生活污水氮磷濃度對(duì)水稻生長及氮磷利用的影響

尹愛經(jīng)，薛利紅，楊林章，段婧婧，侯朋福

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；2.省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地-江蘇省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；3.江蘇灘涂生物農(nóng)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 鹽城 224002）

生活污水氮磷濃度對(duì)水稻生長及氮磷利用的影響

尹愛經(jīng)1，2，薛利紅1*，楊林章1，3，段婧婧1，侯朋福1

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；2.省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地-江蘇省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；3.江蘇灘涂生物農(nóng)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 鹽城 224002）

通過設(shè)置不同N、P濃度的生活污水進(jìn)行水稻盆栽實(shí)驗(yàn)，研究了生活污水灌溉對(duì)水稻生長、產(chǎn)量以及氮磷吸收利用的影響。結(jié)果表明，在正常灌溉和不施肥條件下，污水灌溉明顯降低了水稻施肥期的田面水氮磷濃度，水稻移栽后70 d左右田面水N、P濃度與不施肥處理田面水N、P濃度趨于一致；污水TN、TP濃度與水稻的生長指標(biāo)和產(chǎn)量密切相關(guān)，生活污水灌溉提高了穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率，但穗數(shù)明顯減少，導(dǎo)致產(chǎn)量下降；當(dāng)污水中總氮濃度達(dá)20～25 mg·L-1、總磷濃度達(dá)1.0～1.5 mg·L-1時(shí)，不施任何化肥條件下水稻產(chǎn)量即可達(dá)到常規(guī)化肥處理的95%，差異不顯著，此時(shí)污水灌溉中帶入的氮僅為常規(guī)施肥處理氮用量的64.1%和磷肥用量的23.2%。與常規(guī)化肥處理相比，污水灌溉提高了水稻的N、P利用效率，水稻對(duì)N、P的吸收利用與污水中的N、P濃度成正相關(guān)，且污水中的N、P存在著正交互作用，即提高P濃度促進(jìn)了N的吸收利用，提高N濃度促進(jìn)了P的吸收利用。在應(yīng)用生活污水進(jìn)行稻田灌溉時(shí)，需在分蘗期配施一定的化肥從而保證水稻高產(chǎn)。

生活污水灌溉；氮磷；水稻；產(chǎn)量

在工業(yè)和城市污水得到控制之后，分散于廣大農(nóng)村和小城鎮(zhèn)的生活污水成為水體污染的重要來源之一，如何從源頭上有效減少生活污水對(duì)水體的污染是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。我國生活污水產(chǎn)生量大，N、P營養(yǎng)元素濃度高，直接排入水體將污染水環(huán)境。然而氮磷對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)來講，是作物不可缺少的營養(yǎng)元素，通過生活污水的農(nóng)田回用不僅能夠減少污水對(duì)水環(huán)境的污染負(fù)荷，而且能夠有效減少化肥的投入，對(duì)于面源污染的防控和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義[1]。WHO對(duì)污水農(nóng)業(yè)灌溉的指導(dǎo)[2]指出，耕地每年灌溉1.5×104m3·hm-2的生活污水時(shí)，能夠提供農(nóng)田225 kg·hm-2氮和45 kg·hm-2磷（以P2O5計(jì)）。在缺水地區(qū)，污水回用的主要目標(biāo)在于解決或緩解區(qū)域水資源危機(jī)。以色列通過完善的生活污水處理和滴灌等水肥一體化技術(shù)，將70%的生活污水用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。合理利用生活污水灌溉，不僅可以節(jié)約水資源[3]，還能提高各類蔬菜[4-6]和糧食作物的產(chǎn)量[7-9]。

