菜-稻耦合梯級消納氮磷模式研究

馮云鈺，羅龍皂，田光明

(浙江大學 環境與資源學院 環境生態工程研究所，浙江 杭州 310058)

菜-稻耦合梯級消納氮磷模式研究

馮云鈺，羅龍皂，田光明*

(浙江大學 環境與資源學院 環境生態工程研究所，浙江 杭州 310058)

菜-稻耦合；氮磷減排；產流；田面水；氮磷凈排量

農業面源污染已成為水體污染、湖泊富營養化的主要原因，嚴重影響我國的水環境質量和生態環境健康[1]。農業面源污染中，蔬菜種植帶來的污染問題越來越受到人們的關注。設施蔬菜因復種指數高、生長周期短、增收效益快等優勢成為我國迅速發展的效益農業。在實際生產中，菜農為了追求產量和更高的經濟效益，大水大肥的現象非常普遍。高強度的施肥、過量灌溉、強降雨等因素勢必導致設施蔬菜肥料利用率不高，造成氮磷等養分大量流失，增加了水體富營養化的風險[2-4]。

為了控制設施蔬菜高濃度氮磷流失帶來的水環境污染問題，近年來，國內外學者關注于設施蔬菜的水肥控制、種植制度優化、填閑作物、生態攔截、應用化學添加劑等技術的研究[4-6]。限于菜農的經濟條件和認知水平，如果缺乏一定的資金支持、技術指導和風險補償等措施，改變傳統的耕作管理方式和采用新技術難度較大。生態攔截技術如緩沖帶、人工濕地等需要一定的農田占地面積，建設和維護成本較大。章明奎等[5，7]提出的通過農業系統內部的土地利用配置(養分的源匯景觀結構)來控制農業面源污染的思路，建設和投入成本低，對于在常規水肥管理下控制設施蔬菜氮磷流失具有一定的指導意義，但關于配置關系進一步研究的報道很少。

稻田在降雨和灌溉產生農田排水的情形下會造成氮磷的徑流流失，屬于地表水環境污染的源；但另一方面，稻田相當于一個天然的濕地系統，在無農田排水產生的情況下，通過對不同氮磷形態的利用、吸附、沉積等過程降低輸入氮磷的濃度，也可被認為是地表水環境污染的匯[5，8-9]。本試驗擬通過工程設計，將設施蔬菜排出的高氮磷出水用于稻田灌溉，構建菜-稻耦合梯級消納氮磷模式，以提高養分的綜合利用效率，減少對水環境的污染負荷。在研究試驗區設施蔬菜產流規律、稻田田面水氮磷動態變化特征的基礎上，通過對不同面積匹配的菜-稻耦合模式氮磷凈排量估算，探討該耦合模式在常規水肥管理水平下實現設施蔬菜和稻田氮磷減排的可行性，并確定最佳的菜-稻耦合面積比例。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2016年4—7月在杭州市宇航夢園農業科技有限公司老虎墩蔬菜基地(30°21′57″N，119°54′19″E)內進行，該蔬菜基地位于太湖苕溪流域杭州市余杭區瓶窯鎮，西臨羅家頭村，東連張堰村，南接漕橋溪，北靠北苕溪，占地面積100 hm2。該區屬于北亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16.4 ℃，年均降雨量1 398.3 mm，降雨主要集中在6—9月。

設施蔬菜大棚主要倒茬種植葉菜類蔬菜(試驗期間種植菜心)，土壤類型為黃壤。單茬蔬菜種植周期約40 d，期間進行1次施肥(平均施用復合肥489.75 kg N·hm-2)和2次灌溉(播種時和施肥時)。稻田于2016年6月4日播種種植單季水稻，土壤為潴育水稻土。當地單季水稻常規施肥3次(基肥44%，分蘗肥28%，穗肥28%，折純為160 kg N·hm-2、73 kg P2O5·hm-2和73 kg K2O·hm-2)。土壤養分狀況見表1。

