上海郊区不同作物及轮作农田氮磷流失风险研究

农田氮磷流失是造成农业面源污染的主要原因之一。只有了解农田氮磷流失风险才能有效地控制农田氮磷流失。由于农田氮磷流失风险既受降雨过程影响，又受点位特征（site-specific）的影响。而不同点位农田的作物类型、轮作类型不同，其施肥期、施肥量、施肥方式、土壤养分含量、农田植被覆地和农田排灌方式等特征也各不相同，由此导致的农田氮磷流失风险也不同。此外，降雨与农田氮磷流失过程在各个季节和不同年份变化很大，因此开展多点位、多种作物的连续监测对于研究不同作物及轮作农田的氮磷流失风险是非常必要的。 为了解不同作物及轮作农田的氮磷流失风险，本研究从2002年底至2005年底，在上海郊区进行了43个农田定位试验（每定位农田监测2-11收获季），对总计50种作物216茬次的土壤养分含量、肥料投入情况、作物养分带出和农田管理等情况进行了监测。按照耕作方式定位试验共分为五种作物类型，分别代表大田作物类、旱作蔬菜类、水生蔬菜类、水果类和草皮类；按照轮作方式分为五种轮作类型，为：大田作物-大田作物轮作，蔬菜-蔬菜轮作，蔬菜-大田作物轮作，果树单作，草皮单作。同时从2005年4月到2005年12月对五类作物中的12块农田地下水和渗漏水的氮磷浓度进行了定期监测。主要结果如下： 五类作物农田地下水、渗漏水的水溶性总磷的浓度变化范围为0.2-2.69 mg·kg-1，大小依次为果树>草皮>水生蔬菜>旱作蔬菜>大田作物。农田地下水和渗漏水的水溶性总磷浓度与当季农田磷养分表观盈亏量呈显著正相关，而农田磷养分表观盈亏量又与表层土壤（0-30 cm）Olsen-P的含量呈显著正相关。收获时农田土壤Olsen-P含量随土层的加深而逐渐降低，且表层土壤Olsen-P累积占0-90 cm总积累量的52.0％-76.6％。因此，多年农田磷养分盈余会导致表层土壤Olsen-P积累，引起地下水和渗漏水磷浓度升高，增大了磷流失的风险。 五类作物农田地下水、渗漏水的硝态氮、铵态氮和水溶性总氮的浓度变化范围分别为0.4-119.8 mg·kg-1，0.2-5.4 mg·kg-1，2.4-138.5 mg·kg-1，其中果树农田各种氮浓度均最高。农田地下水和渗漏水的硝态氮浓度和水溶性总氮浓度与农田氮养分表观盈亏量基本无相关性，这可能与降雨条件、硝态氮的强移动性有关。收获时农田土壤铵态氮和硝态氮含量随土层的加深而逐渐降低，且表层土壤（0-30 cm）速效氮累积占0-90 cm累积的46.6％-78.6％，同时农田氮养分表观盈亏量与表层土壤铵态氮和硝态氮累积呈显著正相关。因此多年农田氮养分盈余会导致表层土壤铵态氮和硝态氮积累，但由于降水的偶然性，引起地下水和渗漏水硝态氮和铵态氮浓度变化的不确定。 不同作物及轮作类型农田施肥差异引起农田养分表观平衡显著变化。对于五类作物而言，水生蔬菜氮、磷养分年盈余量最大，分别为1405.3 kg N·hm-2·a-1、744.6 kg P2O5·hm-2·a-1，其次为果树、旱作蔬菜，草皮氮养分盈余量最少，为84.0 kg N·hm-1·a-1，而大田作物磷养分却表现为亏缺，为-11.0 kg P2O5·hm-2·a-1。对于5种轮作类型而言，菜菜轮作农田氮磷养分盈余量分别为763.6 kgN·hm-2·a-1，528.8 kg P2O5·hm-2·a-1，果树单作农田氮磷养分盈余量分别为418.1 kg N·hm-2·a-1，380.2kg P2O5·hm-2·a-1，作物轮作农田氮磷养分亏缺量分别为-6.7 kg N·hm-2·a-1，-84.2 kg P2O5·hm-2·a-1。 对监测时间（2002-2005年）内43块定位农田216茬次作物的施肥次数、施肥量和降水过程的分析表明：大田作物生育期内月均施肥次数为0.42-0.75次，水生蔬菜和旱作蔬菜月均施肥次数分别是大田作物的1.6-1.7倍和1.2-2.2倍，水生蔬菜、旱作蔬菜的施肥量分别是大田作物的4.6-13.4 倍和1.5-6.0倍；汛期次均降水量与非汛期相比差异较大，非汛期为19.6 mm，汛期却达到了31.4mm。综合以上三方面因素，故在该研究区域内，水生蔬菜、旱作蔬菜农田比大田作物的氮磷流失风险大，汛期比非汛期流失风险大。 根据三年不同作物及轮作农田养分表观平衡结果，结合观测期间内的降雨、种植季节、作物覆盖等各种因素，对试区不同作物及轮作农田的氮磷流失风险进行了综合评价。不同作物农田氮磷流失风险评价结果表明：菜瓜、毛豆、莲藕、香葱等作物农田的氮磷流失风险比较小，而梨、芋头、葡萄、杭椒、秋茭白、韭菜等作物农田的氮磷流失风险大。不同轮作的氮磷流失风险评价结果表明：轮作茬次少和养分盈余量少的草皮单作等模式农田的氮磷流失风险较小，而施肥高且盈余量高的菜菜轮作和菜作轮作等模式农田的氮磷流失风险相对较大。