全 文 ：中国生态农业学报 2010年 5月 第 18卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2010, 18(3): 492−495


* 国家科技支撑计划项目(2007BAD87B06)和安徽省科技攻关计划项目(08010302160)资助
王静(1982~), 女, 硕士, 助理研究员, 主要研究方向为农业面源污染与水土保持。E-mail: wangjing0553@sina.com
收稿日期: 2009-07-20 接受日期: 2009-11-13
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00492
自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域
旱地氮磷流失的影响*
王 静 1,2 郭熙盛 1,2 王允青 1,2
(1. 安徽省农业科学院土壤肥料研究所 合肥 230031; 2. 安徽养分循环与资源环境省级实验室 合肥 230031)
摘 要 本文通过野外径流小区观测试验, 开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙
和氮磷流失影响的研究。试验结果表明, 秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起
的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间, 秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少 30.47%
和 22.88%, 表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比, 秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失
总量分别降低 27.42%和 32.29%, 但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形
态, 颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。
关键词 农业面源污染 秸秆覆盖 氮磷流失 径流 巢湖流域
中图分类号: X522 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)03-0492-04
Effect of straw mulch on nitrogen and phosphorus loss from farmlands in
Chaohu Lake Region under natural rainfall condition
WANG Jing1,2, GUO Xi-Sheng1,2, WANG Yun-Qing1,2
(1. Institute of Soil and Fertilizer, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China;
2. Anhui Provincial Key Lab for Nutrient Cycling, Resources and Environment, Hefei 230031, China)
Abstract A field experiment was conducted in the Chaohu Lake Region to analyze the characteristics of nitrogen and phosphorus
loss via runoff from farmlands under natural rainfall conditions. Two treatments of conventional tillage (CK) and straw mulch (TS)
were set up in 3 replications. The results show that straw mulch effectively reduces surface runoff, and sediment and nutrient loss
from farmlands under natural rainfall conditions. During maize growth period, the amounts of runoff and sediments in TS decrease
by 30.47% and 22.88%, respectively compared with CK. This implies that straw mulch has a significant effect on soil and water
conservation. Straw mulch respectively reduces total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) loss via surface runoff by 27.42% and
32.29%. However, straw mulch has an insignificant influence on TN and TP concentration of runoff. While dissolved nitrogen (DN)
is predominant form of nitrogen loss, particle phosphorous (PP) is the main form of phosphorus loss. In order to control agriculture
non-point source pollution, straw mulch should be strongly promoted in the study area.
Key words Agriculture non-point source pollution, Straw mulch, Nitrogen and phosphorus loss, Surface runoff, Chaohu Lake Region
(Received July 20, 2009; accepted Nov. 13, 2009)
大量研究证明, 农业面源污染是导致地表水环
境恶化的重要因素之一[1−4], 而农田土壤氮磷的大量
输出是引起农业面源污染的主要原因, 防治农业面
源污染的最关键问题是控制氮磷来源[5−6]。我国每年
约产生 18亿 t秸秆和农副产品加工的废弃物, 其中含
有氮素 700万 t、磷素 500万 t, 相当于我国目前施用
化学氮肥的 1/3, 化学磷肥的两倍[7]。然而, 我国每年
有大量秸秆被付之一炬, 不仅浪费资源, 严重污染环
境, 且对土壤的生态系统造成了不利影响[8]。近年来,
许多学者对农作物秸秆还田的培肥效果以及对土壤
性质、作物产量的影响方面进行了大量研究[9−13]。虽
然秸秆覆盖还田对农田地表径流氮磷流失的影响研
究已有报道[14−17], 但由于氮磷污染物随地表径流流
失机理的复杂性以及作物生长发育与土壤条件的区
第 3期 王 静等: 自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响 493


域性, 使秸秆覆盖还田对氮磷流失的影响研究还处
于探索阶段, 针对巢湖流域的有关研究更是鲜见报
道。本试验选择巢湖入湖支流南淝河上游的 1个闭合
流域为研究对象, 通过监测流域内典型种植模式下
大田玉米整个生长期间的降雨、径流发生情况, 研究
秸秆覆盖还田条件下, 农田氮磷随地表径流的迁移
量和迁移特征, 以了解巢湖流域秸秆覆盖还田截氮
控磷效应, 为源头控制农业面源污染提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验在合肥市大杨镇三十岗乡进行, 该地位于
巢湖支流南淝河上游的 1 个闭合流域内, 是我国江
淮丘陵区典型的农业生态系统。该流域年平均气温
15.5 ℃, 平均降水量 1 000 mm且多集中于 6~8月份,
平均无霜期 226 d, 平均日照 2 218 h。试验小区土壤
的基本理化性质见表 1。