1.2 試驗設計

菜-稻耦合梯級消納氮磷模式包括2部分：一是設施蔬菜出水(包括徑流和側滲出水)氮磷收集儲存系統，二是稻田對菜地出水氮磷的利用系統。根據試驗區地形，在設施蔬菜大棚地勢較低一端構建收集池用于收集、儲存灌溉時產生的徑流水和側滲水。在稻田需水期，利用泵將收集池內的水泵入稻田灌溉。稻田在強降雨情形下產生的徑流經排水渠排入附近河流(北苕溪)下游。

表1 試驗區域設施蔬菜大棚和稻田土壤養分狀況

Table 1 Soil nutrient status of greenhouse vegetables and paddy field

土壤SoilOM/(g·kg-1)TN/(g·kg-1)TP/(g·kg-1)AN/(mg·kg-1)AP/(mg·kg-1)AK/(mg·kg-1)pHVS16.190.720.81139.9969.19299.525.50PS16.772.300.32106.6915.36304.135.78

OM，有機質；TN，全氮；TP，全磷；AN，堿解氮；AP，速效磷；AK，有效鉀；VS，菜地土；PS，水稻土。下同。

OM， Organic matter; TN， Total nitrogen; TP， Total phosphorus; AN， Available nitrogen; AP， Available phosphorus; AK， Available potassium. VS， Vegetable soil; PS， Paddy soil. The same as below.

為研究設施蔬菜產流規律，在蔬菜基地隨機選取3處試驗大棚(編號分別為GV-1、GV-2、GV-3)，確定單茬蔬菜季播種和施肥時的灌溉量、徑流量和側滲量。灌溉量是通過單位時間單個噴頭產生的水量，依據大棚的噴頭個數和灌溉時間估算得來；徑流量和側滲量是通過在大棚末端分別建立徑流池和側滲池，依據池內水深和池子尺寸計算確定。其中，在收集大棚側滲水時，本試驗摒棄大棚四周原有溝渠，緊貼大棚建立新溝渠，并在新溝渠上方用一定厚度的薄膜傾斜蓋住新溝渠，從而避開雨水的干擾。

為考查水稻種植期間單茬蔬菜季內菜-稻耦合模式氮磷減排的可行性并確定適宜的菜-稻面積比，根據設施蔬菜產流(以大棚GV-3作為試驗稻田的耦合對象)和稻田灌溉需水的實際情況，在稻田試驗區塊分別設置對照(T0，常規的河水灌溉)、1/3灌溉水用大棚出水替代(T1)、2/3灌溉水用大棚出水替代(T2)和全部灌溉水用大棚出水替代(T3)共4個處理，具體設計見表2。各處理均設置3次重復，隨機區組排列。稻田試驗小區面積1.5 m×6 m。試驗區域四周設置寬30 cm、高20 cm的保護行，試驗小區間設置寬15 cm、高20 cm的隔離田埂并采用塑料膜包被，單排單灌，以阻隔小區間的側滲與串流。根據當地常規灌溉水平，試驗期間單茬蔬菜季內對稻田試驗小區進行2次灌溉，單次灌溉量為150 L，利用設施蔬菜出水灌溉時，灌溉量不足150 L的試驗小區以河水補給灌溉(對照組即非耦合模式下的稻田灌溉水全部來自上游河水)。

表2 菜-稻耦合模式試驗處理設計

Table 2 Treatment of experimental plots

處理Treatment菜-稻面積比Arearatio灌溉量1Irrigationquantity1/L灌溉量2Irrigationquantity2/LT0—0300T11∶6100200T21∶3200100T31∶23000

灌溉量1中的水來自設施蔬菜出水，灌溉量2中的水來自河水。The water in irrigation quantity 1 was from greenhouse vegetable production， while the water in irrigation quantity 2 came from nearby river.

