控灌中蓄及減量施肥對稻田氮素動態(tài)的影響

金斌斌,邵孝侯,徐朝輝,劉進(jìn)寶,曾洪學(xué)

(1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院,浙江 杭州 311231; 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098; 3.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210006)

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控灌中蓄及減量施肥對稻田氮素動態(tài)的影響

金斌斌1,2,邵孝侯2,徐朝輝3,劉進(jìn)寶1,曾洪學(xué)1

(1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院,浙江 杭州 311231; 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098; 3.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210006)

控灌中蓄;減量施肥;稻田;氮素濃度;節(jié)水灌溉

我國南方水稻播種面積大,氮肥施用水平高,但利用率低[1]。氮素隨降雨徑流和稻田滲漏進(jìn)入水體,引發(fā)地表水體的富營養(yǎng)化和地下水質(zhì)惡化,是南方地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源[2-7]。對農(nóng)業(yè)面源污染的控制途徑主要有源頭控制、過程阻斷和末端治理3種,其中過程阻斷和末端治理技術(shù)費(fèi)用大、耗時久[8],因此,在分析稻田氮素的時空遷移特征和潛在流失規(guī)律的基礎(chǔ)上,研究南方稻田氮素減排降污技術(shù),創(chuàng)新稻田水肥管理模式,從源頭上控制農(nóng)業(yè)面源污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來,國內(nèi)外學(xué)者分別針對稻田水分管理、施肥水平和施肥方式對氮素?fù)p失的影響開展了研究[9-13],對稻田土層的養(yǎng)分淋失規(guī)律也有涉及[14-15],但對不同水肥條件下稻田氮素?fù)p失的研究以田面水的氮素變化為主[8,16]。控灌中蓄模式是在控制灌溉[17]的基礎(chǔ)上對降雨積蓄上限進(jìn)行量化的一種節(jié)水灌溉技術(shù)。秧苗本田移栽后,返青期田面保留5～25 mm的薄水層,返青以后的各個生育階段田面不建立灌溉水層,遭遇大雨,控制田面蓄水水層在稻田相應(yīng)生育期最大耐淹深度的1/2(分蘗后期曬田除外),但不超過70 mm,蓄水歷時不超過3 d?？毓嘀行钅Ｊ綐O大程度地提高了降雨的有效利用率[18]。目前,主要就水稻需水規(guī)律、灌溉定額、雨水利用以及對產(chǎn)量的影響等方面開展了控灌中蓄節(jié)水灌溉技術(shù)田間試驗研究[19],對該技術(shù)在農(nóng)業(yè)面源污染控制方面的作用研究尚未深入。本文在田間試驗中耦合了控灌中蓄節(jié)水灌溉模式和減量施肥技術(shù),并與傳統(tǒng)的水稻灌溉與施肥技術(shù)進(jìn)行對比,監(jiān)測了水肥管理對稻田田面水及不同層次土壤溶液中的氮素濃度變化的影響,探討氮素在水稻生育期的流失規(guī)律,以期為南方稻田建立高效、生態(tài)的水肥管理制度提供參考。

1 試驗方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于浙江省余姚市河姆渡鎮(zhèn)(29°98’N,121°36’E),屬北亞熱帶季風(fēng)氣候帶,年降水量1 263～1 987 mm,降水集中在4—6月的梅雨季節(jié)和7—9月的臺風(fēng)季節(jié),形成兩個峰值,易發(fā)生洪澇。干旱指數(shù)為0.72,年蒸發(fā)量為900～950 mm,年平均相對濕度為80%。年平均氣溫為16.5℃,年平均日照為2 061 h,日照率為47%。無霜期約228 d。試驗區(qū)耕層土壤為非石灰性潴育型水稻土,土壤密度為1.35 g/cm3,地下水埋深范圍為50～150 cm。2012年水稻本田期內(nèi)降水量如圖1所示。

圖1 水稻本田期內(nèi)降水量

1.2 試驗方案

試驗水稻品種為臺灣高雄139,屬中晚熟品種,種植密度為79.35萬～82.50萬苗/hm2。水稻采用大棚育苗,試驗區(qū)插秧移栽的方式進(jìn)行種植,移栽時間為2012年7月6日,全生育期歷時134 d。

試驗設(shè)2種水分管理模式:常規(guī)淹水灌溉(flooding irrigation,記為F)和控灌中蓄(controlled and mid-gathering irrigation,記為C),在水稻各生育期內(nèi)的根層土壤水分控制指標(biāo)如表1所示。