表 1 供试土壤的基本理化性质
Tab. 1 Physical and chemical properties of the experimental soils
采样深度
Sampling
depth (cm)
容重
Bulk
density
(g·cm−3)
pH
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
碱解氮
Alkali-hy-
drolysis N
(mg·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
速效磷
Olsen- P
(mg·kg−1)
缓效钾
Slow available
K (mg·kg−1)
速效钾
Available K
(mg·kg−1)
<0.002 mm黏粒
<0.002 mm clay
(%)
0~20 1.31 6.61 16.98 1.24 60.49 0.63 10.50 618.66 245.50 40.26
20~50 1.36 6.96 3.99 0.51 29.91 0.50 4.35 643.21 166.94 38.69

1.2 试验设计与玉米管理
试验设传统耕作 (CK)和秸秆覆盖+传统耕作
(TS)2个处理, 每处理重复 3次, 各小区面积 20 m2,
共计 6个小区, 小区四周设 5 cm厚的水泥挡板, 地
下部分埋深 25 cm, 地上高 20 cm, 以防止内外径流
相混。在小区出口外接径流池, 以便收集降雨产流
后的水样和泥沙样。小区有排灌分流且能调控的水
利系统, 可对进出试验区的灌、排水量进行测定。
小区中间设置标准雨量筒, 用以进行降雨观测。以
夏玉米为供试作物, 施肥量为氮肥 225 kg·hm−2、磷
肥(P2O5)90 kg·hm−2 , 其中 60％氮肥作为基肥、40%
在拔节期后期(大喇叭口期)追施, 磷肥作为基肥一次
性施入。将水稻秸秆剪成 10~15 cm, 玉米播种后直接
覆盖于地表, 用量为 3 000 kg·hm−2。玉米品种为“济
单七号”, 2007年 6月 29日播种, 9月 30日收获。
1.3 水样采集及测定方法
在 2007年 6月 29日至 9月 30日雨季即整个玉
米生长季节内, 于每次降雨产流后, 立即测定每个
径流池水位, 计算径流量。采集径流池泥水样, 采用
过硫酸钾氧化−紫外分光光度法测定总氮(TN), 由
水样经 0.45 μm 微孔滤膜过滤后 , 测定溶解态氮
(DN), 方法与总氮相同, 总氮浓度减去溶解态氮浓
度为颗粒态氮(PN)浓度, 采用靛酚蓝比色法测定铵
态氮(NH4+-N), 直接采用紫外分光光度法测定硝态
氮(NO3−-N)。采用过硫酸钾氧化−钼酸盐比色法测定
总磷(TP), 水样经 0.45 μm微孔滤膜过滤后, 测定溶
解态磷(DP), 方法与总磷相同 , 总磷浓度减去溶解
态磷浓度为颗粒态磷(PP)浓度。水样取回后一般立
即测定, 少量不能测定的, 滴加浓硫酸并冰冻保存,
5 d内测样完毕。
1.4 数据统计分析方法
试验各处理重复 3 次 , 结果取平均值 , 采用
Excel2003进行数据处理分析。
2 结果与分析
2.1 玉米种植期间的降雨情况
玉米于 2007年 6月 29日翻土播种, 9月 30日
收获, 期间共降雨 10 次, 总降雨量约 360.80 mm。
一般情况下 , 旱地在小雨和中雨条件下很难产流 ,
另有 2 次降雨量虽然较大, 但由于长期干旱、土壤
前期含水率低等原因, 未产生径流。故在整个玉米
生长期间, 共取得 5次降雨径流, 日期分别为 7月 9
日、7月 23日、8月 2日、8月 27日和 9月 19日。
2.2 不同耕作处理对径流量与产沙量的影响
降雨径流和侵蚀产沙是养分流失的前提条件。
从图 1 可知, 秸秆覆盖还田能有效降低径流量与产
沙量, 其总产流产沙量及次产流产沙量均低于对照
小区。与对照小区相比, 秸秆覆盖小区的产流量与
产沙量分别降低 30.47%和 22.88%, 次产流量的降低
幅度分别为 8.12%、21.01%、38.71%、42.86%和 39.81%,
次产沙量的降低幅度分别为 19.42%、 23.10%、
17.74%、46.05%和 35.76%。秸秆覆盖还田之所以能
够减少产流和产沙量, 其原因可能是秸秆覆盖消除
或明显减轻了雨水对土壤表面的打击和冲刷, 在降
雨过程中减弱或延缓了地表结皮的形成, 延长了产
流时间, 增加了入渗量, 加强了渗透性和抗冲性。
2.3 不同耕作处理对氮磷向水体迁移负荷的影响
5次降雨径流氮磷的流失负荷如图 2所示。从图
2 可知, 秸秆覆盖能有效降低氮磷流失负荷, 其每次
地表径流中氮磷流失量均低于 CK。其中, 次地表径
流的总氮流失负荷分别降低 9.46%、6.69%、36.99%、
43.23%和 53.69%, 平均降低 27.42%; 次地表径流的
总磷流失负荷分别降低 23.37%、36.47%、43.91%、
29.86%和 35.10%, 平均降低 32.29%。其原因可能是
494 中国生态农业学报 2010 第 18卷



