马凡凡 邢素林 徐云连 吴蔚君 马友华

（安徽农业大学资源与环境学院，合肥230036；*通讯作者）

水稻是我国主要的粮食作物，在粮食生产和消费中占据主导地位，稻米是我国65%以上人口的主食。相关数据显示，我国水稻种植面积和总产量分别占粮食作物面积和总产的27.4%和36.1%[1]。作为全球最大的水稻生产国，我国水稻种植面积占全球的18%～19%，仅次于印度，水稻总产居全球首位，约占27%～28%[2]。

随着我国人口的不断增长，粮食需求不断增加，为了获得较高的水稻产量，农民常施用大量的化肥。我国氮、磷肥的使用量均位于世界前列，仅2011年就分别达到4 197万t和1 462万t[3]。而我国稻田氮、磷肥利用率仅分别为27.1%和13.7%，氮、磷等有效养分流失量比旱地更为突出，泡田弃水，或遇降雨及灌溉，施入稻田的氮、磷肥通过水循环进入周围水体，导致水环境质量下降，成为农业面源污染的主要来源[4-6]。因此，如何做好养分管理，合理施肥，减少稻田氮、磷流失，从而提出相应的控制措施，对水稻生产和农业面源污染防治具有重要意义。

1 稻田氮磷流失的特征

稻田氮素的外部来源除降雨、大气沉降、灌溉外，其主要来源是氮肥的施用。然而，施入稻田中的氮肥并不能被作物完全吸收利用，大部分通过氨挥发、淋溶、径流以及硝化反硝化等途径流失到环境中，对水体和大气环境造成污染[7-10]。研究表明，受降雨和稻田灌排水作用，土壤悬浮颗粒在迁移过程中或沉淀或随径流进入水体，另外铵态氮和硝态氮等可溶态氮也随水流流失。径流流失是稻田氮素流失的主要途径，约占总氮的70%～92%，其中，硝态氮是稻田降雨径流的主要形态，约占总氮的40%～80%[11-12]。早稻地表径流氮流失量显著高于晚稻地表径流氮流失量，早稻氮流失以硝态氮为主，而晚稻氮流失以铵态氮为主[13]。

人工施肥、风化迁移、灌溉等是稻田磷素的主要外部来源，其中占绝对优势的是磷肥的施用[14]。磷肥除大部分被土壤固定外，其余主要通过地表径流、侵蚀或淋溶而损失[15]。水稻生长初期，地表覆盖度较低，对颗粒态磷的有效截留能力较弱，有相当比例的磷通过颗粒态形式被径流流失。特别是当土地倾斜时，地表径流磷流失的风险更高[16]。庹刚等[17]通过在太湖流域的模拟试验得出，地表径流和侵蚀磷素迁移量分别占总磷输出量的58.50%和34.69%，地表径流是稻田磷素迁移的主要途径，颗粒态磷约占总磷输出量的60.73%，是稻田磷流失的主要形态。另有研究表明，免耕与翻耕稻田肥料磷主要以可溶性磷下渗，且免耕施肥处理田面水中各形态磷素浓度均显著高于翻耕处理[18]。陆欣欣等[19]也表示，土壤磷素渗漏流失的主要形态是可溶性磷，占磷素渗漏流失总量的62.12%～69.95%，颗粒态磷仅占30.05%～37.88%。

2 施肥用量和种类对稻田氮磷流失的影响

2.1 施肥量对稻田田面水及其氮磷流失的影响

大量研究表明，过量施肥是导致稻田氮磷流失的主要原因，稻田氮磷的流失量与施肥量存在极显著的线性正相关。随着施肥量的降低，氮磷损失也相应减少[20-21]。与施肥处理相比，不施肥处理氮、磷流失可分别减少53%和34%；施肥减少20%时，氮素流失量下降8.2%～15.2%[22-23]。王桂苓等[24]研究也发现，减量施肥条件下麦稻轮作农田中，总氮、总磷径流流失量分别减少2.83 kg/hm2和0.55 kg/hm2。氮肥施用量降低20%～40%，仍然能保持作物产量。同时，降低氮肥施用量可有效提高氮肥利用率，降低氮损失，氮肥施用量的短期下降不影响土壤肥力。

