全 文 ：书水田冬种多花黑麦草对土壤氮磷
环境释放的影响
辛国荣，李剑，杨中艺
（中山大学有害生物控制与资源利用国家重点实验室，中山大学生命科学学院，广东 广州５１０２７５）
摘要：研究以“黑麦草－水稻”草田轮作系统为基础，水田冬种多花黑麦草为研究对象，利用实验生态学的方法，通
过对土壤地下渗漏水中Ｎ、Ｐ含量变化的分析，研究稻田冬种黑麦草的 Ｎ、Ｐ动态，把握在种植过程中 Ｎ、Ｐ向环境
原位释放的数量、规律和影响因素，有利于更加客观地评价“黑麦草－水稻”草田轮作系统的环境效应。结果表明，
在不施肥的冬闲田，仍可发生Ｎ素和Ｐ素的损失，一个生长周期中随土壤下渗水的损失量平均为ＮＯ３－Ｎ１１５．９８
ｋｇ／ｈｍ２，ＮＨ４＋Ｎ０．８２８０ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ０．０２８５ｋｇ／ｈｍ２。而冬种黑麦草降低了这种损失，其中施复合肥３７５ｋｇ／ｈｍ２
处理与冬闲处理相比，ＮＯ３－Ｎ、ＮＨ４＋Ｎ 和 Ｐ的淋失量分别降低了４９．４３％，４８．５９％，２４．１１％。施肥量７５０
ｋｇ／ｈｍ２处理的ＮＯ３－Ｎ和ＮＨ４＋Ｎ淋失量比冬闲处理分别降低了３８．２０％和１５．５７％，但Ｐ的淋失量比冬闲处理
略高。
关键词：多花黑麦草；土壤；氮；磷；环境释放
中图分类号：Ｓ５４３＋．６０６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１１）０６０１１８０８
随着农业生产的发展，化肥的施用量也在不断大幅增加［１］。农业上化肥的大量施用，虽然提高了农作物的产
量，但由于施用量不当以及施肥不合理，化肥的利用率往往并不高，剩余的养分通过各种途径，如径流、淋溶、反硝
化、吸附和侵蚀等进入环境，尤其是肥料中的Ｎ、Ｐ流失到环境中，加剧了环境污染，导致水体的富营养化，给土
壤、农业生态及环境带来了不良影响，并威胁人类健康。因此，研究农田中氮磷流失的方式和途径，以及对农业非
点源污染及其控制对策研究，已经成为国际的热点问题［２］。
植被覆盖的作用一是为防止土壤被侵蚀，减少淋溶的发生；二是作为肥料提供Ｎ给下一季作物［３］。研究表
明，在草田轮作系统中，苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）土壤翻耕后不宜休闲，应立即种植后续作物，可减少雨季土壤表
层氮的淋失，提高氮素有效性［４］。荒地有作物覆盖可以降低大约７０％的Ｎ淋溶，而且不会导致作物产量损失；同
时保持植被的永久覆盖对于防止Ｐ的流失也是十分有效的［２］。在农田冬闲期覆盖植被不仅可以吸收作物收割
后土壤中多余的Ｎ，还有减轻土壤紧实性［５］以及抑制农田杂草与害虫［６］的功能。黑麦草（犔狅犾犻狌犿犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿）
同样可以作为一种覆盖的植被，有效防止土壤被侵蚀［７］。
“黑麦草－水稻（犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪）”草田轮作系统（Ｉｔａｌｉａｎｒｙｅｇｒａｓｓｒｉｃｅｒｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，简称ＩＲＲ系统）是中国
南方新兴的作物轮作系统，ＩＲＲ系统对稻田土壤以及后作水稻生长和产量的影响方面已开展了大量的研究［８］，取
得了土壤改良以及后作水稻增产的证据，但该系统在冬季种草期间为了获得高的地上部生物量，需要施用一定量
的化肥，黑麦草追施一定量的氮肥同样能增加鲜草产量，提高茎叶中粗蛋白等营养品质，但过量的施氮不仅不能
提高植物对氮的吸收效率，甚至还可能引起氮利用效率降低、植物体内硝酸盐富集和环境氮素污染等一系列的农
业问题［９］。另外，ＩＲＲ系统作为禾本科作物的轮作系统，相对于豆科－禾本科作物的轮作系统，其化肥用量是比
