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摘 要：为评价福建山地丘陵区典型水稻田氮素径流流失的特征，分别对闽清双季稻、武夷山单季稻的地表径流引起的氮流失进行了研究。结果表明：水稻田地表径流量的大小受降雨量等气候条件的影响较大，与不同施肥处理关系不大;武夷山铵态氮和硝态氮占氮素流失量的65.91%，该地区水稻田氮流失的主要形式是铵态氮和硝态氮。不同施肥处理之间作物产量没有显著差异，说明综合优化施肥和主因子优化施肥可以达到与常规施肥一样的增产效果，但可以减少土壤板结等问题。因此，推荐农户使用综合优化施肥和主因子优化施肥。
关键词：山地丘陵区;水稻田;氮流失
中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）15-0099-04
The Feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province
——Taking Wuyishan and Minqing as Examples
Li Wei1 et al.
（1Fufian Key Laboratory of Precise Measurement of Agriculture，Central Laboratory，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou，Fujian 350003，China）
Abstract：In order to evaluate the feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province，Analysis of nitrogen loss caused by surface runoff from Wanqing double-season rice and Wuyishan single-season rice.The results show the surface runoff of rice fields is greatly affected by climatic conditions such as rainfall， and has little relationship with different fertilization treatments.The ammonium and nitrate nitrogen in Wuyi Mountain accounted for 65.91% of the nitrogen loss， The main forms of nitrogen runoff loss in Wuyishan paddy fields are ammonium nitrogen and nitrate nitrogen， of which nitrate nitrogen is lost.The amount of nitrogen is more than the amount of nitrogen lost in the form of ammonium nitrogen.There is no significant difference in crop yield between different fertilization treatments.This indicates that comprehensive optimized fertilization and main factor optimization fertilization can achieve the same yield increase effect as conventional fertilization， but can reduce soil compaction.Because of environmental problems， farmers can be recommended to use the two fertilization treatments to grow rice.
Key words：Mountain hilly area;Rice fields;Nitrogen loss
中国是世界最大的水稻生产国，约占世界水稻种植面积的20%[1-3]，年产稻谷超过1.48亿t，与此同时，我国氮肥用量占全球氮肥总用量的30%左右，是世界最大的氮肥消费国[4-7]。据统计，我国南方水稻的种植面积约占全国水稻总种植面积的70.19%，水稻产量约占全国水稻总产量的68%，而化肥氮投入量占全国水稻化肥氮用量的74%。化肥的不合理使用，导致其利用率低，流失率高，不仅对农田土壤产生了污染，还通过农田径流造成了对水体的有机污染、富营养化，甚至造成地下水污染和空气污染。在农业生产中化肥、农药的大量投入，既使耕地和地下水受到了大面积污染，又对环境造成了污染，从而加剧了农业面源污染的程度，并且间接地影响了农产品的品质，严重威胁着农业安全和环境安全[8-12]。
