Fertilization and Run-off Loss of Nutrient of Major Economic Crops in Sloping Farmland of Guangxi Province, China

Abstract

为研究广西坡耕地主要经济作物甘蔗、玉米和花生农民常规施肥及不施肥处理对植株生长情况、经济产量及养分径流流失的影响,探寻提高广西经济作物经济效益、减少成本、减少环境污染的最佳施肥量,在坡耕地,观测降雨过程的养分径流流失,运用SPSS统计分析软件对试验数据进行分析,寻找成本低、效益高的种植方法。结果表明,对照与常规施肥相比,甘蔗、玉米、花生作物的生长情况差异不明显。对照处理的玉米经济产量、生物产量、淀粉含量分别为851.42 kg·667 m^-2、3 640.4 kg·667 m^-2、68.40%

比玉米(常规施肥)高100.62 kg·667 m^-2、485.98 kg·667 m^-2、7.5%

花生对照的粗脂肪比其常规施肥高了45 g·kg^-1

径流养分总氮、总磷、总钾、硝态氮、铵态氮径流流失总量最高的均是花生常规施肥,其次是甘蔗对照,最少的玉米对照。径流量与总氮、总磷、总钾、硝态氮、铵态氮的相关系数,常规施肥处理偏高于对照。玉米对照的养分径流流失总量最少

花生常规施肥养分径流率最大

玉米比花生更适合在广西肥沃的坡耕地中种植。

To seek the optimum fenilizion for improving economic efficiency of Guangxi crops,reducing costs of production and reducing en-vironmental pollution,the effects of different fertilizer on growth, yield and nutrient runoff losses of major economic crops (sugarcane, maizeand peanut)were studied in sloping farmland of Guangxi Province. Run-off loss of nutrient was determined in precipitation process in slopingfarmland, cultivation methods of low cost and high efficiency were sought by using SPSS statistical analysis software. The results showed thatthere was not significant difference on growth of sugarcane (maize, peanut) between control and conventional fertilization. The economic out-put, biomass production, starch of maize in control were 851.42 kg·667 m^-2 3 640.40 kg·667 m^-2 68.40% respectively, which were higher100.62 kg·667 m ^-2 485.98 kg·667 m ^-2, 7.5% than those of maize in conventional fertilization. The fat of peanut ( contrast )was higher 45 g·kg^-1 than those of conventional fertilization. The runoff loss of total nitrogen, total phosphorus, total potassium, nitrate and ammonium nitro-gen was all the highest in peanut conventional fertilization, higher in sugar cane contrast, the least in maize contrast

Correlation coefficientsbetween runoff and total nitrogen, total phosphorus, total potassium, nitrate and ammonium nitrogen, for the conventional fertilization werehigher than that for the contrast of three crops. Total nutrient runoff losses of the maize contrast was the least, and nutrient runoff rate of thepeanut conventional fertilization was the largest. So maize was suitable for planting than peanut in sloping land of Guangxi Province.

甘蔗是广西主要经济作物，也是广西主要的经济 支柱产业，而广西甘蔗地约70%分布在红壤类土壤上^[1]， 2008年种植面积达109万hm²，产量达8 215.6万t，均 居全国第一^[2]。2005 年广西花生种植面积为24.37 万 hm²，产量为55.13万t^[3]；2013 年广西玉米种植面积为 53.86 万hm²，产量为209万t^[4]。对于广西甘蔗、花生、 玉米3 种作物，是否需要每年施肥，施肥量为多少能 提高甘蔗等作物的产量和品质，对广西甘蔗等经济作物的生产及保护生态环境有很重要的意义。过量使用 化肥，肥料中养分就随径流水流失，严重污染环境，特 别是水体污染和富营养化日趋严重，对生态环境产生 了很大的负面影响^{[5, 6, 7, 8]}。湖泊、河流富营养化的氮磷养 分有50%~60%来源于农田径流水，农业非点源污染 成为当前水体环境污染的主要来源^[9]。减少肥料的投 入，提高肥料的利用率，提高经济效益，降低养分径流 流失对环境的污染已成为农业生产的重要课题。广西 阳光充足，雨量充沛，降雨量约1 170 mm，雨季集中 在4—10 月，占79.30%，农作物种植在坡耕地，农民 每年施大量的化肥造成养分径流流失，导致环境污染 严重。王桂苓^[10]和王静^[11]研究了巢湖流域麦稻轮作下 农田养分径流流失。对广西经济作物在常规施肥条件 下，养分径流流失的研究较少。本研究在武鸣坡耕地 种植甘蔗、玉米、花生等主要经济作物，设常规施肥和 不施肥处理，探寻不同作物间养分径流流失及其经济 效益的差异、减少坡耕地养分径流流失的施肥模式和 施肥量，为保护农业生态环境及农业可持续发展提供 科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验在武鸣县仙湖镇苏梁村甘蔗基地进行， 土壤类型为赤红土，为第四纪红土母质，具体位置 为N23°17.043′，E108°8.790′，高程109、坡度为8°的 坡耕地。前作为木薯套种花生。基础土壤理化性质： 全氮1.23 g·kg^-1，全磷1.00 g·kg^-1，全钾3.00 g·kg^-1，碱 解氮133.04 mg·kg^-1，速效磷30.58 mg·kg^-1，速效钾 210.62 mg·kg^-1，有机质41.41 g·kg^-1，pH5.13。