较大的。尽管ＩＲＲ系统提供了冬季地表覆盖，有利于土壤Ｎ、Ｐ被固定于黑麦草植物体内而有可能降低上述风
险，但其Ｎ、Ｐ固定能力与施肥量有密切的关系。根据对该系统施肥量优化研究的结果，在现行稻田土壤，当复合
肥的施肥量在７５０～１５００ｋｇ／ｈｍ２ 时，多花黑麦草的产量是不断上升的［１０］，因而容易出现生产者为获取最大效
１１８－１２５
２０１１年１２月
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
第２０卷 第６期
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６
收稿日期：２０１０１０１８；改回日期：２０１０１２２７
基金项目：“十二五”农村领域国家科技计划课题（２０１１ＢＡＤ１７Ｂ０２），国家自然科学基金（３０８７１４７５）和珠海市科技计划（ＰＣ２００６１０４６）资助。
作者简介：辛国荣（１９６８），男，甘肃临洮人，教授，博士。Ｅｍａｉｌ：ｌｓｓｘｇｒ＠ｍａｉｌ．ｓｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｌｓｓｘｇｒ＠ｍａｉｌ．ｓｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ，ａｄｓｙｚｙ＠ｍａｉｌ．ｓｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
益而向稻田过量施用Ｎ、Ｐ的问题。合理运筹氮肥是提高氮肥利用率，增加产量，减少污染的重要措施［１１］。目前
该系统对Ｎ、Ｐ向环境流失方面的研究较少［１２］，考虑到农业非点源污染对环境的影响日益严重，加上ＩＲＲ系统推
广面积的进一步扩大，对该系统环境效应的研究显得越来越迫切。为此，本研究通过对不同处理不同土层Ｎ、Ｐ
含量变化以及土壤地下渗漏水中Ｎ、Ｐ含量变化的分析，研究稻田冬种黑麦草的Ｎ、Ｐ动态，把握在种植过程中
Ｎ、Ｐ向环境原位释放的数量、规律和影响因素，有利于更加客观地评价“黑麦草－水稻”草田轮作系统的环境效应。
１ 材料与方法
１．１ 研究区概况
试验地位于广东省清远源潭镇（１１３°１２′０６″Ｅ，２３°３９′１１″Ｎ，海拔１９．４ｍ）。属亚热带季风气候，年平均温度
２０．２～２１．０℃，１月平均气温最低，为１２．４℃，７月平均气温最高，为２８．８℃。年降水量达到２２５８ｍｍ，年平均相
对湿度为７８％，年日照时数达１６８８ｈ。试验从２００４年１２月８日到２００５年４月４日，历时１１７ｄ。试验期降水
量见表１。
表１ 试验期间研究区降水量
犜犪犫犾犲１ 犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犮狅狀犱犻狋犻狅狀犻狀狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾犪狉犲犪 ｍｍ
项目
Ｉｔｅｍ
２００４年１２月
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００４
２００５年１月
Ｊａｎｕａｒｙ２００５
２００５年２月
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００５
２００５年３月
Ｍａｒｃｈ２００５
２００５年４月
Ａｐｒｉｌ２００５
总降水量 Ｔｏｔａｌｒａｉｎｆａｌ ０．５ ７．０ ３８．０ １６１．５ １５１．５
１．２ 试验材料
供试草种用特高多花黑麦草（犔．犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿ｃｖ．Ｔｅｔｒａｇｏｌｄ），为一年生早熟型四倍体草种。肥料用挪威海
德（Ｈｙｄｒｏ）公司生产的三元复合肥（Ｎ∶Ｐ２Ｏ５∶Ｋ２Ｏ＝１５∶１５∶１５）。
１．３ 田间试验方法