稻田作為一種特殊的人工濕地系統(tǒng)，對(duì)污水的消納具有很大的潛力。污水灌溉必須在保證作物和土壤安全的前提下進(jìn)行，長期的不當(dāng)污灌會(huì)引起土壤中重金屬的累積，并對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量造成一定影響[10-13]。而純粹的生活污水中重金屬等有毒有害物質(zhì)較低，經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)排放后除了氮磷含量略高外，其他指標(biāo)基本能達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水稻生長發(fā)育及糧食安全沒有明顯的負(fù)面影響[14]?，F(xiàn)有稻田對(duì)生活污水利用的研究大多關(guān)注于稻田濕地對(duì)于生活污水中N、P的去除[15]、稻田田面水氮磷的養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化[16-17]以及不同布水方式對(duì)水稻生長的影響等方面[18]。生活污水的分次灌溉相當(dāng)于水肥一體化，能夠提高作物的水分利用率和肥料利用率，減少對(duì)化肥用量的需求。從環(huán)境保護(hù)的角度來說，不施肥條件下灌溉污水能夠減少農(nóng)田的N、P流失，并且增加稻田對(duì)污水的消納量。然而，生活污水水質(zhì)受污水來源、當(dāng)?shù)貧夂?、飲食以及污水處理工藝等因素影響，N、P濃度差異較大[19]，亟需明確生活污水中N、P濃度對(duì)水稻生長和產(chǎn)量的影響。為此，本研究開展了不同N、P濃度生活污水灌溉水稻的盆栽模擬實(shí)驗(yàn)，研究生活污水對(duì)水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成以及N、P營養(yǎng)吸收利用的影響，以期為生活污水的稻田利用與合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 盆栽設(shè)置

供試土壤來自南京市高淳區(qū)東壩鎮(zhèn)稻田，土壤類型為脫潛水稻土，土壤基本理化性質(zhì)見表1。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)溫室大棚。盆栽采用聚乙烯塑料桶（直徑30 cm），填土厚度30 cm。水稻品種為武運(yùn)粳23號(hào)，育苗移栽，每盆3穴，每穴3株。于2015年6月17日移栽，10月13日收獲。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置空白不施肥對(duì)照（N0P0）、常規(guī)施肥對(duì)照（NcPc）及4個(gè)不同氮磷濃度生活污水處理：低氮低磷N2P2、高氮低磷N4P2、低氮高磷N2P4、高氮高磷N4P4，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。對(duì)照采用自來水灌溉，污水處理均不施肥，生活污水來自江蘇省農(nóng)科院家屬區(qū)化糞池污水，原水水質(zhì)見表2，重金屬含量均滿足農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 5084—2005）。通過對(duì)化糞池污水進(jìn)行不同倍數(shù)的稀釋獲得不同N、P濃度的生活污水，具體見表3。常規(guī)施肥處理氮磷鉀的施用量分別為210（N）、70（P2O5）、70（K2O）kg·hm-2，磷鉀肥全部作基肥，泡田時(shí)溶于水一次性施入；氮肥分3次施入，基肥、蘗肥、穗肥TN施用量均為70（N）kg· hm-2，且均為溶于水施入。

盆栽水稻整個(gè)生長期的用水量及通過污水灌溉帶來的N、P含量見表3。各處理設(shè)計(jì)的灌溉水量相同，并依照水稻生長實(shí)際需求灌溉。田面水自然下落至2cm水深時(shí)進(jìn)行灌溉，每次灌溉量為2～4 L·pot-1，保持水層深度在2～6 cm。生長期內(nèi)共灌溉14次，基肥、蘗肥、穗肥期的灌溉次數(shù)分別為3、3、8次。除施肥組外，其他處理的灌溉量均為45 L·pot-1，由于施肥組水稻生長旺盛，為避免田面水落干，實(shí)際灌水量偏多?？咎锴昂褪斋@前讓田面水自然落干。污水灌溉處理帶入的N、P分別介于468～936 mg·pot-1和27.3～54.6 mg· pot-1之間。以常規(guī)施肥為參照，相當(dāng)于替代32.1%～ 64.1%的N和11.6%～23.2%的P。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physico-chemical characteristics of the soil used in the experiment

表2 實(shí)驗(yàn)用原污水水質(zhì)（pH7.56）Table 2 Water quality of original domestic wastewater in the experiment（pH7.56）

1.3 樣品采集與分析

水稻整個(gè)生育期內(nèi)每隔7～10 d采集田面水，使用荷蘭Skalar流動(dòng)分析儀測(cè)定田面水中的TN、TP濃度。由于不同處理間濃度差異太大，因此將田面水濃度變化圖的縱坐標(biāo)采用了對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化坐標(biāo)軸。

