撒施液體復合肥后不同蓄水深度的水分管理對稻田養分流失潛力的影響

馮國祿，李書迪，許尤厚，楊 斌

(欽州學院，廣西 欽州 535011)

我國湖泊富營養化的水體已占63.6%，農業主產區的太湖、巢湖、滇池等地，其水質的總氮、總磷含量相比20世紀80年代大幅增長。農田地表徑流所流失的氮、磷成為我國南方農業面源污染和河湖水質富營養物質污染的主要來源[1]。

氮、磷肥施入土壤后，由于施肥、排灌水方式不當等被作物吸收利用分別占其施肥量的30%～35%和15%～25%[2]。目前水稻田的養分流失現象相當普遍，已經對水體環境質量產生了巨大的威脅。陸地生態系統的氮、磷大量輸入是導致湖泊富營養化的重要因素，而降雨地表徑流及地下排水徑流也是農業非點源污染的主要排放形式。隨著社會持續發展，糧食需求巨增，水體富營養化還有進一步惡化趨勢，水體富營養化易導致生態系統崩潰和物種滅絕，這已成為構建和諧社會、建設生態良好型社會中亟待解決的核心水污染問題[3-4]。地表徑流的氮主要包括顆粒態氮和溶解態氮，其中溶解態氮以銨態氮、硝態氮為主。

控制排水是從源頭上控制氮、磷流失的重要方式，主要措施包括兩方面，第一是控制排水時間，對于雨量大且持續時間長，應延緩降雨期間稻田直接向田溝排水時間，有利于增加稻田面水深度，降低因降雨擊濺侵蝕和化學侵蝕而進入地表水中顆粒態和可溶態氮、磷的數量[5]，對于剛施肥的稻田效果尤其明顯。第二，增加雨后澇水在排水溝中的滯留時間，有利于發揮排水溝濕地功能，促使水中懸移質或顆粒態的氮、磷沉淀下滲，降低氮、磷的排放濃度，減輕氮、磷污染附近水體[6]。采取“零排放”水分管理模式，即在水稻的整個生育期內只灌水不排水的稻田水分管理技術[7]。張志劍等[8]采用的“零排放”水分管理模式，其試驗中一季水稻田的溶解態磷(DP)、凈排放負荷分別降到了負值，稻田由輸出磷素的“源”轉而成為截流磷素的“匯”?！傲闩欧拧彼止芾砟Ｊ綖闇p少稻田氮、磷流失提供了新的思路。Takede等[9]研究表明，在流域系統中，氮、磷的流出負荷隨著年降水量的增多呈近似線性增長規律，隨滯水時間延長而減小，且呈前幾天急劇下降，之后逐漸趨于定值甚至隨時間延長成為負值，即流域成為氮、磷的“匯”。

國內外對農田土壤氮、磷形態與轉化過程研究較多，而施用液體復合肥和基于滯水時間控制的春耕稻田水分管理方面的研究報道卻相對較少，因此，開展施肥及水分管理對春耕稻田氮、磷養分流失特征的影響，對控制氮、磷流失，保護環境具有較好的科學意義。本文擬通過控制排水技術，撒施液體復合肥作為春耕的基肥，研究不同深度蓄水的水分管理對我國南方稻田田面水中氮、磷養分流失潛力的影響，旨在為我國水稻灌排模式的發展提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在廣西欽州市農業科學研究所進行，地處北緯20°53′至22°42′，東經107°27′至109°56′之間，年平均氣溫為22℃，年平均降水量1 600 mm。供試土壤為水稻土，其基本理化性狀為：有機質18.5 g/kg，全氮0.95 g/kg，全磷(P)0.87 g/kg，全鉀(K)3.4 g/kg，水解性氮195 mg/kg，有效磷(P)50.1 mg/kg，速效鉀(K)97 mg/kg，pH值6.34。供試肥料為液體復合肥。

1.2 試驗設計

本研究于2015年4月中旬進行春耕試驗。試驗設3個不同深度水分管理處理，即稻田水層深度分別為3、6和9 cm，用符號H3、H6和H9表示，設3個重復。以市售的液體復合肥作為春插面肥，其養分含量比例為N∶P2O5∶K2O=3∶1∶1，施肥量為750 kg/hm2。各處理小區面積為18 m2，小區隨機區組排列，小區間土埂用塑料薄膜包裹(入土0.45 m)，單排單灌。其他管理措施基本一致。設3個蓄水深度處理，是為了防止施肥春耕后強降雨等引起田面水徑流的發生。試驗地所在的欽州地區，通常人為地提高排水堰高度和控制滯水時間，以減少春耕稻田田面水中養分流失。

1.3 樣品采集

模擬春耕時將肥料施入大田與土壤耕作層混合均勻以提高肥效的方法，于施肥處理完成后的第0、1、3、5、7、9 d，分別從模擬小區稻田中采水樣帶回實驗室，立即測定各項指標的含量。

