化肥减量与秸秆还田对油菜地氮素地表径流的影响
王志荣1, 梁新强2, 隆云鹏2, 何霜2, 鲁长根1
1.浙江省农业生态与能源办公室,浙江 杭州 310012
2.浙江大学 环境工程系,浙江 杭州 310058

作者简介:王志荣(1979—),高级工程师,从事农业生态环境保护工作,E-mail: wante1979@126.com

摘要

氮素在农事活动中至关重要,氮素的流失会造成水环境污染。通过不同施肥量下土壤氮的地表径流流失形态和规律,以及秸秆还田对氮地表径流流失的影响试验,探究不同施氮水平对油菜地土壤氮素输出负荷的影响。结果表明,在油菜的生长过程中,地表径流氮素流失现象严重,地表径流除以硝态氮、铵态氮的形式流失外,还存在其他形式的氮素流失,种植周期内降雨地表径流中硝态氮和铵态氮之间存在此消彼长的关系。化肥减量可以降低氮素的流失风险,秸秆还田可以促进农作物的生长,进而提高农作物的产量,化肥减量+秸秆还田是较佳的油菜施肥方式。

关键词: 氮素; 地表径流; 油菜; 化肥减量; 秸秆还田
中图分类号:S565.4 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2019)02-0193-08

氮素是农作物生长发育必需的矿质营养元素, 施用氮肥可以提高农作物产量, 因此氮肥被广泛用于农业生产[1]。然而, 施入农田的氮肥不能完全被农作物吸收, 加之不合理的农业管理措施, 使得大量的氮素随地表径流流失进入水环境, 造成了地表水体富营养化和地下水体硝酸盐污染等一系列水环境问题[2]

中国是农业大国, 用不到世界1/10的耕地养活了全世界近1/5的人口, 食物供给的安全问题一直是国家安全战略中极其重要的一部分[3]。由于油菜的产油效率高, 油菜一直都是中国主要的油料作物之一, 其不仅仅是居民重要的食用油来源, 油菜的副产品菜籽粕也是非常重要的饲用蛋白源之一[4]。作为油菜生产大国, 中国每年油菜播种面积和油菜总产量始终处于世界前列。国家粮油信息中心数据显示, 2015年中国油菜的播种面积高达730万hm2, 处于世界第二, 油菜的总产量高达1 430万t, 处于世界第三。由于中国油菜的播种面积巨大, 其对氮肥也有巨大的需求。有相关研究表明, 氮肥的过量使用是造成种植业氮元素污染的重要原因之一[5], 农田径流中氮径流流失量与农田肥料投入水平具有显著的相关性[6]

通过田间试验, 研究浙江省北部平原不同施用氮肥量下油菜地土壤氮的地表径流流失形态和规律, 以及秸秆还田对氮地表径流流失的影响, 探究不同施氮水平对油菜地土壤氮素输出负荷的影响, 以期为源头控制农田土壤氮素的流失和防止水体富营养化提供科学依据, 为浙江省农业面源污染防治研究工作提供参考。

1 材料与方法
1.1 供试材料

试验在海宁市硖石街道南漾村进行, 地理坐标120.69° E, 30.53° N, 处北亚热带海洋性湿润气候区, 海拔为9.95 m, 属于平原地貌, 最高地下水位为1 m, 土壤质地为黏土, 土壤类型为人为土-人为水成土-水稻土。监测前受试区域土壤含水量为39.0%, 容重0~20 cm为1.17 g· cm-3, 20~40 cm为1.49 g· cm-3, 40~60 cm为1.45 g· cm-3, 60~80 cm为1.43 g· cm-3, 80~100 cm为1.48 g· cm-3, 硝态氮11.64 mg· kg-1, 铵态氮8.88 mg· kg-1, 可溶性总氮99.99 mg· kg-1

