近年来，太湖水污染尤其是富营养化日趋加剧， 夏季蓝藻水华频发，其根本原因是水体总氮和总磷浓 度严重超标^[1]。“十一五”国家水专项课题对太湖流 域污染负荷来源的分析表明，总氮和总磷在农村面源 污染所占的比重分别约为58%和40%，远远超过来 自工业和城市生活的点源污染，而作为农村面源污染 三大来源之一的种植业污染对太湖总氮和总磷的贡 献率分别为29%和19%^[1,2]。集约化、高投入、高产出 是目前太湖地区种植业的主要特点。过量的施用化肥 不仅会降低肥料利用率，还会导致盈余的氮、磷养分 通过径流、渗漏等途径进入水体，加大了水体富营养 化的风险^[3]。太湖流域种植业主要以稻麦轮作为主，一 年稻麦两季作物化学氮肥和磷肥投入量分别高达N 600、P₂O₅ 120 kg·hm^-2[4,5,6]，经过径流、渗漏进入水体的 总氮占总施氮量的比例高达22%^[7]。近些年来，由于 蔬菜和水果作物经济效益高，太湖流域稻改菜、稻改 果现象突出。稻田改种蔬菜后，施肥量大增，尤其是氮 投入量高达N 1400 kg·hm^-2，肥料利用率反而降低， 氮、磷的流失潜力加大^[8]。然而，目前还不清楚太湖流 域集约化果园的养分投入特征和养分平衡状况。为 此，本研究拟通过资料调研与实地调查相结合的方 法，于2013 年在太湖竺山湾小流域开展了比较详细 的果园养分投入和盈余情况调查。首先摸清果园肥料 投入类型和投入量，分析果园土壤肥力状况，综合评 价果园对太湖水体面源污染的潜力，为建立合理的果 园氮、磷减排措施提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 调查和采样

太湖流域属湿润的北亚热带气候区。流域多年平 均气温15~17 益，自北向南递增。多年平均降雨量为 1177 mm，其中60%的降雨集中在5—9月。降雨量年 际变化较大，最大与最小年降水量的比值为2.4；而年 径流量年际变化更大，最大与最小年径流量的比值为 12.8。调查区域选在太湖竺山湾的上游汇水区域，因 竺山湾形似口袋，面向北偏西，在特定的水动力作用 下，污染物易进不易出，是太湖水质恶化和生态功能 退化最快的湖区之一^[9]。调查涉及无锡宜兴市和常州 武进区，覆盖周铁镇、万石镇、和桥镇、前黄镇、雪堰 镇。前期的资料调研表明，调查区内的果园主要为桃、 葡萄和梨园，且种植面积逐年增加（图 1）。按调查区 域果园总面积和果树种类确定调查点数量及分布。在 采样前，根据果树种类和行政单元将采样区域分为若 干个采样单元，集中在每个采样单元相对中心位置的 典型地块采样，采用GPS定位。本次选择具有代表性 的242 个果园进行调查，其中桃园160 个，葡萄园60 个，梨园22个。

图 1 研究区内不同类型果园种植面积变化 Figure 1 Changes in cultivated area of three different orchards in studied region

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按照随机、等量和多点混合的原则，采用“S”形采 样法，在树冠滴水线附近，避开施肥区域，每个果园随 机选取样树5 颗，均匀取0~20 cm 土层的土壤约500 g，混匀后作为该样点的土壤样品。照此方法，共采集 研究区内桃园、葡萄园和梨园土样分别为166、32、20 个。各样点土壤混合均匀后装入塑料袋中登记编号， 带回实验室自然风干用于理化性质分析测定。 1.2 调查项目和方法

调查主要包括建园的基本情况、树龄、品种、种植 面积、种植年限、种植密度及产量水平，肥料种类、肥 料养分含量、肥料施用量、施肥时间、施肥类型、施肥 方式、施用量等。养分平衡按下式计算：

