化肥减氮配施对洞庭湖区双季稻产量和田面水氮磷流失风险的影响

袁沛 周旋 杨威,3 尹凌洁 靳拓,5 彭建伟 荣湘民 田昌,*

化肥减氮配施对洞庭湖区双季稻产量和田面水氮磷流失风险的影响

袁沛1周旋2,*杨威1,3尹凌洁4靳拓1,5彭建伟1荣湘民1田昌1,*

(1湖南农业大学 资源学院/土肥高效利用国家工程研究中心，长沙 410128；2湖南省农业科学院 土壤肥料研究所，长沙 410125；3湖南生物机电职业技术学院，长沙 410127；4湖南省农情研究分析中心，长沙 410005；5农业农村部农业生态与资源保护总站，北京 100125;*通信联系人，email: zhouxuan_123@126.com；chtian12@126.com)

【目的】探究化学氮肥减量配施稳定水稻产量，提高氮肥利用率，减少氮磷流失风险，为洞庭湖双季稻区化肥减量施用提供科学依据。【方法】采用大田小区试验，设置不施氮肥(CK)、常规施肥(CF)、减氮20%配施硼硅肥(0.8CF+B/Si)、有机肥替代20%化学氮肥(0.8CF+0.2OM)、有机肥替代20%化学氮肥配施氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+N-serve)、有机肥替代20%化学氮肥配施硼硅肥和氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve)共6个处理，研究化肥减氮配施对双季稻产量、氮肥利用率和田面水氮磷流失风险的影响。【结果】有机肥替代处理早稻产量较CF均有一定下降，而晚稻产量提高2.02%～5.03%。田面水中总氮、铵态氮、硝态氮浓度随着氮肥施用量的增加而上升，氮素流失风险也增大。与CF处理相比，化肥减氮配施处理早晚稻季田面水总氮、铵态氮和硝态氮浓度分别降低8.08%～35.05%、5.88%～34.22%和5.02%～18.06%，有效降低田面水氮素流失风险，其中以0.8CF+0.2OM+N-serve处理效果最好。施氮肥后一周是氮素流失的高风险时期，随后各处理田面水氮素浓度差异变小且流失风险降低。不施氮肥处理的早、晚稻田面水磷素浓度低于其他处理，而配施硼硅肥处理高于其他处理，田面水中磷素的流失风险增大。此外，配施有机肥、氮肥增效剂对磷素减排效果不明显。施磷肥后9 d左右是磷素流失的关键时期，之后各处理磷素浓度趋于一致且变化平稳。【结论】有机肥替代氮肥对双季稻增产存在一定滞后性；氮肥增效剂与有机肥同时施用会削弱其延缓氮肥转化的效果，影响养分吸收。化肥减氮配施是降低双季稻田面水氮素流失的有效方法，但配施硼硅肥会提高田面水磷素含量，应根据田间水肥管理酌情施用。

水稻；肥料配施；减氮；产量；田面水；氮磷流失

据国家统计局2022年数据，我国粮食已连续7年稳定在1.3万亿斤以上，虽然粮食丰产，但农业面源污染却在不断加剧，成为制约农村生态环境建设、经济发展的主要原因。我国是化肥消耗大国，肥料用量持续高速增长。但化肥的不合理施用导致肥料利用率降低，大量养分流失进入水体，污染区域生态环境。张富林等[1]研究认为，稻田面源污染的直接来源是田面水中氮、磷。因此，掌握田面水氮磷动态特征是防控稻田氮磷污染的重要前提条件之一。

化肥用量直接影响田面水中氮磷的含量，过量施肥极易增加氮磷流失风险[1]。通过优化施肥量和改变肥料种类，可有效减少稻田氮素径流损失[2]。李娟等[3]研究发现，施肥后一周内是田面水氮素流失的关键时期，通过减量施肥可降低田面水氮素含量。随着施氮量的增加，田面水中氮浓度也会提高，尤其是总氮和铵态氮的含量明显上升[4]。王强等[5]研究表明，不同氮肥类型和用量会直接影响田面水中铵态氮的含量；缓控释肥和化肥减量后一次性施用不会增加稻田氮素径流风险。综上所述，氮肥施用急需确定一个兼顾粮食安全与环境安全的平衡点，其核心是确定农田适宜施氮量与其合理施用方法，这也是从源头控制氮素污染的有效手段[6]。

李娟等[3]的研究表明，减氮20%能有效减少稻田氮素径流和渗漏损失，还能保障水稻产量及提高氮肥利用率。此外，许多学者从田间水肥管理、耕作方式和新型肥料开发等方面对稻田农业面源污染进行研究[7]。有机肥施用能有效促进农田作物生产和保护耕地质量，但存在增产效应较低和生产成本增加的劣势。肥料增效剂能减少养分损失，促进作物对养分的吸收，提高肥料利用率，减少施肥量，降低成本，减轻环境污染[8]。硅肥与氮肥配施可促进水稻生长，提高其产量和氮肥利用率，提高水稻光能利用率，以及增强水稻抗逆性等[9-10]。硼则能促进水稻生长，促进繁殖器官的正常发育[11]。因此，合理施用氮肥以及肥料优化配施有利于保障农作物的产量，提高氮肥利用率，同时减轻氮素损失及其对环境的污染[12-13]。

目前，关于化学氮肥与肥料增效剂、有机肥、硅肥、硼肥单独配施的研究较多，但复合配施鲜有报道。本研究以洞庭湖区双季稻田为研究对象，研究化学氮肥与氮肥增效剂、有机肥、硅肥和硼肥的配施对水稻产量、氮肥利用率和田面水氮磷流失风险的影响，以期为水稻优质高效生产，减少化学氮肥投入和损失，改善农村生态环境，实现农业可持续发展提供科学依据。

图1 2018年试验地温度与降水量

Fig. 1. Temperature and precipitation at the test site in 2018.