供试油菜品种为沪油15。

1.2 处理设计

试验设3个处理:常规处理, 尿素(N)300 kg· hm-2, 过磷酸钙(P2O5)81 kg· hm-2, 过磷酸钙作基肥施用, 尿素作追肥施用; 主因子优化处理, 尿素200 kg· hm-2, 过磷酸钙75 kg· hm-2, 氯化钾(K2O)100 kg· hm-2, 过磷酸钙、氯化钾作为基肥施用, 尿素基肥占40%, 追肥占60%; 综合优化处理, 尿素200 kg· hm-2, 过磷酸钙75 kg· hm-2, 氯化钾100 kg· hm-2, 过磷酸钙、氯化钾为基肥施用, 尿素基肥占40%, 追肥占60%, 采用水稻秸秆平铺覆盖方式还田, 覆盖量为6 154 kg· hm-2。重复3次, 小区面积为32.5 m2。耕作方式都为平地平作, 油菜种植方式为移栽种植, 无翻耕, L型排水沟深20~25 cm, 宽20 cm, 小区种植量为360株。

1.3 测定项目及分析方法

监测开始前, 将每个小区集流管前的集流沟进行清理, 确保小区内的径流水能顺畅地通过集流管进入到径流池, 且泥沙不堵塞集流管。清洗径流池、检查监测设施是否能运转正常。按照处理设置方案进行施肥操作。

每次降雨产生径流, 采样样品检测, 并及时记录径流量。样品用干净的聚乙烯瓶盛装后放入保温箱中, 24 h内完成室内分析。如不能及时完成室内样品分析, 保存在4 ℃以下的冰箱内, 分析时再解冻。检测指标包括铵态氮、硝态氮和总氮。分析时, 每个样品都均匀分成两部分, 一部分水样采用碱性过硫酸钾消解测定总氮; 另一部分水样用0.45 μ m滤膜过滤后, 测定铵态氮和硝态氮。油菜收获后, 测定油菜的产量。

试验数据采用Microsoft Excel 2016、Origin 2018进行统计分析。

2 结果与分析
2.1 油菜产量

图1看出, 各处理产量差异不显著。第1季各施肥处理油菜的产量总体表现常规处理> 主因子优化处理> 综合优化处理; 第2季各施肥处理油菜的产量总体表现综合优化处理> 主因子优化处理> 常规处理。第1季各施肥处理中以常规处理产量最高, 达6 077.0 kg· hm-2, 与综合优化处理相比增产3.1%。主因子优化处理的产量达6 051.5 kg· hm-2, 与综合优化处理相比增产2.7%。而综合优化处理的产量为5 892.6 kg· hm-2, 稍低于常规处理和主因子优化处理。第2季各施肥处理中以综合优化处理产量最高, 达4 718.1 kg· hm-2, 与常规处理相比增产1.1%。主因子优化处理的产量达4 677.2 kg· hm-2, 与常规处理相比增产0.2%。而常规处理的产量为4 666.2 kg· hm-2, 稍低于主因子优化处理和综合优化处理。张廷光等[7]研究发现, 秸秆还田可以稳定土壤速效钾含量, 维持土壤酸碱平衡, 有机质增加, 水稻增产。

图1 不同施肥处理的油菜产量

第1季各种施肥处理的油菜产量为5 892.6~6 077.0 kg· hm-2, 第2季各种施肥处理的油菜产量为4 666.2~4 718.1 kg· hm-2, 不同年份的产量差距较大, 但同一年份内常规处理、主因子优化处理和综合优化处理对油菜的产量影响不大。

2.2 氮素径流

2.2.1 总氮浓度的动态变化

图2显示, 在第1季, 对于常规处理、主因子优化处理和综合优化处理, 在油菜生长过程中, 降雨径流中的总氮浓度都呈现总体下降的趋势。在检测周期内, 常规处理降雨径流中的总氮浓度从(20.63± 1.93)mg· L-1降至(3.80± 0.25)mg· L-1, 降幅81.6%; 主因子优化处理降雨径流中的总氮浓度由(24.84± 1.27)mg· L-1降至(3.40± 0.45)mg· L-1, 降幅为86.3%; 综合优化处理降雨径流中的总氮浓度由(21.71± 2.90)mg· L-1降至(2.91± 0.20)mg· L-1, 降幅86.6%。在油菜前期, 径流中的总氮浓度呈现主因子优化处理> 综合优化处理> 常规处理; 而在后期, 降雨产生径流中的总氮浓度呈现常规处理> 主因子优化处理、综合优化处理, 而主因子优化处理的总氮浓度与综合优化处理的总氮浓度差异不明显。

