水稻種植模式對氮和磷流失特征的影響

周仁先

摘要[目的]研究3種水稻種植模式對氮、磷流失特征的影響。[方法]比較有機蛙稻、綠色蛙稻和常規種植3種水稻種植模式下稻田的田面水氮、磷含量特征，以及徑流、滲漏和流失特征。[結果]3種水稻種植模式下田面水中總氮和總磷含量的變化特征大體是一致的，總氮的平均含量大小順序為常規種植模式>綠色蛙稻模式>有機蛙稻模式；總磷的平均含量大小順序為有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規種植模式。總氮徑流流失負荷大小順序為綠色蛙稻模式>常規種植模式>有機蛙稻模式，以銨態氮為主；總氮滲漏流失負荷大小順序為常規種植模式>有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式，以硝態氮為主。總磷徑流流失負荷大小順序為有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規種植模式，總磷滲透流失負荷大小順序為有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規種植模式，以溶解性磷為主。[結論]有機蛙稻模式和綠色蛙稻模式可以有效控制稻田中氮、磷流失。

關鍵詞 種植模式；氮；磷；流失；徑流；滲漏

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）22-0058-03

Abstract[Objective]The research aimed to study the effects of three rice planting patterns on nitrogen and phosphorus loss characteristics.[Method]The characteristics of nitrogen and phosphorus in the paddy fields， as well as runoff， leakage and loss characteristics of rice fields under organic frog rice， green frog rice and conventional rice planting patterns were compared.[Result]The changes of total nitrogen and total phosphorus in the surface water of the three rice planting patterns were generally consistent.The order of the average content of total nitrogen was the conventional planting pattern>green frog rice pattern>organic frog rice pattern；the order of the average content of total phosphorus was organic frog rice pattern > green frog rice pattern > conventional planting pattern.The order of total nitrogen runoff loss load was green frog rice pattern>conventional planting pattern>organic frog rice pattern， with ammonium nitrogen as the main；the order of total nitrogen leakage loss load was the conventional planting pattern>organic frog rice pattern>green frog rice pattern， with nitrate nitrogen as the main.The order of total phosphorus runoff loss load was organic frog rice pattern>green frog rice pattern>conventional planting pattern. The order of total phosphorus leakage loss load was organic frog rice pattern>green frog rice pattern>conventional planting pattern， with soluble phosphorus as the main.[Conclusion]The organic frog rice pattern and the green frog rice pattern can effectively control the loss of nitrogen and phosphorus in rice fields.

Key words Planting pattern； Nitrogen； Phosphorus； Loss； Runoff； Leakage

近年來，隨著我國農業的迅速發展，化肥被大量使用，由此帶來的農業面源污染問題也越來越嚴重。化肥過量使用導致的氮、磷流失已成為我國農業面源污染的主要問題之一。水稻在種植過程中對氮的利用率僅為18%～45%，對磷的利用率也僅為25%左右，這意味著氮、磷只有一小部分被水稻吸收利用，其余的被貯存在土壤中或通過不同方式流失到環境中，造成地表水富營養化、地下水硝酸鹽嚴重污染等。有研究表明，我國有些地區的地下水硝態氮濃度已達到1 600 mg/L[1-3]。因此，傳統的農業生產方式已無法適應現代農業發展的需求。目前，我國綠色農業、有機農業和種養結合農業等模式正逐漸興起，已成為我國農業發展的新方向，大力發展綠色農業、有機農業可以從源頭控制面源污染。國內目前大多數學者只是單方面地對綠色農業和有機農業進行研究，而將有機模式、綠色模式和常規模式進行綜合研究的鮮見報道[4-5]。基于此，筆者研究了水稻種植模式的有機蛙稻模式、綠色蛙稻模式和常規種植模式對氮、磷流失特征的影響，以期為控制面源污染的相關研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗區概況 試驗選用水稻品種為華優14。試驗于2017年在野外大田進行，該地氣候類型為典型的亞熱帶潮濕型季風氣候，年均降水量1 060.6 mm，年均氣溫17.2 ℃。該試驗地質地為重壤土，土壤類型為青紫泥水稻土。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計。試驗選用有機蛙稻、綠色蛙稻和常規種植3種模式的稻田，測定氮、磷流失的特征，試驗隨機處理安排。其中，有機蛙稻模式和綠色蛙稻模式是在水稻種植的過程中放養虎紋蛙，以便控制蟲害，常規種植模式不放養蛙。有機蛙稻模式采用有機肥和有機農藥；綠色蛙稻模式采用部分有機肥和部分無機肥，并采用大部分生物農藥；常規種植模式就采用常規的無機肥和農藥。3種種植模式各選擇4個田塊，田塊均為1 200 m2。各田塊均安裝滲漏管，滲漏管管口高于表面30 cm，同時在合適的田埂安裝徑流管，用于采集徑流水。