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2018年4―11月在湖南省益阳市赫山区龙光桥镇新月村进行。该区属于中亚热带向北亚热带过渡的季风湿润性气候，年均气温16.9℃，年无霜期272 d，年日照1553.7 h，年雨量1432.8 mm。供试土壤理化性质：全氮2.24 g/kg，全磷0.29 g/kg，全钾7.63 g/kg，有机质39.62 g/kg，碱解氮168.00 mg/kg，有效磷18.5 mg/kg，速效钾186.93 mg/kg。

1.2 供试材料

供试水稻品种：湘早籼45号(早稻)和玉针香(晚稻)。供试肥料：普通尿素(N：46%)、钙镁磷肥(P2O5：12%)和氯化钾(K2O：60%)；强湘牌有机肥(含有机质47%，N 2.26%，P2O52.33%，K2O 1.14%，湖南省湘晖农业技术开发有限公司生产)；硅肥(硅酸钠，有效硅21%)；硼肥(有效硼15%，由长沙绿霸肥料有限公司生产)。

1.3 试验设计

早、晚稻各设置6个施肥处理。早稻处理1：不施氮肥(CK)；处理2：常规施肥(CF)，纯N 150 kg/hm2；处理3：减氮20%配施硼硅肥(0.8CF+B/Si)，纯N 120 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2；处理4：有机肥代替20%化学氮肥(0.8CF+0.2OM)，纯N 120 kg/hm2，有机肥30 kg/hm2(折合纯氮)；处理5：有机肥代替20%化学氮肥配施氮肥增效剂(0.8CF+ 0.2OM+N-serve)，纯N 120 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氢醌2.4 kg/hm2，双氰胺5 kg/hm2，有机肥30 kg/hm2(折合纯氮)；处理6：有机肥替代20%化学氮肥配施硼硅肥+氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+B/Si+ N-serve)，纯N 120 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氢醌2.4 kg/hm2，双氰胺5 kg/hm2，有机肥30 kg/hm2(折合纯氮)。各处理的磷钾肥总量一致：折合P2O575 kg/hm2，折合K2O 120 kg/hm2。晚稻处理1：不施氮肥(CK)；处理2：常规施肥(CF)，纯N 180 kg/hm2；处理3：减20%化学氮肥配施硼、硅肥(0.8CF+B/Si)，纯N 144 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2；处理4：有机肥代替20%化学氮肥(0.8CF+0.2OM)，纯N 144 kg/hm2，有机肥36 kg/hm2(折合纯氮)；处理5：有机肥代替20%化学氮肥配施氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+N-serve)，纯N 144 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氢醌2.88 kg/hm2，双氰胺6 kg/hm2，有机肥36 kg/hm2(折合纯氮)；处理6：有机肥代替20%化学氮肥配施硼硅肥+氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve)，纯N 144 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氢醌2.88 kg/hm2，双氰胺6 kg/hm2，有机肥36 kg/hm2(折合纯氮)。各处理的磷钾肥总量一致：折合P2O545 kg/hm2，折合K2O 120 kg/hm2。硼肥、硅肥、双氰胺、氢醌、氨基酸肥料、有机肥均是与基肥混匀后一起基施。氮肥为尿素，钾肥为氯化钾，均按基肥∶分蘖肥为6∶4的比例施用；磷肥全部用作基肥。

各处理分别设置3次重复，采用随机区组排列，小区面积为50 m2，插植密度为20 cm × 20 cm，区组内土壤肥力要求一致，试验小区四周筑小田埂，并用塑料薄膜包覆，各小区单独排灌，防止肥、水相互渗透。插秧前保持1～2 cm浅水，插秧后2～3 d灌水保持3～4 cm，维持7 d左右，后维持2～3 cm水层2周左右促分蘖，待每蔸水稻的分蘖数达15～20个时，停止灌水、开始晒田，晒田3～5 d后再上新水，保水2～3 d，再放水落干，保持干湿交替。水稻孕穗期间保持水层3～5 cm，抽穗期间保持水层2～3 cm，灌浆结实期后进行干湿交替间歇灌溉，进入黄熟阶段排水落干。早稻于4月18日施基肥，次日移栽，4月28日追肥，7月13日收获；晚稻于7月20日施基肥，次日移栽，7月30日追肥，11月3日收获。其他按常规方式管理进行。

1.4 采样与分析

水稻移栽后第1、2、3、5、7、9天和追肥后第1、2、3、5、7、9、11、13、15、19天取田面水样，采样时用100 mL医用注射器抽取田面水，取样时不扰动水层，按对角线取样，每个小区取5个点，取田面水300 mL，测定田面水总氮、硝态氮、铵态氮、总磷、水溶性总磷含量。

总氮(TN)：用碱性过硫酸钾消解后，采用紫外分光光度法测定；硝态氮(NO3−-N)和铵态氮(NH4+-N)：水样经0.45 µm滤膜过滤后，采用全自动间断化学分析仪(Smart 200)测定。

