水稻田滲漏對農田生態環境的影響及監測、調控方法研究

周艷文等

摘 要：水稻田的滲漏對水稻的產量有顯著影響，同時還會引發土壤養分淋失，造成水體的污染，因此，在農業生產過程中，應加強對水稻田滲漏的調控。該文分析了水稻田滲漏對農田生態系統的影響，介紹了水稻田滲漏量的常用測定方法，并對水稻田滲漏的改善措施提出了合理化建議，以期達到水稻田增產、節肥、控污的目的。

關鍵詞：水稻田滲漏；養分流失；調控；農田生態系統

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）11-70-04

Abstract：Leakage of paddy field which has significant effect on rice yield caused water pollution through soil nutrient leaching. Therefore，we should strengthen the control of leakage of paddy field in the process of agricultural production. Firstly，this paper discusses the influence of paddies leakage in farmland ecosystems. Secondly，introduces the regulation control measures and the commonly detection methods of paddies leakage. Finally，puts forward the rationalization proposal for improving the characteristics of paddies leakage in this paper in order to improve yield，economize fertilizer，and decrease water pollution.

Key words：Paddy leakage；Nutrient leaching；Regulation control measures；Farmland ecosystems

水稻田土壤一般都具有滲漏特性，它主要受土壤條件、耕作施肥和田間管理措施等多重因素的影響[1]。豐產水稻研究表明，適宜的滲漏量，為灌一次水能保持3～5d，這樣不僅不會造成過多的養分流失，還能使土壤環境得到有效更新，有利于水稻的生長發育[2]。此外，水稻田滲漏量的大小還直接影響農田氮磷養分的淋溶損失[3]。因此，水稻田滲漏量的監測、研究具有重要的生態和經濟意義。監測水稻田的滲漏量，是制訂合理水肥管理措施的前提，對于土壤養分的保持和水體環境質量的保護均具有十分重要的意義。本文主要分析了水稻田滲漏對農田生態系統的影響，并提出了幾種水稻田滲漏量的測定方法及調控措施，以期對我國的水稻生產和農田生態環境保護提供參考。

1 滲漏對農田生態系統的影響

1.1 滲漏對土壤氧化還原電位的影響 土壤Eh值是指土壤中物質之間進行氧化還原反應時所產生的電位值，可以作為水稻土壤通氣性的衡量指標，能夠在一定程度上反映土壤水分狀況及其肥力水平。適宜的Eh值表明土壤具有良好的通氣狀態，土壤中氧含量適中，有利于水稻的生長發育。周明耀[4]等研究表明，水稻田的滲漏作用可將水中的溶解氧帶入土壤中，水稻田土壤的氧含量與其滲漏能力呈正相關，因此，水稻田滲漏量越大，其土壤Eh值越高?？咎锸撬旧a中一項重要的農業措施，通過烤田措施可使水稻田土壤通透性加強，增加水稻田的排水量，提高稻田土壤Eh值，有利于土壤中還原性物質的氧化，優化土壤的氧化還原狀態，有利于水稻的生長發育[4-6]。

1.2 滲漏對土壤肥力流失的影響 施用氮肥是提高農作物產量的重要措施，但我國水稻田的氮肥利用率普遍較低，一般僅為20%～40%[7]。施入農田的氮肥通過各種途徑損失，其中氮素的滲漏淋失是土壤氮素損失的重要原因[8]。土壤無機態氮包括銨態氮和硝態氮，其中銨態氮由于容易被土壤吸附固定，不易向下層土壤遷移，而主要分布在0～30cm，在土壤底層滲漏水中濃度較低；而硝態氮易隨土壤水淋溶，在土壤底層滲漏水中的濃度是銨態氮的3～6倍，是氮素滲漏淋失的主要形態[9-10]。金潔[11]等研究發現，土壤滲漏水中氮含量隨施氮量的增加而增加，施用過量氮肥可顯著增加氮素的淋溶損失；氮素的滲漏高峰主要發生在每次施肥后的7d內，因此施肥期應避開暴雨期以減輕氮肥的淋溶損失。

1.3 滲漏對生態環境的影響 土壤滲漏損失的氮是造成地下水氮素富集的重要原因之一。農田土壤氮素，尤其是硝態氮容易隨土壤水滲漏進入地下水中導致地下水硝酸鹽污染[12]。金潔[13]研究發現，當季硝態氮的滲漏量雖然沒有誘發當季地下水中硝態氮濃度的超標，但氮素的淋失是一個持續的過程，并且地下水的流動性較弱，容易導致地下水中氮素隨著時間的延長不斷累積，從而導致地下水的硝酸鹽含量超標，引發肥料對地下水的污染。袁新民[14]等的研究也表明，過量施用氮肥可顯著增加土壤滲漏水中氮素的濃度，造成大量氮肥的淋溶損失，加劇地下水的硝態氮污染。據張維理[15]等研究報道，我國京、津、唐半數以上地區的地下水硝酸鹽含量超過了飲用水標準（NO3--N≤10mg/L）。此外，如果水稻田灌溉量過大、灌溉方法和灌溉技術不當，同樣會引起土壤灌溉水的大量滲漏，提高地下水位，引發土壤次生鹽漬化，產生生態危害[16-17]。