1.2 试验设计

1.2.1 试验径流小区设计

试验径流小区选择坡度都为8°，土壤质地一致， 每个径流小区的面积为30 m²，长5 m，宽6 m，长度与 等高线垂直，宽度与等高线平行，每个小区四周高出 地面15 cm，径流分流器和径流水接收桶统一安装在 径流小区的右下角。径流分流器由10 mm木板制作， 入口口径（宽度）为21 cm，其中入口1/3（7 cm）的径流 水流入径流水接收桶中（径流水接收桶是口径57.6 cm，底部直径38.0 cm，边长41.0 cm 带盖的塑料桶）， 其余的径流水随排水沟流走，四周做好排水沟和保护 行。

1.2.2 试验处理方案

试验采用随机排列，设6 个处理，处理1：甘蔗对 照；处理2：玉米对照；处理3：花生对照；处理4：甘蔗 常规施肥；处理5：玉米常规施肥；处理6：花生常规施 肥。3 次重复，共18个径流小区。3种作物的对照即不 施任何肥料。各处理作物施肥及种植密度见表 1。

试验中花生、玉米、甘蔗品种分别为桂花771、正 大818、桂糖128，播种时间分别为2 月28 日、2 月28 日、3 月1 日。肥料分别为国外进口的三元复混肥 （15-15-15）；钙镁磷肥：有效磷≥18%；尿素是含纯氮 46%的尿素。

1.3样品采集与分析

1.3.1 基础土壤

于2012 年2 月初取土壤，去除土壤表面杂草和 腐殖物，采集土壤耕作层0~20 cm 的土样，每个小区 按S 型采集5 个样品混匀后四分法分取0.5 kg 作为 一个土壤样品，土壤鲜样测水分，土壤自然风干，并按 要求研磨，保存在自封袋中。土壤干样分析全氮、全 磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、pH 项目。 全氮含量采用半微量凯氏定氮法，全磷含量采用钼锑 抗比色法，全钾含量采用火焰光度法，碱解氮含量采 用碱解扩散法，速效磷含量参照NY/T 148—1990 标 准，速效钾含量采用乙酸铵提取-火焰光度法，有机质 含量采用重铬酸钾容量法，pH含量采用电位法。

1.3.2 径流水

一定强度一定时间的降雨产生径流水后，记录径 流水体积或测量径流水的深度，充分搅拌混匀采集水 样，盛放在聚乙烯瓶中，做好标记，保存在0 ℃冰箱 中，要求1 周内分析其养分如总氮、铵态氮、硝态氮、 总磷、总钾。水样总氮采用碱性过硫酸钾消解氧化紫 外分光光度法，铵态氮采用靛酚蓝比色法，硝态氮采用紫外分光光度计比色法，总磷采用过硫酸钾消解氧 化钼锑抗比色法，总钾采用直接过滤-火焰光度计法。