总磷(TP)：用5%过硫酸钾消解后，采用钼锑抗比色法测定；水溶性总磷(DTP)：水样经0.45 µm滤膜过滤后用5%过硫酸钾消解，采用钼锑抗比色法测定；颗粒磷(PP)=总磷(TP)−水溶性总磷(DTP)。

氮肥吸收利用率(NRE，%)=(施氮区地上部植株吸氮量−空白区地上部植株吸氮量)/施氮量×100；

氮肥偏生产力(NPFP，kg/kg)=施氮处理产量/施氮量；

氮肥农学利用率(NAE，kg/kg)=(施氮区产量−空白区产量)/施氮量。

1.5 统计分析

采用Microsoft Excel 201 6和SPSS 17.0数据分析软件进行统计分析，处理间差异显著性分析采用最小显著差数(LSD)检验法。

2 结果与分析

2.1 双季稻产量和氮肥利用率

由表1可知，CK处理稻谷产量显著低于施氮肥处理。早稻季以CF处理稻谷产量最高，为7775.9 kg/hm2；0.8CF+B/Si处理略低(7710.7 kg/hm2)。0.8CF+B/Si稻谷产量显著高于0.8CF+0.2OM和0.8CF+0.2OM+N-serve处理。晚稻季以0.8CF+B/Si处理稻谷产量最高，为6562.8 kg/hm2；0.8CF+0.2OM处理略低(6468.1 kg/hm2)。相比于CF，化肥减氮处理晚稻产量均有提高，增幅分别为2.09%～5.18%，以配施硼硅肥增产效果较好。

早稻季化肥减氮处理氮肥吸收利用率较CF处理提高6.84%～38.01%，处理间差异不显著；晚稻季化肥减氮处理较CF处理提高7.16%～51.01%，0.8CF+B/Si显著高于其他施氮肥处理。早稻氮肥偏生产力以0.8CF+B/Si处理最高，达显著水平；0.8CF+B/Si和0.8CF+0.2OM+N-serve较CF分别提高23.92%和10.17%；晚稻化肥减氮处理比CF处理均显著提高23.83%～50.87%。早、晚稻各施氮处理间氮肥农学利用率无显著差异，化肥减氮处理普遍降低。

图2 双季稻田面水总氮浓度变化

Fig. 2. Changes in total nitrogen(TN) concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

2.2 双季稻田面水氮浓度

2.2.1 总氮

如图2所示，早稻施氮处理田面水总氮浓度于施基肥后第1天达到顶峰，其中CF的总氮浓度最高，为34.01 mg/L；其次为0.8CF+0.2OM，为33.94 mg/L，施氮处理较CF降低0.22%～17.26%；施追肥前各处理总氮浓度持续下降。施基肥后的前5 d，CF田面水总氮浓度高于其他处理；施基肥后第7天，0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve处理的田面水总氮浓度高于CF。施基肥后第1天和施追肥当天，田面水总氮浓度最高，各处理施追肥后总氮浓度峰值普遍低于施基肥后。

表1 双季稻产量和氮肥料利用率

数据后标相同小写字母者表示差异未达0.05显著水平。CK、CF、0.8CF+B/Si、0.8CF+0.2OM、0.8CF+0.2OM+N-serve、0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve分别表示不施氮肥、常规施肥、减氮20%配施硼硅肥、有机肥代替20%化学氮肥、有机肥代替20%化学氮肥配施氮肥增效剂、有机肥替代20%化学氮肥配施硼硅肥+氮肥增效剂。

Data followed by the common lowercase letter indicate no significant difference at 0.05 level. CK, CF, 0.8CF+B/Si, 0.8CF+0.2OM, 0.8CF+0.2OM+N-serve, 0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve represent no nitrogen fertilizer, conventional fertilizer, 20% nitrogen reduction with borosilicate fertilizer, 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer, 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer with nitrogen synergist, 20% fertilizer combined with borosilicate fertilizer and nitrogen synergist, respectively.

晚稻施基肥后，施氮处理田面水总氮浓度在施基肥后第1天达到顶峰，其中CF处理最高，为50.83 mg/L；其次是0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve，为44.41 mg/L。追肥前各处理总氮浓度不断下降；施基肥后的前7 d，CF的田面水总氮浓度一直高于其他处理，施基肥后第9天，各施氮肥处理田面水总氮浓度达到最低；施基肥后第1天，化肥减氮处理田面水总氮较CF降低12.64%～31.65%。各施氮肥处理田面水总氮浓度于追肥当天达到第二个峰值，较CF提高6.54% ～30.98%，之后逐渐降低；至第21天，田面水总氮浓度达到最低。

2.2.2 铵态氮

如图3所示，早、晚稻田面水铵态氮浓度的变化趋势与总氮浓度变化基本一致。早稻施氮处理田面水铵态氮浓度峰值出现在基肥后第2天，化肥减氮处理较CF铵态氮浓度降低4.14%～14.21%。施基肥后第7天，0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve处理田面水铵态氮浓度高于CF。施追肥当天，0.8CF+B/Si和0.8CF+0.2OM田面水铵态氮浓度出现第二次峰值，其峰值分别为25.79 mg/L、24.35 mg/L；施追肥第2天，CF、0.8CF+ 0.2OM+N-serve和0.8CF+0.2OM+B/ Si+N-serve出现第二次峰值，浓度分别为26.14 mg/L、21.37 mg/L和24.78 mg/L，追肥后第2天化肥减氮处理较CF低5.06%、7.52%、18.25%和5.23%，峰值后铵态氮浓度开始下降，至施追肥后第21天平稳。

图3 双季稻田面水铵态氮浓度变化

Fig. 3. Changes of NH4+-N concentration in surface water of double-cropping paddy fields.