施肥量和田面水中的氮磷浓度密切相关，随着施肥量的增加，氮磷浓度也相应的增加。朱利群等[25-27]等通过研究稻田田面水中氮磷的动态变化特征，得出各处理氮磷浓度在施肥后第1 d便达到峰值，随着时间的推移逐渐降低，并且在施肥后5～9 d内下降到较低水平；当季稻田氮素流失率在1.4%～2.6%之间，各减量化施肥较常规施肥处理年度累计流失负荷下降6%～53%。说明减量施肥能够明显降低田面水的氮磷浓度，减少氮磷流失。

2.2 有机肥对稻田氮磷流失影响

有机肥是我国传统农业生产中的重要肥料，长期以来，主要施用有机肥来培养地力和提高作物产量。但现今普遍存在重化肥、轻有机肥的现象，大量有机肥因得不到有效利用和妥善处理，造成的环境负效应越来越严峻。研究表明，通过化肥与有机肥的部分替代可以协调化肥供肥过程，有效提高氮、磷肥的利用率，从而减少氮磷流失[28-30]。

通过对比分析常规施肥与施用有机肥的稻田水中氮磷浓度变化，吴美玲等[6]研究表明，常规施肥条件下稻田水中总氮、总磷平均浓度为3.26 mg/L和0.36 mg/L，有机肥处理下的总氮、总磷最高浓度为1.35 mg/L和0.28 mg/L。施用有机肥能显著降低稻田水中氮磷的残留量。此外，与单施化肥相比，施有机肥及有机无机肥的配合处理，早稻田面水全氮最高浓度分别降低了26%和28%，晚稻则分别下降了29%和52%。C/N比例高的有机肥料增加了田间可利用的C含量，有助于稻田土壤有机质的积累，另一方面，有机肥有助于化肥N的非生物固定化，将矿物质N掺入土壤有机质中，提高土壤的保水保肥性能，在保持最佳水稻产量的同时，降低稻田氮负荷[31-33]。

冯珂等[34]采用生物炭部分替代化肥的施肥方式，田面水总氮、总磷输出负荷分别减少39%～50%和38%～50%，显著减少了稻田氮磷的输出。肖建南等[35]研究表明，施用生物炭后，稻田全氮流失量减少了8.03%～13.36%，对降低稻田氮素流失表现出积极效果，对磷素流失无显著影响，但显著提高了灌淤土全氮和有机质的含量。分析可知，与常规做法相比，将秸秆、生物炭或猪粪等作为替代性肥料施入，更能减少纯化肥的投入，降低氮磷流失风险。

2.3 缓控释肥对稻田氮磷流失的影响

缓控释肥通过设定肥料在作物生长季节的释放速率，使其养分释放规律与作物养分吸收尽可能同步，而且只需一次施肥就能满足作物在整个生长期对养分的需求，从而提高肥料的利用率，减少氮磷流失，减轻对环境的污染[22、36]。张爱平等[37]研究表明，缓释肥处理下氮素的回收率在54.5%～63.5%之间，高于常规施肥处理的36.9%，其中，高缓释肥处理在减氮约40%的条件下，全生育期内氮素流失减少了8.57 kg/hm2，从源头上控制了氮素流失的风险。Yang等[38]进行为期2年的实地调研，研究了控释氮肥和节水灌溉对稻田氮损失的影响。结果表明，控制灌溉和控释氮肥管理均能有效保持水稻产量，提高氮素利用率，减少稻田氮素损失，但对于磷素的影响较小。此方面的研究报道较少。