养分平衡越输入项（化肥养分垣有机肥养分垣大 气沉降养分）原输出项（作物收获带走量）

化肥养分含量按照农户所施肥料包装袋上标识 的养分含量计算，有机肥料的养分含量根据《中国有 机肥料养分志》^[10]和《中国有机肥料资源》^[11]的参数汇 总计算。养分投入未考虑灌溉水带入的养分。化肥和 有机肥输入的养分按照农户调查点的施用量与其相 应含养分量计算；沉降氮计算根据本课题组在宜兴基 地多年实测的大气氮素混合沉降平均值（30.5 kg N hm^-2）进行计算^[7]。养分支出未包括因淋洗、氨挥发和 反硝化造成的养分损失。不同果树产量、面积按照农 户调查值和统计年鉴参考数据计算；不同果树吸收养 分量按照《肥料实用手册》^[12]与《中国肥料实用手册》^[13] 等参数汇总计算，吸收养分量分别为水蜜桃树N 197、P₂O₅ 185、K₂O 378 kg·hm^-2，葡萄树N 290、P₂O₅ 327、K₂O 422 kg·hm^-2，梨树N 211、P₂O₅ 232、K₂O 260 kg·hm^-2。按照第二次全国土壤普查土壤养分分级标 准分析果园养分状况（表 1）。

表 1 全国第二次土壤普查养分分级标准 Table 1 Classification standards for soil fertility used by 2nd National Soil Survey

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土壤pH 值采用pH 计法测定，水土比为2.5:1。 土壤全氮、有机质、全钾、全磷含量分别采用半微量凯 氏定氮法、重铬酸钾容量法、氢氧化钠熔融法和硫酸- 高氯酸消解法（钼锑抗比色）进行分析测定。速效钾采 用1 mol·L^-1中性醋酸铵溶液提取、火焰光度计测定。 速效磷含量采用碳酸氢钠提取、钼锑抗比色法（即 Oslen法）测定。 2 结果与分析 2.1 果园养分投入特征及盈余情况

太湖竺山湾小流域果园总体氮、磷、钾平均投入 量分别为N 522、P₂O₅ 674、K₂O 462 kg·hm^-2（表 2）。 就果园类型而言，总体氮、磷、钾投入水平均以梨园 最高，桃园次之。从果园养分投入量分组看，不同果 农间总体氮、磷、钾投入量差别较大（图 2），总体投 入量在150 kg·hm^-2 以上的果农数占总调查户数的 比例为桃园94.8%、葡萄园78.3%、梨园82.7%，其 中达500 kg·hm^-2 以上的占调查总户数的比例分别 为39.6%、24.1%和42.9%。

表 2 太湖竺山湾小流域不同类型果园养分投入量（kg·hm^-2） Table 2 Nutrient inputs to three different orchards in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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图 2 太湖竺山湾小流域果园总氮（a）、总磷（b）和总钾（c）投入 量的样本分布频率 Figure 2 Frequency distribution of total N（a）、total P（b）and total K（c）inputs to orchards in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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进一步分析肥料投入结构，可以看出果园有机氮 磷、钾平均投入量分别高达N 254、P₂O₅ 437、K₂O 172 kg·hm^-2（表 2），分别占总投入量的51.3%、58.3%、 44.0%（图 3）。有机氮、磷、钾投入占总投入的比例均 以葡萄园最高，分别为64.3%、75.0%、57.9%，桃园次 之。可见，太湖竺山湾小流域果农比较注重施用有机 肥来培肥土壤，同时也没有忽视化学肥的施用。

图 3 太湖竺山湾小流域果园有机肥投入比例 Figure 3 Percentages of organic fertilizer in total fertilizer inputs in orchards in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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果园的有机肥投入品种多样，但主要来源于鸡粪 和牛粪，其次为菜籽饼。牛粪和鸡粪都可以从附近的 养殖厂购得。雪堰镇谢家村几乎每家每户都在自家所 在的桃园边上建造较大的化粪池，将买来的鸡粪放入 池内沤熟。相比而言，果园化学肥主要以三元复合肥 为主，甚至很多果农在施用三元复合肥的基础上还加 施其他化肥，如含氮量更高的尿素、磷酸二铵、碳酸氢 铵以及硫酸钾等（图 4）。目前市面上的三元复合肥虽 然氮、磷、钾比例不一，但均以高钾型复合肥为主，如 康朴牌速溶诺泰克的氮、磷、钾比例为14:8:30，其目 的是满足果树坐果对钾的大量需求。果园氮、磷、钾肥 投入量（表 2）亦表明，以化肥形式投入的钾肥略高于 磷肥，而以有机肥形式投入的磷肥是钾肥的2 倍多。