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 水樣的采集與分析

設施蔬菜大棚采集徑流水、側滲水和收集池(代表大棚出水)內的水以及灌溉水，稻田分別采集施肥前和施肥后第1、2、3、5、7、9天的田面水水樣。每個試驗小區選5個樣點，用50 mL醫用注射器在不擾動土層的情況下抽取田面水，注入250 mL采樣瓶中。水樣采集完后立即滴入濃硫酸2～3滴，帶回實驗室放入4 ℃冰箱冷藏并編號、待測。

水樣測定指標及測定方法包括：總氮——堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)；氨氮——水楊酸分光光度法(HJ 536—2009)；硝態氮——紫外分光光度法(HJ/T 346—2007)；總磷和溶解態磷——鉬酸銨分光光度法(GB 11893—89)。

1.3.2 土樣的采集與分析

在設施蔬菜和稻田施肥前采集0～15 cm土層土樣，將各個采樣點位的土壤混勻后四分法取約1 kg土壤代表采樣單元并做好采樣記錄。土樣帶回實驗室經風干研磨過篩后，以待測定。

土樣測定指標及測定方法包括：pH值，電位法；全氮，半微量凱氏法；堿解氮，堿解擴散法；全磷，NaOH熔融—鉬銻抗比色法；速效磷，0.05 mol·L-1HCl-0.025 mol·L-1H2SO4法；全鉀，NaOH熔融—火焰光度法；有效鉀，冷的2 mol·L-1HNO3溶液浸提—火焰光度法；有機質，重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法。

1.3.3 設施蔬菜和稻田氮磷凈排量的估算

本試驗條件下，設施蔬菜和稻田向地表水環境輸出的氮磷含量的估算公式如下：

對照(非耦合模式)氮磷凈排量=(稻田氮磷徑流流失量+菜地出水氮磷含量)-(稻田灌溉水氮磷含量+菜地灌溉水氮磷含量)；

菜-稻耦合模式氮磷凈排量=稻田氮磷徑流流失量-(菜地灌溉水氮磷含量+河水補給灌溉的氮磷含量)。

其中：稻田氮磷徑流流失量=∑(田面水氮磷平均濃度×采樣當天平均降雨量×稻田試驗小區面積×兩次采樣間隔時間)；菜地出水氮磷含量=收集池內氮磷平均濃度×稻田試驗小區來自菜地出水的灌溉量；菜地灌溉水氮磷含量=灌溉水氮磷平均濃度×(稻田試驗小區來自菜地出水的灌溉量/單茬蔬菜季設施蔬菜排水率)。

2 結果與分析

2.1 設施蔬菜產流規律

設施蔬菜單茬蔬菜季產流情況見表3。試驗期間設施蔬菜播種時的平均灌溉量為65.32 mm，施肥時的平均灌溉量為35.73 mm。由于播種時采用“一次澆透”的漫灌方式，因此設施蔬菜產流多發生在播種時的灌溉期間，平均排水率為43.39%，帶走的養分較多。施肥時由于灌溉量較小，很少發生灌水外流，流失的養分較少。單茬蔬菜季總氮(TN)平均流失量為4.97 kg·hm-2，總磷(TP)平均流失量為0.42 kg·hm-2。

該蔬菜基地農田排水不經任何有效處理，直接由農渠集中到主排水渠后排放至基地北側北苕溪中，使得設施蔬菜出水中的氮磷得不到有效利用，且增加了水環境污染的風險。設施蔬菜-稻田耦合梯級消納氮磷模式的構建便是基于以下

考慮：一方面可循環利用設施蔬菜大棚灌溉時的產流，提高氮磷利用率；另一方面通過稻田濕地消納氮磷的作用，減少設施蔬菜和稻田向地表水環境排放的氮磷負荷。

2.2 稻田田面水氮素動態變化特征

表3 設施蔬菜單茬蔬菜季產流情況

Table 3 The outflow situation of greenhouse vegetable in single crop season

大棚編號Greenhousesnumber播種期間Duringtheperiodofplanting灌溉Irrigation總量Total/mmTN/(kg·hm-2)TP/(kg·hm-2)徑流Runoff總量Total/mmTN/(kg·hm-2)TP/(kg·hm-2)側滲Lateralseepage總量Total/mmTN/(kg·hm-2)TP/(kg·hm-2)施肥期間Duringtheperiodoffertilization灌溉Irrigation總量Total/mmTN/(kg·hm-2)TP/(kg·hm-2)徑流Runoff總量Total/mmTN/(kg·hm-2)TP/(kg·hm-2)GV-141.470.700.095.571.520.1614.891.420.1832.990.660.110.050.020.004GV-241.470.700.094.922.170.1622.141.760.3831.800.640.100.050.020.005GV-3113.011.910.2411.305.400.236.302.500.0942.400.850.140.050.100.04

