有機肥控制稻田氮磷流失風險效果初步研究

摘要：2012年6～10月在貴州省貴陽市紅楓湖鎮大沖村進行田間試驗，通過對比分析施用有機肥與農戶習慣施用尿素和磷肥的稻田水中氮和磷濃度變化，對有機肥控制稻田氮磷流失風險效果進行初步研究。結果表明，有機肥處理（M）下稻田水中最高總氮（TN）、總磷（TP）濃度為1.35 mg/L和0.28 mg/L，農戶習慣施肥處理（CON）平均TN、TP濃度為3.26 mg/L和0.36 mg/L，同等純氮肥下施用有機肥的稻田水中TN、TP濃度分別為0.58、0.20 mg/L。可見，與農戶習慣施肥相比，施用有機肥能明顯消減稻田水中TN、TP的殘留量，可降低稻田水中氮和磷的流失風險。

關鍵詞：有機肥；農戶習慣施肥；稻田氮磷；產量；流失風險

中圖分類號：S141；S158.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）18-4328-05

“兩湖一庫”（紅楓湖、百花湖、阿哈水庫）是貴陽市的飲用水源，每天向貴陽市區提供55萬t的水，占城市用水總量的68%，被譽為貴陽市的“三口水缸”。近些年來，為了提高作物產量而大量施用化肥，造成肥料利用率下降，氮磷大量流失，導致“兩湖一庫”匯水區域農業環境面源污染。自20世紀60年代以來，施肥后稻田氮磷元素的運移規律、動態變化及流失已成為世界各國學者最重要的研究課題之一[1-4]。許多研究表明，肥料施入稻田1周內，田面水中的氮磷濃度均處于很高的水平，如遇排水則會導致大量氮磷元素的損失[5-8]。為了減少稻田氮磷的流失，一些發達國家鼓勵農民從常規種植向有機種植轉換，并提出了一種不施農藥、化肥等化學添加劑，依靠施用生物有機肥培肥土壤，采用物理、生物病蟲害防治等不會對環境造成污染的有機種植模式[9]。本研究是通過對比分析施用有機肥與農戶習慣施用尿素和磷肥稻田水中氮和磷濃度變化，對有機肥控制稻田氮磷流失風險效果進行初步研究，旨在為減少化肥施用、降低稻田排放水氮磷含量，為控制農業環境氮磷面源污染提供基礎數據和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗于2012年6月在貴州省貴陽市紅楓湖鎮大沖村進行，小區面積為16 m2（4 m×4 m），中間溝寬50 cm，田埂寬10 cm，田埂高30 cm，且用塑料薄膜相隔，獨立灌溉排水。在水稻移栽前所有肥料均作基肥一次施入，共設M1（0 kg/hm2）、M2（3 000 kg/hm2）、M3（4 500 kg/hm2）、M4（6 000 kg/hm2）、M5（7 500 kg/hm2）5個有機肥處理和農戶習慣施肥處理（CON），共計6個處理，均為干重，各處理重復3次，共18個小區（表1）。習慣施肥（CON）水稻種植為對照，其施肥量為尿素350 kg/hm2、過磷酸鈣143.7 kg/hm2，折合純氮（N）和純磷（P2O5）率分別為46%和12%。試驗所選用有機肥為微生物有機肥，其有效氮含量為4.15%，有效磷含量為1.63%，水分含量為17.06%。各個試驗小區供試水稻品種均為當地品種黔優1385，生長期從移栽到收割時間為2012年6月18日至10月19日。試驗田土壤基本理化性狀為：pH 5.69、全氮5.30 g/kg、全磷1.22 g/kg、堿解氮155.80 mg/kg、速效磷21.63 mg/kg。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 水樣的采集及測定 水樣分別在水稻的返青期、拔節期、孕穗期、抽穗期、成熟期5個時期進行采集，共采集水樣90個。水樣采回后立即加入適量的酸液，以抑制微生物的活動，并在48 h內測定。水樣總氮（TN）采用過堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB/T11894-1989）測定，總磷（TP）采用過硫酸鉀消解鉬酸銨比色法測定[10]。

1.2.2 成熟期考種計產 分別在成熟期，從每個小區中心選擇5 m2作為測產區，脫粒并曬干，風選清除雜質，先稱量風干重，用烘干法測定樣品水分含量，然后返回14%的吸濕水以計算水稻的產量。測產取樣的同時，在方形測產區由對角線取9株作為考種樣，考察水稻的產量構成。

1.3 試驗數據統計分析

所有試驗數據均采用SAS9.0統計軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 施用有機肥對水稻產量的影響

