地表徑流攜帶的養(yǎng)分（氮、磷）流失易導(dǎo)致地表水體富營養(yǎng)化，造成農(nóng)田面源污染，危害流域水體安全。鄱陽湖流域幾乎覆蓋了整個江西省，流域內(nèi)地表徑流造成的農(nóng)田面源污染對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。因此，分析鄱陽湖流域典型種植模式下的農(nóng)田地表徑流和氮、磷流失特征，對流域可持續(xù)耕作與生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。以往研究指出，降雨特征、土壤類型、坡面特征、農(nóng)作物類型、耕作與施肥方式、地表覆蓋及管理措施會影響農(nóng)田地表徑流和氮、磷流失。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整，鄱陽湖流域的農(nóng)業(yè)種植模式也發(fā)生了改變，當(dāng)前流域主要的種植模式為旱作、水作及水旱輪作模式。研究發(fā)現(xiàn)，流域內(nèi)的露地蔬菜、水稻-油菜輪作及園地等種植模式下的氮、磷流失量差異較大，其中露地蔬菜是氮、磷流失量最大的種植模式。李濤等研究發(fā)現(xiàn)，間作和輪作相比單作能有效降低徑流量和氮、磷流失量。以往研究大多針對某一時段或某一區(qū)域的單一種植模式，對自然降雨條件下不同種植模式全年徑流量及氮、磷流失特征的研究較少。鑒于此，本研究選取3個典型種植模式，分析不同作物種植條件下的不同時間地表徑流量及氮、磷流失量，探究不同種植模式下的氮、磷流失特征，為流域面源污染防控提供理論依據(jù)。

一、          材料與方法

1.1     研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于江西省灌溉試驗(yàn)中心站（28°26′N，116°00′E），屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候區(qū)，氣候溫和，降雨充沛，年平均氣溫為17.5℃，年平均日照時間為1720.8h，年平均蒸發(fā)量為1139mm，年平均降雨量為1636mm。汛期為4—7月，汛期降雨量占年降雨量的60%~70%。試驗(yàn)區(qū)稻田土壤類型為黃泥土，土壤理化性狀見表1。

1.2     試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2019年5月—2021年4月開展，分為2019年5月—2020年4月、2020年5月—2021年4月的2  個時段。設(shè)置3個種植模式，分別為旱作模式（空心菜-小白菜-休耕）、水作模式（早稻-晚稻-休耕）及水旱輪作模式（中稻-油菜-休耕）；作物品種分別為本地柳葉空心菜、德高蘇州青小白菜、油豐730油菜；陸兩優(yōu)996早稻、黃花占中稻、天優(yōu)華占晚稻。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共計9個小區(qū)。每個小區(qū)面積為66.7m2（長12m，寬5.56m），均配套獨(dú)立的灌溉系統(tǒng)和徑流池；試驗(yàn)小區(qū)之間筑防滲田埂，以防止相鄰小區(qū)間發(fā)生串流；在試驗(yàn)區(qū)外圍設(shè)置2m保護(hù)行。按照當(dāng)?shù)馗鞣绞?，旱作物均采取壟?~10cm，壟面寬145cm，其中空心菜采用移栽方式種植，栽種間距為30cm，小白菜和油菜采用直播方式種植；水稻采用人工移栽方式種植。具體栽培時間和施肥情況見表2和表3。

旱作模式中空心菜采用溝灌方式灌溉，小白菜采用澆灌方式灌溉；水作模式早、晚稻均采用間歇灌溉方式灌溉；水旱輪作模式中稻采用間歇灌溉方式灌溉，油菜采用澆灌方式灌溉。病蟲害管理與當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)管理方式保持一致

1.3     樣品采集與分析方法

試驗(yàn)期間內(nèi)，每次自然降雨產(chǎn)生的地表徑流進(jìn)入徑流池，測定徑流池水深。徑流池采用3級徑流裝置，徑流量根據(jù)徑流池水深和面積計算得出。使用250mL聚乙烯采樣瓶在每級徑流池采集水樣，進(jìn)行樣品預(yù)處理，用于水樣氮、磷量的測定。取樣后，打開每個徑流池底的排水閥，排空徑流池，并將徑流池清洗干凈，以備下一次收集徑流?？偟坑眠^硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測定，銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法測定。基于江西省灌溉試驗(yàn)研究基地氣象站觀測每次的降雨量。地表徑流過程中的總氮、總磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮流失量等于每次所取水樣中各指標(biāo)濃度與徑流量的乘積，計算式為：

