地表徑流攜帶的養分（氮、磷）流失易導致地表水體富營養化，造成農田面源污染，危害流域水體安全。鄱陽湖流域幾乎覆蓋了整個江西省，流域內地表徑流造成的農田面源污染對生態環境造成了嚴重破壞。因此，分析鄱陽湖流域典型種植模式下的農田地表徑流和氮、磷流失特征，對流域可持續耕作與生態環境保護具有重要意義。以往研究指出，降雨特征、土壤類型、坡面特征、農作物類型、耕作與施肥方式、地表覆蓋及管理措施會影響農田地表徑流和氮、磷流失。隨著農業生產結構的優化和調整，鄱陽湖流域的農業種植模式也發生了改變，當前流域主要的種植模式為旱作、水作及水旱輪作模式。研究發現，流域內的露地蔬菜、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。李濤等研究發現，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。

一、          材料與方法

1.1     研究區概況

試驗區位于江西省灌溉試驗中心站（28°26′N，116°00′E），屬典型的亞熱帶濕潤季風性氣候區，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%。試驗區稻田土壤類型為黃泥土，土壤理化性狀見表1。

1.2     試驗設計

試驗于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996早稻、黃花占中稻、天優華占晚稻。每個處理設置3個重復，共計9個小區。每個小區面積為66.7m2（長12m，寬5.56m），均配套獨立的灌溉系統和徑流池；試驗小區之間筑防滲田埂，以防止相鄰小區間發生串流；在試驗區外圍設置2m保護行。按照當地耕作方式，旱作物均采取壟高7~10cm，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。病蟲害管理與當地實際生產管理方式保持一致

1.3     樣品采集與分析方法

試驗期間內，每次自然降雨產生的地表徑流進入徑流池，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，進行樣品預處理，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。總氮量用過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，硝態氮采用紫外分光光度法測定，銨態氮采用靛酚藍比色法測定。基于江西省灌溉試驗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、銨態氮、硝態氮流失量等于每次所取水樣中各指標濃度與徑流量的乘積，計算式為：

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

1.4     數據分析

數據分析及圖表制作使用MicrosoftExcel2016和SPSS19.0統計軟件完成。

二、          結果與分析

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小；7月后，水作模式徑流量最小；這是由于該期間水稻大部分時間處于休耕狀態，土壤含水率低，降雨后不易產生徑流。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，合計占全試驗時段降雨量的43.01%；不同種植模式的徑流也主要發生這2個月。總體來看，不同種植模式徑流量與降雨量的變化規律基本一致。

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、徑流量及產流系數最大。各作物徑流量排序為：空心菜＞早稻＞油菜＞中稻＞小白菜＞晚稻。空心菜、中稻、早稻的產流系數分別為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度較大，更易產生徑流；在降雨量較大的7月，這3種作物月產流系數分別為0.78、0.72和0.69。2020年5月—2021年4月，共發生53次降雨，產生徑流的降雨量為1436.9mm，占總降雨量的90.47%；產生徑流次數最多的為旱作模式，為44次。徑流次數及徑流量均以旱作模式空心菜最大，徑流量高達623.3mm，分別相比早稻和中稻徑流量高31.00%和57.18%。各模式中作物產生徑流的降雨量排序為：空心菜＞早稻＞中稻＞油菜＞小白菜＞晚稻，這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%。

經驗證集數據驗證，三類模型的預測精度在不同生育期表現也有差異(圖5)。與一元線性回歸相比，兩地多元線性回歸的預測精度顯著提高，大興農場驗證樣本的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證樣本R2以基于植被指數的多元回歸結果精度最高。與成熟期相比，兩地抽穗期的預測精度相對較低。在抽穗期，加入土壤指標的多元回歸模型數據經交叉驗證后，大興農場驗證樣本R2從0.707提高至0.817，RMSE由0.415降低至0.207，驗證集的精度明顯提高，能夠實現提前預測稻米蛋白質含量。因此，抽穗期將土壤有機質和速效氮磷鉀含量與植被指數融合建立相關模型，也可對稻米蛋白質含量進行估測，預測值與實測值之間的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為：旱作模式＞水旱輪作模式＞水作模式，不同種植模式在5—7月的總磷流失量占全試驗時段總磷流失量的67.78%~78.80%。

由圖3（e）和圖3（f）可知，銨態氮流失量最大的月為2019年6月，為水旱輪作模式，高達8.1kg/hm2，明顯高于其他種植模式；這與總氮流失規律一致。由圖3（g）可知，硝態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在2019年5—6月及2020年4月，旱作模式在這3個月的硝態氮流失量占其全試驗時段總流失量的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在2020年5—6月，旱作模式在這2個月的硝態氮流失量占全試驗時段的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、總磷及硝態氮流失量最大的是空心菜，銨態氮流失量最大的是中稻。硝態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、油菜及小白菜硝態氮流失分別是其銨態氮流失量的5.39、5.75、4.25倍。在2020年5月—2021年4月，總氮、總磷量及硝態氮流失量最大的作物仍是空心菜，銨態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、銨態氮及硝態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。總氮、總磷及硝態氮流失量排序為：旱作模式＞水旱輪作模式＞水作模式，與徑流量的變化規律一致。而銨態氮流失量與徑流量變化規律不一致，以水旱輪作模式最大。從2個試驗時段的平均值來看，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%。試驗時段和種植模式對總氮、總磷、銨態氮及硝態氮流失量存在顯著影響，而試驗時段和種植模式的交互作用僅對硝態氮流失量無顯著影響。

三、          討論

農田徑流的發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。本研究發現，6—7月降雨量較大，不同種植模式產生的徑流量也較大，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。這與以往研究結論一致。在3個種植模式中，旱作模式產流量最大，水作模式最小，旱作模式和水作模式之間的差異主要歸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，當田面水層超過排水口高度時才會產生徑流；而旱作模式在自然降雨條件下只需土壤含水率達到飽和就會產生地表徑流；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，這與前期的研究結果一致。

一般情況下，降雨強度越大，降雨時間越長，氮、磷流失量也越大。本試驗結果表明，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歷了6—7月的強降雨，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。進一步分析氮的流失形態發現，旱作物主要流失形態是硝態氮，水稻主要流失形態為銨態氮，這與前人研究結果相似。本試驗中，不同種植模式總氮、總磷及硝態氮流失量排序為：旱作模式＞水旱輪作模式＞水作模式，這與倪喜云等的研究結果相似，主要原因是旱作模式作物種植時間長，休耕期短且產流系數較大，而水作模式休耕期長且產流系數較小。

研究表明，不同種植模式會顯著影響養分流失量。這主要是因為不同種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、磷流失量遠高于水田，而旱地主要種植蔬菜和大田作物，這與本試驗結論相似。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，在后續試驗中需要進一步研究施肥量、施肥后短期降雨量以及植被覆蓋度等因素對農田氮、磷流失的綜合影響。

四、          結論

1）降雨量和徑流量主要發生在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為：旱作模式＞水旱輪作模式＞水作模式。

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氮為主，水稻氮流失以銨態氮為主。

4）不同種植模式總氮、總磷及硝態氮流失量變化規律與徑流量變化規律一致。

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