中国人口众多，人均耕地面积少，耕地面积逐年退化，人增地减的矛盾日益突出^{[1, 2]}，依靠提高作物单产是解决粮食问题的根本出路^[3]。水稻是我国主要粮食作物之一，为了提高水稻单产，许多学者对超高产水稻群体的调控途径与关键栽培技术进行了深入研究^{[4, 5]}，为促进粮食增产作出了巨大贡献^{[6, 7]}。超高产栽培在伴随水稻产量提高的同时，也增加了生产过程中农田化肥的投入量^{[8, 9]}。向农田投入大量化肥，除了引起肥料利用效率和施肥的经济效益下降外，也增加了化肥通过地表径流和排水等方式进入农田周围水体，使江河湖泊呈现富营养化的风险。据报道，我国河流湖泊的氮、磷养分负荷有一半以上来自农业^{[10, 11, 12]}。目前，对农田地表径流养分流失量影响因素的研究，主要集中在秸秆还田、肥料运筹、水浆管理、耕作方式等^{[13, 14, 15]}方面，关于不同栽培技术对稻田地表径流养分流失影响的研究报道较少。为此，笔者于2014年在江苏省苏州市望亭现代农业示范园试验田，设计超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术3个处理，研究不同栽培技术对水稻产量及农田地表径流NPK流失的影响。以期为保障我国粮食安全和农业生产可持续发展提供理论依据。

试验共设3个组合处理。

超高产生产技术：麦秸秆还田，耕作方式为耕翻，氮、磷、钾肥施用量分别为360、90、180 kg·hm^-2。氮肥施用比例为基肥∶分蘖肥∶穗肥为4∶2∶4，穗肥分两次，先后于倒4叶期和倒2叶期施用，施用量分别为穗肥的50%。磷肥全部作基肥施用。钾肥基肥和穗肥施用量各占50%，其中穗肥于倒4叶期施用。每块田中间开丰产沟。

常规生产技术：秸秆不还田，耕作方式为旋耕，氮、磷、钾肥施用量分别为300、75、150 kg·hm^-2。氮肥施用比例为基肥∶分蘖肥∶穗肥为3∶4∶3，分蘖肥于移栽后7 d和15 d分2次施入，磷肥全部作基肥施用，钾肥基肥和穗肥分别施用50%，穗肥于倒3叶期施用。

减肥生产技术：麦秸秆还田，耕作方式为耕翻，氮、磷、钾肥施用量分别为240、60、120 kg·hm^-2。氮肥施用比例为基肥∶分蘖肥∶穗肥为6∶1∶3，磷肥全部作基肥施用，钾肥基肥和穗肥施用量各占50%，穗肥于倒3叶期施用。

施用氮、磷、钾含量分别为15-15-15的复合肥，氮、钾肥不足的部分由有效含氮量46%的尿素和有效含钾量60%的KCl补充。供试水稻品种为苏101（武育5021/关东194），属中熟晚粳类型，由苏州市农业科学院育成。2014年6月22日机插秧，移栽密度行距为30 cm，株距为13.3 cm，每穴3苗，11月8日收获。水分管理为6月22日—7月24日采用浅水湿润灌溉（约5 cm），7月25日—8月11日进行两次脱水烤田，8月12日到收割前14 d进行间隙灌溉。适时进行病虫草害防治，保证水稻正常生长发育。选择地势平整、地力相对一致，面积1000 m2左右的试验田9块，每块田设有独立的灌排水沟，田块四周有宽约50 cm、高约20 cm的土埂，不同田块每次灌水深度大致相当，在每块田的排水口设有约5 cm高的平水口，保证径流的自由发生。当农田发生地表径流时，在径流的前、中、后期分别取水样8~10次，随即混匀带回实验室测定养分含量。试验重复3次。

于水稻成熟期，在每块田调查100穴植株穗数的基础上，根据调查的平均穗数取代表性植株样10穴，测定穗粒数，用水漂法区分饱粒（沉入水底者）和空瘪粒，计算水稻结实率和千粒重。

稻田每次排水，通过明渠流量计测定地表径流水量，并采集各小区水样，随即带回实验室测定其N、P、K养分含量^[16]。

全N：在水样中加入硫酸钾于120 ℃高温消煮30 min，经预处理后将全氮转为硝态氮，再用紫外分光光度法测定氮浓度^[16]；全P：在水样中加入过硫酸钾，高温高压下将水中有机磷转化成正磷酸盐，显色后用比色法测定磷浓度^[16]；全K：将水样喷入火焰光度计的火焰中，直接测定水样中的钾浓度，同时测定钾标准溶液工作曲线，计算出钾浓度^[16]。

