生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖对红壤茶园氮磷淋失影响

Effects of Biochar Combined with Nitrification/Urease Inhibitor and Straw Mulching on Nitrogen and Phosphorus Leaching in Red Soil Tea Plantations

摘要

目的 为探究生物炭协同硝化/脲酶抑制剂配施及秸秆覆盖等管理措施在野外原位条件下对茶园氮磷淋失的影响，以期为茶园的氮磷淋失阻控提供科学依据。 方法 以亚热带地区红壤丘陵茶园为研究对象，通过设置不施肥（CK）、常规施肥（CON）、生物炭添加（BC）、生物炭＋硝化/脲酶抑制剂（BNI）和秸秆覆盖（RS）共5个处理。在1 a的观测期间内监测土壤理化性质变化及自然降雨条件下各处理淋溶液氮磷流失。 结果 观测期间，相较于CON处理，BNI处理土壤铵态氮和硝态氮质量分数最高且分别高出2.8%和72.8%。BNI处理土壤中铵态氮和硝态氮质量分数较高，可促进淋溶液中总氮浓度的提高。各处理土壤氮磷淋溶主要发生于春夏多雨时期，BC处理淋溶系数最高，为24.3%，RS处理淋溶系数最低，为8.3%。对淋溶液总氮流失量，BNI处理（275.0 kg/hm²）最高，RS处理（65.9 kg/hm²）最低；对淋溶液总磷流失量，其流失形态以颗粒态磷为主，BC处理（201.5 g/hm²）最高，RS处理（32.4 g/hm²）最低。相较于CON处理，RS处理淋溶液总氮流失量减少43.6%；BNI和RS处理淋溶液总磷流失量分别降低39.1%和77.2%。 结论 结合茶园土壤植物可利用养分含量及氮磷淋失的阻控能力，秸秆覆盖是减少茶园氮磷流失有效的管理措施。

Abstract

Objective To investigate the effects of biochar combined with nitrification/urease inhibitors and straw mulching on nitrogen and phosphorus leaching under in situ field conditions， aiming to provide scientific evidence for controlling nitrogen and phosphorus leaching in tea plantations. Methods A red soil hillslope tea plantation in the subtropical region was selected as the study area. Five treatments were established： no fertilization （CK）， conventional fertilization （CON）， biochar addition （BC）， biochar combined with nitrification/urease inhibitors （BNI）， and straw mulching （RS）. Over a one-year observation period， changes in soil physicochemical properties and leaching losses of nitrogen and phosphorus under natural rainfall conditions were monitored. Results During the observation period， compared to the CON treatment， the BNI treatment exhibited the highest soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen mass fractions， which were 2.8% and 72.8% higher， respectively. The higher ammonium nitrogen and nitrate nitrogen levels in the BNI treatment led to an increase of total nitrogen concentration in the leaching solution. Soil nitrogen and phosphorus leaching primarily occurred during the rainy spring and summer seasons. The BC treatment showed the highest leaching coefficient at 24.3%， while the RS treatment had the lowest at 8.3%. For total nitrogen loss in leaching solution， the BNI treatment （275.0 kg/hm²） was highest， and the RS treatment （65.9 kg/hm²） was the lowest. For total phosphorus loss， particulate phosphorus was the dominant form of loss， with the BC treatment yielding the highest loss （201.5 g/hm²） and the RS treatment the lowest （32.4 g/hm²）. Compared with the CON treatment， the RS treatment reduced total nitrogen loss in leaching solution by 43.6%， while the BNI and RS treatments decreased total phosphorus loss by 39.1% and 77.2%， respectively. Conclusion Considering both soil plant-available nutrient content and the effectiveness in controlling nitrogen and phosphorus leaching， straw mulching is an effective management practice for reducing nitrogen and phosphorus losses in tea plantations.