在水稻關(guān)鍵生育期（分蘗肥前、穗分化期、抽穗灌漿期）測(cè)定株高和分蘗。成熟期采集盆栽內(nèi)全部水稻的籽粒和秸稈，進(jìn)行測(cè)產(chǎn)并分析產(chǎn)量構(gòu)成因素。籽粒和秸稈烘干后粉碎測(cè)定氮磷含量。植株TN和TP含量按農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，用濃硫酸與雙氧水消解樣品，凱氏微量法測(cè)定植株全氮含量，磷鉬藍(lán)法測(cè)磷，并計(jì)算植株氮磷吸收[20]。

水稻收獲后，將盆栽土壤混勻后采集土壤樣品，室溫風(fēng)干，過2 mm土篩，測(cè)定氮磷含量。土壤TP采用硫酸-高氯酸消解，磷鉬藍(lán)比色法測(cè)定[21]。土壤TN按濃硫酸與雙氧水消解后用凱氏定氮法測(cè)定。

以肥力差減法計(jì)算污水中N、P利用效率[22-24]，具體公式如下：

氮（磷）農(nóng)學(xué)利用率（Agronomic efficiency，AEN/ P，單位kg·kg-1）=[施氮（磷）區(qū)作物產(chǎn)量-空白區(qū)作物產(chǎn)量]/施氮（磷）量

氮（磷）吸收利用率（Apparent recovery efficiency，REN/P，單位%）=[施氮（磷）區(qū)作物吸氮（磷）量-空白區(qū)作物吸氮（磷）量]/施氮（磷）量

氮（磷）偏生產(chǎn)力（Partial factor productivity，PFPN/P，單位kg·kg-1）=水稻產(chǎn)量/施氮（磷）量

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；采用SPSS中Duncan法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較的顯著性分析（P＜0.05），采用Sigmaplot軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理田面水N、P濃度的變化

不同處理下田面水TN濃度在整個(gè)水稻生長期的變化見圖1。不同處理間的田面水TN濃度變化較大，施肥處理在基肥后2 d內(nèi)的濃度超過100 mg·L-1，蘗肥和穗肥后的3 d內(nèi)TN濃度也均高于10 mg·L-1，并呈現(xiàn)迅速下降的趨勢(shì)。空白對(duì)照田面水TN濃度變化較小，多數(shù)時(shí)間小于2 mg·L-1。污水灌溉處理的田面水TN含量呈現(xiàn)上下波動(dòng)的變化，灌溉當(dāng)日田面水濃度最高，此后逐漸下降，高N處理的田面水濃度均高于低N處理。生長前期，尤其是施肥后一周內(nèi)，生活污水處理的田面水TN濃度顯著小于施肥處理。在生長后期，所有處理的田面水TN濃度均小于2 mg·L－1。

表3 不同處理下水稻灌溉量及其污水帶入的營養(yǎng)Table 3 The loads of water and nutrients under different irrigation treatments in the rice pot experiment

圖1 不同處理下水稻田面水TN濃度的變化Figure 1 Changes of TN concentration in surface water under different treatments

不同處理下田面水的TP濃度在生長期的變化見圖2。不同處理間的田面水TP濃度變化較大，施肥處理在基肥后2 d內(nèi)的濃度超過10 mg·L－1，之后逐漸下降，烤田覆水后又急劇增加，之后又逐漸下降?？瞻讓?duì)照田面水TP濃度變化較小，多數(shù)時(shí)間小于0.2 mg· L－1。污水灌溉處理的田面水TP含量幾乎均在0.4 mg· L－1以下，低于地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，并且高P處理高于低P處理。生活污水處理的田面水TP濃度在生長前期尤其是肥期顯著小于施肥處理。在生長后期，所有處理的田面水TP濃度均小于0.1 mg·L－1。