农田生态系统氮素的流失已成为农业面源污染的重要组成部分，水稻地表径流是面源污染的主要因素;同时也是我国南方农业面源污染和河湖水质富营养物质污染的主要来源[13-19]。为此，本研究通过对试验点天然降雨、地表径流和作物产量等进行周年监测，探究福建省山地丘陵区典型水稻田氮素径流流失的特征，对比不同施肥对福建典型水稻田氮素流失特征的影响，为制定农业环境保护相关政策提供决策依据，为南方山地丘陵地区的农业面源污染防治和治理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况 闽清县监测点位于云龙乡际下村（经度118°8′29.07″，纬度26°14′20.73″，海拔100m）。该区域属亚热带季风气候，由于地形地貌错综复杂，生态环境一年四季差异明显。春季，气温回升快，3月至4月上旬氣候多变，冷热无常，春播常遇低温阴雨，春末多阴雨，时有冰雹和洪涝灾害出现，个别年份遇春旱。夏季，初夏处于梅雨高峰期，多发生洪涝灾害，梅雨结束后天气晴热，午后时有大风、雷阵雨和冰雹。台风在沿海登陆时多带来暴雨，少台风年份多出现干旱。秋季，一般天气晴好少雨，气候干燥，秋温高于春温，常发生干旱。高山地区10月末，平原11月中旬后出现初霜。冬季，天气寒冷，多刮西北风，晴天夜间常有霜冻出现，山区冬末春初时有降雪。所选试验点为南方山地丘陵区，地貌类型为丘陵，地形为缓坡（5～15°），梯田，种植方式为大田种植，坡向朝北，坡度为15°，土壤质地为中壤，土壤类型为人为土-人为水成土-水稻土，监测点0～20cm土壤基本性状见表1，监测小区面积为30m2。 武夷山市监测点位于星村镇枫林村（经度117°51′30″，纬度27°33′32"，海拔267m）。该区域属典型的亚热带季风湿润气候，年均温17.0～18.4℃，年均相对湿度75%～84%，年降水量1800mm，年均日照时数1910.2h，无霜期227～246d。所选種植模式为南方山地丘陵区，地貌类型为山地，地形为缓坡（5～15°），是梯田，种植方式为大田种植，坡向为东，坡度为5.0°，土壤质地为中壤，土壤类型为人为土-人为水成土-水稻土，监测点0～20cm土壤基本性状见表1。监测小区面积为36m2。
1.2 试验方法 试验方法采用在田间建设长3m、宽1m、深0.9m的径流池，在降雨产生径流后，根据测量计算径流水量，采集径流水样。试验小区为长方形，面积30m2（10m×3m）或36m2（10m×3.6m）。设3个处理：处理1为A常规施肥（CK）对照，即施肥、耕作、灌溉秸秆覆盖或还田等各项农艺措施完全参照当地农民习惯;处理2为B主因子优化施肥，主因子是指特定分区、特定种植模式下，影响农田面源污染排放的关键因子，因此将农民习惯施肥设为常规处理，将优化施肥设为该模式的主因子优化处理，除主因子与常规处理不同以外，其他农艺措施均与常规处理保持一致;处理3为C综合优化施肥，即除主因子优化以外，再对1～2个主要辅助因子如施肥、耕作、灌溉、秸科盖或还田等农艺措施进行优化，每个处理3个重复，每个监测点共计9个径流小区。试验小区除施肥方式分别按3个处理外，其他田间管理和耕作方式都按照当地的常规管理进行。各监测点具体施肥量及施肥方式见表2。
1.3 测定方法 参照《农田面源污染监测方法与实践》进行径流水指标和总氮的测定：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法;氨氮的测定：纳氏比色法;硝酸盐氮的测定：紫外分光光度法。
1.4 数据分析 以地表径流途径流失的氮素量等于整个监测周期中各次径流水中氮浓度与径流水体积乘积之和。计算公式如下：
[P=i=1nCi×Vi]
式中，P为氮流失量;Ci为第i次径流水中氮的浓度;Vi为第i次径流水的体积。（备注：监测周期为1个完整的周年，不仅包括作物生长期，也包括休闲期。监测起始时间一般为某种作物播种日，结束时间为翌年同一天。）
采用EXCEL 2010进行数据整理，并利用DPS 7.05 软件进行主成分分析及相关性分析。
2 结果与分析
2.1 地表径流氮流失量 2015—2017年福建省闽清县和武夷山监测点的年降雨量见表3。由表3可知，闽清的平均年降雨量为1604mm，武夷山平均年降雨量为2884mm，武夷山市年降雨量高于闽清县。