农田地表径流NPK流失率＝地表径流NPK流失量/当季施用化肥NPK含量

水稻氮肥偏生产力=施氮区产量/氮肥施用量。

采用SPSS 13.0统计软件进行差异显著性分析，各处理的比较采用最小显著差数（LSD）法，超过LSD0.05（或LSD0.01）水平的视为显著（或极显著）。采用Excel软件作图。

由表1可知，不同栽培技术下，水稻单位面积穗数超高产生产技术分别比常规生产技术和减肥生产技术提高了19.5%和20.2%，处理之间的差异达显著水平，常规生产技术和减肥生产技术之间穗数差异不明显；每穗粒数超高产生产技术分别比常规生产技术和减肥生产技术下降了2.8%和3.7%，处理之间的差异达显著水平，常规生产技术和减肥生产技术之间每穗粒数差异不大；结实率超高产生产技术分别比常规生产技术和减肥生产技术下降了2.9%和3.7%，处理之间的差异均达到显著水平，常规生产技术与减肥生产技术相比结实率也显著下降；千粒重超高产生产技术分别比常规生产技术和减肥生产技术下降了1.4%和1.6%，处理之间的差异达显著水平，常规生产技术和减肥生产技术之间差异不大；超高产生产技术水稻产量分别比常规生产技术和减肥生产技术增加了11.1%和9.6%，处理之间的差异达显著水平，常规生产技术和减肥生产技术之间产量无显著差异。这说明，超高产生产技术提高水稻产量，主要是增加了水稻的单位面积穗数。

表 1 不同栽培技术下水稻产量及产量构成因素 Table 1 Effects of different cultivation techniques on rice yield and its components（n=3）

表选项

在农田的排水口安装明渠流量计，测定地表径流水量，计算出径流深。稻季农田地表径流深的动态变化情况如图1所示。本年度稻季农田共发生地表径流或排水8次，每次径流深多分布在25~60 mm，农田地表径流深的峰值出现在7月中旬，达到88 mm，主要与该时期已经开始排水搁田以及降雨量较大有关。将稻季每次发生地表径流时径流深相加，稻季农田总地表径流深为3.9×10² mm。

图 1 2014年稻季农田地表径流深动态变化趋势 Figure 1 Variation of surface runoff depth during rice growth season in 2014

图选项

不同栽培技术下稻田地表径流水体流失总N浓度和总N流失量如图2所示。由图2（a）可知，不同栽培技术下稻季地表径流水体流失总N浓度变化趋势基本一致，均呈单峰曲线状态。稻田地表径流水体流失总N浓度出现上升的时间受施肥时期的影响明显。就整个稻季而言，稻田地表径流水体流失总N平均浓度由高到低依次为超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术，分别为3.97、3.59、2.93 mg·L^-1。由图2（b）可知，不同栽培技术下稻田地表径流水体总N流失量均出现了两次峰值，分别在7月中旬和8月上旬，与这两个时间段出现了强降雨和要排水烤田，农田地表径流水量较大，以及8月初的水稻穗肥施用密切相关。稻田地表径流水体总N流失量由高到低依次为超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术，分别为15.54、14.13、11.45 kg·hm^-2。相对常规生产技术，超高产生产技术水体总N流失量增加10.0%，减肥生产技术水体总N流失量下降18.9%，不同处理之间的差异均达到显著水平（表2）。

图 2 不同栽培技术下稻季农田地表径流总N浓度（a）和总N流失量（b） Figure 2 Effect of different cultivation techniques on total nitrogen concentrations（a） and total nitrogen loss quantities（b） in surface runoff during rice growth season

图选项

不同栽培技术下稻田地表径流水体流失总P浓度和总P流失量如图3所示。由图3（a）可知，伴随水稻生育进程的推进，不同栽培技术下稻季地表径流水体总P浓度总体呈逐渐下降的变化趋势。这和水稻季磷肥作为基肥一次施用有关。就整个稻季而言，不同栽培技术下稻田地表径流水体流失总P平均浓度由高到低依次为超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术，分别为0.118，0.109、0.087 mg·L^-1。由图3（b）可知，不同栽培技术稻田地表径流水体总P流失量总体均呈单峰曲线的变化趋势，总P流失量峰值出现在7月中旬，主要是因为这一时间段农田地表径流量大。稻田地表径流水体总P流失量由高到低依次为超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术，分别为0.50、0.47、0.36 kg·hm^-2。相对常规生产技术，超高产生产技术水体总P流失量增加6.8%，减肥生产技术水体总P流失量下降22.5%，不同处理之间的差异均达到显著水平（表2）。

