全 文 :收稿日期:!""#$"%$&! 接受日期:!""’$"($!" 9<@QC8FCPG BEC 8UCQ8=C @A<@C<>Q8>9A 8X:C S9C:P H S:A;CQ 9:9DCQ Z@9C<@C
基金项目:农业结构调整重大技术研究专项(")*"# $"&+);云南省院省校科技合作计划(!""),-%.);科研院所社会公益研究专项
(!""(/01%2"3%);国家“3#%”项目(!""!41(&"’"))资助。
作者简介:王涛(&3’%—),女,山西原平人,硕士,主要从事农业面源污染方面的研究。56789::;8<=>6&3’%?&)%* @A7
! 通讯作者 BC::"&"$’!&"’)’.,56789::;:DE8<=? @88FG 8@G @<
滇池流域人工模拟降雨条件下
农田施用有机肥对磷素流失的影响
王 涛,张维理!,张怀志
(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 &"""’&)
摘要:应用田间原位人工模拟降雨的方法,在滇池流域不同作物类型农田上研究了有机肥(猪粪)不同用量水平对
农田磷素流失的影响。结果显示,随着有机肥(猪粪)施用量的增加,农田流失液中各形态磷素的平均浓度提高,两
者间呈显著正相关,相关系数均达到 "*3以上。径流方式下,颗粒态磷是主要流失形态;渗漏方式下,有机肥用量
水平低时颗粒态磷是主要流失形态,有机肥用量达到中等至较高水平时水溶性磷是流失的主要形态。同一有机肥
用量水平下,不同作物类型农田流失液中各形态磷素的平均浓度均表现为:蔬菜田 H花卉田 H粮田。
关键词:滇池流域;模拟降雨;有机肥;农田磷素流失
中图分类号:-."& 文献标识码:+ 文章编号:&""’$.".-(!""’)")$&"3!$")
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全湖水质超 Y类的严重状况;而来源于农业面源形
成的入湖氮磷污染物远高于来自工业与城市生活排
污造成的点源污染[&]。!" 世纪 #" 年代以来,流域
农田的氮、磷化肥及有机肥用量逐年增加,施入农田
的氮、磷养分随降雨、灌溉等进入到河流、湖泊,不仅
降低了土壤肥力和化肥利用率,并已成为氮、磷养分
迁出农田系统,进入水体导致水体富营养化的主要
途径之一。
国际上对有机肥的氮、磷流失及其对面源污染
的影响十分关注,人工模拟降雨是研究采用的重要
方法之一。I8:>CQ等[!]及 Y8P8F等[%]采用田间小区
植物营养与肥料学报 !""’,&(()):&"3!$&"3#
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
V:8<> JN>Q9>9A< 8
人工模拟降雨的方法研究证实,以地表撒施的方式
施入农田有机肥中的磷是面源污染的重要原因之
一;!"#$等[%]认为,农田施用有机肥超过植物生长
吸收会对水体富营养化作出重要贡献。&"#"’等[(]
采用室内土盒人工模拟降雨的方法证实,地表径流
是土壤表施有机肥中磷流失的主要途径,渗漏流失
也占一定比例;)*+,-.和 /0",-[1]研究不同用量有机
肥在剖面各层次磷流失情况,结果显示 2—32 45流
失量最大。64708-,, 和 9:".;,<[=>?]采用直径 @A 45
的渗滤计淋洗试验表明,人工模拟降雨装置可较好
地满足农田氮、磷流失研究所必需的多点、全过程两
方面的要求,获得很好的试验和监测结果。
我国有机肥中氮、磷流失的研究主要为环保部
门对畜禽粪便排放量、发生量等的统计。武淑霞[A]
应用全国、县、乡级统计数据与现场农户调查数据对
我国农田畜禽粪便发生量时空变异特征作了研究。
而关于农田施用有机肥对水体富营养化影响的研究
鲜见报道。施用有机肥农田氮、磷流失方式的田间
原位实证性试验研究几乎没有。
滇池流域地区有机肥资源丰富,农田有机肥施用
水平高,远超过国际上农田可承载畜禽粪便的最大负
荷量标准[@2]。该区域农民普遍习惯将未腐熟的畜禽
粪便泼撒入农田,再使用旋耕机或锄头等农具将有机
肥与 B2 45左右土壤混合,而全年降水丰沛,特别在
雨季降水频率高,施肥后随即遇到降雨的情况时有发
生。为了解不同用量有机肥(猪粪)对滇池流域农田
磷素流失的影响,本试验采用移动分体式模拟降雨器
对农田中施用有机肥(猪粪)后,随着降雨流失的两种
方式(径流和渗漏)进行田间原位模拟研究。
! 材料与方法
!"! 试验设计
多年降雨的平均值能够很好地反映出一个地区
的降雨分布情况,通过对滇池流域昆明 @A(@!
