撒施液体复合肥后不同蓄水深度的水分管理对稻田养分流失潜力的影响

冯国禄，李书迪，许尤厚，杨 斌

(钦州学院，广西 钦州 535011)

我国湖泊富营养化的水体已占63.6%，农业主产区的太湖、巢湖、滇池等地，其水质的总氮、总磷含量相比20世纪80年代大幅增长。农田地表径流所流失的氮、磷成为我国南方农业面源污染和河湖水质富营养物质污染的主要来源[1]。

氮、磷肥施入土壤后，由于施肥、排灌水方式不当等被作物吸收利用分别占其施肥量的30%～35%和15%～25%[2]。目前水稻田的养分流失现象相当普遍，已经对水体环境质量产生了巨大的威胁。陆地生态系统的氮、磷大量输入是导致湖泊富营养化的重要因素，而降雨地表径流及地下排水径流也是农业非点源污染的主要排放形式。随着社会持续发展，粮食需求巨增，水体富营养化还有进一步恶化趋势，水体富营养化易导致生态系统崩溃和物种灭绝，这已成为构建和谐社会、建设生态良好型社会中亟待解决的核心水污染问题[3-4]。地表径流的氮主要包括颗粒态氮和溶解态氮，其中溶解态氮以铵态氮、硝态氮为主。

控制排水是从源头上控制氮、磷流失的重要方式，主要措施包括两方面，第一是控制排水时间，对于雨量大且持续时间长，应延缓降雨期间稻田直接向田沟排水时间，有利于增加稻田面水深度，降低因降雨击溅侵蚀和化学侵蚀而进入地表水中颗粒态和可溶态氮、磷的数量[5]，对于刚施肥的稻田效果尤其明显。第二，增加雨后涝水在排水沟中的滞留时间，有利于发挥排水沟湿地功能，促使水中悬移质或颗粒态的氮、磷沉淀下渗，降低氮、磷的排放浓度，减轻氮、磷污染附近水体[6]。采取“零排放”水分管理模式，即在水稻的整个生育期内只灌水不排水的稻田水分管理技术[7]。张志剑等[8]采用的“零排放”水分管理模式，其试验中一季水稻田的溶解态磷(DP)、净排放负荷分别降到了负值，稻田由输出磷素的“源”转而成为截流磷素的“汇”。“零排放”水分管理模式为减少稻田氮、磷流失提供了新的思路。Takede等[9]研究表明，在流域系统中，氮、磷的流出负荷随着年降水量的增多呈近似线性增长规律，随滞水时间延长而减小，且呈前几天急剧下降，之后逐渐趋于定值甚至随时间延长成为负值，即流域成为氮、磷的“汇”。

国内外对农田土壤氮、磷形态与转化过程研究较多，而施用液体复合肥和基于滞水时间控制的春耕稻田水分管理方面的研究报道却相对较少，因此，开展施肥及水分管理对春耕稻田氮、磷养分流失特征的影响，对控制氮、磷流失，保护环境具有较好的科学意义。本文拟通过控制排水技术，撒施液体复合肥作为春耕的基肥，研究不同深度蓄水的水分管理对我国南方稻田田面水中氮、磷养分流失潜力的影响，旨在为我国水稻灌排模式的发展提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在广西钦州市农业科学研究所进行，地处北纬20°53′至22°42′，东经107°27′至109°56′之间，年平均气温为22℃，年平均降水量1 600 mm。供试土壤为水稻土，其基本理化性状为：有机质18.5 g/kg，全氮0.95 g/kg，全磷(P)0.87 g/kg，全钾(K)3.4 g/kg，水解性氮195 mg/kg，有效磷(P)50.1 mg/kg，速效钾(K)97 mg/kg，pH值6.34。供试肥料为液体复合肥。

1.2 试验设计

本研究于2015年4月中旬进行春耕试验。试验设3个不同深度水分管理处理，即稻田水层深度分别为3、6和9 cm，用符号H3、H6和H9表示，设3个重复。以市售的液体复合肥作为春插面肥，其养分含量比例为N∶P2O5∶K2O=3∶1∶1，施肥量为750 kg/hm2。各处理小区面积为18 m2，小区随机区组排列，小区间土埂用塑料薄膜包裹(入土0.45 m)，单排单灌。其他管理措施基本一致。设3个蓄水深度处理，是为了防止施肥春耕后强降雨等引起田面水径流的发生。试验地所在的钦州地区，通常人为地提高排水堰高度和控制滞水时间，以减少春耕稻田田面水中养分流失。

1.3 样品采集

模拟春耕时将肥料施入大田与土壤耕作层混合均匀以提高肥效的方法，于施肥处理完成后的第0、1、3、5、7、9 d，分别从模拟小区稻田中采水样带回实验室，立即测定各项指标的含量。