图2 不同施肥处理第1季径流中总氮浓度的动态变化

图3显示, 在第2季, 对于常规处理、主因子优化处理和综合优化处理, 在油菜生长过程中, 降雨径流中的总氮浓度都呈现总体上升、下降、上升、下降最后上升的波动趋势。在检测周期内, 常规处理降雨径流中的总氮浓度最高值出现在第128天, 为(17.70± 6.99)mg· L-1, 最低值出现在第147天, 为(2.85± 2.02)mg· L-1; 主因子优化处理降雨径流中的总氮浓度最高值出现在第134天, 为(10.25± 0.20)mg· L-1, 最低值出现在第143天, 为(0.97± 0.32)mg· L-1; 综合优化处理降雨径流中的总氮浓度最高值出现在第100天, 为(14.02± 1.85)mg· L-1, 最低值出现在第143天, 为(1.98± 0.26)mg· L-1。在油菜种植的期间, 径流中的总氮浓度总体呈现主因子优化处理< 综合优化处理< 常规处理。综合图2~3可知, 不同年份的总氮动态变化存在极大的差异。

图3 不同施肥处理第2季径流中总氮浓度的动态变化

2.2.2 硝态氮浓度的动态变化

监测过程中降雨产生径流, 采样分析, 对于整个过程中的硝态氮浓度变化如图4~5所示。

图4 不同施肥处理第1季径流中硝态氮浓度的动态变化

图5 不同施肥处理第2季径流中硝态氮浓度的动态变化

图4显示, 在第1季种植, 对于常规处理、主因子优化处理和综合优化处理, 在油菜生长过程中, 降雨径流中的硝态氮浓度都呈现总体下降的趋势。在检测周期内, 常规处理降雨径流中的硝态氮浓度从(14.17± 2.17)mg· L-1降至(2.93± 0.14)mg· L-1, 降幅79.3%; 主因子优化处理降雨径流中的硝态氮浓度由(19.63± 1.22)mg· L-1降至(2.14± 0.38)mg· L-1, 降幅为89.1%; 综合优化处理降雨径流中的硝态氮浓度由(17.40± 2.79)mg· L-1降至(2.07± 0.26)mg· L-1, 降幅88.1%。在油菜种植的前期, 径流中的硝态氮浓度呈现主因子优化处理> 综合优化处理> 常规处理; 而在油菜生长的后期, 降雨产生径流中的硝态氮浓度呈现常规处理> 主因子优化处理、综合优化处理, 而主因子优化处理的硝态氮浓度与综合优化处理的硝态氮浓度差异不明显。

图5显示, 在第2季, 对于常规处理、主因子优化处理和综合优化处理, 在油菜生长过程中, 降雨径流中的硝态氮浓度都呈现总体上升、下降、上升、下降最后上升的波动趋势。在检测周期内, 常规处理降雨径流中的硝态氮浓度最高值出现在第128天, 为(13.39± 1.31)mg· L-1, 最低值出现在第147天, 为(2.30± 0.22)mg· L-1; 主因子优化处理降雨径流中的硝态氮浓度最高值出现在第134天, 为(10.25± 0.46)mg· L-1, 最低值出现在第143天, 为(0.97± 0.22)mg· L-1; 综合优化处理降雨径流中的硝态氮浓度最高值出现在第100天, 为(14.02± 2.22)mg· L-1, 最低值出现在第143天, 为(1.98± 0.19)mg· L-1

