方宇斐，張 艷，郭飛飛，姜培坤，吳家森*

不同土壤管理對茶園氮磷徑流損失的影響

方宇斐1，張 艷1，郭飛飛2，姜培坤1，吳家森1*

(1. 浙江農林大學環(huán)境與資源學院，杭州 311300；2. 中國大自然保護協(xié)會，杭州 311300)

為掌握不同土壤管理對茶園氮磷徑流損失的影響，為茶園管理提供基礎，在千島湖地區(qū)的茶園中分別設置了常規(guī)施肥（CF）、50%有機肥替代化肥（COF）、在CF基礎上施用調理劑（CFC）、在CF基礎上覆蓋稻草（CFM）等 4個處理3次重復的試驗，在自然降雨條件下動態(tài)監(jiān)測了不同處理的徑流量、徑流水中氮、磷濃度并計算氮、磷流失量。結果表明，茶園地表徑流量介于1 049.3～1 417.3 m3·hm-2，稻草覆蓋顯著降低了茶園地表徑流量的25.4%～26.0%（< 0.05）；茶園地表氮、磷徑流損失量介于1.48～2.23 kg·hm-2，0.39～0.54 kg·hm-2，與CF相比，COF、CFC和CFM處理的氮流失量分別減少了24.8%、11.1%和33.9%，磷流失量分別降低了26.5%、24.8%和29.8%；徑流水中不同形態(tài)氮、磷濃度與地表徑流量呈現(xiàn)極顯著負相關（< 0.01），相關系數(shù)介于﹣0.55～﹣0.75。為降低茶園氮磷面源污染流失風險，今后在茶園土壤管理中可優(yōu)先推廣稻草覆蓋措施。

氮磷徑流；稻草覆蓋；有機肥替代；調理劑施用；茶園

茶是世界三大飲品之一，全球飲茶人口超過20億。2020年，世界茶園面積500.0×104hm2，中國茶園面積316.5×104hm2，中國茶葉產量297.0×104t[1]。千島湖地區(qū)（淳安縣）是我國著名的茶葉之鄉(xiāng)，現(xiàn)有茶園面積1.27×104hm2，全縣茶葉總產量4 889.6 t，總產值8.59 億元[2]。茶業(yè)是該區(qū)域農民增收的富民產業(yè)，但在茶園經營過程中肥料的大量施用（N、P2O5投入量均大于400 kg·hm-2）[3]，往往造成地表N、P徑流損失的風險增大，是流域農業(yè)面源污染的重要來源之一。茶園N、P流失強度是自然林地的8.8倍和7.6倍[4]，氮素徑流損失可占施氮量的7％[5]。太湖流域茶園N、P流失總量達25 050 t·a-1，地表徑流流失系數(shù)為2.09%和0.86%[6]。

千島湖是我國長三角地區(qū)最大的淡水人工湖和浙、滬地區(qū)的重要水源地，如何減少該區(qū)域茶業(yè)發(fā)展對千島湖N、P面源污染的影響顯得尤為重要。已有研究表明，有機肥部分替代化肥、稻草覆蓋均能顯著降徑流量、N、P流失量[7-8]。土壤調理劑、玉米秸稈覆蓋也能顯著降低N、P徑流損失[9]。不同區(qū)域茶園所處的氣候、土壤及施肥方式不同，所產生的氮磷流失亦存在較大的差異。本研究以千島湖流域山地茶園為對象，在氮磷化肥投入一致的條件下，比較化肥、有機肥替代、土壤調理劑、稻草覆蓋等不同土壤管理條件下的徑流、氮、磷流失的差異，研究結果可為千島湖流域氮磷流失防控技術的實施提供基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省淳安縣安陽鄉(xiāng)，地處中亞熱帶季風氣候區(qū)北緣。年均氣溫17℃，其中最低溫（1月）5 ℃，最高溫（7月）28.9 ℃；平均無霜期260～270 d；年均降水量1 430 mm，年雨日155 d，年均相對濕度76%。土壤基本理化性質為pH 4.6，全氮2.5 g·kg-1，全磷0.75 g·kg-1，全鉀23.5 g·kg-1，有機質56.3 g·kg-1，有效磷28.0 mg·kg-1，速效鉀167.2 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