Graphical abstract

关键词

生物炭 / 硝化抑制剂 / 脲酶抑制剂 / 秸秆覆盖 / 茶园 / 淋溶 / 养分流失

Key words

biochar / nitrification inhibitor / urease inhibitor / straw mulching / tea plantation / leaching / nutrient loss

茶树（Camellia sinensis）是我国重要的经济作物之一。随着社会经济的高速发展，茶叶的种植面积在不断扩大。《“十四五”全国种植业发展规划》^［1］对茶产业的发展规划明确提出到2025年全国茶园面积要达到267万hm²，产量达300万t。为追求更高的经济利益，茶农往往向茶园投入大量的化肥。我国约有30%的茶园存在氮肥过量施用现象，50%的茶园存在磷肥过量施用现象，尤其在湖南、江西和四川等地^［2］。过量的氮磷投入会增加其在土壤中的残留量和损失量，不仅影响茶叶的产量与品质，也增加茶园及周边区域环境污染的风险^［3-5］。地下淋溶是茶园土壤氮磷主要水体流失途径（地表径流和地下淋溶）之一^［6］，探究能确保茶叶效益还能兼顾减少氮磷淋失的管理措施十分必要。

目前，生物炭添加、施用新型肥料或硝化/脲酶抑制剂和秸秆还田覆盖等管理措施是农田土壤养分流失常用阻控技术^［7-8］。相关研究^［9-11］通过土柱淋溶试验发现，在茶园土壤中添加生物炭可以提高土壤pH，促进土壤酶活性，增加茶园土壤的保水保肥能力。但也有模拟试验^［12-14］发现，生物炭的添加会增大土壤氮磷流失的风险。硝化抑制剂能抑制土壤内亚硝化细菌活性，从而延缓铵态氮转化为硝态氮的速度，脲酶抑制剂可以通过抑制脲酶的活性来减缓尿素水解^［15］。有研究^［16-17］发现，生物炭和硝化/脲酶双抑制剂联合配施能减少稻田和小麦土壤氮素淋失40%以上。秸秆覆盖能增加土壤地表糙度，保水截流，减少土壤受到阳光的直接辐射。有研究^［18-20］表明，秸秆覆盖可以增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷、全氮和全磷的质量分数，并且还能有效降低地表径流的氮磷流失。虽然目前关于茶园土壤氮磷流失研究已有不少成果，但对茶园土壤氮磷淋失的研究主要集中于原状土柱试验和模拟盆栽试验，在自然条件下原位观测亚热带红壤茶园土壤氮磷淋失对生物炭协同硝化/脲酶抑制剂配施及秸秆覆盖等管理措施的响应研究较少。

本研究以亚热带红壤丘陵茶园为研究对象，通过设置常规施肥、生物炭添加、生物炭+硝化/脲酶抑制剂和秸秆覆盖等管理措施，在2023年5月至2024年4月开展氮磷淋失的周年监测，结合土壤理化性质及降雨等气象因子测定，明确茶园在这些管理措施下氮磷淋失的时间动态规律及关键环境因子的影响机制，以期为亚热带红壤丘陵区茶园氮磷淋失阻控提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于湖南省长沙县金井镇，该区域为中亚热带季风气候，年平均气温17.5 ℃，年平均降雨量1 390 mm，70%的年降雨量集中在4—6月。试验地位于湖南湘丰茶叶集团的百里茶廊产业带（28°35'N，113°20'E），海拔105 m。该试验地于2022年建立，供试茶树的品种为“湘波绿”，土壤类型为花岗岩风化壳母质上发育的红壤。研究区域0~20 cm土壤的基本理化性质为pH 4.29，SOC 24.1 g/kg，TN 1.98 g/kg，TP 0.53 g/kg，TK 33.1 g/kg。