TN， 總氮TN, Total nitrogen圖1 田面水總氮濃度動態變化

2.3 稻田田面水磷素動態變化特征

試驗期間各處理田面水TP濃度介于0.52～5.95 mg·L-1，平均1.89 mg·L-1；溶解態磷(DP)濃度介于0.18～4.49 mg·L-1，平均1.25 mg·L-1(圖2)。

TP， 總磷； DP， 溶解態磷TP, Total phosphorus; DP, Dissolved phosphorns圖2 田面水總磷和溶解態磷濃度動態變化Fig.2 Dynamics of tatal phosphorus and dissolved phosphorus concentration in surface water under different treatments

各處理稻田田面水TP和DP濃度變化趨勢一致，隨著6月28日復合肥的施用，田面水TP和DP濃度顯著升高，并在施肥后1 d內達到峰值，之后隨著時間推移不斷下降，10 d后TP濃度下降至峰值的11.83%～28.44%，DP濃度下降至峰值的10.89%～32.18%。7月7日尿素的施用對各處理田面水TP和DP濃度影響不大。這與其他學者[15，18-20]關于稻田施肥后田面水TP和DP動態變化的研究結果基本一致。磷肥施入稻田后快速水解釋放出有效磷，使田面水磷素濃度急劇升高，之后由于植株吸收、土壤吸附、磷素淋溶等原因，致使田面水磷素濃度不斷下降[18，20]。各處理間稻田田面水中磷素濃度變化的差異不明顯。

各處理間稻田田面水氮磷濃度變化的差異并不明顯，說明菜-稻耦合梯級消納氮磷模式并沒有影響稻田田面水氮磷濃度的動態變化規律。相較于河水(TN 2.01 mg·L-1、TP 0.24 mg·L-1)灌溉，設施蔬菜出水(TN 35.41 mg·L-1、TP 5.12 mg·L-1)灌溉向稻田輸入了大量高濃度氮磷，卻對稻田田面水氮磷濃度變化影響不大，說明稻田具有消納來水中高濃度氮磷的能力，菜-稻耦合梯級消納氮磷模式有助于降低設施蔬菜氮磷流失的風險。

2.4 不同面積比的菜-稻耦合模式氮磷凈排量估算

從表4可以看出，常規施肥水平下，菜-稻耦合模式相較于非耦合情形可實現減氮控磷的目的。當菜-稻面積比為1∶3時，菜-稻耦合模式的氮磷減排效果最佳(氮磷減排比率分別為32.66%和37.72%)；當菜-稻面積比為1∶6時，菜-稻耦合模式相較于非耦合情形雖然能有效控制磷素流失(TP減排42.47%)，但對于氮素流失的控制效果不明顯；菜-稻耦合的面積比例為1∶2時，大量含高濃度氮磷的菜地出水排入稻田，超過了稻田對來水的凈化能力，在強降雨情形下稻田氮磷通過徑流流失，稻田將從水體污染的匯轉為水體污染的源，從而影響菜-稻耦合模式整體的氮磷減排效果。

表4 單茬蔬菜季菜-稻耦合模式氮磷凈排量

Table 4 Nitrogen and phosphorus emissions under different treatments during single vegetable season

處理Treatment凈排量Emission/mgTNTP減排率Mitigationrate/%TNTPT050043.064432.90——T145914.692550.428.2542.47T233696.802760.8332.6637.72T333768.003135.3532.5229.27