图 1 不同耕作处理的产流产沙情况
Fig. 1 Characteristic of runoff and sediment of different cultivation treatments


图 2 不同耕作处理的地表径流氮磷流失负荷
Fig. 2 Loads of N and P loss in surface runoff of different cultivation treatments

旱地径流中, 氮磷素流失大多由于雨水的直接冲蚀
所引起, 泥沙结合态流失的氮磷数量相当可观, 因此
秸秆覆盖在减流减沙的同时减少了氮磷流失总量。
巢湖流域旱地传统耕作小区氮磷向水体迁移的
负荷量分别为 3.04 kg·hm−2和 0.47 kg·hm−2, 以该地
当季施肥量氮 225 kg·hm−2、磷肥(P2O5)90 kg·hm−2
计算 , 氮磷的流失系数(流失系数＝流失负荷/施肥
量×100)分别为 1.35 和 1.18。秸秆覆盖小区氮磷向
水体迁移的负荷量分别为 2.21 kg·hm−2 和 0.31
kg·hm−2, 氮磷的流失系数分别为 0.98和 0.80。
2.4 不同耕作处理对氮磷向水体迁移浓度的影响
5次降雨径流中氮磷的流失浓度见表 2。传统耕
作处理 CK 径流水中总氮平均浓度为 2.92~6.65
mg·L−1, 而秸秆覆盖处理 TS为 2.25~6.56 mg·L−1。
可以看出, 无论是当地传统耕作处理还是秸秆覆盖
处理, 径流水中总氮浓度都超过 GB3838—2002《地
表水环境质量标准》中总氮Ⅴ类标准限值 2 mg·L−1。
径流水中总磷流失浓度传统耕作处理 CK 为 0.46~
0.95 mg·L−1, 秸秆覆盖处理为 0.47~0.79 mg·L−1,
两个处理径流水中总磷浓度均远远超过湖泊发生富
营养化的临界浓度 0.02 mg·L−1。在 5次产流中, 以
第一次径流水中总氮和总磷浓度最高, 传统耕作处
理 CK径流水中总氮和总磷浓度分别为 6.65 mg·L−1
和 0.95 mg·L−1, 秸秆覆盖处理则为 6.56 mg·L−1
和 0.79 mg·L−1。可以看出, 虽然秸秆覆盖能有效减
少氮磷的流失总量, 但对径流中氮磷浓度的影响却
表 2 不同耕作处理地表径流的氮磷流失浓度
Tab. 2 Concentration of N and P in surface runoff of
different cultivation treatments mg·L−1
总氮 Total N 总磷 Total P 径流收集日期(月-日)
Runoff date (month-day) CK TS CK TS
07-09 6.65 6.56 0.95 0.79
07-23 4.09 4.83 0.58 0.47
08-02 3.60 3.70 0.55 0.51
08-27 3.20 3.18 0.64 0.79
09-19 2.92 2.25 0.46 0.50

不明显, 秸秆覆盖减少氮磷的流失主要是通过减少
径流量和泥沙量来实现的。
2.5 不同耕作处理对氮磷向水体迁移形态的影响
侵蚀泥沙携带的养分和径流携带的养分是养分
流失的两个途径。前者即颗粒态部分, 后者即溶解
态部分。径流总氮和总磷分别包括颗粒态氮(PN)、
溶解态氮(DN)和颗粒态磷(PP)、溶解态磷(DP), 其中
溶解态氮(DN)包括无机态的硝态氮、铵态氮以及少量
有机态氮, 它们都是植物可吸收利用的有效养分。
5 次降雨径流中各种形态氮磷所占比例见表 3。
由表 3可知, 传统耕作处理 CK和秸秆覆盖还田处理
TS 中溶解态氮(DN)都是氮素地表径流损失的主要形
态, CK处理DN占 TN比例为 64%~79%, 秸秆覆盖还
田处理为 60%~88%。DN中无机态的硝态氮(NO3−-N)
和铵态氮(NH4+-N)所占比例较大, CK处理 NO3−-N和
NH4+-N分别占 TN的 40%~58%和 13%~30%, 秸秆覆
盖处理两者所占比例分别为 38%~60%和 13%~32%。
而磷素流失则不同, CK处理的 PP占 TP比例为 75%~
第 3期 王 静等: 自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响 495


