付月君，王昌全，李　冰，羅由林，辛志遠，張　維

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院, 成都　611130)

稻田氮磷養(yǎng)分損失途徑及影響因素研究進展

付月君，王昌全，李冰，羅由林，辛志遠，張維

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院, 成都611130)

水稻是我國主要的糧食作物，稻田氮、磷肥損失及其帶來的環(huán)境問題已成為研究熱點。主要圍繞稻田氮、磷養(yǎng)分損失現(xiàn)狀、影響因素進行綜述，提出對稻田氮磷養(yǎng)分管理對策。減少氮磷養(yǎng)分損失可以通過適當(dāng)減施、改變肥料投入方式、改善田間管理模式以及施用新型的緩控釋肥料等途徑實現(xiàn)，同時應(yīng)充分利用養(yǎng)分資源特征，形成一套集成技術(shù)，因地制宜，為生產(chǎn)提供理論以及技術(shù)上的支撐。

稻田；氮磷；養(yǎng)分損失；環(huán)境效應(yīng)；養(yǎng)分管理

氮(N)、磷(P)是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國是世界上第二大水稻種植大國，總產(chǎn)量居世界第一，稻米消費量占總糧食消費量的40%，氮肥消耗量居世界首位[1～3]。據(jù)統(tǒng)計[4,5]，我國稻田單季氮肥平均用量為180kg/hm2，比世界單位面積用量高75%，其中江蘇水稻氮肥平均用量為272.24 kg/hm2，比世界平均施氮水平(103kg/hm2)高出164.3%，氮肥過量施用現(xiàn)象非常明顯。我國稻田氮肥利用率僅為30%～40%，磷肥利用率僅為15%～25%[6,7]。施入農(nóng)田的氮肥、磷肥并不能完全的被作物吸收利用，大部分的氮、磷肥都經(jīng)過各種途徑損失到環(huán)境當(dāng)中，造成嚴重的環(huán)境污染，破壞生物正常的生長條件，進而危害人類健康[8～10]。

水稻作為我國最主要的糧食作物，其產(chǎn)量和質(zhì)量都與人們的需求息息相關(guān)。隨著我國人口不斷地增長，水稻的生產(chǎn)更離不開氮、磷肥等肥料的施用。因此，如何做好養(yǎng)分管理，減少稻田氮、磷損失，兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，對水稻生產(chǎn)具有重要的意義。

1　稻田氮、磷損失現(xiàn)狀及途徑

1.1氮、磷損失現(xiàn)狀

農(nóng)田氮、磷的流失是引起水體富營養(yǎng)化的重要原因[11～13]。農(nóng)田徑流損失是全國64%受到污染河流和57%受到污染湖泊的主要污染源[14]。相關(guān)資料顯示，在歐洲一些國家的地表水體中，農(nóng)業(yè)排磷所占的污染負荷約為 24%～71%，荷蘭農(nóng)業(yè)面源提供的總氮分別占水環(huán)境的污染總量的 40%～50%，而德國某流域因過量施用化肥導(dǎo)致河流中的磷濃度超過 0.2mg/L[15]。