3 小結與討論

菜-稻耦合梯級消納氮磷模式的設計與構建基于2點：一是為了控制設施蔬菜常規水肥管理水平(大水大肥)下產生的高濃度氮磷的流失；二是利用了稻田可作為“上游”各種植模式輸出氮磷的匯的特點，從而實現氮磷的循環利用以及生態攔截的目的。

為了更好地控制農業面源污染，減少水體污染和湖泊富營養化的風險，建議利用污染的源與匯的理念，進一步開展多種土地利用方式之間(如露天菜地、茶園、苗木等與稻田等)的耦合梯級消納氮磷模式的研究，確定氮磷減排效果最佳的耦合面積比例。同時，結合水肥科學管理等研究技術，實現整個農業系統內氮磷的循環利用，有效控制氮磷流失。

[1] 高德才， 張蕾， 劉強，等. 菜地土壤氮磷污染現狀及其防控措施[J]. 湖南農業科學， 2013 (17): 51-55. GAO D C， ZHANG L， LIU Q， et al. Present status of nitrogen and phosphorus pollution in vegetable fields and its control measures[J].HunanAgriculturalSciences， 2013 (17): 51-55. (in Chinese with English abstract)

[2] 王洪嬌. 滇池流域不同農田類型徑流氮磷流失特征[D]. 昆明: 云南大學， 2013. WANG H J. Characteristics of nitrogen and phosphorus runoff losses from different farmlands in Dianchi Watershed[D]. Kunming: Yunnan University， 2013. (in Chinese with English abstract)

[3] 郭文龍，黨菊香，郭俊煒，等. 咸陽市溫室蔬菜施肥現狀調查與評價[J]. 陜西農業科學， 2009， 55(2): 123-126. GUO W L， DANG J X， GUO J W， et al. Investigation and evaluation of present situation of greenhouse vegetables fertilization in Xianyang City[J].ShaanxiJournalofAgriculturalSciences， 2009， 55(2): 123-126. (in Chinese)

[4] 單立楠， 丁能飛， 王洪才， 等. 蔬菜地面源污染生態攔截系統與效果[J]. 農業工程學報， 2013， 29(20):168-178. SHAN L N， DING N F， WANG H C， et al. Effect of ecological interception system in reducing non-point source pollution from vegetable fields[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering， 2013， 29(20): 168-178. (in Chinese with English abstract)

[5] 章明奎， 王麗平， 張慧敏. 利用農田系統中源匯型景觀組合控制面源磷污染[J]. 生態與農村環境學報， 2007， 23(3):46-50. ZHANG M K， WANG L P， ZHANG H M. Use of the spatial matching of source and sink landscapes to control non-point source P pollution in agricultural watershed[J].JournalofEcologyandRuralEnvironment， 2007， 23(3): 46-50. (in Chinese with English abstract)

[6] GUO R， ZHANG F. Influence of root zone nitrogen management and a summer catch crop on cucumber yield and soil mineral nitrogen dynamics in intensive production systems[J].PlantandSoil， 2008， 313(1):55-70.

[7] 章明奎， 張慧敏， 錢忠龍. 源匯型景觀組合控制農業面源污染的研究[J]. 浙江農業學報， 2007， 19(3):192-196. ZHANG M K， ZHANG H M， QIAN Z L. Use of the spatial matching of source and sink landscapes to control agricultural non-point source pollution[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2007， 19(3): 192-196. (in Chinese with English abstract)

[8] 張維理， 徐愛國， 冀宏杰，等. 中國農業面源污染形勢估計及控制對策 Ⅲ.中國農業面源污染控制中存在問題分析[J]. 中國農業科學， 2004， 37(7):1026-1033. ZHANG W L， XU A G， JI H J， et al. Estimation of agricultural non-point source pollution in China and the alleviating strategies Ⅲ. A review of policies and practices for agricultural non-point source pollution control in China[J].ScientiaAgriculturaSinica， 2004， 37(7): 1026-1033. (in Chinese with English abstract)

