 2020年梅雨期極端降水的歸因探討和未來風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估研究[J]. 中國科學(xué): 地球科學(xué), 2021, 51(10): 1637–1649.

[4] 司友斌, 王慎強(qiáng), 陳懷滿. 農(nóng)田氮、磷的流失與水體富營養(yǎng)化[J]. 土壤, 2000, 32(4): 188–193.

[5] 嚴(yán)磊, 薛利紅, 侯朋福, 等. 太湖典型地區(qū)雨養(yǎng)麥田的徑流發(fā)生時(shí)間特征[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2020, 39(5): 1043–1050.

[6] 王建, 許蓓蓓, 丁艷鋒, 等. 種植密度對粳稻群體內(nèi)部生態(tài)因子的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 39(1): 1–9.

[7] 周延輝, 朱新開, 郭文善, 等. 稻茬小麥中高產(chǎn)水平下產(chǎn)量及其構(gòu)成因素分析[J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2018, 38(3): 293–297.

[8] 劉峻明, 李曼曼, 王鵬新, 等. 基于LAI時(shí)間序列重構(gòu)數(shù)據(jù)的冬小麥物候監(jiān)測[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(19): 120–129.

[9] Badorreck A, Gerke H H, Hüttl R F. Morphology of physical soil crusts and infiltration patterns in an artificial catchment[J]. Soil and Tillage Research, 2013, 129: 1–8.

[10] Pan C Z, Ma L, Wainwright J. Particle selectivity of sediment deposited over grass barriers and the effect of rainfall[J]. Water Resources Research, 2016, 52(10): 7963–7979.

[11] Yan L, Xue L H, Petropoulos E, et al. Nutrient loss by runoff from rice-wheat rotation during the wheat season is dictated by rainfall duration[J]. Environmental Pollution, 2021, 285: 117382.

[12] Wang L H, Yen H, Wang X, et al. Deposition- and transport-dominated erosion regime effects on the loss of dissolved and sediment-bound organic carbon: Evaluation in a cultivated soil with laboratory rainfall simulations[J]. Science of the Total Environment, 2021, 750: 141717.

[13] 王小治, 曹志洪, 盛海君, 等. 太湖地區(qū)滲育性水稻土徑流中磷組分的研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2004, 41(2): 278–284.

[14] 李文杰, 李丹勛, 王興奎. 雨滴濺蝕模型研究[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 19(5): 689–699.

[15] 李浩宏, 王占禮, 申楠, 等. 土壤結(jié)皮研究進(jìn)展[J]. 人民黃河, 2015, 37(10): 92–98.

[16] 張金波, 程誼, 蔡祖聰. 土壤調(diào)配氮素遷移轉(zhuǎn)化的機(jī)理[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2019, 34(1): 11–19.

Effects of Rainfall Intensity and Sowing Method on Nitrogen and Phosphorus Losses by Surface Runoff from Wheat Field in Taihu Lake Region

YAN Lei1,2, WU Tianxiang3, ZHAO Suya1, XUE Lihong1, HOU Pengfu1*, XU Defu2, YANG Linzhang1

(1 Key Lab of Agro-environment in Downstream of Yangtze Plain, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Agricultural Resources and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2 School of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 3 Jiangsu Station for Protection of Arable Land Quality and Agricultural Environment, Nanjing 210036, China)

To clarify the properties of N and P losses in Taihu lake region, the effects of sowing method (PR, plant in rows; BS, broadcast sowing) and rainfall intensity (SI, 30 mm/h; MI, 60 mm/h; LI, 90 mm/h) on N and P losses from wheat field were investigated by field simulation trial. The results showed that “initial runoff time” was negatively correlated with rainfall intensity while runoff coefficient positively correlated with rainfall intensity (<0.01). N and P loss concentrations peaked at the initial stage and decreased over time following a logarithmic-function relationship. The loss rates of N and P showed a trend of "rising and then falling" with runoff time, and were greatest during middle to late period. The peak concentrations and rates of N and P losses increased with rainfall intensity except for N loss rate was the highest under MI in PR trials. Affected by runoff coefficient and nutrient loss rate, N and P loss amounts were significantly increased with rainfall intensity except for N loss was the highest under MI in PR treatments. NO–-N (40%–62%) and particulate phosphorus (50%–71%) were the main forms of N and P losses respectively. Also, the runoff coefficient and nutrient loss rate were higher in PR treatment than those in BS treatment under the same rainfall intensity. The results suggest that rainfall-driven N and P losses have typical phase characteristics. N and P concentrations peak during the initial runoff period, while N and P loss rates are the highest during the middle-late phase. The runoff from wheat field with PR mode is more likely to be affected by rainfall intensity.

Non-point pollution; Upland field; Surface runoff; Nitrogen and phosphorus losses

S157

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.02.020

嚴(yán)磊, 吳田鄉(xiāng), 趙素雅, 等. 雨強(qiáng)及播栽方式對太湖地區(qū)麥田徑流氮磷流失的影響. 土壤, 2022, 54(2): 358– 364.

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2021YFD1700800)和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX19(1007))資助。

(pengfuhou100smby@163.com)

嚴(yán)磊(1995—)，女，江蘇蘇州人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)面源污染控制。E-mail：yanleiwork@126.com