１．３．１ 试验处理和田间设计 试验共设４个处理：１）不施肥冬闲对照（ＣＫ），试验期间不施肥不种草；２）低肥冬
闲对照（ＣＫ１），试验期间施肥但不种草，施肥量为３７５ｋｇ／ｈｍ２；３）低肥种草处理（Ａ），试验期间施肥且种草，施肥
量为３７５ｋｇ／ｈｍ２；４）高肥种草处理（Ｂ），试验期间同样施肥且种草，施肥量为７５０ｋｇ／ｈｍ２。每处理４次重复。每
个重复小区面积为２ｍ×２ｍ，按４×４的拉丁方法排列各试验小区。相邻小区之间田埂筑高１０ｃｍ，并在小区间
垂直插入塑料板到地表下４０ｃｍ深度，以减少侧渗。在２排小区之间开挖宽为５０ｃｍ，深为６０ｃｍ的沟渠，以方
便取样和排水。试验区周围设保护行。黑麦草播种量１．５ｇ／ｍ２。
１．３．２ 下渗水试验装置的设计、采样和测定 在每个试验小区内地面下４０ｃｍ处埋入３个塑料盘（５２ｃｍ×３４
ｃｍ×７ｃｍ）。预先在塑料盘中安装滤网，网下用石块支撑；底部固定塑料管，并在塑料盘边钻孔，将塑料管（＝８
ｍｍ）通到盘外，用以采集水样。此装置实际上相当于原状土渗漏计，本试验中用以接取地下４０ｃｍ的渗漏水。
分别于２００５年２月２３日，３月８日，３月２１日，４月４日收集下渗水。记录每个小区搜集到水的容积，并保留
５００ｍＬ水样在４℃冰箱中。测定氨氮（蒸馏滴定法）、硝态氮（水杨酸钠分光光度法）和总磷含量（孔雀绿－磷钼
杂多酸法）［１３］。
１．３．３ 植物的采样与分析 ２００５年４月４日试验结束，采集ＣＫ１、Ａ、Ｂ处理小区的植物样本（处理ＣＫ１虽然没
有种植黑麦草，但因为有复合肥的施用，野生杂草生长迅速。故在试验结束取样时，也采集了处理ＣＫ１杂草样
本），测定植物的生物量，并取适量草样，测定水分含量（常规烘箱烘干法）和植物中的粗氮（凯氏定氮法）和全磷含
量（钒钼黄比色法）［１４］。
１．４ 统计分析
结果取重复数的平均值，先在Ｅｘｃｅｌ中作初步分析与处理，再用ＳＰＳＳ１０．０进行方差分析（ＡＮＯＶＡ）和平均
数差异显著性分析（ＬＳＤ检验，犘＜０．０５），用Ｅｘｃｅｌ作图。
９１１第２０卷第６期 草业学报２０１１年
２ 结果与分析
２．１ 施肥对植物生长和Ｎ、Ｐ吸收的影响
试验区各处理植物的生物量及植物吸收的Ｎ和Ｐ的结果显示（表２），ＣＫ未能收获到足够分析量的植物生
物量而忽略不计；ＣＫ１虽未种植多花黑麦草，但收获了一定量的草，Ａ和Ｂ处理区获得的均为多花黑麦草。各试
验区生物量之间均差异显著（犘＜０．０５），其中２个种草区的黑麦草生物量随施肥量的增加而增加；植物中的粗氮
含量处理间差异不显著，但随施肥量增加而增加，从吸收Ｎ总量分析，Ａ和Ｂ处理区吸收的Ｎ总量分别是ＣＫ１
的２．８和３．９倍（犘＜０．０５）；植物体内Ｐ含量受到了施肥量的显著影响（犘＜０．０５），反映在植物吸收的Ｐ总量上
也呈显著差异（犘＜０．０５），其中种草的Ａ和Ｂ处理区吸收的Ｐ总量分别是ＣＫ１的１．８和３．４倍。
表２ 不同处理对植物生长和犖、犘吸收的影响
犜犪犫犾犲２ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犵狉狅狑狋犺犪狀犱犖，犘犪犫狊狅狉狆狋犻狅狀狅犳狆犾犪狀狋狊
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
生物量鲜重
Ｆｒｅｓｈｗｅｉｇｈｔ（ｋｇ／ｍ２）
干物质
Ｄｒｙｍａｔｔｅｒ（ｋｇ／ｍ２）
粗Ｎ含量
ＣｒｕｄｅＮｃｏｎｔｅｎｔ（％）
Ｎ总量
ＴｏｔａｌＮ（ｇ／ｍ２）
全Ｐ含量
ＴｏｔａｌＰｃｏｎｔｅｎｔ（％）
Ｐ总量
ＴｏｔａｌＰ（ｍｇ／ｍ２）
ＣＫ１ ０．５５±０．１１８ｃ ０．１１±０．０２４ｃ ２．９９±０．３３７ａ ３．２９±０．０９４ｃ ０．１６±０．００８３ａ １７１±４．０９ｃ
Ａ ２．６１±０．０６２ｂ ０．３０±０．００７ｂ ３．０４±０．２５０ａ ９．１２±０．０６１ｂ ０．１０±０．００３９ｂ ３０９±１．２７ｂ