水稻是需氮量較大的作物，同時也是氮、磷流失量較大的作物[16]。我國大部分地區(qū)栽種水稻的過程中，灌溉和排水都是必須的。而經(jīng)由稻田排水流失的氮、磷則會流入江河，污染水體。在水稻的生產(chǎn)過程中，通過各種途徑損失的氮高達30%～70%[17,18]。據(jù)報道，我國湖泊富營養(yǎng)化的水體已占63 .6%，水稻主產(chǎn)區(qū)的太湖等地，其水質(zhì)的總氮、總磷濃含量相比20世紀80年代大幅增長。農(nóng)田地表徑流損失的氮磷，成為我國南方農(nóng)業(yè)面源污染和河湖水質(zhì)富營養(yǎng)物質(zhì)污染的主要來源[19]。陸軼峰等[20]對滇池流域農(nóng)田氮、磷肥施用現(xiàn)狀進行了調(diào)查與評價，調(diào)查表明水田平均每公頃每年流失的氮為10kg。而在蘇南水稻產(chǎn)區(qū)，經(jīng)徑流、泡田棄水及淋洗等方式損失掉的年均損失量為21 kg/hm2，通過農(nóng)田輸入湖泊的氮量占輸入總氮量的7%～35%[21]。黃沈發(fā)等[22]通過測坑和大田試驗對上海市郊區(qū)稻田氮素排水流失和滲漏流失的特征，結(jié)果表明稻田綜合排水總氮為6.55mg/L，流失負荷為16.68kg/hm2，稻田氮素總流失負荷占稻季化肥用量的13.23%。宋立芳等[23]對湖南省長沙縣的脫甲流域(高水稻種植面積區(qū)域)和澗山流域(低水稻種植面積區(qū)域)氮磷養(yǎng)分輸出對河流水體氮磷濃度的影響，發(fā)現(xiàn)脫甲流域中可溶性磷占總磷比例為47.1%，高于澗山流域的37.5%。在該地區(qū)傳統(tǒng)的水稻栽培管理模式下，較高面積比例的水稻種植對流域河流水體環(huán)境存在潛在威脅。Guo等[24]利用GIS對太湖地區(qū)非點源污染研究表明，輸入到水體中48%的氮和38%的磷都來自于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)年流失的氮、磷在不斷的變化[25]，但養(yǎng)分損失形勢不容樂觀。

1.2氮、磷損失途徑

磷在土壤中相對較為穩(wěn)定，其主要是通過徑流和淋溶等途徑損失掉[40]。通過地表徑流而流失的磷可分為溶解態(tài)磷和顆粒態(tài)磷，通過降雨而流失的磷主要形態(tài)是可溶性磷，而顆粒態(tài)磷是土壤磷徑流損失的主要形態(tài)[41,42]。有研究表明，土壤磷素流失的濃度的峰值一般都發(fā)生在施磷后的首次農(nóng)田徑流[43]。廖義善等[44]研究了施肥對廣東省東江上游典型農(nóng)業(yè)集水區(qū)氮、磷排放的影響，研究表明常規(guī)施肥，即按當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣常量施用碳銨、尿素及磷肥，磷損失量為6.23kg/hm2。段永惠等[45]研究指出滇池流域合理的配施既可提高作物產(chǎn)量，同時又降低徑流中氮、磷的流失量。

2　稻田氮、磷損失的影響因素

2.1田間管理方式對氮、磷損失的影響

水稻屬喜溫好濕的短日照作物，在水稻返青期及分蘗前期是需要向稻田灌入一定水層厚度的水，以利于水稻生長。大量研究表明合理的田間管理方式可以減少農(nóng)田氮、磷損失，提高利用率，從而達到作物增產(chǎn)的目的。黃東風(fēng)等[46]連續(xù)3年研究6種不同水肥管理措施對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及稻田氮磷流失的影響，結(jié)果表明6種處理中以“優(yōu)化施肥+節(jié)水灌溉”處理能明顯降低稻田地表徑流的氮、磷流失量，與常規(guī)灌溉相比，同時每年可節(jié)省灌溉水量900.5m3/hm2，能夠取得較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。不僅節(jié)水灌溉能夠減少氮、磷流失，控制排水也可以在一定程度上減少氮、磷損失。控制排水可以通過減少地面排水量和排水中氮磷濃度，尤其是能夠降低徑流中氮、磷濃度，從而減少稻田氮、磷損失[47]。增加雨后澇水在排水溝中的滯留時間，有利于水中懸移質(zhì)或顆粒態(tài)的氮、磷沉淀下滲，從而降低氮磷的排放濃度，降低氮、磷污染水體的風(fēng)險[48]。不同的耕作方式對氮、磷損失的影響也有差異。夏小江[49]研究指出，翻耕、旋耕、免耕總氮徑流流失量分別為6.78、8.50和11.09kg/hm2，總磷流失量為0.50、0.63和0.78kg/hm2。可見翻耕有利于減少稻、田氮磷流失。翻耕能夠?qū)⑷鍪┰谕寥辣砻娴牡⒘追史辽钐?，因此在降雨時減少了地表徑流損失。而地膜覆蓋能降低徑流深，并且施用酰胺態(tài)氮肥并加以地膜覆蓋，可較好地控制氮素流失[50]。