式中：P為總氮、總磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮流失總量（g）；Ci為第i次徑流中總氮、總磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度（mg/L）；Vi為第i次徑流的體積（）。

1.4     數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析及圖表制作使用MicrosoftExcel2016和SPSS19.0統(tǒng)計軟件完成。

二、          結(jié)果與分析

2.1     不同種植模式徑流量和降雨量的分布特征

兩不同種植模式下的月降雨量及月徑流量見圖1。由圖1（a）可知，2019年5月—2020年4月，徑流量和降雨量主要分布在6、7月及次年1月；以旱作模式為例，3個月徑流量占全時段徑流總量的58.75%，6月降雨量最高，占試驗(yàn)時段的18.13%；不同種植模式各月地表徑流量以旱作模式最高，5—7月水旱作模式徑流量最??；7月后，水作模式徑流量最??；這是由于該期間水稻大部分時間處于休耕狀態(tài)，土壤含水率低，降雨后不易產(chǎn)生徑流。由圖1（b）可知，2020年5月—2021年4月，降雨主要集中在6月和7月，2個月的降雨量分別為289.9mm和393.2mm，合計占全試驗(yàn)時段降雨量的43.01%；不同種植模式的徑流也主要發(fā)生這2個月?？傮w來看，不同種植模式徑流量與降雨量的變化規(guī)律基本一致。

2.2     不同種植模式中各作物徑流量分析

不同種植模式中各作物降雨量和徑流量見表4。由于各作物種植時間不同，生長期內(nèi)的降雨量各不相同，徑流量也存在差異。2019年5月—2020年4月，共發(fā)生35次降雨，形成徑流的降雨量為761.6mm，占總降雨量的75.89%；旱作模式空心菜降雨量、徑流量及產(chǎn)流系數(shù)最大。各作物徑流量排序?yàn)椋嚎招牟耍驹绲荆居筒耍局械荆拘“撞耍就淼??？招牟?、中稻、早稻的產(chǎn)流系數(shù)分別為0.66、0.61和0.60；這3種作物生長期均處于5—7月，此期間降雨量和降雨強(qiáng)度較大，更易產(chǎn)生徑流；在降雨量較大的7月，這3種作物月產(chǎn)流系數(shù)分別為0.78、0.72和0.69。2020年5月—2021年4月，共發(fā)生53次降雨，產(chǎn)生徑流的降雨量為1436.9mm，占總降雨量的90.47%；產(chǎn)生徑流次數(shù)最多的為旱作模式，為44次。徑流次數(shù)及徑流量均以旱作模式空心菜最大，徑流量高達(dá)623.3mm，分別相比早稻和中稻徑流量高31.00%和57.18%。各模式中作物產(chǎn)生徑流的降雨量排序?yàn)椋嚎招牟耍驹绲荆局械荆居筒耍拘“撞耍就淼荆@與各模式中作物徑流量排序相一致，證明降雨量越大，降雨次數(shù)越多，徑流量也越多。

2.3     不同種植模式總徑流量分析

不同種植模式徑流量和降雨量對比分析如圖2所示。2019年5月—2020年4月，降雨量為1003.5mm，屬于枯水年水平[12]，3個種植模式的徑流量大小排序分別為：旱作模式＞水旱輪作模式＞水作模式，徑流量分別為464.0、353.2mm和315.3mm。與水作模式相比，旱作模式和水旱輪作模式下的徑流量分別增加了47.25%和12.09%。2020年5月—2021年4月，降雨量為1588.3mm，屬于平水年水平[12]，3個種植模式徑流量仍是以旱作模式最大，為842.7mm，水作模式最小，為603.3mm；與旱作模式相比，水作模式和水旱輪作模式下的徑流量分別降低了28.41%和12.33%。