1.2.2 樣品采集和測定。

1.2.2.1 樣品采集。在水稻種植前采集0～20 cm的耕層土壤，測定土壤理化性質；田面水和滲漏水在施肥后第2、4、6、8、10、15和20天采集，20 d后每14 d取樣1次；徑流水在降水產生徑流時采集。

1.2.2.2 樣品測定。土壤理化性質測定指標為容重、pH、總氮、總磷、總鉀、有機質、有效鉀和有效磷。水樣測定指標為總氮、總磷、銨態氮、硝態氮和溶解性磷。以上各指標均采用全自動間斷化學分析儀進行測定。

經測定，常規種植模式、綠色蛙稻模式和有機蛙稻模式的土壤中有效磷含量分別為14.42、15.12、15.85 mg/kg，有效鉀含量分別為105.12、107.85、125.23 mg/kg，其余理化性質見表1。

1.3 試驗數據分析 試驗數據采用Excel 2010和SPSS 17.0統計軟件進行。

2 結果與分析

2.1 3種水稻種植模式稻田氮素遷移特征

2.1.1 田面水中氮素遷移特征。從圖1可看出，3種水稻種植模式田面水的總氮含量均在施肥后達到高峰，并且在10 d內呈下降趨勢，以后變化較穩定。由此可知，施肥是影響田面水總氮含量變化的主要原因。3種水稻種植模式下田面水總氮含量的峰值分別為常規種植模式116.20 mg/L、有機蛙稻模式67.35 mg/L、綠色蛙稻模式45.00 mg/L。由于常規種植模式使用的是尿素，尿素中的氮可迅速釋放到田面水中，因此，總氮含量的峰值最高點出現在常規種植模式中。在整個水稻季共采集30次水樣，取平均值。結果表明，常規種植模式的總氮平均含量最高，為19.10 mg/L。若降雨量很大時可產生徑流，常規種植模式的總氮流失風險也是最高。

2.1.2 徑流水中氮素遷移特征。由圖2可知，3種水稻種植模式下總氮徑流流失負荷分別為常規種植模式12.95 kg/hm2、綠色蛙稻模式13.76 kg/hm2、有機蛙稻模式12.01 kg/hm2。綠色蛙稻模式流失負荷最高，但與常規種植模式下的流失負荷差異不顯著，而有機蛙稻模式顯著低于其他2種模式。可能是因為綠色蛙稻模式下的第1次徑流發生在施基肥后的第2天，使得總氮徑流流失負荷高；而有機蛙稻模式下的總氮徑流流失風險較低。此外，3種種植模式下的總氮徑流負荷在施氮量中占有比例分別為常規種植模式4.48%、綠色蛙稻模式4.76%、有機蛙稻模式3.59%，說明控制氮素的徑流流失可以很大程度上控制氮素流失。

2.1.3 滲漏水中氮素遷移特征。由圖3可知，3種水稻種植模式下氮素滲漏流失0.09～1.58 kg/hm2，且滲漏峰值都是出現在施肥以后。3種水稻種植模式下總氮滲漏流失負荷分別為常規種植模式6.90 kg/hm2、綠色蛙稻模式3.76 kg/hm2、有

機蛙稻模式5.68 kg/hm2，綠色蛙稻模式的總氮滲漏負荷顯著低于其他2種種植模式。此外，3種種植模式下總氮滲漏損失占施氮比例的1.20%～2.50%，遠低于總氮徑流流失負荷。

2.2 3種水稻種植模式稻田磷素遷移特征

2.2.1 田面水中磷素遷移特征。 由圖4可知，田面水總磷含量的遷移特征與總氮相似，也與施肥相關，呈現出施肥后達到最大值，之后又降低的趨勢。3種水稻種植模式下田面水總磷平均含量分別為常規種植模式0.36 mg/L、有機蛙稻模式0.79 mg/L、綠色蛙稻模式0.62 mg/L，其中有機蛙稻模式含量最高，也就是說有機蛙稻模式下磷素的徑流流失風險最高。