1.2 试验设计

本研究观测时间为2023年5月至2024年4月。共设置5个处理，每个处理3次重复（由于各处理内茶垄淋溶液化学性质差异不大，不同处理间茶垄差异显著，所以每个处理设置3个茶行和1个茶垄取样点用于加权计算反映茶园淋溶的整体情况）。试验地研究区域总面积840 m²，各处理平均面积168 m²，各小区平均面积56 m²。各处理于2022年试验开始时均已设置完成，不同处理具体为：1）不施肥处理（CK）；2）生物炭添加（BC）：施用量为28 t/hm²，为0~20 cm土层土壤重量的1%，于2022年试验开始时一次性施用；3）生物炭+硝化/脲酶抑制剂（BNI）：生物炭施用量为28 t/hm²，于2022年试验开始时一次性施用，抑制剂施用量为氮肥施用量1%；4）秸秆覆盖（RS）：秸秆覆盖用量为14 t/（hm²·a）；5）常规施肥（CON）：当地茶农常规施氮量为600 kg/（hm²·a）。氮肥采用尿素（折合成纯N 450 kg/hm²）和菜籽饼有机肥（折合成纯N 150 kg/hm²）配合施用，其中菜籽饼有机肥施于2023年12月，尿素施于2023年4、9月。供试生物炭与菜籽饼有机肥的理化性质见表1。

氮肥施用方式为茶垄单侧沟施，施于10~15 cm土层，并覆土防止氮素损失。磷肥施用量68 kg/hm²（折合成纯P），肥料为过磷酸钙，施于2023年4月。其他管理措施按当地习惯进行，2023年各项管理措施同2022年一致。考虑到施肥和管理成本，本试验选择的茶园总面积有限，为减少不同处理间相邻排列的交叉污染，且本茶园地力相对均一，各样地未随机排列。而是处理随机排列后，3个重复样地紧挨着排列。具体田间试验设计和施肥量分别见图1和表2。

1.3 样品采集与分析方法

1.3.1 样品采集

1）淋溶盘布置：将长0.4 m、宽0.3 m且底部具有一定坡度的淋溶盘以开挖掩埋的方法埋入各小区土壤0.6 m深度处，再将1.2 m高和直径0.16 m的圆管埋入土中并用PVC导流管连接淋溶盘用于收集淋溶水样，具体见图2。每个处理布置4个淋溶盘（3个小区茶垄行间各布置1个，随机1个小区茶垄布置1个），5个处理布置20个淋溶盘。

2）淋溶液样品采集：用淋溶盘收集各处理的淋溶液水样，采集频率为每月1次。采集样品时使用抽水泵抽净圆管中的淋溶液，记录淋溶水量体积并采集250 mL样品及时运回实验室存于-18 ℃冰柜待测。

3）土壤样品采集：在不同处理的小区内，采用直径为2.5 cm的土钻通过五点取样法采集0~20 cm土层土壤，剔除可见凋落物和根系后，混匀装入自封袋，带回实验室。一部分以鲜样保存于4 ℃冰箱内备用，剩余土样放置在通风阴凉处自然晾干，避免阳光照射，风干后挑出土样中的根系、石头等杂物，研磨过20目筛，部分再研磨过100目筛，密封保存，采集频率为2次/月。

4）降雨量数据由试验基地自动气象站记录。

1.3.2 样品分析

1）水样测定指标包括总氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、总磷（TP）和可溶态总磷（STP）。淋溶样品NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度在经过0.45 μm水系滤膜过滤后均直接用连续流动分析仪（AA3）测定；TN和TP分别采用碱性过硫酸钾和过硫酸钾消解后用连续流动分析仪（AA3）测定浓度。

2）土壤样品分析测定：土壤pH采用酸度计（PHs-3C型）测定（土水比为1∶2.5）。土壤铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）采用K₂SO₄（0.5 mol/L）溶液浸提（30 g土样添加80 mL浸提液），用连续流动分析仪（AA3）测定。土壤绝对含水率采用烘干称重法测定。土壤可溶性有机碳（DOC）采用TOC仪测定。土壤体积质量采用田间环刀法于2024年4月27日测定。

1.4 数据分析

为体现茶园淋溶整体情况，将处理内各小区监测到的指标先按茶行和茶垄的宽度（小区茶行和垄长度一致）进行加权处理。计算公式为：

I\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)=\frac{\mathrm{0.4}I\left(\mathrm{T}\mathrm{S}\right)+\mathrm{1.2}I(\mathrm{T}\mathrm{R})}{\mathrm{1.6}}（1）