图 4 太湖竺山湾小流域果园化学肥投入结构 Figure 4 Structure of chemical fertilizer inputs to orchards in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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从肥料搭配上来看，基肥以有机肥为主，同时配 以化学肥；基肥一般在秋后11 月份施入，但最迟可以 到来年3 月份左右。基肥中有机肥的施入方式为围着 树冠滴水线下整个树盘覆盖一层，然后通过机械或者 人工的方式翻入土中，深度为10~20 cm；而基肥中化 学肥的施入方式为沿树冠滴水线下均匀撒施（环状施 肥），然后与有机肥一同翻入土中。基肥虽然可以为果 树的生长提供长久、全面的营养物质，增加土壤有机 质含量以及微生物活性，但是果树在花前、花芽分化、 果实膨大及采收后都急需速效肥的补充（追肥），以弥 补果树营养的短期不足。追肥基本上是追施化学肥， 大部分果农选择环状施肥，也有部分果农在整个树盘 撒施，且都不翻入土内。果农为了省事，经常在雨前施 肥，从而减少施肥后灌溉增加的工作量。以桃树为例， 其追肥时间都发生在3 月至9 月之间，此时太湖流域 雨水充沛，肥料很容易随着雨水进入水体，造成果树 对肥料的利用不充分。

由图 5可以看出，除了葡萄园钾素略有亏损外， 果园氮磷钾养分普遍有盈余。氮、磷、钾养分盈余量以 梨园最高，分别达N 509、P₂O₅ 610、K₂O 298 kg·hm^-2， 其后依次为桃园和葡萄园，该盈余量顺序与果园氮、 磷、钾总投入量顺序一致（表 2），表明果园养分盈余 量与养分总投入量呈正相关。此外，不论是桃园、葡萄 园还是梨园，养分盈余量均以磷肥最突出，其次是氮 肥，钾肥最低。2013年我们收集到的桃园径流水数据 表明，单次降雨后径流水总氮和总磷浓度最高分别达 75、3 mg·L^-1（图 6）。可见，太湖竺山湾小流域果园氮、 磷环境负荷风险较高，盈余的氮、磷一旦遇到降雨，就 会随着淋洗和径流进入水体造成地下水硝酸盐污染 和湖泊水体富营养化。反之，高的养分盈余量也意味 着果园养分投入还有很大的降低空间。

图 5 太湖竺山湾小流域果园养分表观盈余量 Figure 5 Apparent surplus of nutrients in orchards in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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图 6 太湖竺山湾小流域桃园径流水总氮、总磷、硝态氮和可溶性磷浓度变化 Figure 6 Changes in total N，total P，NO3-N and dissolved P concentrations in runoff water from peach orchard in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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由表 3可知，果园土壤有机质、全氮、全磷和全钾 含量平均为30.5、2.0、1.3、13.2 g·kg^-1，且桃园、葡萄园 和梨园之间没有差异。根据全国第二次普查养分分级 标准，果园土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量均处于 1 至4 级水平，属于适宜至很丰富状态，无一缺乏（表 4）。具体而言，有机质含量约有58.3%处于丰富状态， 而全氮和全磷含量超过60%属于很丰富状态。相比 而言，全钾含量约有89%和11%分别处于适宜和最 适宜水平，达到丰富和很丰富的比例为零。土壤有机 质、全氮、全磷和全钾是衡量土壤肥力的重要指标。它 们在土壤中的富集意味着果园土壤肥力较高，供养分 潜力较大，这是果农们长期大量施用有机肥的结果。