2.2.2 徑流水中磷素遷移特征。由圖5可知，3種水稻種植模式下總磷徑流流失負荷分別為常規種植模式0.60 kg/hm2、綠色蛙稻模式1.29 kg/hm2、有機蛙稻模式1.48 kg/hm2，有機蛙稻模式下的總磷徑流流失負荷最高，這可能是因為有機蛙稻模式下施磷量高導致的。3種水稻種植模式下，總磷徑流流失負荷占施磷量的0.68%～2.91%，且在總徑流流失負荷中，主要為溶解性磷的流失負荷。因此，田面水中的磷素主要是以溶解性磷的形式存在。

2.2.3 滲漏水中磷素遷移特征。由圖6可知，3種水稻種植模式下總磷滲漏流失0.01～0.09 kg/hm2，且有機蛙稻模式下總磷滲漏流失明顯高于其他2種模式。3種水稻種植模式下總磷滲漏流失負荷分別為常規種植模式0.25 kg/hm2、綠色蛙稻模式0.38 kg/hm2、有機蛙稻模式0.51 kg/hm2，有機蛙稻模式下的數值最大，而且3種水稻種植模式下的總磷滲漏流失1.10%、綠色蛙稻模式1.05%、有機蛙稻模式0.24%。這表明磷素下滲的比例低于在田面水中的比例。

3 結論與討論

（1）3種水稻種植模式下田面水中總氮和總磷含量的變化特征大體是一致的，總氮的平均含量大小順序為常規種植模式>綠色蛙稻模式>有機蛙稻模式；總磷的平均含量大小順序為有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規種植模式。

（2）3種水稻種植模式下總氮徑流流失負荷大小順序為綠色蛙稻模式>常規種植模式>有機蛙稻模式，以銨態氮為主；總氮滲漏流失負荷大小順序為常規種植模式>有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式，以硝態氮為主。研究表明，有機蛙稻模式和綠色蛙稻模式可有效地減少氮素的釋放[6-9]。

（3）3種水稻種植模式下總磷徑流流失負荷大小順序為有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規種植模式，總磷滲透流失負荷大小順序為有機蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規種植模式，以溶解性磷為主。研究表明，有機蛙稻模式可有效地控制磷的釋放。

（4）常規種植模式下，稻田很少施用有機蛙稻肥并很少采取秸稈還田等，造成土壤中堿解氮和有機質等水平在很大程度上受到施用化肥的影響[10-12]。綠色蛙稻模式施用的肥料為有機肥和化肥，不適用除草劑等危害性較大的農藥，嚴格執行行業的標準，該模式下的水稻較常規種植模式下的品質要好，且經濟效益也更大。有機蛙稻模式可以降低土壤的容重，增加土壤孔隙度，對土壤養分狀況具有一定的調控和改善作用。

參考文獻

[1]莫愛瓊.不同水稻種植的模式對于氮磷流失特征影響情況[J].低碳世界，2017（2）：280-281.

[2]王祥，李暉，楊嘉應，等.不同水稻種植模式對氮磷流失特征的影響分析[J].南方農業，2016，10（24）：30，33.

[3]姜萍，袁永坤，朱日恒，等.節水灌溉條件下稻田氮素徑流與滲漏流失特征研究[J].農業環境科學學報，2013，32（8）：1592-1596.

[4]胡夢甜，韓永偉，尚洪磊，等.3種水稻種植模式的減氮效應和經濟性評估[J].環境科學研究，2018，31（3）：577-584.

[5]王婧，馮乃杰.探究不同水稻種植模式對氮磷流失特征的影響[J].農村實用科技信息，2015（6）：23-24.

[6]張璐.江蘇省主要水稻種植模式對比分析[D].南京：南京農業大學，2011.

[7]柏俊.不同水稻種植模式對氮流失及產量的影響分析[J].北京農業，2015（14）：32.

[8]馬少珍.水稻不同種植模式對產量的影響[J].寧夏農林科技，2017（9）：17-18.

[9]劉建，魏亞鳳，徐少安.稻田不同種植模式水稻氮肥施用效應的研究[J].天津農學院學報，2005，12（3）：26-30.

[10]李成芳，曹湊貴，汪金平，等.稻鴨、稻魚共作生態系統中稻田田面水的N素動態變化及淋溶損失[J].環境科學學報，2008，28（10）：2125-2132.

[11]田玉華，賀發云，尹斌，等.不同氮磷配合下稻田田面水的氮磷動態變化研究[J].土壤，2006，38（6）：727-723.

[12]陳風波.水稻種植模式變遷對中國南方地區水稻產量的影響[J].新疆農墾經濟，2007（8）：6-10.