Ｂ ３．４３±０．３６８ａ ０．３８±０．０４１ａ ３．４０±０．３４８ａ １２．９２±０．２６５ａ ０．１５±０．００８４ａ ５８１±５．８４ａ
注：不同小写字母表示差异显著（平均值±标准差，样品数＝４）（犘＜０．０５），下同。
Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔ犘＜０．０５（ｍｅａｎ±ＳＤ，ｎ＝４），ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
２．２ 不同处理对Ｎ、Ｐ淋失的影响
２．２．１ 各试验区的下渗水量 几次取样的下渗水中，大多数都是种草处理Ａ、Ｂ的下渗水体积相对少于不种草
的２个对照（表３），而且从３月８日到４月４日，各个处理的下渗水体积都有明显的增长趋势。说明下渗水体积
与降水有一定关系，进入３月以后，清远当地的降水开始逐渐增加，试验区下渗水的体积也随之增长。
表３ 不同处理试验区的下渗水体积
犜犪犫犾犲３ 犜犺犲狏狅犾狌犿犲狅犳狆犲狉犮狅犾犪狋犻狀犵狑犪狋犲狉狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 ｍＬ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ２月２３日２３Ｆｅｂｒｕａｒｙ ３月８日８Ｍａｒｃｈ ３月２１日２１Ｍａｒｃｈ ４月４日４Ａｐｒｉｌ
ＣＫ １０６５８±７５８ ７７２６±１８７１ １１２１３±５８６８ １８５３９±３６６５
ＣＫ１ １０３０２±１２９７ ６９２８±１６８０ １１３７０±３３２１ １６３６１±１５１４
Ａ ９５３１±８１７ ８１０９±１０１２ ８５４０±１５０４ １３７０４±３０９７
Ｂ ９４７６±１１６４ ７８３３±１２１６ ８１１０±３４１８ １４９１８±２５３５
２．２．２ 下渗水中ＮＯ３－Ｎ含量和淋失总量 从２月２３日起，每隔一定时间采集下渗水，４次水样中的ＮＯ３－Ｎ
含量变化如图１所示。２个对照区下渗水中的ＮＯ３－Ｎ含量在试验初期略有上升，随后呈急剧下降趋势，而２个
种草处理区则未出现上升的趋势。在２月２３日采集的下渗水中，各个处理ＮＯ３－Ｎ的含量顺序为ＣＫ１＞Ｂ≈
ＣＫ＞Ａ，但差异不显著。第２次采样后直至试验结束，ＮＯ３－Ｎ的含量顺序均表现为ＣＫ１＞ＣＫ＞Ｂ＞Ａ，也就是
说种草的２个处理均低于不种草的２个对照，而施低肥的对照又高于不施肥的对照，施高肥的种草处理则高于施
低肥的种草处理。在３月８日的下渗水ＮＯ３－Ｎ含量中，施低肥的ＣＫ１显著高于其他几个处理（犘＜０．０５）。而
３月２１日，ＣＫ和ＣＫ１的下渗水ＮＯ３－Ｎ含量都显著高于种草的处理Ａ、Ｂ（犘＜０．０５）。到了４月４日，施低肥
的ＣＫ１的ＮＯ３－Ｎ含量显著高于不施肥的ＣＫ（犘＜０．０５），而ＣＫ又显著高于种草的处理Ａ和Ｂ（犘＜０．０５）。可
见，施肥和种植黑麦草显然都对土壤中ＮＯ３－Ｎ的淋失产生了影响，施肥量越大，淋失量也越大，黑麦草的种植
明显减少了土壤的ＮＯ３－Ｎ随水分下渗的迁移。
０２１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６
图１ 不同处理下渗水中的犖犗３－犖含量（左）和总犖犗３－犖淋失量（右）
犉犻犵．１ 犆狅狀狋犲狀狋狊狅犳犖犗３－犖（犾犲犳狋）犪狀犱狋狅狋犪犾犾狅狊狊狅犳犖犗３－犖（狉犻犵犺狋）犻狀狆犲狉犮狅犾犪狋犻狀犵狑犪狋犲狉狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
不同小写字母表示差异显著（犘＜０．０５），下同。Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｔ犘＜０．０５；ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ
试验中对不同时期各处理渗滤水的体积进行了测定，并计算原状土渗漏计的表面积，由此可以推算出试验期