2个监测点常规施肥处理（CK）、主因子优化施肥（KF）、综合优化施肥（BMP）产生的径流量及氮流失量见表4。从表4可以看出：同一监测点3年的径流产生情况各不相同，这与不同年份的降雨量有很大关系;不同监测点同一年的径流量也各不相同，这与不同地区的年降雨量有很大关系。武夷山与闽清县相比，3年的径流量都相对较多，这与武夷山市这个地区降雨等气候条件有关，与武夷山市的水稻种植品种也有关联。但不同的施肥处理对径流量却没有显著的影响（P>0.05）。因此可以得出，影响径流量大小的因素主要与降雨量、作物品种等有密切关系，与不同施肥处理关系不大。
从表4可以看出，2015年、2016年和2017年武夷山市的径流量均为最大，在该监测点3个施肥处理总氮的径流流失量也最大，表明氮径流流失量与径流量有一定关系。从同一地区3年的径流量和氮径流流失量对比来看，同样得出总氮径流流失量随径流量的不同变化比较明显，大体趋势是随径流量变大而变大。由此说明，总氮径流流失量有随着径流量的加大而增大的趋势。2015—2017年闽清县常规施肥条件下总氮径流流失量差别较大，达到显著水平，分别为1.72、2.06、0.39kg·hm-2，年平均为1.39kg·hm-2，主要是由于径流量的关系;3种施肥处理的氮径流流失量均均未达显著水平。武夷山市常规施肥条件下由于径流量的不同，3年总氮的径流流失量分别为14.31、13.41、6.47kg·hm-2，年平均为11.40kg·hm-2，2017年与2015年和2016年总氮流失量相比较少，3年内3种施肥方式之间氮径流流失量都不显著，可能是由于试验之前施肥量高，试验田的肥力水平相对较高，虽然降低施肥量但由于本底值高，所以优化施肥处理并没有立即表现出明显减少氮的径流流失。
2.2 地表径流氮流失形态 2015—2017年福建省闽清县和武夷山市水稻田氮的流失形态见表5。监测过程中同时得出常规施肥条件下田地硝态氮、铵态氮的径流流失情况。监测期间闽清县不同施肥处理的硝态氮径流流失量为3.05～6.26kg·hm-2，平均约占闽清总氮流失量的14.38%;铵态氮径流流失量为4.30～5.46kg·hm-2，平均约占总氮流失量的14.22%。武夷山不同施肥处理的硝态氮的径流流失量为3.90～1.22kg·hm-2，平均约占武夷山市总氮流失量的39.89%;铵态氮径流流失量为2.40～10.56kg·hm-2，平均约占武夷山市总氮流失量的26.02%。闽清县铵态氮和硝态氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山铵态氮和硝态氮占氮素流失量的65.91%，可以看出，在武夷山水稻田的氮流失的主要形式是铵态氮和硝态氮。不同施肥处理间铵态氮和硝态氮的流失量没有显著差异。
2.3 不同施肥处理对作物产量的影响 福建省闽清县和武夷山市水稻田不同施肥处理2015—2017年作物产量见表6。从表6可以看出，常规施肥条件下2015—2017年内闽清水稻产量呈逐年增加的趋势;其中闽清县第1季水稻产量2017年比2016年增加1.67倍，达到显著水平（P<0.05）;第2季水稻产量在第2年也呈大幅上升趋势，达到显著水平，且2016年与2017年产量相当。武夷山市的水稻产量2016年比2015年增产达显著水平（P<0.05），但2017年产量较2016年有所下降，这可能是与不同地区不同年份的气候条件、田间管理和病虫害有关系。对比不同施肥处理时发现3个施肥处理之间的作物产量未达显著差异（P>0.05），表明综合优化施肥和主因子优化施肥可以达到和常规施肥一样的增产效果。因此，推荐农民使用优化施肥和主因子优化施肥2种施肥处理，以减少土壤板结等环境问题。 3 小结
通过对比2015—2017年闽清县和武夷山市水稻田地表径流氮流失量，可以得出，影响径流量大小的因素有降雨量等气候条件、作物品种等，但与不同施肥处理关系不大。閩清县的铵态氮和硝态氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山的铵态氮和硝态氮占氮素流失量的65.91%，可见，铵态氮和硝态氮是武夷山稻田中氮素径流流失的主要形态。通过对比闽清县和武夷山稻田不同施肥处理2015—2017年作物产量，可以得出，年际间的作物产量有显著性差异，但不同施肥处理之间差异不显著，这说明综合优化施肥和主因子优化施肥可以达到和常规施肥一样的增产效果。因此，推荐农户使用综合优化施肥和主因子优化施肥2种施肥处理种植水稻，以减少土壤板结等和环境污染等问题。
参考文献
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（责编：张宏民）
关键词：山地丘陵区;水稻田;氮流失
中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）15-0099-04
The Feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province
——Taking Wuyishan and Minqing as Examples
Li Wei1 et al.
