再生水灌溉调控对氮素渗漏流失影响及增产效应

(1.南京林业大学，江苏 南京 210000；2.江苏大学农业工程学院，江苏 镇江 212000)

氮素是植物生长的重要营养来源，主要由根系从土壤中吸收获得。土壤中氮的淋溶、硝化、反硝化、挥发等一系列生化反应能够改变土壤的氮素结构和分布特征，进而影响土壤的有效氮含量，改变土壤的供氮能力。研究表明：水和氮是影响水稻生长的主要胁迫因子，在水稻生长发育过程中起着至关重要的作用。大量研究表明，水和肥具有耦合效应，氮素供应不足会限制水分的增产作用,水分供应不协调也会使氮素资源浪费，引起硝态氮的淋失,有可能污染地下水。再生水可以作为一种肥源，在灌溉的同时提供氮肥，可以有效降低化肥使用量，从而降低农村面源污染。但不合理的灌溉会导致土壤盐渍化、地下水污染等问题。此外，再生水中的重金属会随灌溉进入稻田，导致土壤重金属含量过高，可能会影响作物生长，并随食物链累积至人体，危害人体健康。目前再生水灌溉研究大多集中于少量再生水滴灌条件下对蔬菜的品质影响和短期再生水灌溉条件下土壤的综合能力评价，但对于大量再生水连续灌溉条件下氮素淋失的评价较少。因此，本文利用再生水连续灌溉水稻研究氮素淋失产生的地下水污染，为再生水灌溉提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年在浙江省永康市舟山镇试验基地内的水稻试区进行，该试验区位于浙江省中部丘陵地区，属于典型的亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛。土壤为砂黏土，全磷、全氮、铵态氮和硝酸盐氮氮质量分数分别为34.400mg/kg、128.000mg/kg、10.742mg/kg和3.173mg/kg，有机质质量分数为1.97%，pH值为5.56。

1.2 试验设计

试验采用大田实验，试验设计3种灌溉方式分别为低水位灌溉W1、中水位灌溉W2、高水位灌溉W3，3种灌溉水源分别为污水厂常规工艺处理尾水R1、污水厂改良A2O工艺处理尾水R2、河道清水R3，共计9个灌溉处理方式，每个灌溉处理方式设置3个重复区，共计27个小区。试验小区采用智能化灌溉系统，通过3座简易潜水泵提水灌溉，灌溉时由远传水表测定每个小区的各次灌水量，出水口采用D75可调节式出水阀，试验小区布置见图1。浙江省金华永康市舟山镇集镇区已建有1座纳管人数为4500人、设计规模为400m3/d的生活污水处理站，为本项目的农村生活污水水源，处理工艺采用二级生物处理工艺(一级处理为常规工艺，二级处理采用改良A2O工艺)，出水水质达到《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》(GB 2092-2007)和《城市污水再生回灌农田安全技术规范》(GB/T 22103-2008)要求，具体情况见表1。各个生育期严格控水，水位下降至下限即进行补水，若遇暴雨超过蓄雨上限即进行排水。田间水位控制标准见表2。

表1 灌溉水质平均指标情况

表2 水稻水位控制标准 单位：mm

图1 田间小区布置

水稻供试品种为单季水稻嘉优中科13-1，该品种属单季籼粳杂交稻，植株较矮，株型较紧凑，长势繁茂，分蘖能力强，剑叶短，无芒，着粒密，二次灌浆明显，生长整齐一致，后期青秆黄熟，转色较好。目前已在多个地区推广。

1.3 测定内容与方法

2 结果与分析

2.1 灌溉水质氮素变化规律

表3 不同水源水稻各生育期灌溉水铵态氮量 单位：g/hm2

表4 不同水源水稻各生育期灌溉水硝态氮量 单位：g/hm2

2.2 地下渗漏水铵态氮变化规律

图2 不同生育阶段地下排水硝态氮变化

2.3 地下渗漏水硝态氮变化规律

图3 不同生育阶段地下排水硝态氮变化

2.4 不同水源地下氮素流失与增产效应

表5 不同水源水稻各生育期铵态氮淋失量 单位：g/hm2

表6 不同水源水稻各生育期硝态氮淋失量 单位：g/hm2

图4 不同水源水稻氮素淋失量及产量情况

3 结论与建议

a.与清水对照相比，再生水可以减少稻田地下排水硝态氮量，提高水稻产量，但也会增加铵态氮流失风险。综合比较，R2组水稻不仅较R3组水稻增产12.6%，而且硝态氮负荷减少86.8%，而铵态氮负荷减少19.3%。因此，使用污水厂改进工艺处理的再生水灌溉有较好的经济效益和环境效益。

b.在整个水稻生长发育期，氮素淋失集中在分蘖期和拔节孕穗期，其中两个时期铵态氮负荷占总负荷的49.1%～69.9%，硝态氮占总负荷的42.3%～73.6%。因此，水稻稻田地下水污染的关键时期是分蘖期和拔节孕穗期，应尽量减排、少排，防止大量氮素流失。

c.再生水灌溉条件下水稻在各个生长发育阶段地下排水中氮素形式均以铵态氮为主，而河道清水以硝态氮为主，说明再生水灌溉条件下地下排水是铵态氮流失的主要途径之一，且由于本次试验灌溉模式为漫灌模式，提高了蓄雨上限，试验期间地表排水少，所以稻田氮素流失以淋溶损失为主。

d.再生水可以增加水稻产量，但由于本次试验时间有限，未能开展长期灌溉下土壤重金属含量变化的研究，且由于各地污水厂处理工艺之间的差异，再生水灌溉对稻田的影响还有待进一步研究。