1.3.3 氮（磷、钾）流失量和径流率的计算^[10

]：

地表径流途径流失的氮、磷数量等于整个监测周 期中（全年）各次径流水中污染物浓度与径流水体积 乘积之和。

每次降雨事件径流养分损失量=每次降雨事件 径流量×径流中养分浓度；

径流养分损失总量为每次降雨事件径流养分损 失量的总和；

氮（磷、钾）径流率（%）=径流水总氮（磷、钾）量 （kg）×100/土壤全氮（磷、钾）量（kg）。

1.4 统计分析

采用Excel 2003和SPSS 15.0 软件进行数据统计 分析。

2 结果与分析

2.1 不同作物的生长情况

不同处理的不同作物的生长情况（见图 1）。常规 施肥处理的花生、玉米生长情况与其不施肥处理生长 情况一致，施肥并不能增加玉米、花生的生长情况，从 基础土壤的理化性状可知，土壤中的速效养分含量很 充足即碱解氮133.04 mg·kg^-1，速效磷30.58 mg·kg^-1， 速效钾210.62 mg·kg^-1，有机质41.41 g·kg^-1，即使不施 肥也不影响玉米、花生的生长和发育。5 月2 日至5 月29 日，对照、常规施肥的甘蔗生长情况相同，5 月 29 日至9 月6 日，与常规施肥甘蔗比较，对照的甘蔗 生长情况为先慢后快的现象。这表明甘蔗在幼苗期追 肥，有促进甘蔗生长的作用，在6 月中下旬进行大培 土时，再次追肥，而这次农户一般施肥量较大，土壤中 的养分含量过高反而抑制了甘蔗的生长。

2.2 不同作物栽培养分径流总量分析

3 种作物不同处理从5 月至9 月总氮、总磷、总 钾、硝态氮、铵态氮养分径流量均存在极显著水平（见表 2）。甘蔗常规施肥各养分的径流流失量均比甘蔗 对照各养分流失量低，玉米（花生）常规施肥各养分的 径流流失量均比相应作物的对照高。总氮、总磷、总 钾、硝态氮、铵态氮径流流失量最高是花生常规施肥，分别为5.06、0.78、5.01、2.90、1.69 kg·hm^-2；甘蔗对照 的总氮、总磷、总钾、铵态氮径流流失量居第二位；玉 米对照的总氮（1.14 kg·hm^-2）、总钾（1.17 kg·hm^-2）、硝 态氮（0.60 kg·hm^-2）及甘蔗常规施肥的总磷（0.29 kg· hm^-2）、花生对照的铵态氮（0.33 kg·hm^-2）径流流失量 最少，径流水的氮素都以硝态氮形式流失为主。从表 1 可知，常规施肥的作物都施了基肥，玉米、甘蔗还施 了追肥，每次施肥都是深施覆土，因此施肥的作物径 流流失的养分不一定比对照的作物流失的多，如甘 蔗。这是由于常规施肥的甘蔗在5月29 日至8 月中 旬期间生长快，吸收的养分较多于对照（见图 1）。而 花生施肥处理养分径流流失量比花生对照存在极显 著差异，这与花生收获特性有关，7 月初收获花生地 下部时，要连根拔起，并把土壤中施的基肥带到地表， 而7—9月降雨量较大占42.14%（2013 年1—11月的 总降雨量），随地表径流流失严重。

2.3 不同作物径流量及各养分流失量相关性分析

无论不同作物的对照处理还是常规施肥处理，其 养分（总氮、总磷、总钾、硝态氮、铵态氮）径流流失量 与径流量均存在极显著相关性。径流量与总氮、总磷、 总钾、硝态氮、铵态氮的相关系数，常规施肥处理偏高 于对照（见表 3）。降雨是农田径流的主要驱动力，径 流量是农田养分径流流失的重要构成因素之一^[11]。养 分径流流失量的多少与降雨量、降雨强度、降雨时间 有直接的关系，也与种植模式、施肥模式、作物生长情 况、耕地坡度、土壤质地等有关。