晚稻施氮处理田面水铵态氮浓度峰值出现在施基肥后第1～2天，浓度为26.52 mg/L～ 39.94 mg/L；施基肥后7 d内，CF铵态氮浓度高于其他处理；第9天达到最低值。施追肥当天，CF、0.8CF+0.2OM、0.8CF+0.2OM+N-serve、0.8CF+ 0.2OM+B/Si+N-serve铵态氮浓度出现第二次峰值(20.30～41.61 mg/L)，施追肥后第1天0.8CF+B/Si铵态氮浓度出现第二次峰值，为24.83 mg/L，峰值后铵态氮浓度逐渐下降，至第21天达到平稳。

图4 双季稻田面水硝态氮浓度变化

Fig. 4. Changes of NO3−-N concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

图5 双季稻田面水总磷浓度变化

Fig. 5. Changes of total phosphorus(TP) concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

2.2.3 硝态氮

如图4所示，早晚稻各处理硝态氮浓度在施肥后第1天最低，监测期内呈上升趋势；施肥后第2天，CF田面水硝态氮浓度高于化肥减氮处理，CF增速最快。早稻施基肥后第16天(施追肥后第7天)，各处理田面水硝态氮浓度增幅减小，因此施基肥和追肥后一周是硝态氮浓度升高的关键时期。晚稻各处理田面水硝态氮在整个取样期内浓度均未达到平稳时期，硝态氮浓度上升的趋势依然明显，晚稻田面水硝态氮流失的时间要长于早稻。

2.3 双季稻田面水总磷浓度

2.3.1 总磷

如图5所示，早稻在施肥后当天，各处理田面水总磷出现峰值，为0.46 ～2.30 mg/L，随后逐渐下降；施肥后第5天，各处理总磷含量较接近(0.24 ～0.48 mg/L)；施肥后3 d内，0.8CF+B/Si、0.8CF+ 0.2OM+B/Si+N-serve总磷浓度高于其他处理，至施肥后第9天趋于平稳。晚稻田面水总磷浓度变化规律与早稻一致，施肥后第7天各处理的总磷浓度较为接近(0.11～0.18 mg/L)，至施肥后第9天总磷浓度趋于平稳。

2.3.2 颗粒磷

如图6所示，早稻各处理田面水颗粒磷浓度在施肥后当天出现峰值，施氮处理田面水颗粒磷浓度均在1.00 mg/L以上，随后逐渐下降；施肥后3 d内，0.8CF+B/Si、0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve处理田面水颗粒磷浓度高于其他处理；施肥后第9天，各处理田面水颗粒磷浓度趋于平稳。晚稻0.8CF+0.2OM田面水颗粒磷浓度于施肥后第1天出现峰值，其余处理于施肥后当天出现峰值，之后颗粒磷浓度逐渐下降，各处理峰值浓度为0.11～0.24 mg/L。峰值后颗粒磷浓度逐渐下降，施肥后3天内0.8CF+B/Si、0.8CF+0.2OM+ B/Si+N-serve处理的颗粒态磷浓度高于其他处理，施肥后第9天各处理田面水颗粒磷浓度趋于平稳。

Fig. 6. Changes of particulate phosphorus(PP) concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

3 讨论

3.1 化肥减氮配施对双季稻产量和氮肥利用率的影响

大量田间试验表明，适当比例的有机肥替代化肥后促进水稻增产。田昌等[14]研究指出，有机肥替代20%化肥氮处理中稻产量、氮磷肥农学利用率较常规施肥无显著差异。孙志祥等[15]连续2年4季水稻产量结果表明，有机肥在早稻季施用，晚稻季表现出增产效应，且第二年的增产效果更为明显。本研究中，0.8CF+B/Si处理早稻产量较CF处理无显著差异，晚稻产量提高5.18%，说明配施硅硼肥对水稻能起到明显的增产效果。而其他化肥减氮处理的早稻产量较CF处理均有所降低，晚稻产量较CF处理提高2.02%～5.03%。0.8CF+0.2OM处理及配施硅硼肥和氮肥增效剂早稻产量出现减产，而晚稻较CF均不同程度增产，可能是因为4－5月份温度偏低且降雨偏多，导致有机肥肥效释放缓慢，从而影响早稻产量，晚稻的增产说明有机肥替代化肥对水稻增产存在滞后性。

施用氮肥增效剂后水稻叶片光合功能期得到延长，能有效提高产量及氮肥利用率[16]。在0.8CF+0.2OM基础上配施氮肥增效剂，早、晚稻产量、氮肥农学利用率及利用率较0.8CF+0.2OM无明显差异，原因可能与施肥和氮肥增效剂的作用原理有关。本研究中施用氮肥增效剂为双氰胺、氢醌，能延缓氮肥在土壤中的转化，提高作物的养分吸收，而氮肥增效剂与基肥一同施用，当基肥有大量有机肥时，氮肥增效剂与氮肥的接触面积会减少，在一定程度上减轻氮肥增效剂的作用效果[17]。