2019年2月，在試驗區(qū)共建設12個茶園徑流小區(qū)。平行布設在坡度、坡向、海拔一致的茶園中，小區(qū)長7.5 m，寬4.0 m，面積30.0 m2，坡度15.0°，坡向東南坡。在小區(qū)的上坡邊與兩長邊用鋁塑復合板砌成擋水墻（高出地表10 cm），下坡邊筑集水溝，連接到徑流池，用于收集地表徑流水。

共設4個處理：CF：常規(guī)施肥；COF：50%有機肥替代化肥；CFC：在CF基礎上，施用調理劑；CFM：在CF的基礎上，用稻草覆蓋。每個徑流小區(qū)即為1個處理，重復3次。不同處理N、P2O5、K2O施用量相同，分別為204、60和204 kg·hm-2，不同肥料用量如表1所示。3月15日，施用尿素150 kg·hm-2；5月10日施用剩余肥料的50%、調理劑，在行間覆蓋稻草；6月9日，施用剩余肥料。

1.3 采樣與分析方法

在6—9月，降雨產生徑流后，測量徑流量后，將徑流池中的水攪勻混合，采集水樣，而后清洗徑流池，以便下次產生徑流時收集。將帶回實驗室的水樣分成2份：一份直接用于測定總氮（TN）、總磷（TP）；另一份是用0.45 μm 濾膜抽濾，用于測定銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）、可溶性總氮（DTN）、可溶性磷（DP）。堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定TN，鉬酸銨分光光度法測定TP，采用流動分析儀法測定NH4+-N、NO3--N、DN和DP。

表1 茶園不同土壤管理的實施方案

注：復合肥（N-P2O5-K2O=18-8-18）；尿素（N=46）；鈣鎂磷肥（P2O5=12）；氯化鉀（K2O=62）；菜籽餅（N-P2O5-K2O=5-2.5-1）。調理劑（Mg-C-Ca=0.5-1-1）。

1.4 數(shù)據處理

其中：為氮、磷徑流損失量，C為第次徑流水中總氮、總磷的濃度；V為第次徑流水的體積。

氮、磷徑流損失率（%）=（不同處理徑流氮（磷）流失量（kg·hm-2）/施入氮（磷）量（kg·hm-2）。

試驗數(shù)據應用SPSS 22進行方差分析和統(tǒng)計檢驗，使用Excel 2016作圖。

2 結果與分析

2.1 茶園地表徑流量

研究期間共產生7次地表徑流，徑流水量如圖1所示。從圖1中可知，不同時間產生的地表徑流量均表現(xiàn)為CFM 處理顯著小于其他3個處理（<0.05），徑流總量大小排序為CFC（1 417.3 m3·hm-2）> CF（1 408.6 m3·hm-2）> COF（1 405.7 m3·hm-2）> CFM（1 049.3 m3·hm-2），與其他處理相比，CFM的徑流總量減少了25.4% ～ 26.0%。

小寫字母不同者為差異顯著(P＜0.05), 相同字母者差異不顯著 (P＞0.05)。下同。

Figure 1 Surface runoff of tea gardens with different treatments

2.2 茶園地表徑流氮濃度

如圖2所示，茶園地表徑流水中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、可溶性總氮、總氮濃度均以7月2日為最高。硝態(tài)氮平均濃度大小也為CF（0.83 mg·L-1）> CFM（0.77 mg·L-1）>CFC（0.69 mg·L-1）> COF（0.65 mg·L-1），銨態(tài)氮平均濃度大小為CF（0.76 mg·L-1）>CFC（0.65 mg·L-1）> COF（0.63 mg·L-1）> CFM（0.62 mg·L-1），可溶性總氮平均濃度大小為CF（1.76 mg·L-1）> CFM（1.55 mg·L-1）>CFC（1.49 mg·L-1）> COF（1.43 mg·L-1），總氮平均濃度大小為CF（2.01 mg·L-1）> CFM（1.86 mg·L-1）>CFC（1.78 mg·L-1）> COF（1.51 mg·L-1）。

