施肥后稻田田面水的養(yǎng)分變化特征

王秀娟，朱建強(qiáng)，姚佳佳,丁進(jìn)偉，范鴻志 (長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

施肥后稻田田面水的養(yǎng)分變化特征

王秀娟，朱建強(qiáng)，姚佳佳,丁進(jìn)偉，范鴻志 (長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

通過田間試驗(yàn)觀察了施肥后稻田田面水中幾種養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化特征。結(jié)果表明，基肥施入后8d內(nèi)田面水中的總氮、總磷含量呈現(xiàn)明顯衰減，并于施肥后第8d趨于穩(wěn)定，處于較低水平；分蘗肥(尿素)施用后3d天以內(nèi)田面水的氮、磷含量再次升高，接著呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，10d后趨于穩(wěn)定。為防止氮、磷素大量流失，建議在施肥后10d內(nèi)嚴(yán)格控制田間排水。對(duì)于魚塘-稻田系統(tǒng)，魚塘水通過稻田表面流異位處理應(yīng)在施肥后養(yǎng)分衰減穩(wěn)定后進(jìn)行。

稻田；施肥；田面水養(yǎng)分動(dòng)態(tài)；養(yǎng)分管理

我國(guó)是世界上主要的水稻生產(chǎn)國(guó)家之一。實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)，施用適量化肥是必要的。從生產(chǎn)實(shí)踐看，水稻產(chǎn)量隨化肥用量增加有很大提高，但稻米的品質(zhì)卻沒有得到顯著改善[1]，且化肥利用率呈下降趨勢(shì)[2]。通常，過度施用化肥不僅引起土壤板結(jié)，還會(huì)造成養(yǎng)分流失。其中，雨季強(qiáng)降水產(chǎn)生的田面徑流和稻田曬田期排水都會(huì)造成一定氮磷養(yǎng)分流失，這已成為我國(guó)南方農(nóng)業(yè)面源污染的主要成因[2-5]。近年來，稻田氮磷流失越來越受到關(guān)注，關(guān)于稻田表層水的變化特征及其養(yǎng)分管理措施上已有不少研究[6-11]。本研究主要對(duì)施肥后水稻田面水層中的氮、磷動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行了探討,旨在為施肥后氮、磷資源管理和保護(hù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于長(zhǎng)江大學(xué)西校區(qū)附近，地理坐標(biāo)為30°21′N、112°07′E。在東西向長(zhǎng)66m、南北向?qū)?5.5m的稻田內(nèi)劃分寬2m、長(zhǎng)66m的試驗(yàn)小區(qū)，各小區(qū)之間以田埂隔開。小區(qū)間的田埂筑高20cm，用塑料薄膜包被，以防止田面水相互側(cè)滲影響。每個(gè)小區(qū)進(jìn)出口安裝供排水控制裝置，可以獨(dú)立進(jìn)行灌排管理。供試水稻品種為皖稻195，是荊州當(dāng)?shù)爻Ｒ姷闹械酒贩N。灌溉用水來自附近的萬城水庫(kù)，施用的化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。以水稻全生育期需肥量折合純N=150kg/hm2、K2O=120kg/hm2、P2O5=75kg/hm2為基準(zhǔn)，施肥按水稻全生育期需肥量的50%、65%、80%設(shè)計(jì)成3個(gè)水平，每個(gè)施肥水平重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)D1～D9施肥量詳見表1。試驗(yàn)于水稻生長(zhǎng)季節(jié)進(jìn)行，2012年5月30日泡田，6月8日施入基肥并移栽，采用的株行距分別為25cm、30cm。各小區(qū)施肥中，磷、鉀肥作為基肥一次性施入，氮肥一半作基肥、一半作分蘗肥(6月16日施入田間)分2次施入田間。

表1 各小區(qū)水稻施肥水平

1.2 水樣測(cè)定

2 結(jié)果與分析

2.1 施用基肥后稻田水層中幾種養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化特征

圖1～ 4為6月8日施用基肥后3個(gè)施肥水平稻田水層中幾種養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化。