2.2施肥方式、種類及水平對氮、磷損失的影響

施肥是保證農(nóng)作物正常生長發(fā)育的必要條件，施肥的方式、肥料的種類以及施用的水平都會對氮、磷損失產(chǎn)生影響。與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，混施肥處理在磷素流失、土壤養(yǎng)分利用和水稻產(chǎn)量等方面更切合實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，降低氮、磷流失風(fēng)險[44,51,52]。就肥料的種類來說，吳美玲等[53]對比了施用有機肥和施用尿素、磷肥對控制稻田氮磷流失風(fēng)險效果，結(jié)果表明有機肥處理下稻田水中最高TN、TP濃度為1.35 mg/L和0.28 mg/L，而農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理平均TN、TP濃度為3.26 mg/L和0.36 mg/L，而同等的氮用量條件下，施用有機肥的稻田水中TN、TP濃度分別為0.58、0.20 mg/L。施用有機肥能明顯降低稻田水中TN、TP的殘留量，可降低稻田水中氮和磷的流失風(fēng)險，紀元靜也得出了相似的研究結(jié)果[54]。Wang等[55]研究表明秸稈還田也能有效的降低氮的淋溶損失。

從20世紀70年代在我國興起的新型肥料，即緩控釋肥也是有效降低氮、磷損失的方法之一[56,57]。丁洪等[58]人研究了在室內(nèi)培養(yǎng)條件下，3種緩控釋肥對土壤氮素含量變化的影響。研究指出，在培養(yǎng)末期施控釋肥的處理土壤無機氮總量仍能夠保持較高的水平，表明控釋肥施入后可能更有利于土壤有效態(tài)氮素養(yǎng)分的保持，減少氮素損失。雖然一定程度的提高施肥水平可以實現(xiàn)作物高產(chǎn)，但施用量超過作物需求時，養(yǎng)分并沒有被作物吸收[59]。過高的施肥量導(dǎo)致養(yǎng)分流失嚴重，給環(huán)境造成很大的負荷，我國目前水體富營養(yǎng)化等現(xiàn)象有很大一部分原因是因為過量施肥引起的。適當(dāng)?shù)臏p量施肥不僅不會影響產(chǎn)量，還能減少養(yǎng)分流失，同時提高經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。俞映倞等[60]研究了氮肥減量對太湖地區(qū)稻田氮素損失和水稻產(chǎn)量的影響，指出施氮量減少22%～44%時，可降低氨揮發(fā)損失20.2%～35.3%，且在氮肥用量由習(xí)慣施氮水平減少22%時，不會對水稻產(chǎn)量造成影響。