3.2 化肥减量配施对稻田田面水氮素流失风险的影响

氮肥施用可明显提高田面水含氮量，田面水的总氮、可溶性总氮、铵态氮浓度的变化趋势一致，但随施氮量的增加而增加[4-5]。本研究中，早、晚稻季田面水总氮浓度在施基肥后第一天和追肥当天总氮浓度均达到峰值，与前人研究结果相符[5]。施肥后9天是氮素流失的关键时期。相比于CF处理，早稻季化肥减氮处理总氮平均浓度降低14.77%～ 27.56%，晚稻季降低8.08%～35.05%。其中，0.8CF+ 0.2OM+N-serve处理田面水总氮浓度最低，主要是由于脲酶与硝化抑制剂能有效抑制硝化作用与反硝化作用，从而降低田面水氮素的流失风险[18]。0.8CF+B/Si处理降低氮素流失风险的效果次之，可能是硼、硅肥降低田面水总氮浓度[19]。张雪丽等[20]研究指出，有机肥替代50%化学氮肥会延长氮素的流失高峰时期。本研究结果表明，0.8CF+0.2OM处理由于有机肥的营养元素主要是有机态，养分释放速率十分缓慢，只有少部分养分溶解到田面水中，从而降低氮素流失风险[14-15,21]。复合处理虽然配施氮肥增效剂、有机肥、硼硅肥等多种调理剂，但降低氮素流失风险的效果不如单个措施效果好。

研究表明，田面水中的氮素以铵态氮为主，占总氮的比例随着施氮量的增加而增加[22-23]。本研究结果表明，施氮肥处理田面水铵态氮浓度占总氮浓度的70%以上。相比CF，早稻季化肥减氮处理田面水铵态氮浓度降低6.92%～23.33%，晚稻季降低5.88%～34.22%。石敦杰等[24]研究表明，施用控释氮肥减氮20%后，田面水硝态氮浓度远低于总氮和铵态氮，施肥后硝态氮浓度缓慢上升，在追肥后第9天左右稳定。本研究中，田面水硝态氮浓度远低于铵态氮、总氮的浓度，在施肥后硝态氮浓度一直缓慢上升，施基肥前3 d各处理浓度较为接近，随后CK与其他处理差距增大。相比于CF，化肥减氮处理早稻季田面水硝态氮浓度分别降低5.02%～18.06%，晚稻季降低5.70%～14.87%，其中0.8CF+0.2OM+ N-serve处理硝态氮浓度最低，主要与氮肥增效剂作用有关。

3.3 化肥减量配施对稻田田面水磷素浓度的影响

夏小江等[25]研究表明，稻田田面水总磷浓度在施肥后第1天达到最高峰，随后呈下降趋势，到第8～9天浓度趋于稳定。谢学俭等[26]研究发现，施肥之后，径流水中磷素浓度与磷素流失量呈递减趋势。本研究中，稻田总磷浓度在施肥后第1天达到峰值，随后浓度开始下降，施肥后前5 d下降速率最快，第9天浓度趋于平稳，但仍呈下降趋势，距离施肥时间越长总磷浓度下降速率越慢。晚稻季田面水的总磷浓度整体上低于早稻季，可能与磷肥施用量有关。CK的总磷浓度低于其他处理，而配施硼硅肥处理高于其他处理，主要是由于硅能活化土壤中的磷，减少磷在土壤中的固定，导致土壤中释放出来的磷素溶解在田面水中。在未减磷的情况下配施有机肥、氮肥增效剂对减少田面水磷素流失风险的效果不明显。

易均等[27]研究表明，磷素径流损失量与浓度会随着磷肥施用量的增加而提高，距离施肥时间越久，田面水中总磷、颗粒磷的损失量和浓度越小。本研究结果表明，田面水颗粒磷浓度的变化规律与总磷浓度的变化规律一致，颗粒磷的峰值出现在施肥后第1天，随后浓度开始下降。CK颗粒磷浓度最低，而配施硼硅肥处理高于其他处理，与总磷原因相同。早稻颗粒磷平均浓度占总磷平均浓度50%以上，晚稻颗粒磷平均浓度占总磷平均浓度的36%～46%，早晚稻田面水颗粒磷平均浓度占总磷平均浓度有差异，可能与施磷量有关，晚稻磷肥施用量比早稻减少40%，晚稻磷肥溶解更加充分。

4 结论

有机肥替代化肥后对水稻增产的效应具有一定的滞后性，第一季的晚稻增产效果较早稻好；氮肥增效剂作为基肥与有机肥一同施用时，其效果会大幅降低。早、晚稻季田面水中总氮、铵态氮、硝态氮浓度随着氮肥用量的增加而升高。化肥减氮处理较常规施肥处理均能不同程度降低田面水氮素浓度，降低氮素流失风险，以减氮20%配施氮肥增效剂的效果最好。配施硼硅肥会提高田面水磷素浓度，增加磷素流失风险。氮肥施用后一周和磷肥施用后9 d分别是氮、磷流失的关键时期，应加强田间水肥管理。

[1] 张富林, 吴茂前, 夏颖, 翟丽梅, 段小丽, 范先鹏, 熊桂云, 刘冬碧, 高立. 江汉平原稻田田面水氮磷变化特征研究[J]. 土壤学报, 2019, 56(5): 1190-1200.

Zhang F L, Wu M Q, Xia Y, Zhai L M, Duan X L, Fan X P. Xiong G X, Liu D B, Gao L. Changes in nitrogen and phosphorus in surface water of paddy field in Jianghan Plain[J]., 2019, 56(5): 1190-1200. (in Chinese with English abstract)

[2] Xue L H, Yu Y L, Yang L Z. Maintaining yields and reducing nitrogen loss in rice-wheat rotation system in Taihu Lake region with proper fertilizer management[J]., 2014, 9(11): 115010- 115020.