表 3 太湖竺山湾小流域不同类型果园土壤有机质、全氮、 全磷、全钾、速效磷钾含量状况 Table 3 Content of organic matter，total N，P and K，and available P and K in orchard soils in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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土壤速效氮、磷、钾是表征土壤供氮、磷、钾能力 的重要指标，反映当季供养分能力的强弱。本调查表 明速效磷和速效钾含量分别可达117~166、390~619 mg·kg^-1，尤以桃园最高（表 3）。一般情况下，速效磷和 速效钾含量分别超过20、150 mg·kg^-1，则表明土壤速 效磷和速效钾达到较丰富状态（表 1）。本调查数据表明，果园速效磷和速效钾含量均值分别超过了40、 200 mg·kg^-1这一最高分级标准，约有89%和91%处 于很丰富水平（表 4）。果园速效磷和钾含量的大量累 积与施用化学肥密切相关。

表 4 太湖竺山湾小流域果园土壤养分含量各等级占比（%） Table 4 Percentages of grades of nutrients in orchard soils in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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土壤酸碱性是影响土壤养分有效性的重要因素 之一，大多数养分在pH 为6.5~7.0 时有效性最高或 接近最高。就磷来讲，土壤pH 为5 时，其中活性铁、 铝较多，常与磷肥中水溶性磷酸盐形成溶解度很小的 磷酸铁、磷酸铝盐类，从而降低其有效性；而pH 为7 时，水溶性磷酸盐易与土壤中游离的钙离子作用，生 成磷酸钙盐，使其有效性明显降低。总体来看，竺山湾 小流域果园土壤基本上处于酸性状态，仅有不到2.9% 的土壤样本处于中性和碱性状态。果园土壤pH均值 为5.2，最高值为7.9，最小值为4.0，最高值和最小值 均出现在桃园土壤。pH值分布在4.5~5.5的强酸性区 间的土壤比例最高，为桃园50.6%、梨园55.0%、葡 萄园78.1%。其次是分布在酸性极强（pH<4.5）和 酸性（pH5.5~6.5）这两个区间内（图 7）。尤其是梨园 土壤，在pH<4.5 的酸性极强范围内的比例高达 30.0%。可见，太湖流域果园土壤酸化现象严重，不同 果园类型的酸化程度不一。长期大量地施用化学氮 肥会刺激氨氧化细菌的增长，进而促进自养硝化作 用，而硝化过程释放H+的致酸效应，必然加剧果园土 壤酸化。

图 7 太湖竺山湾小流域果园土壤pH 分布情况 Figure 7 Distribution of soil pH values in three different orchards in Zhushan Bay in Taihu Lake Watershed

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当前太湖地区一个稻麦轮作季投入的化学氮肥 和磷肥分别达N 500~600、P₂O₅ 120 kg·hm^-2，且基本 上不再施用有机肥^[4,5,6]。本调查表明稻改果后，总氮投 入量相当，但是总氮投入结构发生改变，果园普遍投 入有机肥，其投入量占总氮投入量的比例约为51.3% （图 3）。与总氮相比，稻田改为果园后，总磷投入量和 投入结构均发生改变，果园总磷投入量是一个稻麦轮 作季总磷投入量的5.6 倍，其中约有58.3%来自于有 机肥。可见，太湖竺山湾小流域果园重视有机肥投入， 这不仅是因为果农意识到有机肥具有培土、增产以及 改善果实品质的功效，还因为施用有机肥比较费工费 时，农户更愿意把有机肥投入到经济效益更高的蔬菜 和水果等经济作物上。

虽然太湖竺山湾小流域果园每年的养分总投入 量高达N 522、P₂O₅ 674 kg·hm^-2（表 2），但果树每年因 收获带走的养分却低于N 300、P₂O₅ 327 kg·hm^{-2 [12,13,14]}。 年年重复施肥进一步加剧养分过剩，超过果树需求和 土壤固持的那部分养分势必会通过特定的途径而损 失。对北方农用氮肥造成地下水硝酸盐污染的调查发 现，凡是年施氮量超过500 kg·hm^-2、作物氮素吸收量 与施氮量之比低于40%的地区，地下水硝酸盐含量基 本全部超标^[15]。可见，太湖竺山湾小流域果园周边的 地下水硝酸盐污染风险较大。此外，太湖地区雨水丰 富，河网密集，盈余的氮、磷养分会通过降雨径流进入 水体，造成水体富营养化。当地果农选择在雨前施肥 势必加剧氮、磷流失风险。不仅如此，过量的施用氮肥 还会加速土壤酸化过程，氮肥用量超过80 kg·hm^-2 （铵态氮肥）即可加速土壤酸化进程^[16]。目前，太湖竺 山湾小流域82.3%的果园土壤pH 值处在4.5~6.5 的 强酸性区间，分布在酸性极强（pH<4.5）范围的土壤也 占到了14.9%。相比而言，太湖流域水稻土pH>6.5 的 比例高达45.0%^[17]。可见稻改果加剧了土壤酸化。