2.3 茶園地表徑流磷濃度

如圖3所示，茶園地表徑流水中可溶性磷濃度以9月5日為最高，而總磷濃度則以6月22日、7月2日和9月5日相對較高?？扇苄粤灼骄鶟舛却笮镃F（0.18 mg·L-1）>CFM（0.16 mg·L-1）>COF（0.14 mg·L-1）>CFC（0.12 mg·L-1），總磷平均濃度大小為CF（0.46 mg·L-1）> CFM（0.45 mg·L-1）> COF（0.38 mg·L-1）>CFC（0.34 mg·L-1）。

圖2 茶園地表徑流不同形態(tài)氮濃度

Figure 2 Concentrations of nitrogen in different forms of surface runoff from tea gardens

2.4 茶園地表徑流氮磷損失

如圖4所示，茶園地表徑流總氮流失量大小表現(xiàn)為CF（2.23 kg·hm-2）>CFC（1.99 kg·hm-2）> COF（1.68 kg·hm-2）> CFM（1.48 kg·hm-2），其中CF、CFC處理顯著高于COF、CFM（< 0.05），與CF相比，COF、CFC、CFM處理的徑流氮損失量降低了24.8%、11.1%和33.9%；總磷流失量大小為CF（0.54 kg·hm-2）>CFC（0.40 kg·hm-2）>COF（0.39 kg·hm-2）>CFM（0.38 kg·hm-2），其中CF顯著高于其他3個處理（<0.05），與CF相比，COF、CFC和CFM處理的徑流磷流失量減少26.5%、24.8%和29.8%。

2.5 茶園地表氮磷徑流損失率

如圖5所示，茶園氮素徑流損失率大小排序為CF（1.09%）>CFC（0.97%）> COF（0.82%）> CFM（0.72%），其中CF、CFC顯著高于COF、CFM（<0.05）；茶園磷素徑流損失率大小排序為CF（0.89%）>CFC（0.67%）> COF（0.66%）> CFM（0.63%），其中CF顯著高于其他3個處理（<0.05）。

圖3 茶園地表徑流不同形態(tài)磷濃度

Figure 3 Concentrations of different forms of phosphorus in surface runoff from tea gardens

圖4 不同處理氮磷徑流損失量

Figure 4 Nitrogen and phosphorus runoff loss in different treatments

圖5 不同處理氮磷徑流損失率

Figure 5 Nitrogen and phosphorus runoff loss rates for different treatments

圖6 地表徑流量與不同形態(tài)氮磷濃度的相關系數(shù)

Figure 6 Correlation coefficient between surface runoff and concentration of nitrogen and phosphorus in different forms

2.6 茶園地表徑流量與不同形態(tài)氮磷的相關性

茶園地表徑流量與不同形態(tài)氮、磷的相關系數(shù)如圖6所示，從圖中可知地表徑流量與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、可溶性總氮、總氮濃度的負相關性達極顯著水平（< 0.01），相關系數(shù)分別為﹣0.75、﹣0.55、﹣0.75 和﹣0.73；地表徑流量與可溶性磷、總磷濃度間具有極顯著負相關（<0.01），相關系數(shù)分別為﹣0.58和﹣0.70。