表 3 不同耕作处理径流中不同形态氮磷所占比例
Tab. 3 Ratio of different forms of N and P in surface runoff of different cultivation treatments
CK TS 径流收集日期(月-日)
Runoff date (month-day) DN/TN NO3−-N/TN NH4+-N/TN PP/TP DP/TP DN/TN NO3−-N/TN NH4+-N/TN PP/TP DP/TP
07-09 0.64 0.44 0.17 0.91 0.09 0.60 0.38 0.18 0.81 0.19
07-23 0.65 0.46 0.15 0.84 0.16 0.63 0.44 0.14 0.80 0.20
08-02 0.75 0.58 0.13 0.81 0.19 0.76 0.60 0.13 0.74 0.26
08-27 0.75 0.40 0.28 0.77 0.23 0.81 0.43 0.32 0.64 0.36
09-19 0.79 0.46 0.30 0.75 0.25 0.88 0.60 0.25 0.62 0.38
DN/TN、NO3−-N/TN、NH4+-N/TN分别表示溶解态氮、硝态氮和铵态氮占总氮的比例, PP/TP 和 DP/TP分别表示颗粒态磷和溶解态磷占总磷
的比例。DN/TN, NO3−-N/TN and NH4+-N/TN indicate the percentage of dissolved nitrogen, nitrate nitrogen and ammonia nitrogen to the total nitrogen,
respectively; PP/TP and DP/TP indicate the percentage of particle phosphorous and dissolved phosphorous to the total phosphorous, respectively.

91%, 秸秆覆盖处理为 62%~81%, 表明径流搬运的
颗粒物(粒径≥0.45 μm)是地表径流磷迁移的主要载
体, 与之相结合的磷是地表径流磷素流失的主要形
态。秸秆覆盖处理虽然 PP仍占主体, 但其所占比例
小于传统耕作区, 这主要是因为秸秆覆盖增加了地
表覆盖度, 极大地减少了雨滴打击和径流冲刷的能
量, 从而减轻了土壤侵蚀, 降低了径流 PP比例。
研究发现, 5 次径流中溶解态氮磷所占比重有逐
渐增加的趋势, 传统耕作处理 CK的 DN/TN从第 1次
径流的 64%增加到第 5次的 79%, DP/TP从 9%增加到
25%, 秸秆覆盖处理 TS也表现出相似趋势。原因可能
是径流小区经过多次降雨径流的冲刷作用, 土壤覆盖
度、紧实度增大, 使侵蚀泥沙对氮磷的富集系数越来
越小, 因而颗粒态氮磷所占比重有逐渐减小的趋势。
3 结论
秸秆覆盖还田不仅可减少由于秸秆焚烧造成的环
境污染, 改善土壤肥力, 且可在源头控制农业面源污
染。本试验表明, 秸秆覆盖能有效减少地表径流量、
侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。
在整个玉米生长期间, 秸秆覆盖小区的总产流
量与产沙量比传统耕作小区分别降低 30.47%和
22.88%, 表现出显著的水土保持作用。秸秆覆盖的
保护作用在于减弱了雨滴动能, 土壤表面免受雨滴
的打击破坏, 保持了良好的土壤结构, 免除了土壤
表面结皮的形成和入渗土壤孔隙的堵塞, 使土壤保
持了较高的入渗速率, 加强了渗透性和抗冲性。
与传统耕作小区相比, 秸秆覆盖小区随地表径
流迁移的总氮总磷量平均分别降低 27.42%和
32.29%, 但秸秆覆盖对径流中全氮全磷浓度的影响
却不明显。随地表径流迁移的氮磷流失量的多少由
径流量和浓度共同决定, 而其中的氮磷浓度包括随
侵蚀泥沙携带的颗粒态氮磷和由径流携带的溶解态
氮磷。秸秆覆盖对随地表径流迁移的氮磷有双重影
响, 一方面秸秆覆盖明显减少了径流和泥沙中的氮
磷流失量, 另一方面, 秸秆覆盖在增加雨水入渗和
减流减沙的同时, 加剧了径流与表层土壤的相互作
用[18−19], 其结果加速了土壤溶液中溶解态氮磷向径
流的释放, 使溶解和解吸于单位径流中的氮磷含量
增加。因此, 秸秆覆盖减少氮磷的流失主要是通过
减少径流量和泥沙量来实现的。溶解态氮是旱地氮
素流失的主要形态, 而颗粒态磷却是磷素流失的主
要形态。秸秆覆盖还田可以作为源头控制农田养分
流失的较好措施之一加以推广。
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