圖1 施用基肥后稻田水層總氮變化

圖2 施用基肥后稻田水層總磷變化

圖3 施用基肥后稻田水層銨態(tài)氮變化

圖4 施用基肥后稻田水層亞硝態(tài)氮變化

從圖1～4可以看出，施用基肥后1～3d內(nèi)，田間水層養(yǎng)分含量急劇增加，隨后逐漸減少，大約在施入基肥后7～8d趨于穩(wěn)定。由圖2可知，田面水層中的總磷含量在施入基肥后1～2d可達(dá)到最大值，之后迅速降低，大約在峰值后3～4d穩(wěn)定于較小濃度。

2.2 施入分蘗肥后稻田水層中幾種養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化特征

圖5 施用分蘗肥后稻田水層總氮變化

圖5～9為6月16日施入分蘗肥(尿素)后稻田水層中幾種養(yǎng)分變化趨勢(shì)，由圖5～9可以看出，當(dāng)施入分蘗肥(尿素)后，田間水層的氮素含量再次升高，并且不同形態(tài)的氮達(dá)到峰值的時(shí)間不盡相同。總氮濃度施肥后2d即達(dá)到峰值，其他形態(tài)的氮約在施肥后3～6d達(dá)到最大值。各種形態(tài)氮含量達(dá)到最大值后開始下降，8d左右趨于穩(wěn)定。

總氮濃度施肥后2d即達(dá)到峰值。施入分蘗肥(尿素)后，田間水層總磷有小幅升高。在分孽肥僅施氮肥的情況下，稻田水層中總磷的濃度有所增加，原因是施用氮肥常能促進(jìn)水稻對(duì)磷的吸收利用，水稻大量吸收氮素，而磷參與氮代謝、硝酸鹽還原、氨的同化以及蛋白質(zhì)的合成，所以施氮肥能間接促使水稻大量吸收磷，使磷素在稻田水層中的濃度隨時(shí)間迅速減小。要使磷素在土壤固相-液相達(dá)到新的平衡，土壤中固定的磷則會(huì)進(jìn)入田間水層中，故施用氮肥對(duì)土壤所固定的磷釋放有促進(jìn)作用。

綜合前后2次施肥后田面水層養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化特征可以看出：(1)無論基肥還是分蘗肥，當(dāng)它們施入稻田后都能顯著提升田面水層中氮素含量尤其是銨態(tài)氮含量。田面養(yǎng)分出現(xiàn)高峰后又逐漸降低，7d之后基本趨于穩(wěn)定，處于較低水平?？梢?，肥料施用后7d實(shí)行有效的田間水管理，可防止施入田間的氮、磷肥大量流失。

圖6 施用分蘗肥后稻田水層總磷變化

圖7 施用分蘗肥后稻田水層銨態(tài)氮變化

圖8 施用分蘗肥后稻田水層亞硝態(tài)氮變化

圖9 施用分蘗肥后稻田水層硝態(tài)氮變化

對(duì)于亞硝態(tài)氮而言，低濃度情況下也能被水稻吸收，但是濃度較高時(shí)則對(duì)作物有害，在土壤中亞硝態(tài)氮數(shù)量很少對(duì)作物無實(shí)際營(yíng)養(yǎng)意義。

2.3 不同形態(tài)氮與總氮比值的比較

由于尿素在施入稻田后主要是分解反應(yīng)生成銨態(tài)氮，所以銨態(tài)氮是田面水中氮的主體形態(tài)。施入分蘗肥尿素后稻田水層幾種形態(tài)氮的含量如圖10，由圖10可以明顯看出，在3種形態(tài)氮中銨態(tài)氮的含量最高，其次是硝態(tài)氮，亞硝態(tài)氮最低。除雷電固氮外，稻田氮素來源主要是人為施入氮肥。通常，尿素(CO(NH2)2)施入土壤后，除少量以分子形態(tài)被土壤膠體吸附外，大部分在土壤脲酶的作用下水解為碳酸銨，其過程可以表示為：

CO(NH2)2+2H2O → (NH4)2CO3→2NH3↑+ CO2+H2O

銨態(tài)氮在稻田有3個(gè)轉(zhuǎn)化路徑，首先一部分在土壤水的帶動(dòng)下進(jìn)入土壤還原層，另外一部分由于受熱、pH、濃度等影響揮發(fā)，另外銨態(tài)氮不穩(wěn)定也易在稻田表層發(fā)生硝化反應(yīng)生成硝態(tài)氮[15-16]。所以土壤銨態(tài)氮是尿素施入后轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵中間物。

