包 菡，傅建偉，張 雷，王躍飛，羅 軍，劉 波，邵潤蛟

農(nóng)業(yè)面源污染的發(fā)生與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動息息相關(guān)，污染物主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥、農(nóng)藥、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)作物秸稈、廢棄農(nóng)膜、農(nóng)村生活污水和生活垃圾等，而農(nóng)田氮磷流失是產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染的主要途徑之一[1-3]。肥料的過量投入，使得大量的氮、磷在降水或灌溉過程中通過農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏進(jìn)入水體，從而造成污染[4-6]。何開麗[7]研究表明，山東省南四湖有35%的氮和68%的磷來自農(nóng)田；巢湖中來自農(nóng)田的氮、磷分別為33.1%和40.3%，總氮、總磷平均濃度高達(dá)2.76 mg/L和0.185 mg/L，超標(biāo)嚴(yán)重。彭兆弟等[8]研究太湖流域農(nóng)田氮磷污染負(fù)荷和貢獻(xiàn)率得出結(jié)論，太湖流域農(nóng)田總氮、總磷入水負(fù)荷分別為3 000、690 t，農(nóng)田徑流貢獻(xiàn)率為20%～30%。王海燕等[9]研究表明，山東省壽光市每年從大棚蔬菜地中流失的氮素高達(dá)2.33 萬t，給地下水造成嚴(yán)重污染。內(nèi)蒙古20 世紀(jì)50年代開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用化肥以來，用量逐年增加，常年穩(wěn)定在200 萬t 以上。2018年農(nóng)用化肥施用量222.7 萬t，其中，氮肥86.1 萬t、磷肥40.8 萬t[10]。本研究以內(nèi)蒙古通遼市開魯縣地下淋溶監(jiān)測點(diǎn)為試驗(yàn)點(diǎn)，研究3 種施肥模式對玉米產(chǎn)量和農(nóng)田氮磷流失的影響，從而揭示優(yōu)化施肥對于控制玉米農(nóng)田氮磷淋溶流失的作用和效果，為進(jìn)一步合理施肥和控制農(nóng)田面源污染提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古通遼市開魯縣（43°9′～44°10′N，120°25′～121°52′E），屬大陸性溫帶半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫5.9 ℃，年平均降水量338.3 mm，無霜期148 d。土壤類型為草甸土，基本理化性質(zhì)：pH 值為8.22，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.72、0.55、19.43 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年采取壟作的耕作方式，共設(shè)置常規(guī)處理（CK）、主因子優(yōu)化處理（KF）、綜合優(yōu)化處理（BMP）3 種施肥方式，每個(gè)處理3 次重復(fù)。CK 按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的種植習(xí)慣施肥；KF 為優(yōu)化施肥，BMP 為優(yōu)化施肥+秸稈還田，均較常規(guī)處理減氮23.63%、減磷26.55%，玉米施肥情況見表1。

表1 2019年玉米施肥情況 單位：kg/hm2

1.3 樣品采集與分析方法

1.3.1 淋溶水樣采集 每次灌溉或較大降水后，檢查是否產(chǎn)生淋溶。每次產(chǎn)流單獨(dú)采集、記載淋溶液數(shù)量，每個(gè)小區(qū)每次采集2 份樣品（500 mL 純凈水2 瓶，采樣時(shí)先用淋溶液沖洗1 次），立即冷凍保存，每次采樣后保證淋溶桶內(nèi)淋溶液抽盡。

1.3.2 植株樣品采集 記載每個(gè)小區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量部分（籽粒）和廢棄物產(chǎn)量部分（秸稈），采用多點(diǎn)混合采集取樣，風(fēng)干樣品重量不少于0.5 kg。

1.3.3 樣品檢測分析方法 水樣總氮含量采用紫外分光光度法測定、總磷含量采用鉬銻抗比色法測定、硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法測定、銨態(tài)氮含量采用靛酚藍(lán)比色法測定，植株全氮含量采用凱氏定氮法測定、全磷含量采用釩鉬黃比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2019 軟件進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)算和圖表制作，利用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對玉米產(chǎn)量的影響

由圖1 可知，3 種施肥方式下玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和植株生物量無顯著差異（P＞0.05），CK處理的籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和植株生物量CK 處理略低于KF 處理、BMP 處理。其中，籽粒產(chǎn)量為13 349.55 kg/hm2、秸稈產(chǎn)量為21 943.35 kg/hm2，KF 處理籽粒產(chǎn)量為14 220.60 kg/hm2、秸稈產(chǎn)量為23 917.35 kg/hm2，BMP 處理籽粒產(chǎn)量為14 656.95 kg/hm2、秸稈產(chǎn)量為23 950.35 kg/hm2。

圖1 不同施肥方式對玉米籽粒、秸稈產(chǎn)量和植株生物量的影響

2.2 不同處理對玉米各部位氮磷吸收量的影響

由表2 可知，玉米植株的總氮吸收量大于總磷吸收量。3 種施肥方式下籽粒、秸稈和植株總氮吸收量分別為153.45 ～165.62、36.05 ～46.81、189.50 ～212.43 kg/hm2，總磷吸收量分別為36.02～39.35、9.09～13.97、46.35～53.33 kg/hm2，玉米各部位總氮吸收量和總磷吸收量均無顯著差異（P＞0.05）。