B22@年日降水资料分析得知:昆明 =!?月达到降
雨量与降雨次数的最高峰。本试验研究区主要以周
年轮作蔬菜、花卉等作物为主,换茬主要集中在 1
!? 月,农户施用大量有机肥通常主要集中在此时
期,水肥耦合情况经常会发生,故本试验时间定于
B221年 =月,地点为云南省昆明市呈贡县大渔乡和
晋宁县新街乡。两地位于滇池近湖区 @公里内,土
壤类型为红壤,有机肥为当地农民常用的未腐熟猪
粪,供试土壤及有机肥基本性状见表 @、表 B。施有
机肥处理为:2、@(、32、=(、@(2 + C :5B,共 (个水平(根
据当地农户调查,2为对照,=( + C :5B 为当地中等施
肥量,@(2 + C :5B 为当地较高施肥量)。各处理分别
进行径流流失模拟和渗漏流失模拟试验。其中呈贡
县试验点为完全处理;晋宁县粮食作物地块分别设
2、=( + C :5B径流、渗漏模拟;蔬菜地块设 2、=( + C :5B
渗漏模拟。降雨量均为 ?2 55,雨强为 %2 55 C :时
收集渗漏液;雨强为 @B2 55 C :时收集径流液。其
中雨强 %2 55 C :为低强度,@B2 55 C :为高强度。
!"# 试验装置
本试验采用移动分体式模拟降雨器(一种土壤
径 流、渗 漏 液 收 集 装 置,专 利 号: DEB221
B2@1=(@(F@),该装置由 % 部分组成:降雨器、土柱
桶、给水装置及采集装置。土柱桶为直径 32 45,高
32 45的 G&/管,侧壁在 (、B( 45处有直径为 3 45
的 B个孔,分别用于收集径流液或渗漏液。降雨器
亦为直径 32 45,高 32 45的 G&/管,距上端 @2 45
处有一降雨筛,降雨筛密度分 B种,分别实现 B种雨
强要求。给水装置由水箱、连通器和控水阀组成,控
水阀用于控制水箱中水进入模拟降雨器中的速度。
采样装置由有孔胶塞连接橡胶管,用聚乙烯瓶收集
水样。模拟试验降雨用水为分析用蒸馏水。
表 ! 供试土壤基本性状
$%&’( ! )%*+, -./-(.0+(* /1 0(*0+23 */+’*
地点
9$+-
作物类型
/.0; +<;-
土层深度
7-;+:
(45)
颗粒组成 G".+$4,- 405;0’$+$0H(I C JI) 有机质
K.I"H$4 5"++-.
(I C JI)
K,’-HLG
(5I C JI)M 2FB 55 2FB!2F2B 55 2F2B!2F22B 55 N 2F22B 55
呈贡县
/:-HII0HI
花卉
O,08-.