式中：I\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶液各指标加权值，指标包括淋溶体积V\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)和氮磷各组分浓度C\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)；I\left(\mathrm{T}\mathrm{S}\right)为茶行监测值；I\left(\mathrm{T}\mathrm{R}\right)为茶垄监测值；\mathrm{0.4}为小区茶行宽度，m；\mathrm{1.2}为小区茶垄宽度，m；\mathrm{1.6}为小区茶行和茶垄总宽度，m。结果与分析均以加权值计算获得。

每公顷淋溶量和淋溶深度计算公式为：

Q\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)=\frac{\mathrm{10}V\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)}{\mathrm{0.12}}（2）

L\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)=\frac{Q\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)}{\mathrm{10}}（3）

式中：Q\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶量，m³/hm²；L\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶深度，mm；0.12为淋溶盘面积，m²；V\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶体积，L；10为换算系数。

每公顷淋溶液各组分流失量的计算公式为：

Q_{\mathrm{N}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)=\frac{C_{\mathrm{N}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)\times Q\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)}{\mathrm{1}\mathrm{000}}（4）

Q_{\mathrm{P}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)=C_{\mathrm{P}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)\times Q\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)（5）

式中：Q_{\mathrm{N}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶液不同氮素组分的流失量，kg/hm²；C_{\mathrm{N}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶液不同氮素组分的流失浓度，mg/L；Q_{\mathrm{P}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶液不同磷素组分的流失量，g/hm²；C_{\mathrm{P}}\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶液不同磷素组分的流失浓度，mg/L。

淋溶系数的计算公式为：

\beta \left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)=\frac{L\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)}{L(\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{n})}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（6）

式中：\beta \left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶系数；L\left(\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}\right)为淋溶深度，mm；L\left(\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{n}\right)为降雨量，mm。

总氮和总磷损失率的计算公式为：

\mathrm{L}{\mathrm{R}}_{\mathrm{N}}\left(T\right)=\frac{Q_{\mathrm{N}}\left(T\right)-Q_{\mathrm{N}}\left(\mathrm{C}\mathrm{K}\right)}{\mathrm{600}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（7）

\mathrm{L}{\mathrm{R}}_{\mathrm{P}}\left(T\right)=\frac{Q_{\mathrm{P}}\left(T\right)-Q_{\mathrm{P}}\left(\mathrm{C}\mathrm{K}\right)}{\mathrm{68}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（8）

式中：\mathrm{L}{\mathrm{R}}_{\mathrm{N}}\left(T\right)为除CK外各处理的总氮损失率；Q_{\mathrm{N}}\left(T\right)为除CK外各处理总氮流失量，kg/hm²；Q_{\mathrm{N}}\left(\mathrm{C}\mathrm{K}\right)为CK处理总氮流失量，kg/hm²；\mathrm{L}{\mathrm{R}}_{\mathrm{P}}\left(T\right)为除CK外各处理总磷损失率；Q_{\mathrm{P}}\left(T\right)为除CK外各处理总磷流失量，kg/hm²；Q_{\mathrm{P}}\left(\mathrm{C}\mathrm{K}\right)为CK处理总磷流失量，kg/hm²；\mathrm{600}为氮素施用量（折合成纯氮，kg/hm²）；\mathrm{68}为磷素施用量（折合成纯磷，kg/hm²）。

试验数据分别采用Microsoft Excel 2022、SPSS 2019、Origin 2022和Canoco 5软件完成数据的计算、统计分析和图形绘制。不同处理差异显著性采用单因素方差分析（One-way ANOVA）。