综合图4~5可知, 不同年份的硝态氮动态变化存在极大的差异。

2.2.3 铵态氮浓度的动态变化

图6显示, 在第1季, 对于常规处理、主因子优化处理和综合优化处理, 在油菜生长过程中, 降雨径流中的铵态氮浓度都呈现总体下降的趋势。在检测周期内, 常规处理降雨径流中的铵态氮浓度从(0.97± 0.75)mg· L-1降至(0.16± 0.04)mg· L-1, 降幅83.5%; 主因子优化处理降雨径流中的铵态氮浓度由(1.62± 0.39)mg· L-1降至(0.32± 0.04)mg· L-1, 降幅为80.3%; 综合优化处理降雨径流中的铵态氮浓度由(2.19± 0.78)mg· L-1降至(0.18± 0.09)mg· L-1, 降幅91.8%。在油菜种植的整个过程中, 常规处理的铵态氮浓度、主因子优化处理的铵态氮浓度与综合优化处理的铵态氮浓度差异不明显。

图6 不同施肥处理第1季径流中铵态氮浓度的动态变化

图7显示, 在第2季, 对于常规处理、主因子优化处理和综合优化处理, 在油菜生长过程中, 降雨径流中的铵态氮浓度都呈现总体上升、下降、上升、下降最后上升的波动趋势。在检测周期内, 常规处理降雨径流中的铵态氮浓度最高值出现在第100天, 为(1.52± 0.84)mg· L-1, 最低值出现在第147天, 为(0.05± 0.00)mg· L-1; 主因子优化处理降雨径流中的铵态氮浓度最高值出现在第43天, 为(1.32± 0.19)mg· L-1, 最低值出现在第143天, 为(0.08± 0.04)mg· L-1; 综合优化处理降雨径流中的铵态氮浓度最高值出现在第36天, 为(1.83± 0.55)mg· L-1, 最低值出现在第147天, 为(0.11± 0.00)mg· L-1

图7 不同施肥处理第2季径流中铵态氮浓度的动态变化

综合图6~7可知, 不同年份的铵态氮动态变化存在极大的差异。

2.3 氮素存在形式

通过比较降雨径流中氮素的主要形态, 分析数据得出降雨时肥料和土壤中的氮素是以什么形态迁移进入地表径流的, 从而进一步了解氮素迁移转化的特征。不同施肥方式下的降雨径流中氮素存在形式如图8~11所示。

图8 不同施肥处理第1季径流中硝态氮/总氮的动态变化

图9 不同施肥处理第2季径流中硝态氮/总氮的动态变化

图10 不同施肥处理第1季径流中铵态氮/总氮的动态变化

图11 不同施肥处理第2季径流中铵态氮/总氮的动态变化

由图8可以看出, 在第1季, 各施肥处理油菜地降雨径流中硝态氮/总氮均在施肥后先上升— 下降波动变化。对于常规处理, 硝态氮/总氮在油菜种植后第111天达到最高, 第118天达到最低; 对于主因子优化处理, 硝态氮/总氮在油菜种植后第59天达到最高, 第118天达到最低; 对于综合优化处理, 硝态氮/总氮也是在油菜种植后第164天达到最高, 第118天达到最低。对比3种施肥处理, 硝态氮/总氮没有明显规律

由图9可以看出, 在第2季, 各施肥处理油菜地降雨径流中硝态氮/总氮均在施肥后呈现下降、上升波动变化的规律。对于常规处理, 硝态氮/总氮在油菜种植后第100天达到最高, 第24天达到最低; 对于主因子优化处理, 硝态氮/总氮在油菜种植后第100天达到最高, 第154天达到最低; 对于综合优化处理, 硝态氮/总氮也是在油菜种植后第64天达到最高, 第154天达到最低。3种施肥处理径流中硝态氮/总氮不存在明显的规律。

由图10可以看出, 第1季各施肥处理油菜地降雨径流中铵态氮/总氮均在施肥后呈现下降、上升波动变化的规律。对于常规处理, 铵态氮/总氮在油菜种植后第120天达到最高, 第95天达到最低; 对于主因子优化处理, 铵态氮/总氮在油菜种植后第164天达到最高, 第95天达到最低; 对于综合优化处理, 铵态氮/总氮也是在油菜种植后第164天达到最高, 第95天达到最低。对比3种施肥处理, 径流中铵态氮/总氮没有明显规律。