2.1.1 施用有機肥水稻產量及產量構成因素的變化 由表2可知，施用有機肥的各處理，實收產量隨著有機肥施用量的增加產量呈現先增長后下降的趨勢，且在施肥量為4 500 kg/hm2時達到最大值，這說明過量的施用肥料，水稻產量往往會降低；有機肥的種植模式下，千粒重和結實率均以M1處理0 kg/hm2施肥水平最高，M5處理7 500 kg/hm2施肥水平最低，其余幾者之間的差異沒有達到5%的顯著水平。M3處理的有效穗數、結實率分別為220.50萬穗/hm2、76.72%，略比CON處理低，但其實收產量和千粒重分別為10 722.60 kg/hm2、31.53 g，比農戶習慣施肥處理（CON）的分別高12.04%、17.91%，均達到1%的極顯著差異水平。

農戶習慣施肥處理除了在返青期時稻田水中TN含量介于各個有機施肥水平間外，在拔節期、孕穗期、抽穗期、放水期均較高；在拔節期、孕穗期、抽穗期以及成熟期（放水期），有機肥處理中最高TN濃度分別比農戶習慣施肥處理低15.79%、19.21%、12.61%和58.59%，各時期均達到1%的極顯著差異水平。到水稻成熟期，有機肥處理（M）中最高TN濃度為1.35 mg/L，比農戶習慣施肥處理（CON） 3.26 mg/L低58.59%，且達到1%的極顯著差異水平。

2.3 不同有機肥施肥處理對稻田水TP含量的影響

由表4可知，稻田水TP濃度變化在0.11～0.48 mg/L，各個施肥處理稻田水中TP含量都以返青期最高；在水稻生育各個時期，均以M1處理的稻田水TP含量最低，且均與施用有機肥的處理達到1%的極顯著差異水平；在返青期，稻田水中的TP含量在0.39～0.48 mg/L變化，但4個施肥水平間都沒有達到5%的顯著差異水平；在拔節期和孕穗期，4個施肥水平間稻田水TP含量的變化規律性不強，直到抽穗期稻田水TP含量隨著施肥量的增大而增大，在M5處理下TP含量最高，并分別與其余3個施肥處理達到1%的極顯著差異水平；在成熟期放水曬田時，稻田水TP含量也是隨著施肥量增加呈上升趨勢，但是M2、M3和M4 3個施肥處理間差異不顯著，而M5施肥處理與前3個施肥處理均達到1%的極顯著差異水平。

農戶習慣施肥處理中，在返青期，有機肥施肥處理（M）下稻田水中TP含量最大值與農戶習慣施肥處理（CON）基本相當，其余處理均小于農戶習慣施肥處理（CON）；除返青期外，有機肥施肥處理（M）稻田水中最高TP含量分別比農戶習慣施肥處理（CON）低45.65%、10.26%、10.71%和22.22%，且多數達到1%的極顯著差異水平。在水稻排水曬田時，有機肥施肥處理（M）中最高TP含量為0.28 mg/L，而農戶習慣施肥處理（CON）平均TP含量為0.36 mg/L，兩者達到1%的極顯著差異水平。

2.4 施用有機肥稻田水TN、TP含量與施N、P2O5量的關系

由圖1可知，在水稻生長的各個時期稻田水TN、TP含量是隨著有機施肥量的增加而逐漸升高的。鑒于稻田水TN、TP含量與有機施肥量之間的密切關系，故通過放水期稻田水TN、TP濃度變化與施N、P2O5量建立線性方程分別為：YN=0.004 7X-0.168 1（r=0.913 7*），YP=0.001 3X+0.112 7（r=0.955 7*），從以上方程可以得出稻田TN、TP含量與施入有機肥中的N、P2O5量均呈顯著正相關。

2.5 同等養分條件下施用有機肥對稻田水氮磷消減效應

鑒于稻田水氮、磷含量與施N、P2O5量的密切關系，要想比較不同施肥處理下稻田水氮磷排放的消減程度，需把施用的有機肥量與農戶習慣施肥量折算成等同量的純氮和純磷來進行比較。有研究表明，氮素與產量的相關系數較大，所以選擇氮素這一標準來考慮。

本試驗農戶習慣施肥處理（CON）的氮肥和磷肥設為：尿素350 kg/hm2和過磷酸鈣143.7 kg/hm2，分別折純后為161.00 kg/hm2（N）和22.95 kg/hm2（P2O5）。大田試驗數據分析結果表明，在水稻生長的放水曬田期稻田水中TN和TP含量分別為3.26 mg/L和0.36 mg/L。因為供本試驗所使用的有機肥的全氮（N）和全磷（P2O5）含量分別為4.15%和1.63%，所以具有與CON處理同等氮素肥力的有機肥量為3 878.25 kg/hm2。