2—( @1F@ B=@F= 1(3F% (?FA 3BF% @2@F1
(—B2 B(F3 B(=FA 1B1FB 12F% 3BFB @@1F1
晋宁县
P$HH$HI
蔬菜
&-I-+"Q,-
2—( =F? B3AFB 1??F2 1(F2 B?F= =2F1
(—B2 %F? BB@FB =2?F% 1(F= B?F= ?3F@
粮食
/-.-",
2—( 2F@ ?@FA ?2AFB A?FB B?FA B1FA
(—B2 2F2 A@F3 ?@BF2 A1F= 32FB BAFA
3A2@1期 王涛,等:滇池流域人工模拟降雨条件下农田施用有机肥对磷素流失的影响
表 ! 供试有机肥基本性状
"#$%& ! ’#()* +,-.&,/)&( -0 (1)2& 3#24,&
地点
!"#$
含水量
%$’ ()*#$*#
(+)
全 ,
-)#&. ,
(+)
全磷
-)#&. /
(+)
0.1$*2/
(34 5 64)
呈贡县
78$*44)*4 9:;<= >;?9 @;A= >B=@;=>
晋宁县
C"**"*4 AB;:= D;9: @;:> >9:=;BA
567 采样和分析测定
试验将土柱桶置入土体 >: (3,随后施入有机
肥,与 >= (3内土层混合均匀,稍做平整,将模拟降
雨器置于土柱桶正上方,连接水箱开始降雨。降雨
筛密度较大的模拟降雨器用于模拟渗漏流失方式,
在此方式下,将距地表 >: (3的孔用有孔橡胶塞连
接收集渗漏液,另一孔用无孔橡胶塞封住。降雨筛
密度较小的模拟降雨器用于模拟径流流失方式,在
此方式下,将与地表齐平的孔用有孔橡胶塞连接收
集径流液,另一孔用无孔橡胶塞封住。> 种方式下
水样收集均使用 >:= 3E聚乙烯瓶,集满一瓶为一个
样本,并记录每个样品收集始末时间,以及降雨过程
始末时间等。
样品收集后冰冻保存,尽快测定。测定时样品
分 >份,D份用 =;<:!3滤膜过滤用于测定水溶性无
机磷(FG/)和水溶性总磷(F-/),另一份不过滤用于
测定总磷(-/)。FG/用钼锑抗分光光度法测定(水
和废水监测分析方法),F-/和 -/用过硫酸钾氧化
H钼锑抗分光光度法测定(水和废水监测分析方
法)。
! 结果和讨论
!65 径流与渗漏流失过程
一般情况持续时间较长的小雨易产生渗漏流
失,而短时间暴雨冲击易产生地表径流。本试验模
拟 >种流失方式的降雨量相同,均为 9= 33,渗漏方
式下雨强为 <= 33 5 8,径流方式下雨强为 D>= 33 5 8。
从 >种流失方式过程时间(表 @)可以看出,渗漏方
式下,开始产流距开始降雨的时间间隔较长,基本稳
定在 @= 3"*左右,产流过程历经时间长,平均出水
速度较慢。而在径流方式下,开始产流距开始降雨
时间间隔较短,在 D: 3"*左右,产流过程历经时间
短,平均出水速度较快。在这 >种流失方式下,开始
产流距降雨开始时间间隔与肥料用量、种植作物类
型间差异均不显著,产流时间和平均出水速度亦呈
表 7 地表径流与渗漏过程时间表
"#$%& 7 ")3& /#$%&( -0 (4,0#*& ,42-00 #28 % #:& .,-*&((&(
地点
!"#$
作物类型
7’)I #JI$
施肥量
K&*L’$ ’$
(# 5 83>)
流失方式
-JI$1 )M
.)11$1
开始产流距降雨开始时间
-8$ #"3$ M’)3 ’&"*
1#&’# #) .)11(3"*)
产流时间(3"*)
-8$ #"3$ M’)3 .)11
N$4"* #) M"*"18
平均出水速率
OP$’&4$ 1I$$Q
(3E 5 3"*)
呈贡县
78$*44)*4
花卉
R.)S$’
=
径流
GL* )MM
D@;>= N @:;D> N 9?;@> N
D: D@;<= N @D;D> N B?;AD N
@= D<;=D N >B;DD N D=>;>D N
A: D<;>= N @?;== N 9:;B> N
D:= D:;=D N @>;D@ N BA;=@ N
晋宁县
C"**"*4
粮食
7$’$&.
= D<;=@ N @>;D< N BB;>> N
A: D:;>= N @=;=> N B?;<@ N
平均值 OP4T D<;D: @>;>@ B<;AB
呈贡县
78$*44)*4
花卉
R.)S$’
= 渗漏
E$&(8"*4
>:;=9 & BD;D: & @A;?@ &
D: >?;=> & B=;=D & @A;A? &
@= >:;@= & D=D;>= & @<;9D &
A: >A;@= & B=;=< & @?;D &
D:= >9;=D & B9;@D & @@;A< &
晋宁县
C"**"*4
蔬菜
U$4$#&N.$
= >?;=> & B=;>: & @?;A< &
A: >A;>D & B9;D@ & @:;DA &
粮食
7$’$&.