2.3 玉米生長季淋溶水氮磷濃度

由表3 可知，2019年共發(fā)生5 次產(chǎn)流事件。5月15日CK 處理總氮濃度、可溶性總氮濃度、銨態(tài)氮濃度均顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05），硝態(tài)氮濃度表現(xiàn)為CK 處理＞BMP 處理＞KF 處理（P＜0.05）。6月27日CK 處理淋溶水各形態(tài)氮素濃度均顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05）。7月16日CK 處理總氮濃度、可溶性總氮濃度、硝態(tài)氮濃度均顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05），銨態(tài)氮濃度CK處理顯著高于BMP 處理（P＜0.05），KF 處理與CK 處理、BMP 處理之間無顯著差異（P＞0.05）。8月20日CK 處理淋溶水各形態(tài)氮素濃度均顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05）。9月17日CK 處理總氮濃度、可溶性總氮濃度、硝態(tài)氮濃度均顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05），銨態(tài)氮濃度3 種處理無顯著差異（P＞0.05）。同時(shí)，前3 次產(chǎn)流事件，CK 處理總磷濃度、可溶性總磷濃度均顯著高于KF 處理和BMP處理（P＜0.05）。8月20日CK 處理和KF 處理總磷濃度、可溶性總磷濃度顯著高于BMP 處理（P＜0.05）。9月17日總磷濃度、可溶性總磷濃度表現(xiàn)為CK 處理＞KF 處理＞BMP 處理（P＜0.05）。

表2 不同處理玉米氮磷吸收量 單位：kg/hm2

2.4 玉米生長季淋溶氮磷累積流失量

從2019年玉米生長季全年總氮累積流失量、總磷累積流失量來看（表4、表5），總氮累積流失量，KF 處理和BMP 處理分別較CK 處理降低了49.73%和52.43%。CK 處理各種形態(tài)氮素累積流失量均顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05）。CK 處理硝態(tài)氮累積流失量對于氮素流失量貢獻(xiàn)率為82.16%，KF 處理硝態(tài)氮累積流失量對于氮素流失量貢獻(xiàn)率為76.34%，BMP 處理硝態(tài)氮累積流失量對于氮素流失量貢獻(xiàn)率為75.00%。氮素的全年累積流失量主要形態(tài)為硝態(tài)氮。

CK 處理總磷累積流失量顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05），KF 處理和BMP 處理分別較CK處理降低了38.49%和59.18%?？扇苄钥偭桌鄯e流失量CK 處理顯著高于KF 處理和BMP 處理（P＜0.05）。

3 討論與結(jié)論

作物的地上部分生物量可直接反映作物生長情況，作物產(chǎn)量是衡量施肥效果的重要指標(biāo)[11]。王新霞等[12]研究表明，在當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥基礎(chǔ)上分別減氮20%和減氮16.7%，可以保持水稻和小麥的產(chǎn)量。本研究中，KF 處理和BMP 處理玉米植株生物量分別為38 137.95、38 607.30 kg/hm2，與CK 處理相比，KF處理和BMP 處理在玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和植株生物量方面無顯著差異（P＞0.05），說明通過優(yōu)化施肥，適當(dāng)減少氮肥、磷肥、有機(jī)肥部分替代化肥可以保證玉米作物產(chǎn)量。

表3 玉米生長季單次淋溶氮磷濃度 單位：mg/L

表4 玉米淋溶氮素累積流失量 單位：kg/hm2

表5 玉米淋溶磷素累積流失量單位：g/hm2

氮和磷兩種元素對作物的生長和發(fā)育具有重要作用[13-17]，作物各部分的養(yǎng)分含量可有效反映作物生長情況[18]。玉米植株的總氮吸收量大于總磷吸收量，CK 處理、KF 處理和BMP 處理的玉米植株總氮吸收量、總磷吸收量均無顯著差異（P＞0.05），說明優(yōu)化施肥可以滿足玉米營養(yǎng)需要，保持其正常生長，與馬凡凡等[19]、蔡佳佩等[20]、王永尚[21]的研究結(jié)果相似。

淋溶流失是農(nóng)田氮磷流失的主要途徑之一，優(yōu)化施肥可有效降低農(nóng)田氮磷淋溶流失。本研究中，優(yōu)化施肥的年度總氮累積流失量和總磷累積流失量遠(yuǎn)小于常規(guī)施肥，總氮累積流失量KF 處理和BMP 處理分別較CK 處理降低了49.73%和52.43%，總磷累積流失量分別降低了38.49%和59.18%。氮素淋溶流失形態(tài)主要是硝態(tài)氮，與王靜等[22]、王新霞等[12]的研究結(jié)果相似，說明通過降低硝態(tài)氮施用比例，可有效控制氮素流失。

本研究中，與常規(guī)處理相比，減氮23.63%、減磷26.55%的優(yōu)化施肥方式可以有效降低淋溶水中氮素、磷素濃度，進(jìn)而減少總氮、總磷累計(jì)流失量，降低流失風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到削減農(nóng)田氮磷污染負(fù)荷的目的，減少農(nóng)田面源污染。