3 結(jié)論

圖10 3種形態(tài)氮素與總氮比值

無論是從養(yǎng)分的合理利用，還是出于對(duì)水環(huán)境保護(hù)的目的，水稻施肥后的養(yǎng)分管理都十分重要。通過本試驗(yàn)結(jié)果，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)施用基肥后1～3d內(nèi)，田間水層養(yǎng)分含量急劇增加，隨后逐漸減少，大約在基肥施入后7～8d趨于穩(wěn)定。

(2)施用分蘗肥(尿素)后3d以內(nèi)田面水的氮、磷含量再次升高，接著呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，10d后趨于穩(wěn)定。分蘗肥施入尿素而未施磷肥但田面水磷含量增加的事實(shí)表明，氮肥的使用能促進(jìn)土壤對(duì)磷素的釋放。

(3)尿素施入土壤中以銨態(tài)氮為中間物轉(zhuǎn)化，但是銨態(tài)氮易受外界因素的影響而揮發(fā)，也易在表層氧化成硝態(tài)氮而進(jìn)入地下水污染水源，要減少銨態(tài)氮損失最好的辦法就是深施尿素。

(4)為防止氮、磷素大量流失，建議在施肥后10d內(nèi)嚴(yán)格控制田間排水。對(duì)于魚塘-稻田系統(tǒng)，魚塘水通過稻田表面流異位處理應(yīng)在施肥后養(yǎng)分衰減穩(wěn)定后進(jìn)行。

[1]王偉妮,魯劍巍,何予卿,等.氮磷鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量品質(zhì)及養(yǎng)分吸收利用的影響[J].中國(guó)水稻科學(xué),2011,(6):645-653.

[2]黃進(jìn)寶,范曉暉,張紹林,等.太湖地區(qū)黃泥土壤水稻氮素利用與經(jīng)濟(jì)生態(tài)適宜施氮量[J].生態(tài)學(xué)報(bào).2007,27(2):589-595.

[3]張奇春,王光火,方 斌.不同施肥處理對(duì)水稻養(yǎng)分吸收和稻田土壤微生物生態(tài)特性的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2005,42(1):116-121.

[4]朱兆良,孫 波,楊林章,等.我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的控制政策和措施[J].科技導(dǎo)報(bào),2005,23(4):47-51.

[5]郭相平,張展羽,殷國(guó)璽.稻田控制排水對(duì)減少氮磷損失的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)科學(xué)版),2006,(6):307-310.

[6]張志劍,朱蔭媚,王 坷,等.水稻田土—水系統(tǒng)中磷素行為及環(huán)境影響研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2001,12(2):229-232.

[7]王 強(qiáng),楊京平,陳 俊,等.非完全淹水條件下稻田表面水體中三氮的動(dòng)態(tài)變化特征研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(7):1182-1186.

[8]田玉華,賀發(fā)云,尹 斌,等.不同氮磷配合下稻田田面水的氮磷動(dòng)態(tài)變化研究[J].土壤,2006,38(6):727-733.

[9]王 強(qiáng),楊京平,陳 俊,等.施氮后稻田水中三氮含量的變化特征及模擬[J].人民長(zhǎng)江,2004,31(l):43-45.

[10]高效江,胡雪峰,王少平,等.淹水稻田中氮素?fù)p失及其對(duì)水環(huán)境影響的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù),2001,20(4):196-198,205.

[11]金 潔,楊京平,施洪鑫,等.水稻田面水中氮磷素的動(dòng)態(tài)特征研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,24(2):357-361.

[12]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[13]胡靄堂.植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2003：31.

[14]范立春.水肥耦合對(duì)寒地水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[15]孟祥海.稻田氮素利用與損失及其對(duì)環(huán)境影響研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[16]陸景陵.植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2003：25.

2013-04-20

第四批國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性試驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(111048915)。

王秀娟(1991-)，女，現(xiàn)從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)研究。

[作者簡(jiǎn)介]朱建強(qiáng)，E-mail:zyjb@sina.com。

S365

A

1673-1409(2013)17-0001-04