[9] 張志劍， 董亮， 朱蔭湄. 水稻田面水氮素的動態特征、模式表征及排水流失研究[J]. 環境科學學報， 2001， 21(4):475-480. ZHANG Z J， DONG L， ZHU Y M. The dynamic characteristics and modeling of nitrogen in paddy field surface water and nitrogen loss from field drainage[J].ActaScientiaeCircumstantiae， 2001， 21(4): 475-480. (in Chinese with English abstract)

[10] 俞巧鋼， 陳英旭. DMPP對稻田田面水氮素轉化及流失潛能的影響[J]. 中國環境科學， 2010， 30(9): 1274-1280. YU Q G， CHEN Y X. Influences of nitrification inhibitor 3，4-dimethylpyrazole phosphate on nitrogen transformation and potential runoff loss in rice fields[J].ChinaEnvironmentalScience， 2010， 30(9): 1274-1280. (in Chinese with English abstract)

[11] 趙冬， 顏廷梅， 喬俊， 等. 稻季田面水不同形態氮素變化及氮肥減量研究[J]. 生態環境學報， 2011， 20(4):743-749. ZHAO D， YAN T M， QIAO J， et al. Change of different nitrogen forms in surface water of rice field and reduction of nitrogen fertilizer application in rice season[J].EcologyandEnvironment， 2011， 20(4): 743-749. (in Chinese with English abstract)

[12] 葉玉適， 梁新強， 金熠， 等. 節水灌溉與控釋肥施用對稻田田面水氮素變化及徑流流失的影響[J]. 水土保持學報， 2014， 28(5): 105-112. YE Y S， LIANG X Q， JIN Y， et al. Dynamic variation and runoff loss of nitrogen in surface water of paddy field as affected by water-saving irrigation and controlled-release fertilizer application[J].JournalofSoilandWaterConservation， 2014， 28(5): 105-112. (in Chinese with English abstract)

[13] 潘圣剛， 黃勝奇， 曹湊貴， 等. 氮肥運籌對稻田田面水氮素動態變化及氮素吸收利用效率影響[J]. 農業環境科學學報， 2010， 29(5):1000-1005. PAN S G， HUANG S Q， CAO C G， et al. Effects of nitrogen management on dynamics of nitrogen in surface water from rice field and nitrogen use efficiency[J].JournalofAgro-EnvironmentScience， 2010， 29(5): 1000-1005. (in Chinese with English abstract)

[14] 王靜， 郭熙盛， 王允青， 等. 秸稈還田條件下稻田田面水不同形態氮動態變化特征研究[J]. 水利學報， 2014， 45(4): 410-418. WANG J， GUO X S， WANG Y C， et al. Study on dynamics of nitrogen in different forms in surface water of paddy field under straw return[J].JournalofHydraulicEngineering， 2014， 45(4): 410-418. (in Chinese with English abstract)

[15] 吳俊，樊劍波，何園球，等. 不同減量施肥條件下稻田田面水氮素動態變化及徑流損失研究[J]. 生態環境學報， 2012， 21(9): 1561-1566. WU J， FAN J B， HE Y Q， et al. Dynamics of nitrogen and runoff loss in ponding water of paddy field under different fertilization practices[J].EcologyandEnvironmentalSciences， 2012， 21(9): 1561-1566. (in Chinese with English abstract)

[16] 朱兆良. 農田中氮肥的損失與對策[J]. 生態環境學報， 2000， 9(1):1-6. ZHU Z L. Loss of fertilizer N from plants-soil system and the strategies and techniques for its reduction[J].SoilandEnvironmentalSciences， 2000， 9(1): 1-6. (in Chinese with English abstract)

[17] 王強. 稻田分次施氮對田面水和滲漏水中氮素變化特征的影響[D]. 杭州: 浙江大學， 2003. WANG Q. Study on the effect of N fertilizer with split application on variation characteristics of N in surface and leakage water of the paddy-field[D]. Hangzhou: Zhejiang University， 2003. (in Chinese with English abstract)