= >:;B> & B=;:: & @:;:< &
A: >?;?B & BD;D= & @?;>A &
平均值 OP4T >?;@B B@;
始时间、产流过程经历的时间、出水速度在任何一种
流失方式下均比较稳定,受有机肥用量和种植作物
类型的影响较小,渗漏是经历时间长、相对缓慢的流
失过程,径流是经历时间短、相对快速的流失过程。
!"! 施肥量对磷素流失浓度的影响
!"!"# 径流液和渗漏液中各形态磷浓度与施肥量
的关系 图 #看出,随着有机肥用量增加,各形态磷
流失浓度逐渐增加,表明其流失风险增大。在同一
点位径流液中 $%&、$’&和 ’&浓度随着有机肥施用
量的增加呈线性增加趋势,各形态磷流失浓度与施
肥量均显著正相关,相关系数(()分别为 )"*+、)"*,
和 )"*-;渗漏液中 $%&、$’&浓度亦随施肥量的增
加而增加,呈显性正相关,相关系数(()分别为 )"*.、
)"**。’&浓度与施肥量相关性未达显著,说明施肥
量增加至一定水平时浓度增加缓慢。渗漏流失方式
下有机肥用量是否有一个阈值尚待进一步研究。
图 # 径流液和渗漏液中各形态磷浓度与施肥量的关系
$%&’# ()*+,%-./0%1 2),3)). 4-.4).,5+,%-./ -6 7%66)5)., 8 6-59/ +.7 9+.:5) 5+,) %. 5:.-66 +.7 *)+40%.& 3+,)5
(/:呈贡县 012344534;6:晋宁县 78338349 $%& :水溶性无机磷 $8;;5<=2> (2?@A8=2 B15;B15(C;;$’& :水溶性总磷 $8;;5<=2> A5A?< B15;B15(C; ;
’& :总磷 ’5A?< B15;B15(C;)
!"!"! 不同有机肥用量水平对径流液和渗漏液中
各形态磷素浓度的影响 表 .可知,有机肥施用量
中等(,- A D 1E!)时,径流液中 $%&、$’&和 ’&浓度增
加幅度近似,花卉地块分别比不施有机肥对照增加
*"+,、,".!和 F"#G倍,粮食地块分别增加 G"+#、+"F!
和 #"!,倍。但相同有机肥用量水平下不同点位间
径流液中各形态磷浓度表现为:花卉地 H粮食地。
这一方面是由于点位间的土壤养分含量存在一定差
异,另一方面是由于长年种植作物类型不同,耕作强
度及频度不同使得种植花卉地块土壤疏松而粮食地
块土壤相对紧实,养分在疏松土壤中更容易移动引
起流失。
表 .还看出,当有机肥施用量达到研究区域当
地用量中等水平(,- A D 1E!)时,渗漏液中各形态磷浓
度高于有机肥用量低水平(F) A D 1E!)时的浓度,但增
加幅度远小于径流液;$%&、$’&和 ’&浓度分别比
低水平有机肥增加 )"#G、)"!!和 )").倍。相同有机
肥用量水平下不同点位间径流液中各形态磷浓度亦
有所差异,即:蔬菜 H花卉 H粮食。
!"; 不同形态磷素流失比较
!"F"# 径流液中不同形态磷素流失比例 不同形
态磷在径流液中的比例见表 -。其中颗粒态磷(&&,
直径 H )".-!E土粒)所占比例最小值为 -)"F+I,
最大值为 G!"##I,该形态的磷为径流流失方式中
的主要形态。当有机肥用量达到中等至较高水平时
水溶性磷所占比例有所增加,可达到 -)I左右。水
溶性磷中以无机态磷为主要流失形态,变化范围为
.*"-,I! G*"G+I,与有机肥施用量亦无相关性。
6(?;J2(C>等[##]也证实,从农田流失的磷素主要以
&&和 $%&形式存在,这部分磷可以被水流运输至较
远的地区而输出农田。
!"F"! 渗漏液中不同形态磷素流失比例 表 - 还
看出,不施用有机肥和有机肥施用量较低时,渗漏液
中颗粒态磷在渗漏液中所占比例较大;有机肥施用
量增加时,颗粒态磷(直径 H )".-!E土粒)所占比
例减小。&5A2等[#!]研究表明,入渗率与土壤粘粒含
量高度正相关,施有机肥会增加粘粒含量,减小颗粒
态磷的入渗。在此流失方式下,水溶性磷中无机态
-*)#+期 王涛,等:滇池流域人工模拟降雨条件下农田施用有机肥对磷素流失的影响
表 ! 径流液和渗漏液中各形态磷浓度("# $ %)
&’()* ! +,-.*-/0’/1,- ,2 3122*0*-/ 4 2,0"5 1- 06-,22 ’-3 )*’.71-# 8’/*0
地点
!"#$
作物类型
%&’( #)($
施肥量
