摻混控釋肥側(cè)深施對稻田田面水氮素濃度的影響

侯朋福，薛利祥，周玉玲，李剛?cè)A，楊林章，薛利紅*

（1．江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，江蘇 南京 210014；2．南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，江蘇 南京 210095）

由于人類活動引發(fā)的點源污染和面源污染是水體富營養(yǎng)化和水環(huán)境污染的重要原因［1］。隨著公眾意識和監(jiān)管力度的提高，工業(yè)廢水和城市生活污水等點源污染得到有效控制，農(nóng)村面源污染成為水污染的最重要來源［2-3］。農(nóng)業(yè)面源污染中，氮肥的過量不合理施用是最重要的來源［4］。太湖地區(qū)是重要的水旱輪作種植區(qū)，農(nóng)民為追求高產(chǎn)常常大量施用氮肥。由于水稻水分管理的特殊性及地區(qū)降雨特性等原因，大量氮肥通過徑流、淋洗、氨揮發(fā)和N2O排放等途徑進入大氣和水環(huán)境中，引發(fā)系列問題［5-8］。因此，為了控制稻田氮肥面源污染損失對環(huán)境排放的貢獻，進行農(nóng)田養(yǎng)分的減量化技術研究成為當前研究熱點。

為了控制稻田氮素損失，科研人員近年來開展了大量的養(yǎng)分優(yōu)化專題研究，并逐步形成了農(nóng)田面源污染治理的系列源頭減量技術［4，9-10］。隨著化肥研究深入和工藝進步，緩控釋肥料發(fā)展取得長足進步［11-13］。作為一類新型肥料，由于肥料的緩效釋放，緩控釋肥料能夠控制肥料中養(yǎng)分釋放速度，從而滿足水稻生長需肥規(guī)律，提高水稻氮素利用率，減少氮素環(huán)境損失［14-17］。筆者等［18］在另一專題試驗中研究發(fā)現(xiàn)，等氮量下，不同類型緩控釋肥料均較常規(guī)化肥分次施用減少了稻田氮素損失，其中摻混控釋肥的增產(chǎn)減排效果最好，是稻田養(yǎng)分管理中較好的替代肥料。但目前的摻混控釋肥的研究，其用量主要參照常規(guī)尿素用量進行確定，減少摻混控釋肥用量能夠在保證水稻產(chǎn)量的基礎上進一步降低面源污染發(fā)生風險仍不明確。因此有必要進行摻混控釋肥用量的專題試驗，比較不同用量摻混控釋肥對水稻產(chǎn)量和田面水氮素濃度的影響，以此明確太湖稻區(qū)基于高產(chǎn)環(huán)保的摻混控釋肥適宜用量，以期為水稻氮素高效利用和稻田面源污染減排提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2015～2016年在江蘇省宜興市漳瀆村（東經(jīng)119°54′，北緯31°17′）進行。該地區(qū)位于長江三角洲太湖流域，屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均溫15.7℃，平均降水1 100 mm。該區(qū)域水稻土多由湖底沉積物發(fā)育而成，耕作層深度18 cm，經(jīng)歷過百年水稻耕作，耕作層土壤主要理化特性如下：有機質(zhì) 24.6 g/kg、全氮 1.42 g/kg、全磷 0.51 g/kg、全 鉀 11.3 g/kg、 有 效 磷 21.9 mg/kg、 速 效 鉀 72.2 mg/kg。試驗田前茬為小麥，供試水稻品種為武運粳23號，常規(guī)粳稻品種。

試驗采用大田育苗移栽，隨機區(qū)組排列，3次重復，小區(qū)面積為120 m2，每個小區(qū)單設進、排水口。2015年5月27日播種、6月18日移栽、10月27日收獲，2016年5月30日播種、6月20日移栽、10月25日收獲。移栽采用日本氣吹式插秧側(cè)深施肥一體化機器（PZ60HVRASLF），田間種植密度為30 cm×14 cm。緩控釋肥側(cè)深施（施肥點距根側(cè)約5 cm，實際深度約2～3 cm）與插秧同步進行，常規(guī)無機化肥撒施。