2.2 污水灌溉對(duì)水稻生長的影響

水稻的主要生長指標(biāo)見表4。不施肥處理的株高最低，常規(guī)施肥處理最高，污水處理各組居中，并且不同濃度下株高沒有顯著差異。除了收獲期N2P2組株高（79.5 cm）顯著高于空白對(duì)照（73.0 cm）外，污水組株高在整個(gè)生長期與空白對(duì)照組沒有顯著差異。蘗肥前期及收獲時(shí)，各污水組株高與施肥組沒有顯著差異，但分蘗后期施肥組株高顯著高于污水組，說明蘗肥對(duì)水稻生長具有促進(jìn)作用。常規(guī)施肥處理分蘗數(shù)顯著高于污水處理組和空白對(duì)照，污水處理組與空白對(duì)照則差異不顯著，污水處理間表現(xiàn)為高氮高磷處理最多。

不同處理下水稻的干物質(zhì)量及產(chǎn)量構(gòu)成見表5。不同處理間秸稈重沒有顯著性差異，N2P4組與施肥組最高。總籽粒重施肥處理最高，空白最低，污水組居中，為70.84～86.09 g·pot－1，其中N4P4處理最高，與施肥處理最為接近（90.98 g·pot－1）。除N2P2外，其他污水組的總籽粒重與施肥處理沒有顯著差異。各處理間收獲指數(shù)沒有顯著差異（50.3%～55.3%），但高N處理組收獲指數(shù)高于低N處理。在P濃度相同條件下，高N處理提高了籽粒重和產(chǎn)量；在N濃度相同條件下，高P也提高了籽粒重和產(chǎn)量。說明氮磷存在著正交互作用。與常規(guī)化肥對(duì)照相比，污水灌溉提高了千粒重、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，但差異不顯著，而穗數(shù)顯著降低。污水處理中，千粒重以N4P4組最高，達(dá)到28.19 g，穗粒數(shù)則以N4P2最高（128.8）。最終產(chǎn)量常規(guī)施肥對(duì)照組最高，空白對(duì)照最低（8.61 t·hm－2），污水灌溉處理除了N2P2處理外，其余均顯著高于空白對(duì)照，與常規(guī)施肥對(duì)照則差異不顯著，尤其是N4P4處理，達(dá)到12.19 t· hm-2，基本與常規(guī)化肥對(duì)照持平（12.89 t·hm-2）。

圖2 不同處理下水稻田面水TP濃度的變化Figure 2 Changes of TP concentration in surface water under different treatments

表4 不同處理下水稻株高與分蘗的變化Table 4 The heights and tillers of rice in different stages under different treatments

表5 不同處理下水稻的地上部生物量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 5 Differences of above-ground biomass and yield component of rice under different treatments

2.3 污水灌溉下水稻對(duì)N、P的吸收利用

施肥處理籽粒的TN濃度最高，達(dá)到16.1 g·kg-1，顯著高于空白組和N4P4組，污水組間籽粒TN濃度沒有顯著差異，介于14.7～16.0 g·kg-1之間（表6）。籽粒N積累量介于0.89～1.47 g·pot-1，施肥處理最高，空白對(duì)照最低，不同污水處理間沒有顯著差異。污水P濃度相同下，高N污水處理的籽粒N積累量略高于低N處理；在低N污水投入下，污水中P濃度的提高略提高了籽粒中N的積累，但在高N濃度下，P濃度的增加并未增加籽粒N的積累。所有處理的秸稈N濃度和秸稈N吸收差異均不顯著。水稻TN積累量介于1.39～2.14 g·pot-1，N收獲指數(shù)介于64.0%～73.1%，處理間均沒有顯著差異，但高氮高磷濃度污水處理下水稻的N收獲指數(shù)最高。

收獲后水稻籽粒TP濃度介于2.95～3.32 g·kg-1，施肥處理組濃度最高，顯著高于N2P4處理，與空白處理及其他污水處理沒有顯著差異；秸稈P濃度介于1.29～1.54 g·kg-1，各處理間沒有顯著差異，但施肥組濃度最低。各污水處理中，同樣P濃度下，籽粒TP含量隨著污水中N濃度的增加而有所增加，但受污水中P的濃度影響不明顯。