2 结果与分析

2.1 生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖对茶园土壤理化性质的影响

观测期间茶园各处理0~20 cm土层土壤理化性质动态特征见图3。除CK外，各处理土壤理化性质变化特征相似，土壤pH在2023年9月施肥后逐渐下降。菜籽饼肥促进各处理土壤DOC质量分数的增加，在2023年12月施用菜籽饼肥后，CON和BNI处理土壤DOC质量分数陡增，分别达530.2、452.9 mg/kg。施肥显著提高土壤铵态氮质量分数，且菜籽饼肥因其缓释特性使施肥后土壤铵态氮质量分数下降速率显著低于尿素。对于土壤硝态氮，其在2024年1—3月质量分数较低，可能是因为冬季气温低，硝化细菌不活跃，硝化作用减弱导致。硝化抑制剂降低土壤硝态氮质量分数，增加土壤铵态氮质量分数，但BNI处理后土壤硝态氮质量分数在2023年8—10月显著高于其他处理，最高达281.0 mg/kg，其原因可能与生物炭改善土壤通气性，促进硝化作用有关。总体上，对于土壤pH，各施肥处理较CON处理均增加，其中BC和BNI处理增加显著（p<0.05）（表3）。对于土壤DOC，CON处理最高，且显著高于BC处理（p<0.05），BC、BNI和RS处理相较于CON处理分别降低18.3%、14.0%和6.8%。对于土壤无机氮，RS处理土壤铵态氮质量分数显著低于其他施肥处理（p<0.05），相较于CON处理，RS减少17.0%。BNI处理土壤铵态氮质量分数最高，且高出CON处理2.8%，差异不显著。除CK外各处理相较于CON均显著增加土壤硝态氮质量分数（p<0.05），BC、BNI和RS处理分别增加26.0%，72.8%和43.1%。对于土壤体积质量，除CK外，各处理间差异不显著，BC处理相较于CON处理土壤体积质量降低比率最大，达3.5%。各施肥处理间土壤含水率差异不显著，其中CON和BC处理土壤含水率较BNI和RS处理较低，分别为20.2%和20.3%。

2.2 生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖下降水量与淋溶深度关系

观测期间，各处理淋溶深度变化趋势相似，且淋溶液产生量与降水量显著相关，淋溶液主要产生于春夏多雨时期，10—12月淋溶液较少（图4a）。在各处理中，CK、BC和RS处理单次最大淋溶深度位于2024年3月，分别为71.2、66.4、22.7 mm。BNI和CON处理单次最大淋溶深度分别为65.9、48.6 mm，分别在2024年2月和2023年7月。研究结果显示，各处理淋溶系数中，BC处理的淋溶系数为24.3%，显著高于RS处理（8.3%）（p<0.05）（图4b），其原因可能与BC处理施加生物炭提高土壤孔隙度和导水率促进水分入渗，RS处理施加秸秆增强土壤保水能力且减缓水分入渗有关。

2.3 生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖对氮素淋失的影响

从图5可以看出，各处理硝态氮质量浓度水平比铵态氮质量浓度更高，且BNI处理硝态氮和总氮质量浓度在1—3月突出（图5b和图5c），高于其他处理。总体来看，各施肥处理中淋溶液铵态氮质量浓度差异不显著，其中CON处理最高（图5d），达8.0 mg/L，BC处理最低，为6.6 mg/L，BC处理较CON处理低17.5%。其余BNI和RS处理淋溶液铵态氮质量浓度较CON处理分别低5.0%和16.2%。淋溶液硝态氮质量浓度和总氮质量浓度均为BNI处理最高（图5e和图5f），分别为77.7、130.4 mg/L，显著高于其他处理（p<0.05）。CON、BC和RS处理间淋溶液中硝态氮质量浓度和总氮质量浓度差异不显著。

观测期间茶园淋溶液氮素流失量特征见图6。结果显示，茶园淋溶液氮素流失主要发生于1—9月，与降雨的主要发生时间一致。CON、BC和BNI处理铵态氮流失量在2—3、7—8月存在明显高于其他处理的峰值（图6a）。1—3月BNI处理硝态氮和总氮流失量突出，高于其他处理（图6b和图6c）。在施肥处理中，淋溶液铵态氮流失总量BC处理最高（图6d），达20.9 kg/hm²。相较于CON处理铵态氮流失总量，BNI和RS处理分别降低6.4%和54.4%，BC处理增加22.2%。BNI处理硝态氮和总氮流失量显著高于其他处理（p<0.05）（图6e和图6f）。相较于CON处理硝态氮流失总量，RS处理降低56.9%，BC和BNI处理分别增加25.5%和156.0%。相较于CON处理（116.8 kg/hm²）总氮流失总量，RS处理（65.9 kg/hm²）分别降低43.6%，BC（187.0 kg/hm²）和BNI处理（275.0 kg/hm²）分别增加60.1%和135.5%。各施肥处理过程中铵态氮流失量占总氮流失量比率为5.8%~14.6%，硝态氮流失量占总氮流失量比率为41.9%~59.6%。