针对太湖流域果园目前的氮、磷肥高投入以及大 量的氮、磷盈余现状，必须采取既能保证高产又能节 省氮、磷投入同时减少环境压力的节氮控磷措施。太 湖流域果园施用的复合肥基本上是含铵态氮和硝态 氮的三元复合肥，铵态氮很容易被氨氧化菌氧化成为 硝态氮。2013 年我们收集到的桃园径流水数据亦证 实，径流水中氮的形态基本上是硝态氮（图 6）。此外， 硝态氮易被雨水和灌溉水淋洗到土壤坡面下层，造成 地下水硝酸盐污染。可见，果园控制氮流失应从减少 氮肥投入和抑制硝化作用入手，并辅以行之有效的拦 截措施。硝化抑制剂又称氮肥增效剂，其作用机理是 抑制土壤亚硝酸细菌对铵态氮的硝化，从而减少铵 态氮转化为硝态氮而流失，积累铵态氮提高氮肥利用 率^[18]。目前市面上的硝化抑制剂主要有双氰胺 （DCD）、2-氯-6-（三氯甲基）吡啶（Nitrapyrin）、3，4- 二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）等，尽管其施用效果受氮 源、施氮量、施氮时间、灌溉水（或降雨）量、作物种类 等多种因素的影响，但众多研究结果均表明，施用硝 化抑制剂对减少农田生态系统硝酸盐淋溶损失和氮 氧化物排放作用显著^[19]。然而，目前关于硝化抑制剂 在太湖流域果园生态系统中抑制硝化作用的研究则 鲜见报道。硝化抑制剂的种类、用量、抑制效果，抑制 时间长短以及是否增产因土壤和作物类型而改变，因 此急需筛选专门针对果园生态系统的硝化抑制剂。

已有研究表明，果园生草不仅可以提高土壤肥 力，还可减少果园土壤磷素流失^[20]。图 6 的结果表明， 宜兴水蜜桃园生草处理可以有效减少径流水氮、磷浓 度。可见，在减少硝态氮产生的同时，采取有效的氮、 磷拦截措施可以进一步减少氮、磷的流失。 4 结论

（1）太湖竺山湾小流域果园总体氮、磷、钾平均投 入量分别为N 522、P₂O₅ 674、K₂O 462 kg·hm^-2，其中来 自于有机肥的比例分别为51.3%、58.3%、44.0%。化学 肥品种主要为氮、磷、钾三元复合肥，而有机肥主要以 鸡粪和牛粪为主，其次是菜籽饼。

（2）长期的有机无机配施提高了果园土壤的基础 肥力。土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量均处于适宜 至很丰富水平，土壤速效磷和速效钾也基本上处于较 丰富状态。

（3）高投入不可避免导致养分大量盈余。氮、磷、 钾养分盈余量以梨园最高，分别达N 509、P₂O₅ 610、K₂O 298 kg·hm^-2，其后依次为桃园、葡萄园。大 量的氮、磷盈余，即使当季不流失，之后也会通过径 流、淋洗、氨挥发和反硝化而损失。

（4）当前，太湖流域果园种植面积逐年增加，为 了保证果园高产且又能节省氮磷的投入和减少环境 压力，优先考虑减少氮、磷、钾养分直接投入的同时， 研发基于总量控制的平衡施肥方式（有机无机配 施）、配合施用果树专用硝化抑制剂，再结合有效的 氮磷拦截措施，可有效减少氮、磷流失。另外，还需加 强果树氮、磷循环的基础研究，如通过15N 示踪方法 对氮素进行田间定位跟踪，摸清肥料氮的各个去向， 如果树吸收、土壤残留、淋洗、径流、氨挥发、反硝化 各自所占比例，以便为果园生态系统氮、磷减排提供 科学依据。