间各个处理中ＮＯ３－Ｎ单位面积的淋失量。试验期内各试验区的土壤ＮＯ３－Ｎ淋失量如图１所示。２个不种草
的对照区ＣＫ和ＣＫ１的淋失量分别达到２６１８和３４３７ｍｇ／ｍ２，其中施肥的ＣＫ１区显著地高于不施肥的ＣＫ区
（犘＜０．０５）；２个种草处理区的淋失量均显著地低于上述２个对照区（犘＜０．０５），其中低施肥量的Ａ处理区最低，
为１３２４ｍｇ／ｍ２，高施肥量的Ｂ处理区则为１６１８ｍｇ／ｍ２，但２个处理区之间ＮＯ３－Ｎ淋失量差异不显著。如果
将Ｂ处理区的施肥量应用于生产中，其淋失的ＮＯ３－Ｎ量仅仅是冬闲对照（ＣＫ）的６１．８％。可见，稻田冬种黑麦
草不仅未造成土壤ＮＯ３－Ｎ的流失，而且能够预防土壤Ｎ对环境的污染。
２．２．３ 下渗水中ＮＨ４＋Ｎ含量和淋失总量 从２月２３日到４月４日各个处理下渗水中的ＮＨ４＋Ｎ含量都表
现出下降的趋势（图２），其中处理Ａ和处理Ｂ的下降幅度相对更为明显，４次采样中ＣＫ１的ＮＨ４＋Ｎ含量一直
最高。２月２３日，各个处理下渗水中的ＮＨ４＋Ｎ含量顺序为ＣＫ１＞Ｂ＞Ａ＞ＣＫ，而且ＣＫ１和处理Ｂ显著高于
ＣＫ和处理Ａ（犘＜０．０５）。到了３月８日，顺序变为ＣＫ１＞Ｂ＞ＣＫ＞Ａ，其中ＣＫ１显著高于处理Ｂ（犘＜０．０５），处
理Ｂ显著高于处理Ａ（犘＜０．０５）。ＣＫ与处理Ａ、Ｂ差异均不显著，但显著低于ＣＫ１（犘＜０．０５）。３月２１日，下渗
水中的ＮＨ４＋Ｎ含量顺序为ＣＫ１＞ＣＫ＞Ｂ＞Ａ，施低肥的对照ＣＫ１显著高于不施肥的对照ＣＫ（犘＜０．０５），而
ＣＫ又显著高于处理Ａ和处理Ｂ（犘＜０．０５）。４月４日，ＣＫ１下渗水中的ＮＨ４＋Ｎ含量最高，ＣＫ次之，含量顺序
为ＣＫ１＞ＣＫ＞Ｂ≈Ａ，而且ＣＫ１和ＣＫ显著高于处理Ａ和处理Ｂ（犘＜０．０５）。即种草的２个处理均低于不种草
的２个对照，而施低肥的对照又高于不施肥的对照，这与同期下渗水中ＮＯ３－Ｎ的含量顺序相似。
图２ 不同处理下渗水中的犖犎４＋犖（左）含量和总犖犎４＋犖淋失量（右）
犉犻犵．２ 犆狅狀狋犲狀狋狊狅犳犖犎４＋犖（犾犲犳狋）犪狀犱狋狅狋犪犾犾狅狊狊狅犳犖犎４＋犖（狉犻犵犺狋）犻狀狆犲狉犮狅犾犪狋犻狀犵狑犪狋犲狉狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
１２１第２０卷第６期 草业学报２０１１年
不种草的对照区ＣＫ和ＣＫ１的ＮＨ４＋Ｎ淋失量分别为８２．８０和１２７．１６ｍｇ／ｍ２（图２）。施肥的对照ＣＫ１显
著高于不施肥的对照ＣＫ（犘＜０．０５）。低施肥量的Ａ处理区ＮＨ４＋Ｎ淋失量为４２．５７ｍｇ／ｍ２，高施肥量的Ｂ处
理区为６９．９１ｍｇ／ｍ２。２个种草处理区的淋失量均显著地低于２个对照区（犘＜０．０５），其中低施肥量的Ａ处理
区又显著低于Ｂ处理区（犘＜０．０５）。Ａ、Ｂ处理区的 ＮＨ４＋Ｎ 淋失量分别为冬闲对照（ＣＫ）的５１．４１％和
８４．４３％。由此可以说明，稻田冬种黑麦草减少了土壤ＮＨ４＋Ｎ的流失，降低了土壤Ｎ进入地下水体的风险。
２．２．４ 下渗水中磷含量和淋失总量 所有处理下渗水的Ｐ含量在初期都显示出明显的降低趋势（图３），但随着
时间推移，下渗水中Ｐ含量的下降幅度逐渐降低。２月２３日，各个处理下渗水中的Ｐ含量顺序为ＣＫ１＞Ｂ＞Ａ＞
ＣＫ，与同期氨氮的含量顺序相同。其中ＣＫ１的含量显著高于其他几个处理（犘＜０．０５）。而ＣＫ和处理Ａ、Ｂ之
间差异不显著。３月８日采样后直至试验结束，Ｐ含量顺序均为ＣＫ１＞ＣＫ＞Ｂ＞Ａ，即种草的２个处理均低于不
种草的２个对照，而施低肥的对照又高于不施肥的对照，施高肥的种草处理则高于施低肥的种草处理。在３月８
日的水样中，ＣＫ１的Ｐ含量显著高于其他几个处理（犘＜０．０５），而其他几个处理之间未达到显著差异。到３月
２１日，各个处理下渗水的Ｐ含量比较接近，他们之间的差异均不显著。４月４日，处理Ａ的下渗水Ｐ含量显著低
于ＣＫ１（犘＜０．０５），其他各处理区没有显著差异。
图３ 不同处理下渗水中的犘含量（左）和犘总淋失量（右）