表1 2種水分管理模式下水稻各生育階段根層土壤水分控制指標(biāo)

試驗設(shè)常規(guī)施肥(記為1)和減量施肥(記為2)2種施肥模式,常規(guī)施肥量采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的習(xí)慣用量,減量施肥的施肥總量為常規(guī)施肥量的80%。施肥均采用基肥+追肥的方式,基肥在移栽當(dāng)天施,追肥在分蘗期(移栽后22 d)和孕穗前期(移栽后41 d)各施1次。常規(guī)施肥處理的施肥量折合成施氮量分別為56.25 kg/hm2、90.43 kg/hm2和58.60 kg/hm2,總施氮量205.28 kg/hm2;減量施肥處理的施肥量折合成施氮量分別為45.00 kg/hm2、72.34 kg/hm2和46.88 kg/hm2,總施氮量164.22 kg/hm2。

2種水分管理模式與2種施肥模式組合,共4種處理,分別記為F1、F2、C1、C2,每種處理重復(fù)3次,總計12個小區(qū),小區(qū)隨機(jī)布置,單灌單排。

1.3 測定項目

1.3.1 水量平衡項目

試驗區(qū)設(shè)置雨量計和標(biāo)尺,各小區(qū)的進(jìn)水管路及出水口分別安置水表。測量指標(biāo)包括作物各生育時期及整個生育期各試驗小區(qū)的降雨量、田面水層深、灌溉和排水量等,記錄各地塊的灌溉次數(shù)和灌溉定額。

1.3.2 水樣采集

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥管理對田面水氮素變化的影響

圖2 不同水肥管理模式下田面水銨態(tài)氮質(zhì)量濃度變化

圖3 不同水肥管理模式下田面水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度變化

上述分析結(jié)果表明,稻田排水應(yīng)盡可能地控制在施肥3～4 d以后,這樣可以防止氮素隨田面水流失,減輕水污染。

2.2 水肥管理對土壤溶液氮素變化的影響

圖4 相同施肥量不同灌溉模式下土壤溶液(0～60 cm土層)銨態(tài)氮質(zhì)量濃度變化

圖5 相同施肥量不同灌溉模式下土壤溶液(0～60 cm土層)硝態(tài)氮質(zhì)量濃度變化

3 結(jié) 論

a. 控灌中蓄模式下稻田長期處于無水層狀態(tài),土壤通氣性良好,能加速氮素向土壤耕層的遷移,且由于控灌中蓄模式灌水量較少,使得氮素沒有充分的載體進(jìn)入深層土壤,使土壤中的氮素較多地維持在土壤耕層,而控制排水拉長了排水周期,延長了田間水的滯蓄時間,使水稻可以高效地利用施入的肥料,降低了排水時的氮素質(zhì)量濃度,減少了對地下水的污染。

b. 施肥量與稻田中的氮素質(zhì)量濃度成正比,施肥量越大,流失進(jìn)入徑流和地下水中的氮素質(zhì)量濃度也越大,故減量施肥可有效降低稻田中的氮素質(zhì)量濃度,減少水體污染。

c. 田間的氮素質(zhì)量濃度在施肥后達(dá)到高值,3～4 d后開始下降并趨于平緩,因此稻田排水應(yīng)避免在施肥后4 d內(nèi)進(jìn)行,以防氮素隨地表徑流匯入河道加重面源污染。

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Effects of controlled and mid-gathering irrigation and reducing fertilization on dynamics of nitrogen in paddy fields//

JIN Binbin1,2, SHAO Xiaohou2, XU Zhaohui3, LIU Jinbao1, ZENG Hongxue1

(1.ZhejiangTongjiVocationalCollegeofScienceandTechnology,Hangzhou311231,China; 2.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China; 3.NanjingWaterPlanningandDesigningInstituteCompanyLimited,Nanjing210006,China)

controlled and mid-gathering irrigation; reducing fertilization; paddy field; nitrogen concentration; water-saving irrigation

浙江省水利廳科技項目(RC1539); 浙江省科技計劃軟科學(xué)研究項目(2014C35077)

金斌斌(1976—),女,講師,博士研究生,主要從事水利工程與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境研究。E-mail: kinbinbin@163.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.03.014

S365

A

1006-7647(2017)03-0084-05

2016-06-29 編輯：駱超)