图 3 不同栽培技术下稻季农田地表径流总P浓度（a）和总P流失量（b） Figure 3 Effects of different cultivation techniques on total phosphorus concentrations（a） and total phosphorus loss quantities（b） in surface runoff during rice growth season

图选项

表 2 不同栽培技术下稻田地表径流养分流失量 Table 2 Total nitrogen, total phosphorus and potassium loss quantities in surface runoff under different cultivation techniques during rice growth season（n=3）

表选项

不同栽培技术下稻田地表径流水体流失K浓度和K流失量如图4所示。由图4（a）可知，不同栽培技术下稻季地表径流水体K浓度在水稻生育前期出现一次峰值，此外，在8月上旬也出现了一次较高峰值，主要与钾肥作为基肥和8月初作为穗肥分两次施用有关。就整个稻季而言，稻田地表径流水体流失K平均浓度由高到低依次为超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术，分别为3.10、3.01、2.62 mg·L^-1。由图4（b）可知，7月中旬超高产生产技术和常规生产技术稻田地表径流水体K流失量较大，主要是K浓度高以及地表径流量大共同作用的结果。稻田地表径流水体K流失量在8月上旬出现峰值，与钾肥作为水稻穗肥在8月初施用关系密切。不同处理地表径流水体K流失量由高到低依次为超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术，分别为11.14、10.89、8.88 kg·hm^-2。相对常规生产技术，超高产生产技术水体K流失量增加2.3%，减肥生产技术水体K流失量下降18.5%，减肥生产技术显著降低了农田地表径流水体K流失量（表2）。

图 4 不同栽培技术下稻季农田地表径流K浓度（a）和K流失量（b） Figure 4 Effect of different cultivation techniques on potassium concentrations（a） and potassium loss quantities（b） in surface runoff during rice growth season

图选项

不同栽培技术下稻田地表径流NPK流失率如图5所示。稻季地表径流氮肥流失率由高到低依次为减肥生产技术、常规生产技术和超高产生产技术，分别为4.77%、4.71%和4.32%，氮肥的平均流失率为4.60%；稻季地表径流磷肥流失率由高到低依次为常规生产技术、减肥生产技术和超高产生产技术，分别为0.62%、0.60%和0.56%，磷肥的平均流失率为0.59%；稻季地表径流钾肥流失率由高到低依次为减肥生产技术、常规生产技术和超高产生产技术，分别为7.40%、7.26%和6.19%，钾肥的平均流失率为6.95%。减肥生产技术与常规生产技术稻田地表径流NPK流失率差异不大，但均显著大于超高产生产技术，说明超高产生产技术虽然农田化肥投入量大，地表径流NPK流失量也大（表2），但NPK流失量的增加幅度低于化肥投入量的增加幅度，因此其地表径流NPK流失率显著降低。

图 5 不同栽培技术下稻季农田地表径流NPK流失率 Figure 5 Effects of different cultivation techniques on NPK loss rates in surface runoff during rice growth season

图选项

从图6 可以看出，水稻N肥的偏生产力从大到小依次为减肥生产技术＞常规生产技术＞超高产生产技术，不同栽培技术水稻N肥偏生产力平均为37.2 kg·kg^-1。减肥生产技术下水稻N肥偏生产力达到44.3 kg·kg^-1，且处理间的差异均达到显著水平，说明减肥生产技术条件下，虽然水稻产量较低，但是N肥施用后的利用效率显著大于其他处理。

图 6 不同栽培技术下水稻N肥偏生产力 Figure 6 Effects of different cultivation techniques on partial factor productivity of nitrogen in rice