[3] 李娟, 李松昊, 邬奇峰, 祝小祥, 吴建军. 不同施肥处理对稻田氮素径流和渗漏损失的影响[J]. 水土保持学报, 2016, 30(5): 23-28+33.

Li J, Li S H, Wu Q F, Zhu X X, Wu J J. Effects of different fertilization treatments on runoff and leaching losses of nitrogen in paddy field[J]., 2016, 30(5): 23-28, 33. (in Chinese with English abstract)

[4] 柳云龙, 卢小遮, 龚峰景, 赵永才. 稻田施肥后田面水氮素动态变化特征[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(21): 268-271.

Liu Y L, Lu X Z, Gong F J, Zhao Y C. Dynamic changes of surface nitrogen in paddy field after fertilization[J]., 2017, 45(21): 268-271. (in Chinese with English abstract)

[5] 王强, 姜丽娜, 潘建清, 马军伟, 叶静. 一次性施肥稻田田面水氮素变化特征和流失风险评估[J]. 农业环境科学学报, 2019, 38(1): 168-175.

Wang Q, Jiang L N, Pan J Q, Ma J W, Ye J. Dynamic variation and runoff loss evaluation of nitrogen in the surface water of paddy fields as affected by single basal fertilizer application[J]., 2019, 38(1): 168-175. (in Chinese with English abstract)

[6] 张亦涛, 王洪媛, 刘申, 刘宏斌, 翟丽梅, 雷秋良, 任天志. 氮肥农学效应与环境效应国际研究发展态势[J].生态学报, 2016, 36(15): 4594-4608.

Zhang Y T, Wang H Y, Liu S, Liu H B, Zhai L M, Lei Q L，Ren T Z. A bibliometrical analysis of status and trends of international researches on theagronomic and environmental effects of nitrogen application to farmland[J]．，2016，36(15): 4594- 4608. (in Chinese with English abstract)

[7] 陶春, 高明, 徐畅, 慈恩. 农业面源污染影响因子及控制技术的研究现状与展望[J]. 土壤, 2010, 42(3): 336-343.

Tao C, Gao M, Xu C, Ci E. Research status and prospect on influential factors and control technology of agricultural non-point source pollution: A review[J]., 2010, 42(3): 336-343. (in Chinese with English abstract)

[8] 周旋, 吴良欢, 戴锋, 董春华. 生化抑制剂组合与施肥模式对黄泥田稻季田面水及渗漏液氮素动态变化的影响[J]. 土壤, 2019, 51(3): 434-441.

Zhou X, Wu L H, Dai F, Dong C H. Effects of combined biochemical inhibitors and fertilization models on nitrogen dynamics in surface water and leachate from yellow clayey paddy field[J]., 2019, 51(3): 434-441. (in Chinese with English abstract)

[9] 潘韬文, 陈俣, 蔡昆争. 硅肥和氮肥配施对优质稻植株养分含量、产量和品质的影响[J]. 生态与农村环境学报, 2021, 37(1): 120-126.

Pan T W, Chen Y, Cai K Z. Effect of nitrogen and silicon fertilizer on plant nutrient content, yield and quality of high quality rice[J]., 2021, 37(1): 120-126. (in Chinese with English abstract)

[10] 赵海成, 李红宇, 陈立强, 赫臣, 郑桂萍. 硅氮配施对寒地水稻产量品质及抗倒性的影响[J]. 上海农业学报, 2018, 34(4): 7.

Zhao H C, Li H Y, Chen L Q, He C, Zheng G P. Effect of combined application of silicon and nitrogen on yield and lodging resistance of cold-region rice[J]., 2018, 34(4): 7. (in Chinese with English abstract)

[11] 李进前, 李有清, 杨立年, 周定邦, 魏丽, 蔡明清. 硼肥对水稻生长和产量的影响[J]. 中国稻米, 2018, 24(3): 108-110.

Li J Q, Li Y Q, Yang L N, Zhou D B, Wei L, Cai M Q. Effects of boron fertilizer on growth and yield of rice[J]., 2018, 24(3): 108-110. (in Chinese with English abstract)

[12] 张兴昌, 郑剑英, 吴瑞浚, 翟连宁, 马炳召. 氮磷配合对土壤氮素径流流失的影响[J]. 土壤通报, 2001, 32(3): 110-112.

Zhang X C, Zheng J Y, Wu R J, Zhai L N, Ma B Z. Effects of nitrogen and phosphorus combination on soil nitrogen runoff loss[J]., 2001, 32(3): 110-112. (in Chinese with English abstract)

[13] 李菊梅, 徐明岗, 秦道珠, 李冬初, 宝川靖和, 八木一行. 有机肥无机肥配施对稻田氨挥发和水稻产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(1): 51-56.

Li J, Xu M G, Qin D Z, Li D C, Yasukazu Hosen, Kazuyuki Yagi. Effects of chemical fertilizers application combined with manure on ammonia volatilization and rice yield in red paddy soil[J]., 2005, 11(1): 51-56. (in Chinese with English abstract)

[14] 田昌, 周旋, 杨俊彦, 石敦杰, 荣湘民, 谢桂先, 彭建伟. 化肥氮磷优化减施对水稻产量和田面水氮磷流失的影响[J]. 土壤, 2020, 52(2): 311-319.