水稻籽粒和秸稈P積累量分別介于0.20～0.30 g· pot-1和0.09～0.10 g·pot-1之間。籽粒P積累量以施肥處理最高，顯著高于空白對(duì)照和低氮處理。在污水P濃度一致的條件下，高N濃度污水處理的P積累量顯著高于低N濃度處理。污水中P濃度的增加沒有顯著增加籽粒P的積累量。秸稈P累積量明顯低于籽粒，且各處理間差異均不顯著。水稻TP積累量介于0.29～0.40 g·pot-1，與籽粒磷積累量的變化一致，高N污水處理與常規(guī)施肥處理差異不顯著，顯著高于空白對(duì)照，低N污水處理顯著低于常規(guī)施肥處理，略高于空白對(duì)照。P收獲指數(shù)介于69.3%～75.9%，各處理間差異均不顯著。

2.4 污水灌溉的N、P利用率

各處理下水稻對(duì)N、P的利用效率參數(shù)見表7。污水處理下N農(nóng)學(xué)利用率為21.1～30.5 kg·kg-1，與施肥對(duì)照沒有顯著性差異。在污水N濃度相同情況下，高P濃度處理的N農(nóng)學(xué)利用率均高于低P濃度處理；污水在低N濃度下，P濃度的增加使N的農(nóng)學(xué)利用率從21.1 kg·kg-1增加到30.5 kg·kg-1。污水灌溉下N吸收利用率N4P4最低（36.2%），N2P4最高（84.6%），與施肥處理差異不顯著。同樣，污水在低N濃度下，高P濃度處理的N吸收利用率高于低P濃度處理。污水灌溉的N偏生產(chǎn)力介于85.5～169.2 kg·kg-1，低N濃度污水處理顯著高于施肥對(duì)照處理（64.8 kg·kg-1）；在同樣氮素投入下，高P濃度污水處理的N偏生產(chǎn)力也略高于低P濃度污水處理。

表6 不同處理下水稻籽粒和秸稈中氮磷的含量Table 6 Nitrogen and phosphorus contents in straw and grain of rice under different treatments

由于污水中帶入的P很低，而水稻對(duì)P的吸收又較少，污水灌溉處理下P的吸收利用率顯著高于施肥對(duì)照處理，表現(xiàn)為隨著污水N濃度的增加而顯著增加，隨著污水P濃度的增加而明顯下降。農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率及偏生產(chǎn)力三個(gè)指標(biāo)規(guī)律一致。

2.5 收獲后土壤養(yǎng)分狀況

本實(shí)驗(yàn)污水帶入N、P的量較少，水稻生長所需營養(yǎng)很大部分是由土壤提供的，收獲后土壤TN和TP含量均低于種植前土壤，表現(xiàn)出一定的下降趨勢(shì)。常規(guī)施肥處理土壤TN和TP含量也出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，污水處理與常規(guī)化肥處理之間差異并不顯著。與常規(guī)施肥處理相比，除N4P2處理的土壤TN濃度略高于常規(guī)化肥處理外，其余污水灌溉處理的土壤N、P濃度都略低，土壤庫損失有所升高，其中N2P4處理損失的N素最多，達(dá)到3.85 g·pot-1，N2P2損失的P素最高，達(dá)到1.19 g·pot-1（表8），但與施肥組沒有顯著差異。

對(duì)于土壤N庫來說，在污水灌溉中P濃度一致的條件下，污水中N濃度越高，收獲后土壤N濃度也越高，土壤庫損失的N也越少。當(dāng)污水N濃度一定時(shí)，收獲后土壤N濃度隨污水中P濃度的升高而下降，即污水P濃度越高，土壤N庫損失也越多。對(duì)于土壤P庫來說，收獲后土壤P濃度隨污水中P濃度的增加而增加，隨污水中N濃度的提高而升高，即污水中N、P濃度越高，土壤P庫損失越少。

表7 不同處理間水稻的N、P利用效率Table 7 Comparison of N and P use efficiency between different treatments

表8 不同處理下收獲后土壤養(yǎng)分含量Table 8 Nutrient contents of soil after harvest under different treatments