2.4 生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖对磷素淋失的影响

观测期间茶园淋溶液中磷素质量浓度见图7。研究结果显示，各处理的淋溶液中磷素质量处于较低水平（图7a和图7b）。

对于可溶态总磷质量浓度（图7c），相较于CON处理，BC处理显著增加，BNI和RS显著减少（p<0.05）。对于总磷质量浓度，各施肥处理均低于CON处理并且CON处理与BNI和RS处理差异显著（p<0.05）。

研究结果显示，茶园淋溶液可溶态总磷和总磷流失主要发生于1—9月（图8a和图8b），与降雨主要发生时间一致。BC处理淋溶液可溶态总磷和总磷流失量在3月、7月和9月有明显峰值，单月可溶态总磷和总磷流失量最高分别为23.9、53.7 g/hm²。在施肥处理中，BC处理淋溶液可溶态总磷和总磷流失总量最高且显著高于其他处理，分别为69.0、201.5 g/hm²（p<0.05）（图8c）。RS处理淋溶液总磷流失量最低，且显著低于其他处理，为32.4 g/hm²（p<0.05）。相较于CON处理，对于可溶态总磷流失量BC处理提高214.8%，BNI和RS处理分别降低40.3%和59.0%；对于总磷流失量BC处理提高42.3%，BNI和RS处理总磷流失量分别降低39.1%和77.2%。各处理可溶态总磷流失量占总磷流失量比为15.17%~34.26%，说明颗粒态磷是磷素流失的主要形态。

2.5 肥料氮磷损失及应用

各处理总氮和总磷损失率见表4。BNI和BC处理总氮损失率分别为40.5%和25.8%，显著高于其他处理（p<0.05）。CON和RS处理总氮损失率分别为14.1%和5.6%，RS处理总氮损失率较CON处理低，但差异不显著。说明相较于CON处理，BNI和BC处理显著促进总氮损失，RS处理减少总氮损失。BC处理总磷损失率为0.20%，显著高于其他处理（p<0.05）。CON、BNI和RS的总磷损失率分别为0.11%、0.03%和0，BNI和RS处理总磷损失率显著低于CON处理（p<0.05）。说明相较于CON处理，BC处理显著促进总磷损失，BNI和RS处理显著降低总磷损失（p<0.05）。

各处理肥料淋失量（氮磷损失率与氮磷施肥量之积）与可减施量（CON处理与各处理肥料淋失量之差）见表5。结果显示，RS处理可减施50.8 kg/hm²氮肥；BNI和RS处理分别可减施55.3、76.1 g/hm²磷肥。BC处理氮肥和磷肥可减施量及BNI处理氮肥可减施量均为负值，说明其不能减少肥料施用。肥料减施还需要进一步结合茶树氮磷吸收，经过多年试验来验证。

2.6 茶园氮磷流失与环境因子冗余分析

将茶园淋溶液中总氮、铵态氮、硝态氮、可溶态总磷和总磷流失量作为响应变量，淋溶液总氮、铵态氮、硝态氮、可溶态总磷、总磷质量浓度、土壤pH、土壤铵态氮、土壤硝态氮、土壤DOC质量分数、降雨量和淋溶深度作为环境变量。选择RDA模型进行冗余分析见图9。结果显示，第1主轴解释度为67.2%，第2主轴解释度为16.8%。淋溶液氮素流失量与淋溶液总氮、铵态氮、硝态氮、总磷质量浓度、土壤铵态氮、DOC质量分数、降雨量和淋溶深度呈正相关，与土壤硝态氮质量分数和土壤pH呈负相关。淋溶液可溶态总磷和总磷流失量与淋溶液可溶态总磷、总磷、总氮、铵态氮、硝态氮质量浓度、土壤DOC质量分数、降雨量和淋溶深度呈正相关，与土壤硝态氮质量分数和土壤pH呈负相关。