2.3降雨對氮、磷損失的影響

稻田氮、磷流失與降雨間關(guān)系密切。降雨強度越大，氮磷流失濃度和流失負荷升高?？扇軕B(tài)氮是天然降雨徑流流失氮素的主要形態(tài)，而其中硝態(tài)氮是水稻田降雨徑流中可溶態(tài)氮素的主要形態(tài)，占總氮的40%～80%。在水稻種植過程中，徑流排水是磷素流失的主要形式，同時也是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要原因[61]。由降雨徑流流失的TN、TP濃度隨著降雨量及施肥量的增加而升高，TN的最高濃度達到22.15 mg/L，TP的濃度達4.84 mg/L[62]。林超文等[63]研究了不同雨強和不同施肥方式對氮、磷流失的影響，研究指出磷損失的主要載體是泥沙，受雨強影響大，雨強越大，磷損失量顯著增加。陳志良[64]分析了不同暴雨徑流過程和不同土地利用方式對氮、磷流失的影響，結(jié)果表明林地氮、磷損失要低于耕地，而氮、磷濃度在降雨初期與末期最大。因此在要注意在降雨前要盡量減少會造成氮、磷流失的人為活動。除研究自然降雨對氮、磷損失的影響外，也有研究模擬降雨條件對其的影響。任秀文等[65]采用室內(nèi)模擬降雨實驗對硝態(tài)氮在地表徑流中的流失規(guī)律進行了探討，研究指出累積徑流量與降雨時間呈極顯著線性相關(guān)，降雨時間越長產(chǎn)生的徑流量愈大。研究同時還表明了不同降雨條件下徑流總量與地表徑流中硝態(tài)氮流失量差異性極顯著密切相關(guān)。

2.4其他因素

除田間管理方式、施肥水平及種類等因素外，土壤性質(zhì)也會影響氮磷損失。有報道指出[66]砂壤由于土壤粘粒含量低，土質(zhì)疏松，導(dǎo)水性較好，且土壤的本身的全氮、堿解氮含量就較高，因而土壤固持氮素能力有限，所以氮素損失量較大；而輕壤的有機質(zhì)、粘粒含量較低，有效磷含量較高，因而磷素損失較大。

3　減少稻田氮、磷養(yǎng)分損失的對策

3.1改變傳統(tǒng)施肥模式，加強水肥管理

我國大部分地區(qū)的水稻生產(chǎn)中，仍然存在著“大水大肥”、“表面施肥”的傳統(tǒng)田間管理模式和現(xiàn)象，這不僅耗費人力物力，更會使施入農(nóng)田的肥料流失的更多，造成更嚴重的環(huán)境污染。因此，合理的施肥方式、施肥量以及田間管理方式尤為重要。在施肥方式上，應(yīng)盡量考慮化肥深施[67]，在施肥量上，要盡量結(jié)合土壤供氮能力和作物實際需求來確定最佳施肥量，既滿足作物的正常生長發(fā)育又不會對環(huán)境造成過多的負荷[68]。除此之外，稻田的灌排管理方式也應(yīng)有所改變?？刂乒喔取⒐喔人畬由疃纫约昂侠砼潘伎梢圆煌潭鹊販p少養(yǎng)分流失[69,70]。在水稻生長發(fā)育期間的降雨多數(shù)是以暴雨為主，因此還要特別注意在降暴雨時和降暴雨后的稻田排水。

3.2加強新型肥料的推廣與應(yīng)用

新型肥料(主要指緩控釋肥)在近年來逐漸的成為了我國農(nóng)業(yè)研究及生產(chǎn)的熱點，關(guān)于新型肥料在不同作物上的研究實例也非常多。但就目前來說，新型肥料在我國農(nóng)業(yè)實際的生產(chǎn)中應(yīng)用很少，速效肥料仍然是當(dāng)前我國使用最多的肥料。速效肥料雖然肥效快，但同時其也流失得快。減量施用10%～30%控釋肥不僅對作物產(chǎn)量影響不大，且還能減少養(yǎng)分損失[71,72]。過高的研制成本和市場價格限制了其在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，在此后應(yīng)該大力發(fā)展我國的新型肥料產(chǎn)業(yè)，降低生產(chǎn)成本，并加以試驗、示范、推廣。