3 討論

生活污水中含有N、P等營養(yǎng)元素，而N、P對(duì)于水稻的生長發(fā)育必不可少。在施肥條件下，污水回用并未減少水稻的產(chǎn)量[25]，在不施肥條件下，高負(fù)荷污水回用情況下水稻產(chǎn)量也無顯著降低[26]，說明生活污水中N、P能夠被水稻吸收利用，對(duì)水稻產(chǎn)量的保持起重要作用。本研究結(jié)果表明，不施化肥條件下污水N、P濃度對(duì)于水稻生長和產(chǎn)量有顯著的影響。污水灌溉處理在生育前期的株高明顯低于化肥處理，但對(duì)水稻成熟期的株高影響并不顯著；污水灌溉處理的分蘗數(shù)及穗數(shù)顯著低于化肥對(duì)照，和前人研究得出的污水灌溉減少了分蘗一致[27]。這主要是因?yàn)槲鬯喔萅、P帶入量?jī)H為施肥對(duì)照處理投入氮肥的32.1%～64.1%，磷肥的11.6%～23.2%。水稻分蘗期是第一個(gè)需肥高峰期，化肥對(duì)照處理中蘗肥的施入為水稻分蘗提供了養(yǎng)分來源，促進(jìn)了水稻分蘗的發(fā)生，而生活污水灌溉下N濃度較低（圖1），不能滿足分蘗期大量的養(yǎng)分需求，從而導(dǎo)致分蘗和最終穗數(shù)顯著低于化肥對(duì)照處理，僅為化肥對(duì)照處理的68.5%～81.1%。污水灌溉處理下，后期持續(xù)的養(yǎng)分輸入，使得分蘗成穗率較高，而且干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率高，因此污水灌溉處理的粒重、穗粒數(shù)和成穗率均高于化肥對(duì)照組，從而略微抵消了穗數(shù)的不足，使得污水灌溉處理最終的產(chǎn)量并沒有顯著低于化肥對(duì)照處理。這也說明，污水灌溉要保證水稻高產(chǎn)，在肥料運(yùn)籌方面，必須補(bǔ)施一定的分蘗肥，保證前期高產(chǎn)架子的形成。薛利紅等[18]和馬資厚等[28]的研究結(jié)果也表明，污水灌溉下在分蘗期配施少量的化肥，可以保證水稻高產(chǎn)。污水灌溉處理下后期肥料較多（穗肥到收獲期污水帶入總養(yǎng)分的64%），也與施氮或低氮投入下肥料后移能夠增加產(chǎn)量的相關(guān)研究結(jié)論較為相符[29]?？梢姡侠淼臏p量施肥配合污水回用能夠保證產(chǎn)量不減少，但不同污水濃度下適宜的化肥用量還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

與施肥處理相比，污水灌溉均提高了水稻對(duì)N、P的利用效率。相對(duì)于施肥處理，污水投入的N、P含量較少，不能完全滿足作物生長需求，促進(jìn)了作物對(duì)污水及土壤中N、P的吸收利用。此外，污水灌溉下田面水N、P濃度顯著低于常規(guī)施肥處理，相應(yīng)的氨揮發(fā)、徑流等損失也相對(duì)較少，因此利用率要高于化肥處理[30]。污水灌溉有點(diǎn)類似于水肥一體化，由于養(yǎng)分分散持續(xù)投入，與常規(guī)化肥處理相比，稻田田面水和土壤中N含量不會(huì)出現(xiàn)明顯的峰值，從而可有效降低氨揮發(fā)等損失[28，31]，提高肥料利用率。另外，水稻土因?yàn)殚L期處于淹水環(huán)境，土壤氧化還原電位的降低能夠?qū)е翭e3+還原為Fe2+，使Fe結(jié)合態(tài)磷釋放到土壤溶液中，所以P肥有效性較高[32-34]。生活污水帶入的溶解有機(jī)質(zhì)在礦化時(shí)可能進(jìn)一步降低土壤的氧化還原電位，從而使P的活性進(jìn)一步增強(qiáng)。由于P肥在高濃度容易形成沉淀，而低濃度下大多以吸附態(tài)存在，生物有效性較高[35]。本研究也證明高氮高磷處理籽粒產(chǎn)量與常規(guī)化肥沒有顯著差異。所以，生活污水灌溉下水稻磷肥的投入也可適當(dāng)降低。此外，生活污水中溶解有機(jī)質(zhì)的投入，對(duì)土壤微生物功能和群落有改善的作用，能夠有效增加土壤微生物多樣性[36]，也能夠促進(jìn)土壤對(duì)水稻N、P的供應(yīng)。收獲后土壤中TN、TP均有小幅下降，主要是因?yàn)楸狙芯客度氲腡N、TP遠(yuǎn)小于常規(guī)施肥處理。但本研究也發(fā)現(xiàn)，常規(guī)化肥處理收獲后土壤TN、TP濃度同樣有所下降，污水灌溉處理與常規(guī)化肥處理之間差異并不顯著。這也驗(yàn)證了前人得出的太湖流域水稻僅靠化肥投入難以維持稻田土壤肥力的結(jié)果[37]，也表明在污水灌溉條件下，需要配合施用一定量的化肥，甚至有機(jī)肥來保持土壤肥力。