3 施肥方式对稻田氮磷流失的影响

不同施肥方式影响稻田作物的养分吸收量，造成的稻田氮磷流失量也各有不同。适宜的施肥时间及施肥位置，有助于水稻的增产及减少氮磷流失。

3.1 施肥时期对稻田氮磷流失的影响

众多研究表明，氮、磷肥的施用时间以及与降雨、灌溉排水的时间间隔是影响稻田氮磷流失的关键因素[39-40]。分次施肥是水稻种植的有效方法，对提高稻田氮磷肥利用率，减少氮磷流失有显著影响。相对于农民一次性施肥，氮肥分3次、4次施用的处理径流中总氮浓度分别降低了22.98%、34.22%[41]。此外，Zhao等[32]通过50年的模拟试验也表明，当尿素作为基肥一次性全部施用时，平均每年最高氮素负荷为20.36 kg/hm2；如果将尿素分次施用，即基肥、两次追肥施用，则目前施用量300 kg/hm2和最佳施用量降低至250 kg/hm2下，氮素负荷量分别下降到13.66 kg/hm2和11.97 kg/hm2。

由降雨径流影响的稻田氮磷损失与降雨强度密切相关。大量的降雨会带走农田的营养，对水体构成威胁，是造成水体富营养化的主要原因，特别是高浓度排水[42]。Zhao等[33]研究表明，同样的施肥方法，2013年水稻季氮损失量远低于2012年，主要归因于2012年施基肥后的强降雨。此外，施肥后的10 d内稻田径流水中氮磷浓度较后期更高，当降水处于施肥期的早期时，稻田径流氮磷的损失负荷较大。相反，施肥晚期则相对较小[43-44]。相对于传统灌溉，浅湿间歇灌溉模式下的氮、磷流失量可分别降低约22.99%和10.01%[45]。控灌和排水条件下，由于渗漏和地表排水量大幅减少，氮、磷淋溶损失可减少40.1%和54.8%，田面水氮、磷浓度可降低53.9%和51.6%[46]。延迟施肥后的降雨及灌溉排水，是减少稻田氮磷流失的有效举措。

3.2 施肥位置对稻田氮磷流失的影响

通常情况下，农户施肥主要采用表面撒施的方法，肥料养分难以向下迁移，且易溶于稻田水中，造成氮磷的损失。就施肥位置而言，与表施相比，深施或穴施可将肥料施入到土壤特定层次，使土壤中肥料动态供应与水稻的需肥规律更加协调，从而达到整个生育期的供肥平衡，减少撒施在稻田造成的氨挥发和流失[47-48]。

Liu等[49]在2012-2013年的研究发现，与撒施相比，氮肥深施，氨态氮的浓度平均降低了29%～98%，且氨挥发分别降低了20%～45%和15%～40%。此外，氮肥的深层放置可以延长氮的利用率，直到成熟阶段。由于磷元素在土壤中的移动性很弱，磷肥施用位置的选择往往更为苛刻。江尚焘等[50]研究了磷肥的表面撒施和不同距离的穴施对水稻生长和磷素吸收的影响，结果表明，施肥后第10 d，姜堰、广德两地磷肥撒施造成的地表水总磷浓度较穴施分别提高245%和94%，磷肥深施能够降低地表排水造成的磷损失风险。

深施深度太浅或肥料过于分散，肥料养分在土壤中的保存效果不佳。适宜的施肥深度能够提高肥料的利用率，进而减少氮磷流失。冯国禄等[51]研究了在3、7和11 cm施肥深度条件下田面水中氮磷的动态特征，结果表明，与撒施处理相比，深施处理的田面水中氮素浓度可分别降低硝态氮29%～47%、氨态氮64%～89%、总氮79%～97%；与3 cm和7 cm施肥深度相比，11 cm施肥深度处理总磷浓度、可溶性磷浓度分别降低32%～73%和92%～99%。另有研究表明，氮肥条施深度小于5 cm，其氨挥发的损失量最大可达到表面撒施的70%左右[52]。综合刘海东等[48，53-54]研究结果，在水稻生育期内，考虑土壤氮磷的供应能力、肥料养分渗漏情况及肥料利用率，施肥深度以在6～10 cm为宜。

4 稻田氮磷流失防控措施

4.1 改善施肥模式，加强养分管理

传统型化肥高投入、低利用率的施肥模式导致稻田土壤养分大量盈余，造成资源浪费，以及由此引起的农业面源污染已引起人们的广泛关注。因此在水稻生育期内应重视和提倡合理施肥方法及水肥的综合管理，控制稻田氮磷的排出量，从而减少氮磷流失带来的环境污染[55-56]。