犉犻犵．３ 犆狅狀狋犲狀狋狊狅犳狋狅狋犪犾狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊（犾犲犳狋）犪狀犱狋狅狋犪犾犾狅狊狊狅犳狋狅狋犪犾狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊
（狉犻犵犺狋）犻狀狆犲狉犮狅犾犪狋犻狀犵狑犪狋犲狉狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
２个不种草的对照区ＣＫ和ＣＫ１的Ｐ淋失量分别达到２．８２和４．３１ｍｇ／ｍ２（图３），种草的处理Ａ、Ｂ的Ｐ淋
失量分别为２．１４和２．９４ｍｇ／ｍ２。其中施肥的ＣＫ１显著地高于不施肥的ＣＫ和种草施高肥的Ｂ处理（犘＜
０．０５）；而ＣＫ和Ｂ又显著高于种草施低肥的Ａ处理（犘＜０．０５）。处理Ｂ的Ｐ淋失量略高于ＣＫ，但两者差异不
显著。处理Ａ与施肥的ＣＫ１相比，Ｐ淋失量降低了５０．３５％；与冬闲的ＣＫ相比降低了２４．１１％。可见，在复合
肥施肥量为３７５ｋｇ／ｈｍ２ 情况下，稻田冬种黑麦草未造成土壤Ｐ流失，而且预防了土壤Ｐ对环境的污染。在施肥
量７５０ｋｇ／ｈｍ２ 情况下，Ｐ淋失量比冬闲仅增加４．２６％，对环境的负荷也并不明显。
３ 讨论
３．１ 土壤中Ｎ、Ｐ的转移途径
土壤中的Ｎ以及施入土壤的肥料 Ｎ，在降雨和灌溉水的作用下，一部分最终以可溶性的 ＮＯ３－，ＮＯ２－和
ＮＨ４＋形式淋失到土壤中并在土壤流中迁移。Ｎ的迁移过程伴随着转化反应，如矿化，水解，氨挥发，硝化，反硝
化和土壤固定以及作物吸收［１５］。本试验结果说明，在冬种黑麦草的土地上，植物对Ｎ吸收起到了重要作用。施
肥的对照区ＣＫ１和种草的Ａ和Ｂ处理中，植物吸收的Ｎ总量分别达到３．２８９，９．１２０，１２．９２０ｇ／ｍ２。而各个处
理通过下渗水淋失的Ｎ元素分别为ＣＫ：２．７０ｇ／ｍ２，ＣＫ１：３．５６ｇ／ｍ２，Ａ：１．３７ｇ／ｍ２，Ｂ：１．６９ｇ／ｍ２。种草Ａ和Ｂ
区植物吸收Ｎ分别是下渗水淋失Ｎ的６．６６和７．６４倍。冬种黑麦草将土壤中较多的Ｎ固定在了植物体内，远
大于下渗水淋失的部分，黑麦草的吸收利用成为Ｎ元素迁移的重要方面，这与刘芳［１６］的研究结果相一致。
２２１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６
Ｐ的土壤亲和力比较高，所以通常认为没有大规模的Ｐ向下垂直迁移，即淋溶情况的发生［１７，１８］。本试验下
渗水中Ｐ浓度不高，随下渗水流失的Ｐ元素比较有限，可见，植物吸收成为Ｐ离开土壤的主要途径。冬种黑麦草
的处理Ａ和处理Ｂ中，植物固定的Ｐ分别是下渗水淋失的１４４和１９８倍，施低肥的对照ＣＫ１收获的杂草固定的
Ｐ也达到下渗水淋失的４０倍，很明显植物的吸收固定在Ｐ的迁移中占到绝大部分。
３．２ 下渗水中Ｎ流失的主要形态
张福珠等［１９］认为，土壤中不同形态氮的含量与水分、湿度、温度、ｐＨ、有机碳和碳氮比等因子有一定的关系，
但通常Ｎ的形态主要以ＮＯ３－Ｎ为主，ＮＨ４＋Ｎ只占很小比例。王胜佳等［２０］在试验中证明，稻田土壤中氮素淋
失的基本形态是ＮＯ３－Ｎ，ＮＯ２－Ｎ浓度最高不超过ＮＯ３－Ｎ的１％。也有人证明旱地农田氮素淋失以ＮＯ３－Ｎ
为主，ＮＯ２－Ｎ和ＮＨ４＋Ｎ的数量很少，对地下水不易造成污染［２１］。本试验的４个处理中，ＮＯ３－Ｎ随下渗水的
淋失量都明显大于ＮＨ４＋Ｎ，由ＮＯ３－Ｎ造成的每公顷Ｎ的渗失量为１３．２４～３４．３７ｋｇ，相当于同期ＮＨ４＋Ｎ
淋失量的２３～３２倍，这与Ｓｈｉｂａｎｏ和Ｙｏｓｈｉｋａｚｕ［２２］及 Ｍｅｎｇｅｌ［２３］研究的结果相似。由此可以认为，在种植黑麦草
的草田中，氮素淋失的主要形态是ＮＯ３－Ｎ，ＮＨ４＋Ｎ的淋失只是很小部分。
３．３ 施肥对土壤Ｎ、Ｐ流失的影响
王家玉等［２４］认为，施加氮肥对当季土壤下渗水中的ＮＨ４＋Ｎ浓度有较明显的影响，施用氮肥越多，下渗水