2.4 不同作物各处理氮、磷、钾径流流失率分析

不同作物各处理氮、磷、钾养分径流率有差异（图2）。各处理氮径流率差异极显著，其中氮径流率最大的是花生常规施肥，其次是甘蔗对照，最少的是玉米 对照；各处理磷径流率差异不显著，最少的是甘蔗常 规施肥；各处理钾径流率差异较显著，钾径流率最大 的是花生常规施肥，其次是甘蔗对照，最少的是玉米 对照。广西降雨多集中在5—10月，占全年的70%以 上，花生在7 月初收获，养分易被径流水冲走，造成花 生常规施肥养分径流率最大；6 月中旬甘蔗正处分 裂期，对其进行大培土，土层疏松，土壤中的养分氮、 磷、钾甘蔗来不及吸收易随径流而流失。径流率的大 小还与栽培模式、植被覆盖、施肥量、施肥类型、施肥 时间，以及降雨时间、降雨量、降雨强度、坡度等多种 原因有关。

2.5 不同作物的经济产量和品质分析

同种作物不同处理经济产量、生物产量及品质相差很大，花生施肥比花生对照增加了单株个数和经济 产量，分别增加了2 个·株^-1和12.19 kg·667 m^-2；而花 生对照的生物产量、粗脂肪比花生常规施肥的高，分 别高出了879.28 kg·667 m^-2和45 g·kg^-1。玉米对照的 经济产量、生物产量、淀粉含量均比玉米常规施肥的 高，分别高出了100.62 kg·667 m^-2、485.98 kg·667 m^-2和7.5%（见表 4）。基础土壤的养分含量很丰富，至少 可以满足一季玉米的生长发育的需要，在养分含量高 的土壤施肥，不仅浪费肥料，造成肥料利用率低，对环 境造成污染，还使品质变差，经济效益降低。

3 讨论

在丘陵旱地肥沃的土壤上种植作物，甘蔗、玉米、 花生常规施肥处理，其生长速率与对照对应作物生长 速率差异不明显，施肥可以改变土壤的理化性状，可 以提高作物的产量，如常规施肥花生的经济产量比对 照提高了12.19 kg·667 m^-2，常规施肥的玉米（淀粉）、 花生（粗蛋白）均比对照分别降低了7.5%、45 g·kg^-1， 施不同类型的肥料对作物品质影响很大^[11]。作物吸收 养分有一定浓度范围，否则会出现“单盐毒害”现象， 种植户应根据作物的需肥规律及土壤供肥能力按需 补肥，减少养分随地表径流水流失，提高肥料的利用 率，对减缓农业面源的污染有重要意义^{[12, 13]}。

在广西坡耕地种植不同作物进行养分径流监测 试验，收集5—9 月天然降雨产生地表径流水13 次， 花生常规施肥径流水养分总氮、总磷、总钾、硝态氮、 铵态氮流失量最多，分别为5.06、0.78、5.01、2.90、1.69 kg·hm^-2，地表径流水氮素流失以硝态氮形式流失为 主^[14]。各养分径流流失量都与径流量存在极显著差 异，而径流的产生受降雨强度、降雨时间和降雨量的 影响，当降雨强度大于入渗强度时，会产生地表径流^[15]。 不同作物各处理养分氮的径流流失率偏高，这与氮的 特性有关，氮多以硝态氮、铵态氮形式存在，铵态氮易 挥发，造成土壤中氮的径流流失量大。径流流失量还 与作物生长状况、作物收获特性（如花生收获时需要 收地下部，基施的肥料被径流水冲走）、施肥时间、施 肥深度等多种因素有关。

4 结论

对照的玉米、花生、甘蔗与常规施肥的玉米、花 生、甘蔗相比，它们的生长情况一致，玉米对照的经济 产量、生物产量、淀粉含量均比常规施肥的玉米高，分 别提高了100.62 kg·667 m^-2、485.98 kg·667 m^-2、 7.5%；花生常规施肥比对照经济产量提高了12.19 kg·667 m^-2，降低了粗脂肪（45 g·kg^-1）和生物产量 （120.1 kg·667 m^-2）；甘蔗常规施肥的经济产量、生物 产量、锤度均比对照高，分别提高了658 kg·667 m^-2、 274.03 kg·667 m^-2、2.31 BX。3 种作物不同处理中，总 氮、总磷、总钾、硝态氮、铵态氮径流流失量最高的是 花生常规施肥，玉米对照的养分总氮、总钾径流流失 率最少，甘蔗常规施肥总磷径流流失率最低。种植户 应根据作物的需肥量及该土壤的供肥情况及时补 充肥料，提高肥料利用率，降低面源污染，提高经济 效益。