由图11可以看出, 第2季各施肥处理油菜地降雨径流中铵态氮/总氮均在施肥后呈现上升、下降波动变化的规律。对于常规处理, 铵态氮/总氮在油菜种植后第49天达到最高, 第147天达到最低; 对于主因子优化处理, 铵态氮/总氮在油菜种植后第49天达到最高, 第128天达到最低; 对于综合优化处理, 铵态氮/总氮也是在油菜种植后第49天达到最高, 第134天达到最低。3种施肥处理径流中铵态氮/总氮总体上存在以下规律:在种植的前期和后期, 综合优化处理> 主因子优化处理> 常规处理; 在油菜种植的中期, 常规处理> 主因子优化处理> 综合优化处理。

结合图8~11可以看出, 硝态氮和铵态氮之间的存在百分比表现出了此消彼长的联系, 当硝态氮维持在较高的比例时铵态氮的比例较低; 而当硝态氮的比例较低时, 铵态氮具有较高的比例, 这可能和油菜不同生长过程中的养分需求有关, 各种氮素的形式互相转换。而且, 对于常规处理、主因子优化处理、综合优化处理3种施肥模式, 降雨产生的径流中硝态氮/总氮均大于铵态氮/总氮, 可以得出不同的施肥水平对氮素的地表径流流失形态基本无影响, 硝态氮是溶解性无机氮地表径流流失的主要形式。一方面是因为带正电荷的铵态氮容易被带负电荷的土壤颗粒以及胶体吸附而存在于土壤表层中, 在吸附达到饱和以后才随地表径流流失, 或者是在降雨产生的地表径流的强力冲刷作用下, 尤其是在当地表的植物覆盖度不高时, 流动速度较大的地表径流夹带粒径较小的富含氮素的土壤细颗粒, 土壤颗粒间存在着较大的摩擦力也有助于铵态氮从土壤颗粒中解析出来, 进而迁入到地表径流, 从而增加了地表径流中铵态氮的浓度; 另一方面是因为在表层土壤拥有良好的通气条件下, 铵态氮会转化为硝态氮。而硝态氮较难被土壤吸附, 非常容易在降雨的作用下随着地表径流以质流的途径横向迁移而损失, 所以无机氮地表径流流失主要是以硝态氮的形式[8]

本次试验中硝态氮与铵态氮的浓度比例的和在36.2%~94.1%, 说明径流氮素的流失还有一大部分来源于其他形式的氮素形式。有研究表明, 颗粒态氮是农田地表径流氮素流失的主要形态[9]

2.4 氮素地表径流流失通量

分析降雨径流产生量及各种形式氮素的径流流失浓度, 可得到流失通量, 进而可以计算出总的累积流失通量, 结果如图12~14所示。

图12 不同施肥处理总氮累积流失通量的比较

图13 不同施肥处理硝态氮累积流失通量的比较

图14 不同施肥处理铵态氮累积流失通量的比较

由图12可以得出, 在第1季监测周期内, 各种处理的径流总氮的累积流失量主因子优化处理> 常规处理> 综合优化处理。其中主因子优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失总氮37.11 kg· hm-2, 常规处理在油菜生长的整个过程中累积流失总氮33.31 kg· hm-2, 综合优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失总氮28.23 kg· hm-2。在第2季监测周期内, 各种处理的径流总氮的累积流失量常规处理> 综合优化处理> 主因子优化处理。其中常规处理在油菜生长的整个过程中累积流失总氮46.62 kg· hm-2, 综合优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失总氮33.74 kg· hm-2, 主因子优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失总氮32.41 kg· hm-2。综合来看, 相比于常规处理, 综合优化处理不仅在保持油菜产量略有优势, 而且具有更小的总氮流失量。

由图13可以得出, 在监测周期第1季内, 各种处理的径流硝态氮的累积流失量主因子优化处理> 常规处理> 综合优化处理。其中主因子优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失硝态氮27.19 kg· hm-2, 常规处理在油菜生长的整个过程中累积流失硝态氮23.82 kg· hm-2, 综合优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失硝态氮18.99 kg· hm-2。在监测周期第2季内, 各种处理的径流硝态氮的累积流失量常规处理> 主因子优化处理> 综合优化处理。其中, 常规处理在油菜生长的整个过程中累积流失硝态氮27.66 kg· hm-2, 主因子优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失硝态氮17.62 kg· hm-2, 综合优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失硝态氮15.32 kg· hm-2。所以可以得出, 相比于常规处理和主因子优化处理, 综合优化处理不仅在保持油菜产量略有优势, 而且也具有更小的硝态氮流失量。