由表5可知，具有與CON處理同等氮素肥力下稻田水中TN、TP濃度分別為0.58、0.20 mg/L；同時結合本文2.1.2節，在有機肥最佳施用量下放水曬田期稻田水中TN、TP濃度分別為0.71、0.21 mg/L。由此可見，無論哪種有機肥施用量下，放水曬田期稻田水中TN、TP濃度均比農戶習慣施肥處理低：①施用具有與CON處理同等氮素肥力的有機肥水稻成熟期稻田水中TN、TP濃度分別比農戶習慣施肥處理低82.21%、44.44%；②在施用最佳的有機肥量情況下水稻成熟期稻田水中TN、TP濃度分別比農戶習慣施肥處理低78.22%、41.67%。因此，施用有機肥能明顯消減稻田水中TN、TP的殘留量，能有效控制稻田水氮磷的流失，減少農田面源污染。

3 結論與討論

3.1 結論

1）試驗設置的有機肥施肥處理（M）中，以M3處理的產量最高，其實收產量為10 722.60 kg/hm2，比農戶習慣施肥處理（CON）的高12.04%，且差異達到1%的顯著水平。

2）稻田水TN濃度與有機施肥量呈顯著正相關；除返青期外，有機肥施肥處理（M）最高TN含量分別比農戶習慣施肥處理（CON）的低15.79%、19.21%、12.61%和58.59%，各時期的差異均達到極顯著水平。

3）稻田水TP含量與有機施肥量呈顯著正相關；除返青期外，有機肥施肥處理稻田水中最高TP含量分別比農戶習慣施肥處理（CON）的低45.65%、10.26%、10.71%和22.22%，且差異多數達到1%的顯著水平。

4）施用有機肥能明顯降低放水曬田期稻田水TN、TP濃度，消減稻田水中TN、TP的殘留量。

3.2 討論

施肥是農田面源污染的主要污染源之一。不同肥料對環境的污染程度不同。一般化學肥料都具有速溶性，而有機肥則具有緩效性。化肥一旦施入土壤便很快溶解。就氮肥而言，除一部分被作物吸收外，大部分以氨的揮發、流失、反硝化作用而逸失到大氣、湖泊或河流中，使得氮肥的當季利用率僅為35%。磷肥除大部分被土壤固定外，還有一部分隨水遷移到湖泊或河流中，使得磷肥的當季利用率僅為20%。稻田土壤氮磷養分流失量一般比旱地更為突出，施入稻田的氮肥和磷肥若遇大雨或暴雨則使氮磷養分隨雨水流出稻田，而徑流水中的氮磷含量與田面水中的氮磷含量的變化密切相關[11，12]。

要想控制氮磷的流失風險，其中最有效的方法之一就是施用有機肥。當然，也不是說只要施用有機肥就不怕氮磷的流失問題了，農作時要依據農作物吸收情況和土壤養分情況等來確定使用量。有機肥雖具有養分釋放緩慢的特點，但是隨著有機肥施用量的增加，稻田水體氮磷含量會隨著有機肥施用量的增加而不斷增加，同時隨著水稻的生長發育而不斷減少，這在研究結果中得到了體現，并且與金潔等[2]、王強等[6]和崔玉亭等[13]的研究結果相一致。

要確切比較施用有機肥和農戶習慣施用化肥對稻田水體氮磷的消減效應，必須是在兩種肥料同等養分投入的情況下加以比較。為此，根據氮素與產量的相關系數較大的特點，計算出了同等氮素肥力狀況下施用有機肥和農戶習慣施用化肥處理中稻田水的氮磷含量變化。比較結果表明，施用有機肥能明顯消減稻田氮磷殘留量。看來稻田施用有機肥對降低其水體中的總氮和總磷具有明顯的效果。

氮磷肥在作物產量形成過程中起著關鍵性作用，很多農民憑經驗種田，氮磷素肥料施用普遍較高，這不僅導致生產成本的增加，而且還會引起農業環境污染。施用有機肥在促進水稻生長、提高作物產量上起到明顯的作用，本試驗研究結果表明，隨著有機肥施用量的不斷增加，產量呈先上升后下降趨勢，產量與施肥量呈二次拋物線關系，最佳施肥量為4 521.75 kg/hm2，同時施用有機肥各處理中，除單位面積有效穗數略比習慣施用化肥處理低外，其余各產量構成因素均較高。原因可能是施用有機肥料能提高作物莖鞘貯藏物質轉運率，使千粒重和結實率增加，從而提高水稻單產。也有可能是磷對產量的影響較大，或是本試驗農戶習慣施肥處理中磷的施用量設計得過低等原因。這些問題都還有待于進一步研究證明。

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