（1Fufian Key Laboratory of Precise Measurement of Agriculture，Central Laboratory，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou，Fujian 350003，China）
Abstract：In order to evaluate the feature of Nitrogen Loss in Typical Rice Fields in Hilly Areas of Fujian Province，Analysis of nitrogen loss caused by surface runoff from Wanqing double-season rice and Wuyishan single-season rice.The results show the surface runoff of rice fields is greatly affected by climatic conditions such as rainfall， and has little relationship with different fertilization treatments.The ammonium and nitrate nitrogen in Wuyi Mountain accounted for 65.91% of the nitrogen loss， The main forms of nitrogen runoff loss in Wuyishan paddy fields are ammonium nitrogen and nitrate nitrogen， of which nitrate nitrogen is lost.The amount of nitrogen is more than the amount of nitrogen lost in the form of ammonium nitrogen.There is no significant difference in crop yield between different fertilization treatments.This indicates that comprehensive optimized fertilization and main factor optimization fertilization can achieve the same yield increase effect as conventional fertilization， but can reduce soil compaction.Because of environmental problems， farmers can be recommended to use the two fertilization treatments to grow rice.
Key words：Mountain hilly area;Rice fields;Nitrogen loss
中国是世界最大的水稻生产国，约占世界水稻种植面积的20%[1-3]，年产稻谷超过1.48亿t，与此同时，我国氮肥用量占全球氮肥总用量的30%左右，是世界最大的氮肥消费国[4-7]。据统计，我国南方水稻的种植面积约占全国水稻总种植面积的70.19%，水稻产量约占全国水稻总产量的68%，而化肥氮投入量占全国水稻化肥氮用量的74%。化肥的不合理使用，导致其利用率低，流失率高，不仅对农田土壤产生了污染，还通过农田径流造成了对水体的有机污染、富营养化，甚至造成地下水污染和空气污染。在农业生产中化肥、农药的大量投入，既使耕地和地下水受到了大面积污染，又对环境造成了污染，从而加剧了农业面源污染的程度，并且间接地影响了农产品的品质，严重威胁着农业安全和环境安全[8-12]。