3 討論

3.1 茶園地表徑流對土壤管理的響應

降雨量、降雨時長、雨強、地形條件、地表植被（覆蓋）等因素顯著影響著地表徑流量的大小，在相同區(qū)域條件下，地表徑流的多少主要受地表植被（覆蓋）的影響。本研究中的CF、COF、CFC等3個處理在研究期間的地表徑流量介于1 405.7～1 417.3 m3·hm-2，而CFM處理的地表徑流量為 1 049.3 m3·hm-2，顯著低于其他3個處理（<0.05），僅為其他3個處理的74.0%～74.6%，主要原因是稻草覆蓋后的土壤的覆蓋度明顯增加，不僅可以減弱雨滴濺落地面的動能，從而減弱了雨滴對土壤團聚體的破壞，改善了土壤結構，而且可以攔截降水，多余的水分會沿土壤孔隙進入土壤深層，增加土壤蓄水能力，從而減少茶園地表徑流和水土流失。同時地表覆蓋增加了地表的粗糙度[11]，隨著地表糙度的增加，地表臨時性蓄水能力增強，延緩了坡面的匯流作用，減緩了地表的沖刷，產流量降低。這與稻草或秸稈覆蓋能顯著降低茶園、桃園的地表徑流量的研究結果相似[7-8,10]。有機肥施用的COF處理和土壤調理劑施用的CFC處理并沒有對徑流量產生顯著影響（> 0.05），其原因是這2種處理并沒有改變茶園的地表特征。

3.2 茶園地表氮磷徑流損失對土壤管理的響應

地表徑流水中不同形態(tài)氮、磷濃度受降雨量、肥料種類和數(shù)量、徑流量等影響。在降雨量、氮磷施用量等相同條件下，徑流水中養(yǎng)分濃度與徑流量、肥料種類有關。本研究發(fā)現(xiàn)，地表徑流水中不同形態(tài)氮、磷濃度與徑流量呈現(xiàn)極顯著負相關（< 0.01）（圖6），即徑流量越大，徑流水中養(yǎng)分濃度越低，這與畢明浩等[12]研究結果相似。

本研究發(fā)現(xiàn)茶園氮磷徑流損失量、肥料氮磷損失率大小均表現(xiàn)為CF>CFC>COF>CFM，與常規(guī)施肥相比，減少茶園養(yǎng)分流失效果優(yōu)劣的排序為CFM、COF和CFC。

與CF相比，COF處理的總氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮損失量分別降低了24.8%、18.3%、23.1%和16.2%（表2）。主要原因是有機肥部分替代化肥后減少了速效氮肥的比例，而增加了緩效氮素的比例，同時有機肥中碳組分可以改善土壤結構，從而減少氮素養(yǎng)分流失，這與前人研究結果相似[7-8]。

與CF相比，CFC處理總氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮損失量分別降低了11.1%、15.1%、15.5%和14.8%（表2）。主要原因是調理劑的添加改善了茶園土壤偏酸的性質，提高了土壤pH值，同時調理劑為貝殼高溫煅燒所得，疏松多孔、比表面積大，孔隙度大等特點，可吸附土壤中的氮素，有利于改善土壤養(yǎng)分，提高肥料利用率，增加土壤保肥能力，從而減少了氮素徑流的損失，這與方晨露等[13]研究結果相似，但低于白云石粉和沸石粉能降低柑桔園36.6%和35.8%的氮素徑流損失的效果[14]。

表2 土壤管理對茶園徑流氮磷流失的降低率

與CF相比，CFM處理總氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮損失量分別降低了33.9%、37.3%、32.6%和30.0%（表2）。稻草覆蓋后，減少了雨滴直接打擊地表，延長了雨水下滲的時間，減少了徑流總量的發(fā)生，減弱了徑流動能，從而有效降低了氮素的徑流損失，這與前人的研究結果一致[15-16]。