大量研究表明，N、P肥配施對(duì)于作物增產(chǎn)具有重要作用[38]，即在合理的施肥條件下，一種肥料含量較低的情況下，另一種肥料的增加能夠促進(jìn)產(chǎn)量[39]。同樣，污水灌溉中污水的N、P投入也存在明顯的交互作用。本研究下，N、P濃度增加提高了粒重，盡管并未顯著增加籽粒中N、P濃度，但籽粒N、P積累量有所增加。在P濃度相同條件下，高N處理提高了籽粒重和產(chǎn)量；在N濃度相同條件下，高P也提高了籽粒重和產(chǎn)量。說明N、P存在著正交互作用。水稻對(duì)污水中N的吸收利用與污水中的N、P濃度密切相關(guān)，P濃度的增加不同程度地促進(jìn)了N農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力。另外，污水中的K濃度很高，整個(gè)生長期生活污水帶入的K相當(dāng)于施K肥（以K2O計(jì)）90 kg·hm-2，因此污水灌溉帶入的K對(duì)水稻生長的作用也不容忽視[40-41]。

污水中N、P的濃度對(duì)于收獲后土壤N、P濃度也有一定的影響。首先，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在污水提供的P素一定的條件下，污水帶入越多的N，收獲后土壤N濃度越高，土壤提供的N就相對(duì)減少；在污水提供N素一定的條件下，污水帶入越多的P，收獲后土壤P濃度也越高，土壤提供的P也相對(duì)減少。對(duì)于同一元素，生活污水和土壤共同供給植物，污水中N、P的濃度越高，或者說供給量越大，收獲后土壤N、P的濃度下降越少，這才能保證土壤肥力在不施肥的情況下能夠保持平衡和可持續(xù)利用。其次，在污水P濃度一致的條件下，N濃度越高，收獲后土壤P濃度沒有顯著減小，即N的增加并未促進(jìn)土壤P的供給；在污水中N濃度一定的條件下，污水中P濃度越高，收獲后土壤N濃度越小，即土壤為作物提供更多的N。這表明污水灌溉條件也要通過P肥來保證P的供給，促進(jìn)水稻對(duì)N的吸收利用。

4 結(jié)論

在正常灌溉與不施化肥條件下，污水TN、TP濃度與水稻的生長指標(biāo)和產(chǎn)量密切相關(guān)，污水灌溉處理可明顯提高穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率和分蘗成穗率，但由于分蘗期供肥不足，分蘗數(shù)和最終成穗數(shù)顯著低于常規(guī)化肥處理，最終導(dǎo)致產(chǎn)量低于常規(guī)化肥處理。當(dāng)污水中TN濃度達(dá)20～25 mg·L-1、TP濃度達(dá)1.0～1.5 mg·L-1時(shí)，不施任何化肥條件下水稻產(chǎn)量即可達(dá)到常規(guī)化肥處理的95%，兩者差異不顯著，此時(shí)污水灌溉中帶入的N僅為常規(guī)施肥處理N用量的64.1%和P肥用量的23.2%。