3.3實施新型生態(tài)農(nóng)業(yè)，提供政策支持

除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施的改進和肥料應(yīng)用推廣外，國家政策也是非常重要的。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，過量施肥現(xiàn)象非常普遍，尤其在太湖地區(qū)，施氮量遠遠高于世界平均水平。就目前來說，我國的氮肥施用量仍呈現(xiàn)上漲趨勢。而發(fā)達國家早在80年代就意識到了過量施用化肥帶來的環(huán)境問題，不僅從源頭上減少化肥投入量，還積極采取了實施生態(tài)農(nóng)業(yè)來改善現(xiàn)狀，并且予以足夠的資金來支撐生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展推廣。如德國，農(nóng)民若從事氮肥用量減少20%～50% 的生態(tài)農(nóng)業(yè)及綜合農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式，每公頃即可得到80～1500馬克的補貼[73]。因此，我國也應(yīng)該注重生態(tài)農(nóng)業(yè)的推進，控制氮、磷肥的施用量，同時制定相應(yīng)的政策，以多種多樣的形式鼓勵農(nóng)民發(fā)展新型生態(tài)農(nóng)業(yè)，還要做好科技生產(chǎn)宣傳，糾正“多施增產(chǎn)”的錯誤觀念，提高農(nóng)民的環(huán)保意識，從源頭上減少氮、磷損失，降低對環(huán)境的污染。

4　結(jié)　語

綜上所述，投入農(nóng)田的氮、磷會通過揮發(fā)、徑流、淋溶等多種方式損失掉，稻田氮磷養(yǎng)分損失是造成作物利用率低，減產(chǎn)以及環(huán)境污染的重要原因，尤其是在農(nóng)民追求高產(chǎn)的目標(biāo)下，源化肥的投入量更是逐年上升。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中又有許多因素影響?zhàn)B分損失的多少，如降雨、農(nóng)田灌溉排水等。因此，農(nóng)田養(yǎng)分的管理是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的一個環(huán)節(jié)，尋求能更好的解決養(yǎng)分投入、作物高產(chǎn)與環(huán)境問題之間矛盾的辦法是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。減少稻田氮磷養(yǎng)分損失的方法途徑多種多樣，就目前來說，可以通過肥料適當(dāng)減施、改變肥料投入方式、改善田間管理模式以及施用新型的緩控釋肥料來減少養(yǎng)分損失。但在采用以上方法途徑時，還可以將不同養(yǎng)分的特征加以考慮，研究作物對養(yǎng)分的需求規(guī)律，更精準(zhǔn)的施用肥料，能進一步的減少養(yǎng)分損失。除此之外，形成一項既能減少養(yǎng)分損失又能實現(xiàn)高產(chǎn)的綜合集成技術(shù)也是加強養(yǎng)分管理的重要舉措，也不失為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的努力方向。我國地廣人多，各個地區(qū)實際生產(chǎn)情況各有特點，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的程度也不同，因此，為進一步減少養(yǎng)分流失提高經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，除開以上的方法途徑外還要因地制宜，針對不同地區(qū)的特點開展適宜的養(yǎng)分管理措施，這樣才能為地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論以及技術(shù)上的支撐。

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An Overview on Losing Path of Fertilizer Nitrogen and Phosphorus and Their Influencing Factors in Paddy Field

FU Yue-jun, WANG Chang-quan, LI Bing, LUO You-lin, XIN Zhi-yuan, ZHANG Wei

(CollegeofResource&Environment,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China)

Rice is an important cereal crop in China. The loss of nitrogen (N), phosphorus (P) and their consequent environment problems have become hot issues in recently years. Current status of the N and P losing and their influencing factors were summarized, and nutrient management strategies were put forward in this paper. Reducing the consumption of fertilizer, changing the fertilizer input mode, improving field management mode and using slow/controlled release fertilizer could decrease the loss of N and P. Moreover, nutrient resource characteristics should be made best use to establish an integrated technology and provide theoretical and technical support for the production.

Paddy field; nitrogen and phosphorus; nutrient loss; environmental effect; nutrient management

2015-04-24

國家科技支撐計劃(2013BAD07B13)；四川省科技支撐計劃(2012JZ0003，2013NZ0028)。

付月君(1990-)，女，四川金堂人，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤學(xué)專業(yè)2013級在讀碩士研究生，主要從事稻田養(yǎng)分及利用方面的研究。

王昌全，wchangquan@163.com。

S365

A

1001-3644(2015)06-0162-06