試驗設置常規(guī)化肥分次施用，緩控釋肥梯度減量（常規(guī)用量、減量10%、減量20%和減量30%）共5個處理。各處理磷、鉀用量均相同，分別為108和324 kg/hm2，一次性基施。常規(guī)化肥分次施用處理氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，采用的摻混控釋肥由樹脂復合肥、樹脂二胺、樹脂氯化鉀和不同釋放速率的樹脂尿素依據(jù)水稻生長需肥規(guī)律按一定比例摻混而成。水分管理采用干濕交替灌溉方式，病蟲草害防治按高產(chǎn)栽培要求進行控制，具體肥料運籌見表1。

表1 肥料類型及運籌方案

1.2 采樣及測定方法

水稻產(chǎn)量：于成熟期普查每小區(qū)40穴，計算每穴的有效穗數(shù)；根據(jù)每穴平均穗數(shù)，取代表性樣品5穴，水選法考察穗粒結構，并折算理論產(chǎn)量。

田面水采集與測定：與無機化肥分次處理田塊同步，分別于基肥、追肥施用后1周時間內(nèi)，每天連續(xù)采集各田塊田面水樣，采集后的混合水樣過濾后用SKALAR流動分析儀測定水樣的總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量濃度。

1.3 統(tǒng)計分析方法

需要說明的是，不同于無機化肥肥效的集中釋放，摻混控釋肥具有肥效緩慢釋放的特征，本試驗中所采用的摻混控釋肥是根據(jù)水稻高產(chǎn)養(yǎng)分需求曲線配比而成，肥效釋放與水稻生長需肥規(guī)律相吻合。因此，本試驗中僅按照無機化肥的施肥和取樣頻次對田面水樣進行采集分析。

常規(guī)數(shù)據(jù)處理在Excel 2007中進行，方差分析在 SPSS 16.0中進行，作圖在 SigmaPlot 10.0中進行。

2 結果與分析

2.1 田面水總氮濃度的動態(tài)變化

結果表明，CN處理的各肥期田面水總氮濃度兩年均顯著高于RBB處理，基肥期、蘗肥期和穗肥期峰值濃度分別達121.47、42.26和73.40 mg/L（2015年），68.08、107.0 和 131.17 mg/L（2016年）（圖1）。RBB處理下，田面水總氮濃度總體呈隨用量減少而降低的趨勢，但不同肥期表現(xiàn)不一致。由于肥料的一次性施用，RBB處理的基肥期和蘗肥期田面水總氮濃度明顯高于穗肥期。

處理間比較來看，不同減量處理的田面水總氮濃度在基肥期和蘗肥期差異明顯，但穗肥期無明顯差異。RBB不同用量處理的田面水總氮濃度在基肥期和蘗肥期整體表現(xiàn)為隨RBB用量減少而降低的趨勢，但減量幅度相近處理的田面水氮素濃度未呈現(xiàn)一致性規(guī)律變化。此外，RBB1處理在基肥期的峰值濃度出現(xiàn)時間（1～2 d）兩年均早于RBB減量處理（2～4 d），而蘗肥期減量30%處理的田面水總氮濃度在2015年高于減量20%處理。

圖1 不同處理的田面水總氮質(zhì)量濃度變化

2.2 田面水銨態(tài)氮濃度的動態(tài)變化

圖2結果表明，無機化肥和摻混控釋肥兩種肥料類型下，田面水氮素均以銨態(tài)氮為主。田面水銨態(tài)氮濃度變化與總氮濃度變化一致，CN處理的各肥期田面水銨態(tài)氮濃度兩年均顯著高于RBB處理，基肥期、蘗肥期和穗肥期峰值濃度分別達120.11、41.16 和 73.31 mg/L（2015 年），32.25、107.0和131.0 mg/L（2016年）。RBB處理下，田面水銨態(tài)氮濃度同樣呈隨用量減少而降低的趨勢，基肥期和蘗肥期田面水銨態(tài)氮濃度也明顯高于穗肥期。