Chang T, Zhou X, Yang J Y, Shi D J, Rong X M, Xie G X, Peng J W. Effects of reducing nitrogen and phosphorous fertilizers on rice yield, nitrogen and phosphorus losses in paddy field[J]., 2020, 52(2): 311-319. (in Chinese with English abstract)

[15] 孙志祥, 李敏, 韩上, 卜容燕, 王慧, 程文龙, 李佩, 唐杉, 武际, 朱林. 有机肥部分替代化肥和秸秆还田对双季稻产量、养分吸收及土壤肥力的影响[J]. 安徽农业大学学报, 2020, 47(6): 1012-1016.

Sun Z X, Li M, Han S, Bu R Y, Wang H, Cheng W L, Li P, Tang B, Wu J, Zhu L. Effects of organic partial replacement of inorganic fertilizers and inorganic fertilizers with straw returning on yield, nutrient absorption and soil fertility of double-cropping rice[J]., 2020, 47(6): 1012-1016. (in Chinese with English abstract)

[16] 帅鹏, 杨宙, 胡兰香, 束爱萍, 肖宇龙, 孙明珠, 何虎. 氮肥增效剂对水稻叶片保护酶活性、叶绿素含量及产量的影响[J]. 江西农业学报, 2022, 34(5): 121-126.

Shuai P, Yang Z, Hu L X, Shu A P, Xiao Y L, Sun M Z, He H. Effects of nitrogen fertilizer synergist on leaf protective enzyme activity, chlorophyll content and yield of rice[J]., 2022, 34(5): 121-126. (in Chinese with English abstract)

[17] 石柱, 张丹, 杨奇志, 杨勇. 不同氮肥增效剂对水稻产量和养分利用率的影响[J]. 作物研究, 2016, 30(1): 14-17.

Shi Z, Zhang D, Yang Q Z, Yang Y. Effects of different nitrogen fertilizer synergists on yield and nutrients use efficiency in rice[J]., 2016, 30(1): 14-17. (in Chinese with English abstract)

[18] Xu X K, Boeckx P, van Cleemput O, Kazuyuki I. Mineral nitrogen in a rhizosphere soil in standing water during rice (L.) growth: Effect of hydroquinone and dicyandiamide[J]., 2005, 109(1): 107-117.

[19] 熊丽萍, 蔡佳佩, 朱坚, 彭华, 李尝君, 纪雄辉. 硅肥对水稻-田面水-土壤氮磷含量的影响[J]. 应用生态学报, 2019, 30(4): 1127-1134.

Xiong L P, Cai J P, Zhu J, Peng H, Li C J, Ji X H. Effects of silicon fertilizer on nitrogen and phosphorus contents in the rice-surface water-soil of paddy field[J]., 2019, 30(4): 1127-1134. (in Chinese with English abstract)

[20] 张雪丽, 董文怡, 刘勤, 王洪媛, 严昌荣, 刘宏斌, 陈保青, 刘恩科. 有机肥替代化肥氮对水稻田面水和土壤中氮素含量的影响[J]. 中国农业气象, 2018, 39(4): 256-266.

Zhang X L, Dong W Y, Liu Q, Wang H Y, Yan C R, Liu H B, Chen B Q, Liu E K. Effects of organic fertilizer substituting chemical nitrogen fertilizer on nitrogen content in the surface water and soil of paddy field in the erhai lake basin[J]., 2018, 39(4): 256-266. (in Chinese with English abstract)

[21] 黄卉, 王波, 朱利群, 刘春晓, 曹阳, 卞新民. 稻田处理养殖场粪便的氮磷动态效应与污染风险研究[J]. 农业环境科学学报, 2009, 28(4): 736-743.

Huang H, Wang B, Zhu L Q, Liu C X, Cao Y, Bian X M. Nitrogen and phosphorus dynamics and pollution risk of potted rice treated with manure from livestock farm[J]., 2009, 28(4): 736-743. (in Chinese with English abstract)

[22] 吕亚敏, 吴玉红, 李洪达, 雷同, 吕家珑. 减肥措施对稻田田面水氮、磷动态变化特征的影响[J]. 生态与农村环境学报, 2018, 34(4): 349-355.

Lü Y M, Wu Y H, Li H D, Lei T, Lü J L. Effects of dynamic changes of nitrogen and phosphorus concentrations in surface water of paddy field under different fertilizer rate[J]., 2018, 34(4): 349-355. (in Chinese with English abstract)

[23] 施泽升, 续勇波, 雷宝坤, 刘宏斌. 洱海北部地区不同氮、磷处理对稻田田面水氮磷动态变化的影响[J]. 农业环境科学学报, 2013, 32(4): 838-846.

Shi Z S, Xu Y B, Lei B K, Liu H B. Dynamic changes of nitrogen and phosphorus concentrations in surface waters of paddy soils in the northern area of Erhai Lake[J]., 2013, 32(4): 838-846. (in Chinese with English abstract)

[24] 石敦杰, 杨兰, 荣湘民, 谢勇, 唐丽, 田昌, 谢桂先, 宋海星, 张玉平. 控释氮肥和氮磷减量对水稻产量及田面水氮磷流失的影响[J]. 江苏农业科学, 2018, 46(11): 44-47.