农田生态系统氮素的流失已成为农业面源污染的重要组成部分，水稻地表径流是面源污染的主要因素;同时也是我国南方农业面源污染和河湖水质富营养物质污染的主要来源[13-19]。为此，本研究通过对试验点天然降雨、地表径流和作物产量等进行周年监测，探究福建省山地丘陵区典型水稻田氮素径流流失的特征，对比不同施肥对福建典型水稻田氮素流失特征的影响，为制定农业环境保护相关政策提供决策依据，为南方山地丘陵地区的农业面源污染防治和治理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况 闽清县监测点位于云龙乡际下村（经度118°8′29.07″，纬度26°14′20.73″，海拔100m）。该区域属亚热带季风气候，由于地形地貌错综复杂，生态环境一年四季差异明显。春季，气温回升快，3月至4月上旬氣候多变，冷热无常，春播常遇低温阴雨，春末多阴雨，时有冰雹和洪涝灾害出现，个别年份遇春旱。夏季，初夏处于梅雨高峰期，多发生洪涝灾害，梅雨结束后天气晴热，午后时有大风、雷阵雨和冰雹。台风在沿海登陆时多带来暴雨，少台风年份多出现干旱。秋季，一般天气晴好少雨，气候干燥，秋温高于春温，常发生干旱。高山地区10月末，平原11月中旬后出现初霜。冬季，天气寒冷，多刮西北风，晴天夜间常有霜冻出现，山区冬末春初时有降雪。所选试验点为南方山地丘陵区，地貌类型为丘陵，地形为缓坡（5～15°），梯田，种植方式为大田种植，坡向朝北，坡度为15°，土壤质地为中壤，土壤类型为人为土-人为水成土-水稻土，监测点0～20cm土壤基本性状见表1，监测小区面积为30m2。 武夷山市监测点位于星村镇枫林村（经度117°51′30″，纬度27°33′32"，海拔267m）。该区域属典型的亚热带季风湿润气候，年均温17.0～18.4℃，年均相对湿度75%～84%，年降水量1800mm，年均日照时数1910.2h，无霜期227～246d。所选種植模式为南方山地丘陵区，地貌类型为山地，地形为缓坡（5～15°），是梯田，种植方式为大田种植，坡向为东，坡度为5.0°，土壤质地为中壤，土壤类型为人为土-人为水成土-水稻土，监测点0～20cm土壤基本性状见表1。监测小区面积为36m2。
1.2 试验方法 试验方法采用在田间建设长3m、宽1m、深0.9m的径流池，在降雨产生径流后，根据测量计算径流水量，采集径流水样。试验小区为长方形，面积30m2（10m×3m）或36m2（10m×3.6m）。设3个处理：处理1为A常规施肥（CK）对照，即施肥、耕作、灌溉秸秆覆盖或还田等各项农艺措施完全参照当地农民习惯;处理2为B主因子优化施肥，主因子是指特定分区、特定种植模式下，影响农田面源污染排放的关键因子，因此将农民习惯施肥设为常规处理，将优化施肥设为该模式的主因子优化处理，除主因子与常规处理不同以外，其他农艺措施均与常规处理保持一致;处理3为C综合优化施肥，即除主因子优化以外，再对1～2个主要辅助因子如施肥、耕作、灌溉、秸科盖或还田等农艺措施进行优化，每个处理3个重复，每个监测点共计9个径流小区。试验小区除施肥方式分别按3个处理外，其他田间管理和耕作方式都按照当地的常规管理进行。各监测点具体施肥量及施肥方式见表2。
1.3 测定方法 参照《农田面源污染监测方法与实践》进行径流水指标和总氮的测定：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法;氨氮的测定：纳氏比色法;硝酸盐氮的测定：紫外分光光度法。
1.4 数据分析 以地表径流途径流失的氮素量等于整个监测周期中各次径流水中氮浓度与径流水体积乘积之和。计算公式如下：
[P=i=1nCi×Vi]
式中，P为氮流失量;Ci为第i次径流水中氮的浓度;Vi为第i次径流水的体积。（备注：监测周期为1个完整的周年，不仅包括作物生长期，也包括休闲期。监测起始时间一般为某种作物播种日，结束时间为翌年同一天。）
采用EXCEL 2010进行数据整理，并利用DPS 7.05 软件进行主成分分析及相关性分析。
2 结果与分析
2.1 地表径流氮流失量 2015—2017年福建省闽清县和武夷山监测点的年降雨量见表3。由表3可知，闽清的平均年降雨量为1604mm，武夷山平均年降雨量为2884mm，武夷山市年降雨量高于闽清县。