*+,-&$ &+#$
(# . /01)
234浓度
234 5’,5$,#&+#"’,
264浓度
264 5’,5$,#&+#"’,
64浓度
64 5’,5$,#&+#"’,
径流液
3-,’77
渗漏液
8$+5/",9
径流液
3-,’77
径流液
3-,’77
渗漏液
8$+5/",9
径流液
3-,’77
呈贡县
%/$,99’,9
花卉
:;’<$&
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BD =>D1B =>?EC =>@=A =>FCE ?>DFB B>CAC
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晋宁县
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蔬菜
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晋宁县
G",,",9
粮食
%$&$+;
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234—水溶性无机磷 2"JJ’;K$L &$+5#"K$ (/’J(/’&-J;264—水溶性总磷 2"JJ’;K$L #’#+; (/’J(/’&-J;64—总磷 6’#+; (/’J(/’&-JM
表 9 不同形态磷在径流液和渗漏液中所占比例(:)
&’()* 9 40,;,0/1,- ,2 3122*0*-/ 4 2,0"5 1- 06-,22 ’-3 )*’.71-# 8’/*0
地点
!"#$
作物类型
%&’( #)($
施肥量
*+,-&$
&+#$
(# . /01)
颗粒态磷比例
4&’(’"’, ’7 44
水溶性磷比例
4&’(’"’, ’7 NO4
水溶性无机磷比例
4&’(’"’, ’7 234
水溶性有机磷比例
4&’(’"’, ’7 2P4
径流液
3-,’77
渗漏液
8$+5/",9
径流液
3-,’77
渗漏液
8$+5/",9
径流液
3-,’77
渗漏液
8$+5/",9
径流液
3-,’77
渗漏液
8$+5/",9
呈贡县
%/$,99’,9
花卉
:;’<$&
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晋宁县
G",,",9
蔬菜
H$9$#+I;$
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晋宁县
G",,",9
粮食
%$&$+;
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CD FA>D= 1?>@E DB>D= C@>?B @D>=A @D>@= ?F>E1 ?F>F=
44—颗粒态磷 4+"5-;+#$ (/’J(/’&-J;NO4—水溶性磷 N+#$& $Q#&+5#",9 (/’J(/’&-J;234—水溶性无机磷 2"JJ’;K$L &$+5#"K$ (/’J(/’&-J;2P4—水
溶性有机磷 2"JJ’K;$L ’&9+,"5 (/’J(/’&-J
磷所占比例也较大,与有机肥施用量亦无相关性。
R’K+S等[B?]研究证实,234在垂直方向上有渗漏积
累现象,是水溶性磷渗漏流失的主要形态。
< 结论
本试验结果表明,有机肥施用量越高,234、
264、64流失浓度越大;在径流和渗漏两种流失方
式下 234、264浓度与施肥量均呈显著正相关。相
同施肥水平下,径流液中各形态磷浓度均大于渗漏
液中相对应形态磷浓度。可见在滇池流域地区按照
当地农民习惯采用的有机肥施用方式,若农田施入
大量有机肥后即遇一定强度雨水,则可能引起各种
形态磷素迁移进入水体,进而加剧水体富营养化程
度。本试验研究所得初步结果可为今后预测农田有
机肥磷流失量以及其他深入研究提供实证性依据。
参 考 文 献:
[B] 张维理,徐爱国,冀宏杰,等 M 中国农业面源污染形势估计控制
对策 ! M 中国农业面源污染控制中存在问题分析[G]M 中国农
业科学,1==F,?C(C):B=1@TB=??>
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