水稻田中氮元素迁移规律研究

冯海涛

(西安地质调查中心，陕西西安 710054)

引言

近些年来，随着点源污染控制能力的提高，农业面源污染的严重性逐渐显现出来。水体富营养化现象是当今世界水污染治理的难题，并已成为全球最重要的环境问题之一，农业面源污染是引起水体富营养化的一个重要原因［1－4］。随着社会的发展，面源污染问题日趋严重，对人类的生产、生活造成了很大的影响，成为世界各国学者所面临的重要研究课题之一。耕地受农药、化肥污染的面积不断扩大，大量氮素进入土壤导致农产品硝酸盐、亚硝酸盐污染，大量氮素通过农田地表径流、农田排水和地下渗流等途径进入环境中，导致土壤和水体污染，河流和湖泊水质富营养化［5－7］。

我国农田氮肥的损失率，稻田为30%～70%，旱田为20%～50%［8］。氮肥的不同施用方法直接影响着作物的产量及肥料利用率，氮肥深施是提高肥效的有效措施［9－11］。氮肥损失既降低了氮肥的利用率，又导致地表水、地下水等环境污染，这些污染正严重威胁着人类的健康。水稻是我国种植面积最大、灌溉用水量最多的作物，全国种植面积达3100×104hm2。因此，研究水稻田氮素迁移规律具有十分很大的现实意义。

本文以汉中地区水稻田土壤和水中氮元素的迁移规律研究，为农田合理施肥和灌溉提供参考依据。

1 实验方案与过程

1.1 采样地点

采样地点为汉中市宗营镇水稻田，所选采样点长18m、宽度为1.45m，面积为26.1m2。

1.2 采样工具

直径为2cm、长度为18cm的硬质平口饮料吸管、卷尺、500ml容量瓶、培养皿、小刀、彩色笔、直尺、储存箱。

1.3 采样时间

采样8组，从5月5日开始，每隔两天取一次样，其中下雨后6h进行取样，施肥后6h进行取样;详见表1。分别取0－5cm、5－10cm、10－15cm不同深度的土壤样及水稻田中水样。

表1 采样时间一览表

注释:(1)是否雨后为取样前天晚上或者当天上午下雨;是否施肥为取样当天上午有过施肥。

(2)0#为土壤本底值，即水稻田土壤未插秧而且没有施肥、有一段农作物轮作的空隙时所取得的土壤样品。

1.4 测定项目及测试方法

1.4.1 土壤水解性氮

土壤水解性氮为矿质态氮和有机态氮中比较易于分解的部分，其测定结果与作物氮素吸收有较好的相关性。

(1)测定原理

水稻土壤中硝态氮含量极微，用1.2mol/L氢氧化钠(NaOH)溶液水解土壤样品，在恒温条件下使有效氮碱解转化为氨气状态，并不断地扩散逸出，由硼酸(H3BO3)吸收，再用标准盐酸滴定，计算出土壤水解性氮的含量［12］。

(2)主要仪器

扩散皿、微量滴定管、1/1000分析天平、恒温箱、玻璃棒、毛玻璃、皮筋、吸管(2ml和10ml)，腊光纸、角匙、瓷盘。

(3)主要试剂

1.2 mol/L氢氧化钠溶液、2%硼酸溶液、0.01mol/L盐酸标准溶液、定氮混合指示剂、特制胶水、硫酸亚铁。

1.4.2 水样总氮

水样总氮指水中各种形态无机和有机氮的总量，包括硝酸盐、亚硝酸盐、氨等无机氮和蛋白质、氨基、有机胺等有机氮［13］。

(1)方法原理

在60℃以上水溶液中，过硫酸钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，在氢氧化钠的碱性介质中可促进分解完全。分解出的原子态氧在120～124℃条件下，可使水样中含氮化合物的氮元素转化为硝酸盐，且此过程中有机物同时被氧化分解，可用紫外分光光度法分别测定吸光度A220和A275。

(2)主要仪器

DU650单光束扫描型紫外分光光度计(美国贝克曼公司);AE－240电子天平(瑞士梅特勒公司); YX280B手提式不锈钢蒸汽消毒器(上海三申医疗器械有限公司);TDGC2－2调压器(浙江飞泰电器股份有限公司);25mL具塞玻璃磨口比色管。

(3)主要试剂

硝酸钾标准储备液(100.0mg/L);硝酸钾标准使用液(10.0mg/L);4%(W/V)硼酸溶液;3.5%(W/V)氯化钠溶液;(1+9)V/V盐酸溶液;碱性过硫酸钾溶液;实验用水为无氨水(MILLI－Q超纯水－电阻率为18.2MΩ·cm，美国密里博公司)。

2 实验结果与分析

2.1 土壤水解性氮

(1)测定结果

水稻田土壤中水溶性氮含量测定结果见表2。

表2 水稻田土壤中水溶性氮含量测定结果

(2)数据分析

不同深度土壤中水溶性氮含量变化曲线见图1。

图1 不同深度土壤中水溶性氮含量变化曲线图

①土壤中水溶性氮含量在垂向上含量变化趋势为增加;在0－10cm深度之间含量变化不显著，在10－15cm深度之间含量变化相对较大。

②在0－10cm深度之间土壤中水溶性氮含量随时间的变化幅度不大，受降雨和施肥的影响相对不大。

③在10－15cm深度之间土壤中水溶性氮含量随时间和外界条件的变化而变化，施肥后土壤中氮元素的含量相对较高。

2.2 水样中总氮

(1)测定结果

水稻田水中氮元素含量见表3。

表3 水稻田水中氮元素含量

(2)数据分析

水稻田水中氮含量变化曲线见图2。

图2 水稻田中氮含量变化图

水稻田施用尿素，施肥当天水中氮含量均为较高值，施肥过后，水稻田水中氮含量逐渐降低;降雨后水样中氮含量均为较低值，持续至下次施肥前均处于较低值，降雨雨水对水稻田中氮含量有稀释作用。

3 总结

(1)水稻根部深度在0－10cm之间，水稻田土壤中水溶性氮含量在深度0－10cm之间变化不明显，受施肥和降雨天气的影响不大;施肥后，深度10－15cm之间土壤中水溶性氮含量较高，为水稻生长储备了营养。

(2)水稻田水中氮含量受降雨和施肥等因素的影响变化比较显著，施肥后水样中氮元素含量迅速增大;当遇到降雨后，水样中氮元素含量迅速降低，持续至下次施肥前。

(3)建议施肥前关注天气变化，如果将遇到下雨天气，选择推迟施肥，减少化肥的损失率，同时避免氮元素流失，污染环境。

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