1.4 数据分析与处理

采用瞬时绝对流失量ΔQi=A×Ci×Xi进行数据处理，式中A为小区稻田面积(m2)，Ci为各采样时间(D)各指标的浓度(mg/L)，Xi为蓄水高度(m)。由于小区面积A一样，H6和H9的蓄水深度分别是H3的2和3倍。假定在各采样时间点小区稻田田面水中短时内迅速全部排干，H3的相对流失量为ΔQi=Ci×Xi，而H6的相对流失量为ΔQi=2Ci×Xi，H9的相对流失量则为ΔQi=3Ci×Xi。设H3的相对流失量为ΔQi=Ci，则H6和H9的相对流失量为ΔQi=2Ci和ΔQi=3Ci，以此来分析田面水中的各指标的相对流失潜力。所有数据均通过SPSS 19进行T检验和相对标准偏差分析。各指标的相对流失量数据为3个重复数据的平均值。

2 结果与分析

图1 稻田田面水中的相对流失潜力动态

图2 稻田田面水中的相对流失潜力动态

2.3 总磷相对流失量动态分析

由图3可见，H6和H9处理于第1～3 d，田面水中总磷相对流失量分别达105.88和118.29 mg，处于较高水平；第3 d后呈下降趋势，但下降的幅度不大。H3的总磷相对流失量呈缓慢上升，至第1 d和第3 d后达峰值，分别为50.11和50.57 mg；以后则缓慢下降至第5 d的较低相对流失量水平。因此，将H3处理滞水至第5 d后排水，可有效减少总磷的排放。

图3 稻田田面水中总磷的相对流失潜力动态

2.4 总氮相对流失量动态分析

由图4可见，H6、H9和H33个处理田面水总氮的相对流失量，于第1 d达峰值，分别为521.64、372.06、293.12 mg；之后迅速下降至第3 d的较低水平。但总体上呈H6>H9>H3。因此，将H3和H9滞水至第5 d或第7 d排水，可有效减少田面水中总氮的排放。

图4 稻田田面水中总氮的相对流失潜力动态

3 结论与讨论

采用室外微区模拟稻田春耕施肥试验，在3、6和9 cm 3个不同蓄水深度处理田面水氮、磷浓度变化与土壤中氮、磷的流失密切相关[11]。稻田春耕后滞水缓排技术，可以减排春耕稻田随排(退)水迁移流失的氮、磷污染物，有效减轻春季农业非点源污染[12]。基肥施入后8 d内田面水中的总氮、总磷含量呈现明显衰减，并于施肥后第8 d趋于稳定，处于较低水平[13]。春耕稻田撒施固体复合肥，在蓄水5～6 cm的前提下，于第5 d或第7 d排水，减排降污效果显著；第5 d排水，相比第3 d排水，可减少排放总氮21.22%～55.41%、总磷67.67%～83.70%[11]。提高排水堰高度，虽然田面水总氮、总磷的浓度有所降低，但并不能降低其潜在流失量。控水滞排至第5～7 d后，田面水中总氮和总磷的流失量较少。从排水方式看，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，模拟稻田田面水中总氮、总磷的流失量总体上可分别减少33.33%～50.00%、34.48%～50.00%[14]。

[1] 丁孟，杨仁斌，冯国禄,等.微区模拟控排水条件下田面水氮磷流失特征及其减排效能研究[J].江西农业学报,2010,22(5):122-124.

[2] 朱兆良.稻田土壤中氮素的转化与氮肥的合理施用[J].化学通报,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.

[4] 张志剑,王兆德,姚菊祥,等.水文因素影响稻田氮磷流失的研究进展[J].生态环境,2007,16(6):1789-1794.

[5] 闫百兴,邓伟,汤洁.松嫩平原西部稻田回归水中污染物的输出规律[J].上海环境科学,2002,21(10):583-588.

[6] 张荣社,周琪,张建,等.潜流构造湿地去除农田排水中氮的研究[J].环境科学,2003,24(1):113-116.

[7] Zhang Z J,Zhang J Y,He R,et al.Phosphorus interception in floodwater of paddy field during the rice growing season in TaiHu lake besin[J].Environmental Pollution,2007,145:524-433.

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[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] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法 (第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002.

[11] 冯国禄，杨仁斌，丁孟，等.模拟稻田中氮磷的变化特征及其降污潜力分析[J].生态环境学报,2010,19(7):1636-1641.

[12] 廖海玉.稻田田面水中氮磷时空分布及其控水减排效能研究[D].长沙：湖南农业大学,2011.

[13] 王秀娟,朱建强,姚佳佳,等.施肥后稻田田面水的养分变化特征[J].长江大学学报(自然科学版),2013,6:1-5.

[14] 冯国禄.减排降污控制稻田面源污染物排放总量的技术研究[D].长沙:湖南农业大学,2011.