中ＮＨ４＋Ｎ也越多。虽然在本试验中，土壤下渗水中ＮＨ４＋Ｎ的数量受到施肥影响也较为显著，高施肥量的Ｂ
处理区比低施肥量的Ａ处理区增加了６４．２％，但在施肥当季以ＮＨ４＋Ｎ形式渗失的肥料氮是非常少的，这与王
家玉等［２４］的结论也相一致。施加氮肥对土壤下渗水中的ＮＯ３－Ｎ浓度的影响显然没有对ＮＨ４＋Ｎ浓度的影响
明显，在施肥量高出１倍的条件下，Ｂ处理比Ａ处理渗失的ＮＯ３－Ｎ总量高２３．６８％，差异不显著（犘＞０．０５）。
土壤磷素的流失会引发附近水域水质富营养化［２５，２６］，Ｓｈａｒｐｌｅｙ等［２７］在总结农业磷素与水体保护时强调，尽
管当季磷肥的流失量通常不超过５％，但对水体富营养化具有关键性的作用。在本试验中，高施肥量的Ｂ处理比
低施肥量的Ａ处理Ｐ淋失增加了３７．３８％，差异显著（犘＜０．０５）。上述特征与Ａｕｓｔｉｎ等［２８］和Ｐｏｔｅ等［２９］的有关
研究结果相类似，他们也认为施磷水平增加引起磷素流失的可能性增大。
需要强调的是虽然施肥量越高，Ｎ、Ｐ的淋失越大，但相对于冬闲处理，高施肥量种草的Ｂ处理经由下渗水流
失的Ｎ、Ｐ来说并不高。而且施肥量越大，黑麦草的生物量越大，对Ｎ、Ｐ的吸收量也越大，可以有效抑制土壤Ｎ、
Ｐ经由下渗水进入环境，降低了土壤中的Ｐ被淋洗到地下水中的风险。本试验设计施肥量有限，可能在更高的施
肥量下也存在相同的效应，但还需要进一步的研究。
３．４ 种草对土壤Ｎ、Ｐ流失的影响
在不施肥的冬闲农田中，仍可发生Ｎ素和Ｐ素的损失，在一个黑麦草生长周期的时间里随土壤下渗水的平
均损失量为ＮＯ３－Ｎ２６．１８ｋｇ／ｈｍ２，ＮＨ４＋Ｎ０．８２８０ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ０．０２８２ｋｇ／ｈｍ２。
从施低肥不种草的ＣＫ１区与施低肥种草的Ａ区下渗水的ＮＯ３－Ｎ浓度对比可以看出，１）种植黑麦草初期
对渗漏水中ＮＯ３－Ｎ的表观截留就可以达到３３．１１％，当然这种截留效应应该包含黑麦草对ＮＨ４＋Ｎ和ＮＯ３－
Ｎ的直接吸收与截留２个方面的作用，这与王家玉等［２４］在稻田土壤氮素淋失的研究中得到的结果相似；２）冬种
黑麦草对淋向土壤下层的Ｎ、Ｐ数量有相当明显的影响，种草对下渗水中Ｎ的淋失量降低可以达到６１．６６％，对
Ｐ的淋失量降低可以达到５０．３５％。
而与冬闲处理相比，种草处理Ａ的Ｎ、Ｐ淋失量都极显著少于冬闲处理（犘＜０．０５），高施肥量种草处理Ｂ的
Ｎ淋失量也低于冬闲处理，只是Ｐ的淋失量比冬闲高４．２６％。可见，稻田冬种黑麦草不仅未造成土壤Ｎ的流失，
还能够预防土壤Ｎ对环境的污染。如果冬季不种植黑麦草，则裸露的地表使土壤中的Ｎ、Ｐ更容易流失进入环
境，从而增加了环境负荷。
还需要特别强调的是，由于试验设计是模拟原状土壤渗漏计的原理在大田条件下实施，装置的布置等措施对
土壤原有结构破坏较大，而且黑麦草种植只是一个冬季，一定程度上影响到结果的精确性，因而，土壤氮磷环境释
放的规律性和动态变化还需进一步探究。
３２１第２０卷第６期 草业学报２０１１年
４ 结论
１）在种植黑麦草的土地上，土壤中的Ｎ和Ｐ元素被植物吸收固定了大部分，而通过下渗水流失的Ｎ、Ｐ只占
少数。且氮素淋失的主要形态是ＮＯ３－Ｎ，ＮＨ４＋Ｎ只占很小比例。
２）施肥量越高Ｎ、Ｐ的淋失越大，但施肥提高了黑麦草产量和黑麦草中Ｎ、Ｐ的浓度，所以对Ｎ、Ｐ的吸收量
也越大，可以有效抑制土壤Ｎ、Ｐ经由下渗水进入环境。
３）稻田冬种黑麦草不仅没有造成土壤Ｎ的流失，还能够预防土壤Ｎ对环境的污染。同冬闲对比发现，如果
冬季不种植黑麦草则缺乏有效的植被覆盖，使土壤中的Ｎ、Ｐ更容易流失进入环境，污染环境的风险也就更大。
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犈犳犳犲犮狋狅犳狑犻狀狋犲狉犮狉狅狆狆犻狀犵犐狋犪犾犻犪狀狉狔犲犵狉犪狊狊狅狀犖犪狀犱犘犾犲犪犽犪犵犲犳狉狅犿狊狅犻犾狊