磷素主要以吸附態(tài)形式存在茶園土壤中[17]，移動性和溶解性低于氮素，因而流失量較少。但磷是水體富營養(yǎng)化的關鍵因素，產生面源污染的風險更大。本研究中不同處理對磷素的徑流損失與氮素表現(xiàn)出相似的規(guī)律性，有機肥替代化肥的COF處理的總磷損失量比常規(guī)施肥顯著降低了26.5%（表2），說明有機肥替代化學磷肥能夠有效降低磷素的流失，主要是因為減少有效磷的含量，從而減小磷素的流失風險；與CF相比，CFC處理的總磷損失量顯著降低了24.8%（表2）。調理劑的施用顯著降低了磷素流失風險的主要原因是調理劑的施用增加了對磷素的吸附，且調理劑中的Ca2+與PO43-結合生成Ca-PO4，使磷素更加穩(wěn)定的留存于土壤中，這與調理劑在單季稻、柑桔園中的研究結果相似[13-14]；與CF相比，稻草覆蓋顯著降低了29.8%的磷素徑流損失（表2），主要是因為稻草覆蓋減少了徑流的發(fā)生量，降低徑流動能，與中南丘陵、丹江口庫區(qū)茶園秸稈覆蓋后顯著降低磷素的研究結果相似[7-8,16]。

4 結論

茶園地表徑流量介于1 049.3～1 417.3 m3·hm-2，稻草覆蓋顯著降低了茶園地表徑流的產生，降幅達25.4% ～ 26.0%（< 0.05）。

茶園地表氮、磷徑流損失量介于1.48～2.23 kg·hm-2，0.38～0.54 kg·hm-2，氮磷養(yǎng)分徑流損失率介于0.72%～1.09%和0.63%～0.89%。在同等養(yǎng)分投入條件下，與CF相比，減少茶園氮磷徑流損失量（率）效果優(yōu)劣排序為CFM、COF和CFC。

為降低茶園氮磷面源污染流失風險，今后在茶園土壤管理中可優(yōu)先推廣稻草覆蓋。

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Effects of different soil management on runoff loss of nitrogen and phosphorus in tea gardens

FANG Yufei1, ZHANG Yan1, GUO Feifei2, JIANG Peikun1, WU Jiasen1

(1. School of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300;2. China Nature Conservancy, Hangzhou 311300)

In order to grasp the impact of different soil management on the loss of nitrogen and phosphorus in runoff in tea gardens, and provide a basis for tea garden management, four treatments were set up in the tea gardens in Qiandao Lake area, including conventional fertilization (CF), 50% organic fertilizer instead of chemical fertilizer (COF), conditioner application (CFC) on the basis of CF, and straw mulching (CFM) on the basis of CF, three replicates in each trial. Under the condition of natural rainfall, the runoff of different treatments, nitrogen and phosphorus concentrations in the runoff water were monitored, and the losses of nitrogen and phosphorus were calculated. The results showed that the surface runoff of tea gardens was between 1 049.3 and 1 417.3 m3·hm-2, and straw mulching significantly reduced the surface runoff of tea gardens by 25.4% - 26.0% (< 0.05). The losses of nitrogen and phosphorus in surface runoff ranged from 1.48 to 2.23 kg·hm-2and 0.39 to 0.54 kg·hm-2, respectively. Compared with CF, the nitrogen losses of COF, CFC and CFM treatments were reduced by 24.8%, 11.1%, and 33.9%, respectively, and phosphorus loss decreased by 26.5%, 24.8% and 29.8%, respectively. The concentrations of nitrogen and phosphorus in runoff water were significantly negatively correlated with surface runoff (<0.01), and the correlation coefficients ranged from -0.55 to -0.75.

nitrogen and phosphorus runoff; straw mulching; organic fertilizer replacement; conditioner application; tea garden

S571.106.1

A

1672-352X (2023)02-0335-06

2022-04-14

浙江省重點研發(fā)計劃項目（2019C03121）和浙江省水利廳科技項目（RB1916）共同資助。

方宇斐，碩士研究生。E-mail：943749863@qq.com

通信作者:吳家森，博士，正高級工程師。E-mail：jswu@zafu.edu.cn

10.13610/j.cnki.1672-352x.20230511.015

2023-05-12 11:20:57

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20230511.1336.030.html