3 讨 论

3.1 生物炭添加及秸秆覆盖对淋溶系数的影响

淋溶系数反映在同一降水条件下不同碳氮管理措施的淋溶深度和淋溶难易程度，而土壤的孔隙结构决定土壤水分的入渗过程、持水容量和动力学特征，是影响淋溶系数的关键因素^［21］。

本研究中，BC处理相较于CON处理显著提高土壤淋溶系数。其原因可能是生物炭的添加会改变土壤的原有结构，增加土壤的孔隙大小与分布^［22-23］。一方面土壤孔隙度的增加提高土壤持水容量，在降雨到来时，地表水分能够更快地入渗，减少地表径流的产生，使得BC处理相较于其他处理，土壤中降雨后留存的水量更多，增加可能发生淋溶下渗的水量基础^［24］；另一方面，生物炭与土壤结合形成团聚体，促进土壤中大孔隙的形成，增加土壤中非毛细孔隙和毛细孔隙的比例，使得土壤中的水分在重力作用下能够更快地淋溶下渗^［25-27］。本研究中RS处理相较于其他管理措施淋溶系数最小。虽然RS处理与BC处理一样能够在降雨到来时减少地表径流发生，但是RS处理秸秆覆盖能够发挥截流作用避免降雨与土壤表层直接接触并保存部分水分于覆盖层中，使水分能够缓慢横向分散减少垂直入渗量^［28］；秸秆分解后能够提高土壤中有机质质量分数，有机质含有大量的亲水基团，而且有机质能够促进土壤小孔隙的生成，提高土壤持水能力，减少淋溶下渗水量。可能是RS处理淋溶系数相较于其他管理措施最小的原因^［29］。综合而言，淋溶系数主要受到水分入渗量和土壤孔隙结构的影响。BC处理提高土壤孔隙度和非毛细孔隙占比，增大淋溶系数。RS处理通过降低水分垂直入渗量和提高土壤小孔隙占比，使淋溶系数减少。

3.2 生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖对淋溶液氮素浓度的影响

淋溶液氮磷浓度与淋溶深度是组成淋溶液氮磷流失量的直接因子。本研究中淋溶液硝态氮浓度BNI处理显著高于其他处理（p<0.05），从动态变化上（图5b）可以发现，在9月之前，BNI处理淋溶液硝态氮质量浓度与其他施肥处理差别不大，但在12月施加菜籽饼肥之后，BNI处理淋溶液硝态氮质量浓度显著高于其他处理。其原因可能是脲酶抑制剂和硝化抑制剂存在有效期，在10—12月这段淋溶“空窗期”中，硝化抑制剂和脲酶抑制剂失效后土壤中的铵态氮质量分数高，且生物炭添加改善土壤通气性，促进硝化作用，从而BNI处理淋溶液硝态氮质量浓度显著高于其他处理^［30-31］。该结果在土壤平均理化性质（表3）中得到证明。BNI处理土壤中铵态氮和硝态氮质量分数最高，且硝态氮质量分数显著高于其他处理（p<0.05）。本研究中，BC和RS处理淋溶液硝态氮质量浓度相较于CON处理有所降低，BC处理低于CON处理原因可能是生物炭存在多孔结构，并提高土壤阳离子交换量，增强土壤对硝态氮的吸附能力^［32-33］；RS处理低于CON处理的原因可能是RS处理水分存储能力强，减少土壤中水分对硝态氮的冲刷，减少了淋溶液中硝态氮的质量分数^［34］。淋溶液中硝态氮是淋溶液总氮的主要组分，淋溶液硝态氮质量浓度变化主导着淋溶液总氮质量浓度的变化，所以各处理淋溶液总氮质量浓度变化特征同淋溶液硝态氮质量浓度变化特征相似^［35］。该结果也在RDA分析（图9）中得到验证，即淋溶液总氮质量浓度和淋溶液硝态氮质量浓度在RDA分析中呈正相关。