1.4 數據分析與處理

采用瞬時絕對流失量ΔQi=A×Ci×Xi進行數據處理，式中A為小區稻田面積(m2)，Ci為各采樣時間(D)各指標的濃度(mg/L)，Xi為蓄水高度(m)。由于小區面積A一樣，H6和H9的蓄水深度分別是H3的2和3倍。假定在各采樣時間點小區稻田田面水中短時內迅速全部排干，H3的相對流失量為ΔQi=Ci×Xi，而H6的相對流失量為ΔQi=2Ci×Xi，H9的相對流失量則為ΔQi=3Ci×Xi。設H3的相對流失量為ΔQi=Ci，則H6和H9的相對流失量為ΔQi=2Ci和ΔQi=3Ci，以此來分析田面水中的各指標的相對流失潛力。所有數據均通過SPSS 19進行T檢驗和相對標準偏差分析。各指標的相對流失量數據為3個重復數據的平均值。

2 結果與分析

圖1 稻田田面水中的相對流失潛力動態

圖2 稻田田面水中的相對流失潛力動態

2.3 總磷相對流失量動態分析

由圖3可見，H6和H9處理于第1～3 d，田面水中總磷相對流失量分別達105.88和118.29 mg，處于較高水平；第3 d后呈下降趨勢，但下降的幅度不大。H3的總磷相對流失量呈緩慢上升，至第1 d和第3 d后達峰值，分別為50.11和50.57 mg；以后則緩慢下降至第5 d的較低相對流失量水平。因此，將H3處理滯水至第5 d后排水，可有效減少總磷的排放。

圖3 稻田田面水中總磷的相對流失潛力動態

2.4 總氮相對流失量動態分析

由圖4可見，H6、H9和H33個處理田面水總氮的相對流失量，于第1 d達峰值，分別為521.64、372.06、293.12 mg；之后迅速下降至第3 d的較低水平。但總體上呈H6>H9>H3。因此，將H3和H9滯水至第5 d或第7 d排水，可有效減少田面水中總氮的排放。

圖4 稻田田面水中總氮的相對流失潛力動態

3 結論與討論

采用室外微區模擬稻田春耕施肥試驗，在3、6和9 cm 3個不同蓄水深度處理田面水氮、磷濃度變化與土壤中氮、磷的流失密切相關[11]。稻田春耕后滯水緩排技術，可以減排春耕稻田隨排(退)水遷移流失的氮、磷污染物，有效減輕春季農業非點源污染[12]。基肥施入后8 d內田面水中的總氮、總磷含量呈現明顯衰減，并于施肥后第8 d趨于穩定，處于較低水平[13]。春耕稻田撒施固體復合肥，在蓄水5～6 cm的前提下，于第5 d或第7 d排水，減排降污效果顯著；第5 d排水，相比第3 d排水，可減少排放總氮21.22%～55.41%、總磷67.67%～83.70%[11]。提高排水堰高度，雖然田面水總氮、總磷的濃度有所降低，但并不能降低其潛在流失量。控水滯排至第5～7 d后，田面水中總氮和總磷的流失量較少。從排水方式看，土壤耕整后先采取控水至9或6 cm的深度,然后再排水至3 cm的控水深度的排水方式，模擬稻田田面水中總氮、總磷的流失量總體上可分別減少33.33%～50.00%、34.48%～50.00%[14]。

[1] 丁孟，楊仁斌，馮國祿,等.微區模擬控排水條件下田面水氮磷流失特征及其減排效能研究[J].江西農業學報,2010,22(5):122-124.

[2] 朱兆良.稻田土壤中氮素的轉化與氮肥的合理施用[J].化學通報,1994,(9):15-17.

[3] Tilman D,Fargione J,Wolff B,et al.Forecasting agriculturally driven global environmental change[J].Science,2011,292:281-284.

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[5] 閆百興,鄧偉,湯潔.松嫩平原西部稻田回歸水中污染物的輸出規律[J].上海環境科學,2002,21(10):583-588.

[6] 張榮社,周琪,張建,等.潛流構造濕地去除農田排水中氮的研究[J].環境科學,2003,24(1):113-116.

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[8] 張志劍,朱蔭泥,王兆德.受水漿管理措施影響的水田磷素流失特征與規律[C].北京：中國環境科學學會,全國土壤污染控制修復與鹽土改良技術交流會,中國環境科學學會,2006.288-292.

[9] Takede I,Fukushima A.Long term changes in pollutant load outflows and purification function in a paddy field watershed using a circular irrigation system[J].Water Research,2006,40:569-578.

[10] 國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法 (第四版)[M].北京:中國環境科學出版社,2002.

[11] 馮國祿，楊仁斌，丁孟，等.模擬稻田中氮磷的變化特征及其降污潛力分析[J].生態環境學報,2010,19(7):1636-1641.

[12] 廖海玉.稻田田面水中氮磷時空分布及其控水減排效能研究[D].長沙：湖南農業大學,2011.

[13] 王秀娟,朱建強,姚佳佳,等.施肥后稻田田面水的養分變化特征[J].長江大學學報(自然科學版),2013,6:1-5.

[14] 馮國祿.減排降污控制稻田面源污染物排放總量的技術研究[D].長沙:湖南農業大學,2011.