由图14可以得出, 在监测周期第1季内, 各种处理的径流铵态氮的累积流失量综合优化处理> 主因子优化处理> 常规处理。其中综合优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失铵态氮2.15 kg· hm-2, 主因子优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失铵态氮1.91 kg· hm-2, 常规处理在油菜生长的整个过程中累积流失铵态氮1.81 kg· hm-2。在监测周期第2季内, 各种处理的径流铵态氮的累积流失量常规处理> 综合优化处理> 主因子优化处理。其中, 常规处理在油菜生长的整个过程中累积流失铵态氮3.31 kg· hm-2, 综合优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失铵态氮3.03 kg· hm-2, 主因子优化处理在油菜生长的整个过程中累积流失铵态氮2.53 kg· hm-2。所以可以得出, 相比于常规处理和综合优化处理, 主因子优化处理具有更小的铵态氮流失量。

3 讨论

综合减量化施肥和秸秆还田对油菜产量、氮素径流流失浓度以及地表径流累积流失量的影响等各方面的研究结果可以看出, 综合优化处理(尿素200 kg· hm-2, 过磷酸钙75 kg· hm-2, 氯化钾100 kg· hm-2, 采用水稻秸秆平铺覆盖方式还田, 覆盖量为6 154 kg· hm-2)具有最少的总氮总磷径流累积流失通量。而与之相比, 处理中仅仅少了秸秆还田的主因子优化处理(尿素200 kg· hm-2, 过磷酸钙75 kg· hm-2, 氯化钾100 kg· hm-2), 总氮的径流累积流失通量却是三者中最高的。常规处理(尿素300 kg· hm-2, 过磷酸钙81 kg· hm-2)是施用氮肥最多的处理方式, 总氮的径流累积流失通量较主因子优化处理低, 比综合优化处理高。常规处理、主因子优化处理、综合优化处理的油菜产量总体上没有太大差异, 化肥减量、化肥减量+秸秆还田对油菜产量没有抑制作用。综合以上讨论结果, 可以知道综合优化处理是最佳的施肥手段。可能是因为存在着秸秆还田, 一方面用于还田的秸秆在一定程度上为油菜植株的生长提供了养分。另一方面秸秆还田还改变了农田土壤的生态环境, 阻止了部分养分的流失和淋溶, 还促进了养分的吸收[10]。所以, 在油菜种植的过程中, 应当优先使用这种处理方式, 既能保证油菜不减产又能减少氮地表径流流失量, 可以从源头上起到控制农业面源污染的作用。

综合减量化施肥及秸秆还田氮素径流流失浓度研究结果发现, 相比于铵态氮, 氮素主要是以硝态氮的形式流失, 占流失无机氮总量比例为32.5%~92.7%。总体上种植周期内降雨地表径流中的硝态氮和铵态氮之间的百分比存在此消彼长的联系。

刘红江等[11]在大田试验的条件下, 用常规处理、秸秆还田、秸秆还田减肥、肥料运筹、少免耕5种处理方法在太湖地区对小麦和水稻两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响进行研究, 发现秸秆还田能够减少两熟制农田地表径流氮、磷、钾的流失量, 可以从源头上控制农业面源污染, 而且另一方面可以促进农作物的生长, 进而提高农作物的产量。不仅能够解决秸秆焚烧带来的环境污染问题, 而且还可以减少农田对周围水体的污染现象, 对提高农业资源利用率具有重要意义。与本研究化肥减量与水稻秸秆还田对油菜产量以及地表径流流失的研究具有相似的规律。