經(jīng)驗(yàn)證集數(shù)據(jù)驗(yàn)證，三類模型的預(yù)測精度在不同生育期表現(xiàn)也有差異(圖5)。與一元線性回歸相比，兩地多元線性回歸的預(yù)測精度顯著提高，大興農(nóng)場驗(yàn)證樣本的R2在0.910～0.948，青龍山在0.647～0.723，兩地整合后的回歸模型驗(yàn)證樣本R2以基于植被指數(shù)的多元回歸結(jié)果精度最高。與成熟期相比，兩地抽穗期的預(yù)測精度相對較低。在抽穗期，加入土壤指標(biāo)的多元回歸模型數(shù)據(jù)經(jīng)交叉驗(yàn)證后，大興農(nóng)場驗(yàn)證樣本R2從0.707提高至0.817，RMSE由0.415降低至0.207，驗(yàn)證集的精度明顯提高，能夠?qū)崿F(xiàn)提前預(yù)測稻米蛋白質(zhì)含量。因此，抽穗期將土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量與植被指數(shù)融合建立相關(guān)模型，也可對稻米蛋白質(zhì)含量進(jìn)行估測，預(yù)測值與實(shí)測值之間的R2為0.420～0.817。

2.4     不同種植模式下不同月份氮、磷流失特征分析

不同種植模式下的徑流中氮、磷流失量的月變化規(guī)律如圖3所示。由圖3（a）可知，2019年5月—2020年4月，不同種植模式徑流中總氮流失量的差異主要體現(xiàn)在2019年5—6月和2020年4月，旱作、水作和水旱輪作模式在這3個月的流失量分別占全試驗(yàn)時段總流失量的77.51%、65.34%和60.70%；2019年6月，水旱輪作模式下的總氮流失量明顯高于旱作和水作模式。由圖3（b）可知，2020年5月—2021年4月，總氮流失量的差異主要體現(xiàn)在2020年5—8月和2021年3月，旱作模式總氮流失量最大。由圖3（c）和圖3（d）可知，不同種植模式總磷流失量排序?yàn)椋汉底髂Ｊ剑舅递喿髂Ｊ剑舅髂Ｊ剑煌N植模式在5—7月的總磷流失量占全試驗(yàn)時段總磷流失量的67.78%~78.80%。

由圖3（e）和圖3（f）可知，銨態(tài)氮流失量最大的月為2019年6月，為水旱輪作模式，高達(dá)8.1kg/hm2，明顯高于其他種植模式；這與總氮流失規(guī)律一致。由圖3（g）可知，硝態(tài)氮流失量最大的是旱作模式，與其他模式差異較大的月份主要體現(xiàn)在2019年5—6月及2020年4月，旱作模式在這3個月的硝態(tài)氮流失量占其全試驗(yàn)時段總流失量的80.83%。從圖3（h）可知，不同種植模式差異較大的月份主要體現(xiàn)在2020年5—6月，旱作模式在這2個月的硝態(tài)氮流失量占全試驗(yàn)時段的68.19%。

2.5     不同種植模式中各作物氮、磷流失量分析

不同種植模式中各作物氮、磷流失量如圖4所示。2019年5月—2020年4月，總氮、總磷及硝態(tài)氮流失量最大的是空心菜，銨態(tài)氮流失量最大的是中稻。硝態(tài)氮流失量較多的是空心菜和油菜，分別占旱作和水旱輪作模式流失總量的83.03%和81.93%。另外，空心菜、油菜及小白菜硝態(tài)氮流失分別是其銨態(tài)氮流失量的5.39、5.75、4.25倍。在2020年5月—2021年4月，總氮、總磷量及硝態(tài)氮流失量最大的作物仍是空心菜，銨態(tài)氮流失量最大的作物為中稻。不同種植模式氮、磷流失量主要集中在旱作模式的空心菜、水作模式的早稻及水旱輪作模式的中稻；其中，空心菜總氮、總磷、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮流失量分別占旱作模式流失總量的78.33%、83.44%、67.66%和79.66%。

2.6     不同種植模式氮、磷流失總量分析

不同種植模式氮、磷流失總量見表5?？偟?、總磷及硝態(tài)氮流失量排序?yàn)椋汉底髂Ｊ剑舅递喿髂Ｊ剑舅髂Ｊ?，與徑流量的變化規(guī)律一致。而銨態(tài)氮流失量與徑流量變化規(guī)律不一致，以水旱輪作模式最大。從2個試驗(yàn)時段的平均值來看，與水旱輪作模式相比，旱作模式總氮、總磷及硝態(tài)氮流失量分別顯著增加了71.26%、196.97%和334.15%；水作模式分別顯著減少了31.61%、57.58%和56.10%。試驗(yàn)時段和種植模式對總氮、總磷、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮流失量存在顯著影響，而試驗(yàn)時段和種植模式的交互作用僅對硝態(tài)氮流失量無顯著影響。