Shi D J, Yang L, Rong X M, Xie Y, Tang L, Tian C, Xie G X, Song H X, Zhang Y P. Effects of controlled release nitrogen and reduction of nitrogen and phosphorous on rice yield and nitrogen and phosphorus loss in paddy fields[J]., 2018, 46(11): 44-47. (in Chinese with English abstract)

[25] 夏小江, 胡清宇, 朱利群, 陈长青, 卞新民. 太湖地区稻田田面水氮磷动态特征及径流流失研究[J]. 水土保持学报, 2011, 25(4): 21-25.

Xia X J, Hu Q Y, Zhu L Q, Chen C Q, Bian X M. Study on dynamic changes of nitrogen and phosphorus in surface water of paddy field and runoff loss in Taihu Region[J]., 2011, 25(4): 21-25. (in Chinese with English abstract)

[26] 谢学俭, 陈晶中, 宋玉芝, 汤莉莉. 磷肥施用量对稻麦轮作土壤中麦季磷素及氮素径流损失的影响[J]. 农业环境科学学报, 2007, 26(6): 2156-2161.

Xie X J, Chen J Z, Song Y Z, Tang L. Effects of phosphorus application rates on surface runoff losses of soil nitrogen and phosphorus during wheat season in rice- wheat rotation field[J]., 2007, 26(6): 2156-2161. (in Chinese with English abstract)

[27] 易均. 磷肥减量施用对双季稻田磷素损失及水稻磷肥利用效率的影响[D]. 长沙: 湖南农业大学, 2016: 10-19.

Yi J. Effects of reduced phosphorus fertilizers om phosphorus loss of double cropping field rice and phosphorus use efficiency[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2016: 10-19. (in Chinese with English abstract)

Effects of Combined Application of Chemical Fertilizers and Nitrogen Reduction on the Yield of Double-cropping Rice and the Risk of Nitrogen and Phosphorus Loss in Field Water in Dongting Lake Area

YUAN Pei1, ZHOU Xuan2,*, YANG Wei1,3, YIN Lingjie4, JIN Tuo1,5, PENG Jianwei1, RONG Xiangmin1,TIAN Chang1,*

(College of Resources, Hunan Agricultural University / National Engineering Research Center for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer, Changsha 410128, China; Institute of Soil and Fertilizer, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic, Changsha 410127, China; Hunan Agricultural Research and Analysis Center, Changsha 410005, China; Agricultural Ecology and Resource Protection Station of Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125, China; Corresponding author, email: )

【Objective】It is very important to explore chemical nitrogen fertilizer reduction and rationing to stabilize rice yield, improve nitrogen use efficiency, reduce the risk of nitrogen and phosphorus loss, and lay a scientific basis for fertilizer reduction in the Dongting Lake double-cropping rice area. 【Method】The field plot experiment was conducted, and six treatments were set, including no nitrogen fertilizer (CK), conventional fertilizer (CF), 20% nitrogen reduction with borosilicate fertilizer (0.8CF+B/Si), 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer (0.8CF+0.2OM), 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer with nitrogen synergist (0.8CF+0.2OM+N-serve), and 20% organic fertilizer combined with borosilicate fertilizer and nitrogen synergist (0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve). Yield, nitrogen use efficiency, and the risk of nitrogen and phosphorus loss in field water of double-cropping rice were analyzed. 【Result】The yield of early rice was reduced as compared with CF, while the yield of late rice was increased by 2.02%to 5.03%. The concentrations of total nitrogen, ammonium nitrogen, and nitrate nitrogen in surface water increased with the increase in nitrogen application rate, and the risk of nitrogen loss also increased. Compared with CF treatment, the chemical fertilizer nitrogen reduction and rationing treatment reduced total nitrogen, ammonium nitrogen, and nitrate nitrogen concentrations in early and late rice seasonal field water by 8.08% to 35.05%, 5.88% to 34.22%, and 5.02% to 18.06%, respectively, and 0.8CF+0.2OM+N-serve treatment was the most effective in mitigating the risk of nitrogen loss from field water. One week after nitrogen application was the peak period of nitrogen loss, and then the difference in nitrogen concentration in surface water of each treatment decreased, as did the risk of nitrogen loss. The phosphorus concentration of early and late rice surfaces without nitrogen fertilizer was lower than that of other treatments, while the phosphorus concentration of early and late rice surface water with borosilicate fertilizer was higher than that of other treatments, which aggravated the risk of phosphorus loss in rice surface water. In addition, the combined application of organic fertilizer and nitrogen fertilizer synergists had no obvious effect on phosphorus emission reduction. About 9 days after the application of phosphorus fertilizer was the key period of phosphorus loss, after which the phosphorus concentration of each treatment tended to be consistent and changed smoothly. 【Conclusion】The substitution of organic fertilizer for nitrogen fertilizer has a lag effect on rice yield. The simultaneous application of nitrogenous synergists with organic fertilizers will weaken the effect of nitrogen synergists in retarding nitrogen fertilizer conversion. Chemical fertilizer nitrogen reduction and rationing is an effective method to reduce nitrogen loss in the surface water of double-cropping rice fields, but its combination with borosilicate fertilizer can increase phosphorus content in the surface water, so it should be applied according to water and fertilizer management.

rice; fertilizer application; nitrogen reduction; yield; surface water; nitrogen and phosphorus loss

10.16819/j.1001-7216.2023.221003

2022-10-17；

2023-03-02。

国家自然科学基金区域创新发展联合基金资助项目(U19A2050)；国家重点研发计划资助项目(2018YFD0800500)；湖南省教育厅重点项目(20A250)。