污水灌溉提高了水稻的N、P利用效率。水稻對(duì)污水中N的吸收利用與污水中的N、P濃度密切相關(guān)，P濃度的增加促進(jìn)了N的農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力的提高。

污水灌溉明顯降低了水稻施肥期的田面水N、P濃度，減少了徑流損失的風(fēng)險(xiǎn)。但不施肥條件下會(huì)造成水稻分蘗不足，從而影響產(chǎn)量。因此，在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)應(yīng)在分蘗期補(bǔ)施一定的化肥或者在分蘗期采用更高N、P濃度的污水進(jìn)行灌溉。稻田生活污水灌溉下保證高產(chǎn)可持續(xù)的N、P肥適宜運(yùn)籌仍有待于進(jìn)一步深入研究。

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Effects of the N and P concentrations in domestic wastewater on the growth，N and P uptakes of rice

YIN Ai-jing1,2,XUE Li-hong1*,YANG Lin-zhang1,3,DUAN Jing-jing1,HOU Peng-fu1
（1.Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China;2.Key Lab of Food Quality and Safety of Jiangsu Province-State Key Laboratory Breeding Base,Nanjing 210014,China;3.Jiangsu Synthetic Innovation Center for Coastal Bio-agriculture,Yancheng 224002, China）

In this study,rice pot experiment irrigated with domestic wastewater in different N and P concentrations was carried out to investigate the effects on rice growth,yield and uptakes of N and P.Compared to common chemical fertilizer treatment,domestic wastewater irrigation significantly decreased the concentrations of N and P in the surface water,and the N and P concentrations decreased to the level of zero-N fertilizer treatment about 70 day after transplant.The growth status and yields of rice was closely related to the concentrations of N and P in domestic wastewater under normal irrigation without chemical fertilizer input condition.The spikelet number per panicle,1000-grain weight,and filled spikelets rate were increased,but the panicle number was significantly decreased with domestic wastewater irrigation, therefore,the final yield showed a decreasion.When the TN and TP concentration in domestic wastewater was 20～25 mg·L-1and 1.0～1.5 mg·L-1,the rice yield could be 95%of that with normal chemical fertilizer and the difference was not significant,but the N and P inputs by domestic wastewater were only 64.1%and 23.2%of normal chemical fertilizer treatment.The N and P use efficiency of rice was enhancedby domestic wastewater irrigation when compared to the normal chemical fertilizer treatment.The uptakes of N and P by rice were positively correlated with the concentrations of N and P in the domestic wastewater,and a positive interaction between N and P in domestic wastewater was observed.If paddy fields was irrigated with domestic wastewater,a certain amount of chemical fertilizer should be applied during tillering stage to ensure the high yield of rice.

domestic wastewater irrigation;nitrogen and phosphorus;rice;yield

S511

A

1672-2043（2017）04-0768-09

10.11654/jaes.2016-1472

2016－11－22

尹愛經(jīng)（1986—），男，助理研究員，主要研究方向?yàn)樯钗鬯r(nóng)田回用和土壤磷循環(huán)。E-mail：huanxueseng@163.com

*通信作者：薛利紅E-mail：njxuelihong@gmail.com

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503106）；江蘇省自主創(chuàng)新項(xiàng)目（CX（14）2050）；江蘇省博士后科研資助計(jì)劃項(xiàng)目（1601109C）

Project supported：The Special Fund for Agro-scientific Research on Public Causes（201503106）；The Jiangsu Agriculture Science and Technology Innovation Fund（CX（14）2050）；The Postdoctoral Research Funding Plan of Jiangsu Province（1601109C）

尹愛經(jīng)，薛利紅，楊林章，等.生活污水氮磷濃度對(duì)水稻生長及氮磷利用的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（4）：768-776.

YIN Ai-jing,XUE Li-hong,YANG Lin-zhang,et al.Effects of the N and P concentrations in domestic wastewater on the growth，N and P uptakes of rice[J]. Journal of Agro-Environment Science,2017,36（4）:768-776.