农业面源污染是当今世界普遍存在的环境问题,而农田氮磷径流排放是其主要来源之一。中国是世界蔬菜生产和消费的第一大国,蔬菜是我国除粮食作物外栽培面积最广、经济地位最重要的作物。目前我国蔬菜种植体系普遍存在肥料过量投入,农民盲目施肥,导致土壤氮磷累积量高,同时环境风险大等问题。因此,定量评估我国蔬菜地氮磷肥投入量和氮磷径流损失量,明确氮磷径流损失的主控因素,对了解我国氮磷高积累菜地土壤中的氮磷循环过程及高投入生产系统氮磷损失排放特征,保障蔬菜产业可持续发展具有重要意义。

我室施卫明研究员课题组,联合澳大利亚墨尔本大学Kronzucker教授,利用文献计量学,基于web of science、Google Scholar和CNKI数据库,收集了1990年以来我国13个省份的151篇关于氮磷径流损失的相关文献,同时结合团队前期大量田间试验结果的方式,对我国蔬菜主产区露天菜地氮磷损失及阻控措施进行了定量评估。

研究发现:1、我国蔬菜地化肥氮磷单茬投入量(264.3 kg N ha-1、101.0 kg P ha-1)远高于粮食作物,分别是稻田氮磷单季投入的1.4及1.3倍,旱地作物的1.3及1.8倍。2、径流作为菜地重要的氮损失途径造成我国每年大约1.52 Tg(百万吨)氮的排放损失和0.33 Tg 磷的排放损失。尽管我国菜地种植面积远低于大田作物,但菜地氮磷径流排放量均高于农田。3、在蔬菜种植体系中,果菜每季氮径流损失约37.8 kg N ha-1,分别是叶菜和根/茎菜的3.6倍和7.3倍;而果菜每季磷径流损失量为4.9 kg P ha-1,分别是叶菜和根/茎菜的2.4倍和82.8倍。果菜类蔬菜无论氮磷肥投入以及径流损失均最高,氮磷径流损失分别达到施肥量的13.1%和3.95%。4、夏秋季的氮的径流损失占全年氮总损失量的44%,而磷则高达89%。5、冗余分析表明,径流量是氮径流损失的主要影响因素,同时土壤氮库对其影响作用大于当季氮肥投入;而对于磷来说,当季磷肥投入量对径流损失影响较大。6、目前我国露天菜地径流损失阻控途径主要分为两大类:(1)、通过源头管理减少氮磷的潜在损失,包括减施,保护性耕作和优化种植结构等。(2)、通过生态工程措施减少氮磷径流,例如植物过滤带,生态沟渠,人工湿地等。

结果表明,与粮食作物相比,蔬菜生产系统中氮磷径流损失相对处于一个更高水平,尤其是果菜生产体系具有很高的环境风险。因此,需要制定适合各主产区的菜地氮磷肥料投入的限量标准,来降低该生产体系带来的环境压力;同时,加强工程技术的研发,充分利用氮磷自身的养分属性,将流失的氮磷污染物作为养分资源进入农田循环利用。通过削减菜地氮磷径流损失,可望有效控制我国农业面源污染对环境的负面影响,进而保障我国蔬菜产业的健康发展。

以上成果于2019年发表在Science of the Total Environment上。该研究工作得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目及南京土壤研究所“一三五”计划和领域前沿项目资助。

文章链接DOI:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.368