1.4 滲漏對作物生長及產量的影響 水稻田滲漏情況可以間接影響水稻的生長發育狀況。孟維忠[18]等研究發現，當水稻田的土壤滲漏量過大時，土壤就會發生漏水漏肥現象，使水稻正常生長所需要的養分隨滲漏水大量淋失，導致水稻營養不良繼而影響水稻產量；而稻田土壤滲漏量過小則會導致土壤中還原性有毒物質的累積，導致土壤環境惡化，同樣造成水稻減產。因此，水稻田土壤滲漏量過大或過小均不利于作物生長，情況嚴重時可導致作物減產，甚至絕產。中國科學院南京土壤研究所在太湖流域開展的豐產水稻研究表明，豐產的水稻田應該有一個適宜的滲漏量，適宜的稻田滲漏量可以為稻田土壤提供充足的氧含量，有利于作物根系生長和土壤微生物的活動，從而促進水稻生長，獲得較高的產量[19]。

2 滲漏量的有關調控措施

2.1 采用深松耕制度，增加稻田土壤滲漏量，改良土壤環境 長期進行麥、稻連作會導致土壤犁底層增厚、土壤板結等問題，從而導致土壤通氣性變差，土壤的滲漏量減小，進而影響水稻的產量。針對這種板結的土壤，曹曉利[20]等認為可采用深松耕的方法改良土壤滲透性，增加稻田土壤的滲漏量，提高水稻根際土壤含氧量，從而為水稻根系發育創造良好的土壤環境。曹曉利等通過對比研究發現，深松耕作比常規耕作水稻增產7.5%，因此，采用深松耕制度可以增加稻田土壤滲漏量，改良土壤環境，從而提高水稻產量。然而，李志芳[21]等研究認為，耕作制度的改良只能在短期內提高土壤的滲透能力，因為土壤的滲漏量在作物生長期間呈明顯的下降趨勢，因此，要從根本上解決土壤板結問題，只能依靠長期保護性耕作，同時增施有機肥，改善土壤的理化性狀，保護土壤生物的生存空間和活動通道，從而改善稻田土壤的滲漏性。

2.2 設置適宜排水溝，降低地下水位，增加稻田滲漏量 土壤質地粘重的水稻田，其滲漏能力一般較差，導致排水不暢，稻田土壤長期處于淹水或過濕狀態，容易導致地表水與地下水相連形成內澇，嚴重影響作物的生長發育。降低地下水位，增加水田的滲漏量，是改變這些地區內澇現狀的根本措施。因此，在農田管理措施中，可以挖掘適宜的溝渠來降低水稻田地下水位，增加水稻田的滲漏量，改善水稻田土壤過濕狀況。例如，孟維忠[18]等在遼寧東港市灌區水稻田上設置了不同溝距的排水溝渠，發現溝距為40m時，田塊的土壤水分狀況最佳，能充分協調土壤水、肥、氣、熱，并在一定程度上減少土壤中有毒物質的生成，促進水稻的正常生長，從而獲得了最佳產量。

2.3 采用水稻控制灌溉技術，減少滲漏量及肥力流失 水稻控制灌溉又稱水稻調虧灌溉，是指稻苗移栽后，田面保持5～25mm薄層水返青活苗，在返青以后的各個生育階段田面不再保留灌溉水層，具體灌水時間和灌溉定額由根層土壤的含水量決定[22]。此外，水稻節水灌溉技術還包括“薄、淺、濕、曬”灌溉技術、“淺濕”灌溉技術、“淺濕間歇”灌溉技術、“薄露”灌溉技術、間歇灌溉技術等[23]。相關研究發現，因地制宜地采用適合的節水灌溉技術，可以降低水稻田滲漏量，減少肥料和根層細顆粒土壤的流失，從而有效地保持土壤肥力，并減少氮素對地下水的污染[24-25]。因此，節水灌溉技術是一項既有生態環境效益，又有經濟效益和社會效益的灌溉技術。

2.4 采用優化施肥措施，降低肥料滲漏淋失，改善農田生態環境 目前，中國是世界上最大的化肥使用國，但我國化肥利用率過低，大量的氮素在土壤中富集并隨滲漏水淋失，引發地下水的硝酸鹽污染。減量化施肥等優化施肥措施能有效提高養分利用效率，從根本上減少肥料的淋失，減輕養分滲漏對地下水的污染。例如，張剛[26]等在太湖地區進行了稻田化肥減量研究，結果發現氮肥用量減少22%時，可減少32.3%的氮素滲漏損失，并且不影響作物的產量，是一種值得推廣的施肥方式。此外，施用有機肥是一種重要的優化施肥措施。長期的土地耕作會大量分解土壤有機質，造成土地質量退化，影響耕作層“水-氣”平衡，繼而影響作物的生長，造成作物減產。熊國華[27]等研究發現，施用有機肥顯著增加了土壤有機質含量和土壤團聚體結構，提高了土壤的總孔隙度，增強了土壤必需的滲水和保水保肥能力，能夠有效降低肥料滲漏淋失，改善農田生態環境。