[18] 夏小江， 胡清宇， 朱利群， 等. 太湖地區稻田田面水氮磷動態特征及徑流流失研究[J]. 水土保持學報， 2011， 25(4): 21-25. XIA X J， HU Q Y， ZHU L Q， et al. Study on dynamic changes of nitrogen and phosphorus in surface water of paddy field and runoff loss in Taihu region[J].JournalofSoilandWaterConservation， 2011， 25(4): 21-25. (in Chinese with English abstract)

[19] 李瀚， 鄧歐平， 胡佳， 等. 成都平原農業廢棄物施用下稻田田面水氮磷動態變化特征[J]. 農業環境科學學報， 2015， 34(3): 485-493. LI H， DENG O P， HU J， et al. Dynamics of nitrogen and phosphorus in paddy field water under agricultural residue applications in Chengdu Plain[J].JournalofAgro-EnvironmentScience， 2015， 34(3): 485-493. (in Chinese with English abstract)

[20] 葉玉適， 梁新強， 李亮， 等. 不同水肥管理對太湖流域稻田磷素徑流和滲漏損失的影響[J]. 環境科學學報， 2015， 35(4):1125-1135. YE Y S， LIANG X Q， LI L， et al. Effects of different water and nitrogen managements on phosphorus loss via runoff and leaching from paddy fields in Taihu Lake basin[J].ActaScientiaeCircumstantiae， 2015， 35(4): 1125-1135. (in Chinese with English abstract)

(責任編輯 高 峻)

Study on greenhouse vegetables-paddy coupled mode in interception of nitrogen and phosphorus

FENG Yunyu， LUO Longzao， TIAN Guangming*

(InstitutionofEnvironmentalandEcologicalEngineering，CollegeofEnvironmental&ResourceSciences，ZhejiangUniversity，Hangzhou310058，China)

Greenhouse vegetables are prone to lager nitrogen and phosphorus loss caused by the intensive fertilization and flooding irrigation. Considering the potential capacity of paddy field which could purify the inflow， the present research on greenhouse vegetables-paddy coupled mode in nitrogen and phosphorus interception was carried out. Based on the studies of the greenhouse vegetables outflow and the dynamic characteristics of nitrogen and phosphorus concentration in the paddy field surface water， the nitrogen and phosphorus discharge of the coupled mode with different area ratios was estimated and the feasibility of nitrogen and phosphorus reduction under the coupled mode was investigated. It was shown that the water outflow of greenhouse vegetables mainly occurred during the irrigation period of planting， the average loss of nitrogen and phosphorus in a single crop season was 4.97 and 0.42 kg·hm-2， respectively. The nitrogen and phosphorus concentration in paddy field surface water were significantly influenced by fertilization. The peak concentration of total nitrogen and ammonium nitrogen occurred on the 1stand 2ndday after fertilization， and descended to a low level and became stable within 7 d. The peak concentration of nitrate nitrogen in the surface water occurred during the 3rdday to 5thday and decreased to a stable background level 9 d later. Total phosphorus and dissolved phosphorus concentration in surface water showed similar variation trends， reaching peak values on the 1stday after application of phosphate fertilizer， and getting stable within 10 d. Compared with uncoupled mode， the greenhouse vegetables-paddy coupled mode could achieve nitrogen and phosphorus interception under the conventional fertilization level， and mitigate the emission of total nitrogen and total phosphorus by 32.66% and 37.72%， respectively， when the area ratio was 1∶3.

greenhouse vegetables-paddy coupled mode; nitrogen and phosphorus reduction; outflow; surface water; net discharge of nitrogen and phosphorus

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.03.17

2016-11-08

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2014ZX07101-012)

馮云鈺(1991—)，女，四川瀘州人，碩士研究生，從事農業面源污染控制研究。E-mail：fyyxinyuan@126.com

*通信作者，田光明，E-mail: gmtian@zju.edu.cn

X52

A

1004-1524(2017)03-0469-08

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(3): 469-476

http://www.zjnyxb.cn

馮云鈺，羅龍皂，田光明. 菜-稻耦合梯級消納氮磷模式研究[J]. 浙江農業學報，2017，29(3)： 469-476.