3.3 生物炭配施硝化/脲酶抑制剂及秸秆覆盖对淋溶液磷素浓度的影响

茶园土壤呈酸性，磷素施入土壤后易与土壤中Al³⁺和Fe³⁺等金属阳离子结合从而被土壤固定，相较于氮素更难流失，所以淋溶液总磷质量浓度相较于淋溶液中氮素质量浓度更低^［36］，与本研究结果一致。本研究中，淋溶液总磷质量分数BNI和RS处理显著低于BC处理（p<0.05）。RS处理氮素淋溶液总磷质量浓度低的原因可能与RS处理氮素淋溶液总磷质量浓度较低原因一致，与RS处理持水能力强相关^［34］。BC处理总磷质量浓度高说明单独添加生物炭不能减少淋溶液中总磷的淋失，其原因可能是一方面生物炭主要通过其比表面大和孔隙多的特性对磷素进行物理吸附，而物理吸附的磷不稳定，易被淋失^［37］。另一方面，生物炭添加提高土壤孔隙度，减少地表径流增加水分入渗使BC处理淋溶系数高，土壤中磷素受到重力水的冲刷作用强，促进磷的淋失。BNI处理淋溶液总磷质量浓度显著低于BC处理，说明生物炭和硝化/脲酶抑制剂配施相较于单独施用生物炭能更好地降低淋溶液中磷素质量浓度。其原因可能是硝态氮和磷酸根同为阴离子，与土壤胶体的吸附点位存在竞争，BNI处理后土壤硝态氮质量分数高，占据土壤胶体表面更多的吸附位点，减少土壤胶体对磷素的吸附，从而降低颗粒态磷质量分数，而淋溶液中磷素流失主要形态为颗粒态磷，土壤中颗粒态磷的减少降低了淋溶液中总磷的质量浓度^{［12，38］}。

本研究中，相较于CON处理，BNI处理和BC处理总氮流失量及损失率显著增加，RS处理总氮流失量有所降低，总氮流失率显著降低，说明在对氮素的阻控方面RS处理效果更佳。相较于CON处理，BC处理总磷流失量和损失率显著增加，BNI和RS处理总磷流失量和损失率显著降低，说明在对磷素的阻控上，BNI和RS处理效果更佳。结合土壤中植物可吸收利用的养分含量上看，RS处理能够在保证茶园效益的同时减少土壤中氮磷养分的淋失。

4 结 论

1）观测期间，相较于CON处理，RS处理减少17.0%土壤铵态氮质量分数，差异显著。其他处理土壤铵态氮质量分数与CON处理差异不显著。除CK外，各处理相较于CON均显著增加土壤硝态氮质量分数，BC、BNI和RS处理分别增加26.0%，72.8%和43.1%。

2）各处理淋溶主要发生于春夏多雨时期，BC处理淋溶系数最高，为24.3%，RS处理淋溶系数最低，为8.3%。

3）BC和BNI处理淋溶系数及土壤铵态氮和硝态氮质量分数较高，导致其淋溶液总氮流失量和损失率显著高于RS处理。相较于CON处理，RS处理通过减少淋溶液产生来阻控氮素流失，淋溶液总氮流失量减少43.6%。

4）淋溶液总磷流失形态以颗粒态磷为主，BC处理因淋溶系数高使其总磷流失量和损失率显著高于CON、BNI和RS处理。相较于CON处理，BNI和RS处理通过减少颗粒态磷流失和淋溶液产生来达到阻控磷素淋失的目的，淋溶液总磷流失量分别降低39.1%和77.2%。

结合茶园土壤养分及氮磷淋失的阻控能力，RS处理是减少茶园氮磷淋失有效的管理措施。后续可以在此基础上结合茶园径流和泥沙中氮磷的流失对本研究进行扩展优化。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFD1700801)

国家自然科学基金项目(42477378)

国家自然科学基金项目(42161144002)