ＸＩＮＧｕｏｒｏｎｇ，ＬＩＪｉａｎ，ＹＡＮＧＺｈｏｎｇｙｉ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｉｏｃｏｎｔｒｏｌ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＳｕｎＹａｔｓｅｎ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２７５，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｎＩｔａｌｉａｎｒｙｅｇｒａｓｓｒｉｃｅｒｏｔａｔｉｏｎ（ＩＲＲ）ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｖａｒｉｅｔｙａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓ
ｏｆＮａｎｄＰｌｏｓｓｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｌｅａｋａｇｅｗａｔｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ
ａｖｅｒａｇｅｌｏｓｓｏｆＮａｎｄＰｔｈｒｏｕｇｈｌｅａｋａｇｅｗａｔｅｒｉｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈｃｙｃｌｅｗａｓ１１５．９８ｋｇ／ｈａＮＯ３－Ｎ，０．８２８０ｋｇ／ｈａ
ＮＨ４＋Ｎａｎｄ０．０２８５ｋｇ／ｈａＰｕｎｄｅｒｔｈｅｉｄｌｅｆｉｅｌｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ（ＣＫ）．ＷｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇｏｆＩｔａｌｉａｎｒｙｅｇｒａｓｓｒｅｄｕｃｅｄ
ｔｈｅｌｏｓｓｏｆＮａｎｄＰ．ＷｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇＩｔａｌｉａｎｒｙｅｇｒａｓｓｗｉｔｈ３７５ｋｇ／ｈｍｃｏｍｐｏｕｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｌｏｓｓｒｅ
ｄｕｃｔｉｏｎｓｏｆＮＯ３－Ｎ，ＮＨ４＋ＮａｎｄＰｏｆ４９．４３％，４８．５９％ａｎｄ２４．１１％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＣＫ．
ＷｉｎｔｅｒｃｒｏｐｐｉｎｇＩｔａｌｉａｎｒｙｅｇｒａｓｓｗｉｔｈ７５０ｋｇ／ｈａｃｏｍｐｏｕｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｌｏｓｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓｏｆＮＯ３－Ｎａｎｄ
ＮＨ４＋Ｎｏｆ３８．２０％ａｎｄ１５．５７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｌｏｓｓｏｆＰｗａｓｓｌｉｇｈｔｌｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｕｎｄｅｒＣＫ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：Ｉｔａｌｉａｎｒｙｅｇｒａｓｓ（犔狅犾犻狌犿犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿）；ｓｏｉｌ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ａｍｂｉｅｎｔｒｅｌｅａｓｅ
５２１第２０卷第６期 草业学报２０１１年