3 滲漏量的測定

3.1 應用平衡模型和動力學模型測定水田滲漏量 目前，國內外關于水稻田土壤水的滲漏模型有很多，其中較為常見的有平衡模型和動力學模型，前者相對簡單，后者較為復雜[3]。土壤中向上的水流和非飽和流在應用平衡模型測定土壤水滲漏量時一般不作考慮，而在動力學模型中則作為重要的模擬參數。平衡模型計算公式為：氮素淋失量=水分滲漏量×對應土層硝態氮濃度，這種方法一般用來驗證動力學模型和估算農田氮素淋失，是一種比較簡單的稻田養分滲漏損失計算方法[28]。動力學模型計算結果相較平衡模型而言，雖然計算過程機理比較復雜，并且需要大量的田間實測數據驗證分析，在實際中應用較為困難，但是動力學模型計算的氮素淋失和水分滲漏更加符合實際情況，它在定量評價水氮資源利用效率和優化水肥管理等方面具有不可替代的應用[29]。

3.2 利用大型稱重式蒸滲儀、時域反射儀和張力計測定水田滲漏量 田間蒸滲儀[30]是一種模擬大田生長環境的原位土壤滲漏量的大型測定裝置，一般置于地下，它能夠在給定三維邊界的情況下測定土體的水分轉化，用來測定正在生長著的作物的蒸發蒸騰量或裸土蒸發量（如圖1）。田間蒸滲儀所測土體為原狀土壤，土體的滲漏水經蒸滲儀下部承接，借助精確的稱重設備來測定土體內含水量的變化，通過定期讀取土體水分變化量、降水量及滲漏量等數據，即可獲得該段時期內土壤水的滲漏量。

在蒸滲儀內置的土體內不同深度可以同時布設水銀柱讀數張力計和時域反射儀（TDR），用來每天定時測定1次各層土壤的土壤水吸力和體積含水量。這樣就可以通過式（1）計算某土層在一個較短時段內的水分滲漏量。這種測定方法的主要問題是易受降雨的影響，但在降水次數少及降水量不大的情況下會取得令人滿意的監測數據[31]。

3.3 水田滲漏儀和測筒法測定水田滲漏量 土壤水的垂直滲漏可使用水田滲漏儀（如圖2）進行測定[3]。該儀器的測定裝置部分為一無底的圓筒，測定時將其垂直壓入位于水面以下的土層，在不考慮側滲的條件下，圓筒內水分垂直下滲，下滲的水量由浮在水面的測定管內的水分補給，因此測定管內水柱的移動量即等于圓筒內水分的垂直下滲量。測定過程中保持測定管水平浮在水面，且一端連通大氣以保證圓筒外水層靜水壓與圓筒內靜水壓相等，排除圓筒內存在側滲的可能。采用本方法測定水稻田滲漏量時為保證測定結果的可靠性，必須要進行多次的重復測定，并且觀測點要均勻分布全田，一般667m2大小的田塊重復次數不應低于12～16次。

測筒法[4]，指將有底測筒與無底測筒同時垂直壓入土層中，兩者每天損耗水量之差值即為水稻田滲漏量。一般來講，采用測筒法測定水稻田滲漏量時會發生破損現象，出現側滲問題，導致所測得滲漏量普遍低于水田滲漏儀的測定值。因此，兩者測定方法一般以水田滲漏儀的測定結果為準。

土壤水滲漏量除上文介紹的幾種測定方法外，還有多種方法，如大型原狀土柱滲漏計法、室內模擬法等，這些方法在監測土壤滲漏量時各具有優缺點，因此，在實際測定稻田土壤滲漏量過程中需要綜合考慮各方面的因素，選取最佳測定方法以保證監測數據的可靠性。

4 結論

土壤肥力是土壤對作物生長的支持能力，土壤的滲水能力是構成土壤肥力的一個重要因素。當土壤滲水能力較差時，稻田面水會在地面迅速積累并形成地表徑流，導致徑流損失，且容易引發澇害；當土壤滲水強烈時，土壤水滲漏加劇，既降低了灌溉水的利用率又會造成土壤養分的淋溶損失，同時污染地下水資源；當土壤滲水能力適宜時，土壤具有優良的理化性質，既可以提高灌溉水的利用效率，又能夠有效避免養分的滲漏損失，具有適宜的滲水能力，土壤保水保肥能力最佳，是作物營養元素得到有效利用的保障。

綜上所述，土壤滲漏水是農田生態系統養分循環的重要參數之一，滲漏水中的養分含量、養分遷移及養分滯留對水稻產量、肥料淋溶損失、生態環境等具有重要意義。田間滲水能力受土壤表面植被、土壤耕作方式以及土壤質地等多重因素的影響，是土壤肥力的一種重要構成和表現形式。在農業生產或相關研究中，根據土壤類型選取合適的調控措施調節水稻田的滲透特性，配合優化施肥，才能實現農業的可持續發展，實現農業生產生態效益、經濟效益和社會效益的統一。

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（責編：張宏民）