郑玲玲等[12]在四川眉山研究了不同施氮水平下, 油菜种植地表径流中氮的流失特征。结果表明, 铵态氮和总氮的地表径流流失量都随着时间的推移不断降低, 铵态氮的流失在总氮中所占比例较低, 硝态氮是主要流失形式。氮素的施用水平越高, 其流失率越高。有机肥可以起到非常重要的氮素缓释作用, 有机肥与无机肥配合施用, 可以既保持高产, 又有效减少养分的流失, 提高氮肥的有效利用率, 降低水体污染。本研究也得到了第1季铵态氮和总氮的地表径流流失浓度都总体上随着时间的推移而不断降低, 铵态氮形态在总氮中所占比例较低, 硝态氮是主要流失形式, 具有相似的规律。而第2季的浓度变化与之存在一定的差异, 可能与土壤性质变化以及降雨条件的差异有关。第2季也得到了铵态氮形态在总氮中所占比例较低, 硝态氮是主要流失形式的结论, 与其具有相似的规律。秸秆还田能增加土壤有机质, 改良土壤结构, 疏松土壤, 使土壤孔隙度增加, 容量减轻, 促进微生物生长活动和作物根系的发育。一定程度上, 秸秆还田也起到了有机肥的作用。而本研究也得到了秸秆还田具有较高的产量以及最少的总氮径流累积流失通量, 与该研究具有相似的规律。

俞巧钢等[13]对浙北平原不同施氮水平对油菜地土壤氮素地表径流流失量与流失形态的影响进行了研究, 结果硝态氮是氮素地表径流流失的主要形态, 占流失无机氮总量的比例为56%~95%。本研究发现, 硝态氮是氮素地表径流流失的主要形态, 占流失无机氮总量的比例为27.3%~92.7%, 具有一定的差异, 原因可能是试验处理的不同以及试验地点、降雨强度等的差异造成的。

4 小结

试验以油菜地为研究对象, 通过田间试验, 研究浙北平原不同施用氮肥量下油菜地土壤氮的地表径流流失形态和规律以及秸秆还田对氮地表径流流失的影响, 探究不同施氮水平对油菜地土壤氮素输出负荷的影响。

不同施肥处理对油菜产量的研究结果表明, 3种施肥处理对油菜产量的具体表现为化肥减量+秸秆还田> 化肥减量≈ 常规处理。各种施肥处理的油菜折合产量为4 666.2~6 077.0 kg· hm-2。实施施肥减量及化肥减量+秸秆还田会对产量造成一定影响, 主要表现为研究区域内化肥减量、化肥减量+秸秆还田对油菜的产量没有抑制作用。秸秆还田可以促进农作物的生长, 进而提高农作物的产量。

通过对油菜整个种植周期内降雨地表径流氮浓度的监测分析可知, 在油菜的生长过程中, 地表径流氮素的流失现象是非常严重的。氮素主要是以硝态氮的形式流失, 占流失无机氮总量的比例为27.3%~92.7%, 而且地表径流中的氮素流失除了以硝态氮、铵态氮的形式流失外, 还存在其他形式的氮素流失。总体上种植周期内降雨地表径流中的硝态氮和铵态氮之间的百分比存在此消彼长的联系, 当硝态氮维持在较高的比例时铵态氮的比例较低; 而当硝态氮的比例较低时, 铵态氮具有较高的比例, 这与两者的相互转换有一定的关系。

从总氮的累积地表径流流失量上来看, 常规施肥、化肥减量、化肥减量+秸秆还田3种处理方式对地表径流氮素流失总量有一定的影响, 其中化肥减量可以降低氮素的流失风险。化肥减量+秸秆还田能够减少油菜地地表径流氮素的流失量, 可以从源头上起到控制农业面源污染的作用。不仅能够解决秸秆焚烧带来的环境污染问题, 还可以减少油菜地对周围水体的污染, 对提高农业资源的利用率具有重要意义。

在试验区域内, 综合农业效应和环境效应, 化肥减量+秸秆还田是较佳的油菜施肥方式, 不仅可以提高油菜产量, 而且能降低油菜地地表径流的总氮累积流失量, 是一种值得推广或者继续研究的施肥方式。

The authors have declared that no competing interests exist.

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