三、          討論

農(nóng)田徑流的發(fā)生與自然降雨密不可分。不同種植模式下的地表徑流存在較大差異，主要原因是不同種植模式植被覆蓋度和田面水層特征不同。本研究發(fā)現(xiàn)，6—7月降雨量較大，不同種植模式產(chǎn)生的徑流量也較大，隨著降雨量的增加，不同種植模式徑流量也隨之增加，說明降雨是引起地表徑流的主要原因，這與以往研究結(jié)論一致。從不同種植模式下的各作物來看，空心菜和早稻的徑流量較大，主要是由于空心菜和早稻的生長期均處于降雨量較大的6—7月。這與以往研究結(jié)論一致。在3個種植模式中，旱作模式產(chǎn)流量最大，水作模式最小，旱作模式和水作模式之間的差異主要?dú)w因于田間水分狀況的不同，水作模式田面具有蓄積雨水的能力，當(dāng)田面水層超過排水口高度時才會產(chǎn)生徑流；而旱作模式在自然降雨條件下只需土壤含水率達(dá)到飽和就會產(chǎn)生地表徑流；另外在休耕時期，水作模式田面平整，且田面有裂痕，更易下滲，而旱作模式有排水溝，易形成徑流，這與前期的研究結(jié)果一致。

一般情況下，降雨強(qiáng)度越大，降雨時間越長，氮、磷流失量也越大。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同種植模式下不同月份的氮、磷流失量存在一定差異；氮、磷流失主要集中在5—7月，此時降雨量和徑流量均處于高水平。氮、磷流失量主要以空心菜、早稻和中稻較大，而這些作物的生長期均經(jīng)歷了6—7月的強(qiáng)降雨，說明氮、磷流失特征總體上與降雨量和徑流量變化特征一致。進(jìn)一步分析氮的流失形態(tài)發(fā)現(xiàn)，旱作物主要流失形態(tài)是硝態(tài)氮，水稻主要流失形態(tài)為銨態(tài)氮，這與前人研究結(jié)果相似。本試驗(yàn)中，不同種植模式總氮、總磷及硝態(tài)氮流失量排序?yàn)椋汉底髂Ｊ剑舅递喿髂Ｊ剑舅髂Ｊ?，這與倪喜云等的研究結(jié)果相似，主要原因是旱作模式作物種植時間長，休耕期短且產(chǎn)流系數(shù)較大，而水作模式休耕期長且產(chǎn)流系數(shù)較小。

研究表明，不同種植模式會顯著影響?zhàn)B分流失量。這主要是因?yàn)椴煌N植模式下作物的覆蓋度、土壤水

層及施肥量之間存在較大差異。施肥會影響徑流中的氮、磷流失量；地勢平坦，土地肥沃、肥料投入量大的旱地氮、磷流失量遠(yuǎn)高于水田，而旱地主要種植蔬菜和大田作物，這與本試驗(yàn)結(jié)論相似。3個種植模式肥料投入量也以旱作模式最大，水作模式最小。因此，在后續(xù)試驗(yàn)中需要進(jìn)一步研究施肥量、施肥后短期降雨量以及植被覆蓋度等因素對農(nóng)田氮、磷流失的綜合影響。

四、          結(jié)論

1）降雨量和徑流量主要發(fā)生在6—7月，降雨量越大，徑流量越大。

2）不同種植模式徑流量排序?yàn)椋汉底髂Ｊ剑舅递喿髂Ｊ剑舅髂Ｊ健?/p>

3）不同種植模式不同月份氮、磷流失量存在一定差異，氮、磷流失量主要集中在5—7月；旱作物氮流失以硝態(tài)氮為主，水稻氮流失以銨態(tài)氮為主。

4）不同種植模式總氮、總磷及硝態(tài)氮流失量變化規(guī)律與徑流量變化規(guī)律一致。

來源：陳昱,劉方平,吳彩云,等.鄱陽湖流域典型種植模式農(nóng)田地表徑流與氮磷流失特征：灌溉排水學(xué)報2023,42(7):101-108.