适量的氮、磷肥及合理的基肥比例及追肥次数，适宜的施肥时间既可提高水稻产量，同时又可降低氮磷流失量。夏小江等[57]对比了太湖地区基、追肥后稻田田面水氮磷动态特征，结果表明，基肥施用后1～7 d、追肥施用后1～5 d是控制稻田氮素流失的关键时期，而施磷肥后8 d内是控制磷素流失的关键时期，此时间内要严格控制排水。同时，因追施氮肥会激发土壤中磷素的释放，追施氮肥后的3～4 d是控制磷素流失的主要时期。综合各研究得出，施肥后7～10 d是控制氮磷流失的关键时期[44，58]。

有效的灌溉和降雨后的排水管理有助于减少氮磷流失及其对地下水和地表水的污染。而且根据作物需要对灌溉进行控制和应用时，与淹水灌溉相比，径流磷损失大约降低50%[59]。因此，对于稻田而言，在田间管理中整合天气预报，水稻施肥应避开降雨时期，把握施肥和降雨、灌排水的时间间隔，是减少稻田氮磷流失的有效途径。

4.2 新型环保肥料的研发与推广

缓控释肥作为新型的环保肥料，由于无需追肥和优异的养分释放特征，能显著提高肥料利用率，降低氮磷流失风险[60]。与常规尿素相比，应用不同聚合物包膜的控释尿素可有效维持水稻产量，增加氮素吸收，并通过氨挥发和地表径流减少氮素损失，减轻化肥造成的农业面源污染。最近几种新型的的环保聚合物材料，如聚氨酯、可降解生物聚合物和水溶性聚合物涂料等，由于可预测的释放速率和环保性，正在逐渐被认可[61]。过高的研制成本和市场价格限制了缓控释肥在我国农业生产中的应用，因此，此后应集中于节省劳动力、时间和成本，降低养分损失、减少环境污染等方面，加强新型环保肥料的研究与开发，并加以示范推广。

4.3 生态拦截技术

生态拦截技术可以有效控制稻田氮磷流失，主要包括生态沟渠、缓冲带、人工湿地等技术设施[62-63]。

王晓玲等[64]利用生态沟渠对稻田氮磷的动态拦截效应，去除了径流水中31.4%氮素和40.8%磷素。此外，田上等[65]的研究结果也表明，生态沟渠对于总氮和总磷的净化拦截率达到54.18%和58.21%，再次证实了生态沟渠对氮磷的拦截去除效果。谭茂兰等[66]分析发现，人工湿地对有机物有较好的吸附以及物理沉降作用，能够较为有效地去除农田排水中的氮、磷污染物。另外，缓冲带对稻田氮磷的拦截效果显著，拦截量占总氮、总磷的31.7%～50.9%和50.0%以上，而且对渗漏水中氮磷的水平迁移也具有明显的拦截效果[67]。综上可知，生态拦截技术可从源头控制氮磷汇入水体，对氮磷污染物的去除效果显著，是控制农业面源污染的实用工程技术。

5 展望

国内外针对水稻施肥技术、氮磷肥吸收规律、损失途径等进行了大量研究，今后应集中于降雨或灌溉等田间水分管理和施肥对稻田氮磷流失的影响，强化不同施肥和水分管理模式及各模式组合效应对稻田氮磷流失影响的研究，根据水稻不同生育期对水肥的实际需求，建立协同的肥水管理模式。同时，加强施肥与水稻产量、效益和农业面源污染控制系统研究。此外，我国水稻种植区域分布较广，不同气候条件和土壤类型，施肥量及方式也各不相同，因此，需要强化与特定稻作区域相适应的稻田氮磷流失机制及关键防控技术的研究，制定不同区域基于水稻产量、品质、效益和农业面源污染控制的养分管理技术规范，进一步提高不同区域稻田氮磷流失的控制能力。

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