2个监测点常规施肥处理（CK）、主因子优化施肥（KF）、综合优化施肥（BMP）产生的径流量及氮流失量见表4。从表4可以看出：同一监测点3年的径流产生情况各不相同，这与不同年份的降雨量有很大关系;不同监测点同一年的径流量也各不相同，这与不同地区的年降雨量有很大关系。武夷山与闽清县相比，3年的径流量都相对较多，这与武夷山市这个地区降雨等气候条件有关，与武夷山市的水稻种植品种也有关联。但不同的施肥处理对径流量却没有显著的影响（P>0.05）。因此可以得出，影响径流量大小的因素主要与降雨量、作物品种等有密切关系，与不同施肥处理关系不大。
从表4可以看出，2015年、2016年和2017年武夷山市的径流量均为最大，在该监测点3个施肥处理总氮的径流流失量也最大，表明氮径流流失量与径流量有一定关系。从同一地区3年的径流量和氮径流流失量对比来看，同样得出总氮径流流失量随径流量的不同变化比较明显，大体趋势是随径流量变大而变大。由此说明，总氮径流流失量有随着径流量的加大而增大的趋势。2015—2017年闽清县常规施肥条件下总氮径流流失量差别较大，达到显著水平，分别为1.72、2.06、0.39kg·hm-2，年平均为1.39kg·hm-2，主要是由于径流量的关系;3种施肥处理的氮径流流失量均均未达显著水平。武夷山市常规施肥条件下由于径流量的不同，3年总氮的径流流失量分别为14.31、13.41、6.47kg·hm-2，年平均为11.40kg·hm-2，2017年与2015年和2016年总氮流失量相比较少，3年内3种施肥方式之间氮径流流失量都不显著，可能是由于试验之前施肥量高，试验田的肥力水平相对较高，虽然降低施肥量但由于本底值高，所以优化施肥处理并没有立即表现出明显减少氮的径流流失。
2.2 地表径流氮流失形态 2015—2017年福建省闽清县和武夷山市水稻田氮的流失形态见表5。监测过程中同时得出常规施肥条件下田地硝态氮、铵态氮的径流流失情况。监测期间闽清县不同施肥处理的硝态氮径流流失量为3.05～6.26kg·hm-2，平均约占闽清总氮流失量的14.38%;铵态氮径流流失量为4.30～5.46kg·hm-2，平均约占总氮流失量的14.22%。武夷山不同施肥处理的硝态氮的径流流失量为3.90～1.22kg·hm-2，平均约占武夷山市总氮流失量的39.89%;铵态氮径流流失量为2.40～10.56kg·hm-2，平均约占武夷山市总氮流失量的26.02%。闽清县铵态氮和硝态氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山铵态氮和硝态氮占氮素流失量的65.91%，可以看出，在武夷山水稻田的氮流失的主要形式是铵态氮和硝态氮。不同施肥处理间铵态氮和硝态氮的流失量没有显著差异。
2.3 不同施肥处理对作物产量的影响 福建省闽清县和武夷山市水稻田不同施肥处理2015—2017年作物产量见表6。从表6可以看出，常规施肥条件下2015—2017年内闽清水稻产量呈逐年增加的趋势;其中闽清县第1季水稻产量2017年比2016年增加1.67倍，达到显著水平（P<0.05）;第2季水稻产量在第2年也呈大幅上升趋势，达到显著水平，且2016年与2017年产量相当。武夷山市的水稻产量2016年比2015年增产达显著水平（P<0.05），但2017年产量较2016年有所下降，这可能是与不同地区不同年份的气候条件、田间管理和病虫害有关系。对比不同施肥处理时发现3个施肥处理之间的作物产量未达显著差异（P>0.05），表明综合优化施肥和主因子优化施肥可以达到和常规施肥一样的增产效果。因此，推荐农民使用优化施肥和主因子优化施肥2种施肥处理，以减少土壤板结等环境问题。 3 小结
通过对比2015—2017年闽清县和武夷山市水稻田地表径流氮流失量，可以得出，影响径流量大小的因素有降雨量等气候条件、作物品种等，但与不同施肥处理关系不大。閩清县的铵态氮和硝态氮占氮素流失量的28.6%，而武夷山的铵态氮和硝态氮占氮素流失量的65.91%，可见，铵态氮和硝态氮是武夷山稻田中氮素径流流失的主要形态。通过对比闽清县和武夷山稻田不同施肥处理2015—2017年作物产量，可以得出，年际间的作物产量有显著性差异，但不同施肥处理之间差异不显著，这说明综合优化施肥和主因子优化施肥可以达到和常规施肥一样的增产效果。因此，推荐农户使用综合优化施肥和主因子优化施肥2种施肥处理种植水稻，以减少土壤板结等和环境污染等问题。
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