图选项

许多研究表明，降雨量、肥料施用、土地利用方式、耕作方式等因素^{[17, 18, 19, 20]} 对农田地表径流养分流失量均能产生显著影响。太湖地区气候温润、土壤肥沃、农作物产量水平高，化肥施用量大，降雨量大、夏季常出现暴雨天气、且水网交错，投入农田的化肥易随雨水流失进入周围水体，形成农业面源污染。太湖流域稻田在施氮量为300 kg·hm^-2的常规施肥水平下，农田氮素流失量为11.3 kg·hm^-2，通过秸秆还田能够有效减少农田地表径流氮素流失量^[21]；太湖流域稻田不同施磷量的研究表明，在施磷量为75 kg·hm^-2的常规施肥水平下，稻季农田磷素流失量为0.8 kg·hm^-2，增施磷肥会增加农田地表径流磷素流失量^[22]。本研究表明，超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术稻田地表径流水体总N流失量分别为15.54、14.13、11.45 kg·hm^-2，总P流失量分别为0.50、0.47、0.36 kg·hm^-2，K流失量分别为11.14、10.89、8.88 kg·hm^-2。稻季农田地表径流养分流失量与前人的研究结果基本相当。同时，超高产生产技术由于施肥量较大，农田地表径流水体养分浓度高，养分流失量显著增加，但是超高产生产技术养分流失量增幅明显低于其施肥量的增加幅度，主要原因可能是超高产生产技术进行了秸秆还田。稻麦秸秆还田不仅可以充分利用丰富的秸秆资源、培肥地力、减轻秸秆直接焚烧带来的环境污染，还可以直接减少农田地表径流养分流失，减轻农业生产面源污染^{[14, 21]}。减肥生产技术与常规生产技术比较，除了施肥量降低外，还实施了秸秆还田，并采用了耕翻^[14]的耕作方式，因此其农田养分流失量下降幅度较大。

有关农田地表径流养分流失率的研究表明，巢湖流域稻麦轮作农田，稻麦两季氮、磷养分投入量分别在400、137 kg·hm^-2水平下，氮、磷肥年流失率分别为6.0%和0.5%^[23]。长沙市平原旱地不同施肥条件下，投入蔬菜地氮、磷肥料的平均流失率为0.62%和1.44%^[24]。太湖流域旱地的研究表明，自然降雨条件下磷素随地表径流流失量约占全年施磷量的4.1%^[25]。本研究中，不同栽培技术下稻田地表径流氮、磷、钾肥的平均流失率分别为4.60%、0.59%和6.95%，与前人的研究结果存在明显不同^{[23, 24, 25]}。这与本研究太湖地区土壤类型、土地利用方式、降雨特点、肥料种类和投入量、耕作方式等因素与前人的研究不同有关。本研究结果还表明，减肥生产技术与常规生产技术稻田地表径流NPK流失率差异不大，但均显著大于超高产生产技术。并不是超高产生产技术降低了农田氮磷钾肥的流失量，主要是因为超高产生产技术虽然增加农田化肥的投入量，也增加了农田地表径流养分流失量，但养分流失量与肥料投入量相比增加幅度较小。这与超高产生产技术进行了秸秆还田和采用耕翻的耕作方式有关。而减肥生产技术虽然养分流失量显著降低，但是其施肥量降幅较大，因此其养分流失率偏高。

超高产生产技术，由于加强对水稻群体进行高质量调控，增加肥料的施用量，优化肥料运筹和水浆管理，田间加开了丰产排水沟，并注意病虫害防治，水稻产量较大幅度提高。从本研究来看，超高产生产技术分别比常规生产技术和减肥生产技术使水稻产量增加了11.1%和9.6%，达到显著水平，但是其也增加了农田地表径流养分流失，降低了肥料施用后的利用效率，表明超高产生产技术使水稻氮肥偏生产力显著降低。因此，在水稻生产超高产的基础上，如何通过栽培措施的调节，兼顾水稻产量和农田养分利用效率的协同提高值得进一步深入研究。

超高产生产技术虽然增加了水稻产量，但是由于其农田养分投入量大，加大了由于农田地表径流养分流失形成面源污染的潜在风险，虽然通过秸秆还田，结合耕翻的耕作方式，可以有效减少农田地表径流养分流失，但是其农田养分流失量依然偏高。因此，在发展水稻超高产生产，提高水稻产量，保证国家粮食安全的同时，必须注意通过秸秆还田、合理耕作，以及优化水浆管理、有机无机肥配施等技术实施，适当减少农田化肥投入量，减少地表径流养分流失量，提高肥料施用的利用效率，有效控制农业非点源污染，减轻农业生产对周围水体的影响。这对提高农业资源利用效率和保证农业生态环境安全具有重要意义。