與田面水總氮濃度相一致，不同減量處理的田面水銨態(tài)氮濃度在基肥期和蘗肥期差異明顯，但穗肥期無明顯差異。基肥期和蘗肥期處理間田面水銨態(tài)氮濃度同樣表現(xiàn)為隨RBB用量減少而降低的趨勢，但減量幅度相近處理的田面水氮素濃度也未呈現(xiàn)一致性規(guī)律變化。此外，與總氮濃度一致，RBB1處理在基肥期的峰值濃度出現(xiàn)時間（1～2 d）兩年均早于RBB減量處理（2～4 d），而蘗肥期減量30%處理的田面水銨態(tài)氮濃度在2015年高于減量20%處理。

圖2 不同處理的田面水銨態(tài)氮質(zhì)量濃度變化

2.3 田面水硝態(tài)氮濃度的動態(tài)變化

田面水硝態(tài)氮濃度動態(tài)變化結果列于圖3。結果可以看出，與田面水銨態(tài)氮濃度相比，田面水硝態(tài)氮濃度較低。兩種肥料類型下，與RBB肥料相比，CN處理的田面水硝態(tài)氮濃度較高，但兩年表現(xiàn)不盡一致。其中，2015年無機化肥處理的基肥期和蘗肥期田面水硝態(tài)氮濃度較高，穗肥期無顯著差異；而2016年基肥期的峰值濃度和肥期氮素濃度均顯著高于RBB處理，而蘗肥期和穗肥期除峰值濃度顯著較高，其余時間與RBB處理間無顯著差異。RBB一次性基施處理的田面水硝態(tài)氮濃度在基施后的第 3 或 4 d（2015 年第 4 d，2016 年第 3 d）達到濃度峰值，此后迅速下降。由于濃度較低，RBB不同用量處理間差異不顯著且未表現(xiàn)出一致性規(guī)律變化（2015年峰值濃度為1.91～2.07 mg/L，2016年峰值濃度為 0.75～ 1.0 mg/L）。

圖3 不同處理的田面水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度變化

2.4 田面水氮素濃度均值

不同肥期田面水氮素濃度均值結果（表2）表明，RBB處理的3個肥期田面水氮素濃度均顯著低于無機化肥分次施用CN處理。由于田面水氮素以銨態(tài)氮為主，因此總氮均值濃度降低幅度與銨態(tài)氮較一致。其中，基肥期、蘗肥期、穗肥期田面水總氮均值濃度兩年降低幅度分別為87.19%～93.87%（2015年）和76.93%～83.48%（2016年）、69.74%～79.73%（2015年）和74.46%～87.52%（2016年）、94.43%～96.69%（2015）和95.52%～96.57%（2016年）。

不同用量RBB處理的田面水總氮和銨態(tài)氮濃度有明顯差異，但硝態(tài)氮濃度處理間無明顯差異。田面水總氮和銨態(tài)氮濃度結果表明，RBB不同減量處理間田面水氮素濃度基肥期和蘗肥期差異顯著，但穗肥期差異不顯著?；势诤吞Y肥期田面水氮素濃度比較來看，RBB常規(guī)用量RBB1處理的田面水氮素濃度明顯高于其它處理，其中2015年蘗肥期，2016年的基肥期、蘗肥期差異顯著。隨著減量幅度增加，RBB處理下田面水總氮和銨態(tài)氮濃度總體呈降低趨勢，但用量相近處理間并未呈現(xiàn)一致性變化。其中，2015年RBB減量20%處理RBB3的田面水氮素濃度在基肥期高于減量10%處理RBB2，而2016年減量30%處理RBB4的田面水氮素濃度在3個肥期均與減量20%處理RBB2無顯著差異，且有增高的趨勢。

表2 不同肥期田面水的氮素質(zhì)量濃度均值 （mg/L）

2.5 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

圖4結果表明，與CN處理相比，RBB減量處理不會造成水稻減產(chǎn)。除2015年RBB1處理的產(chǎn)量顯著高于其它處理，2016年RBB3處理的產(chǎn)量顯著高于CN處理，其它處理間水稻產(chǎn)量差異不顯著。不同處理間兩年水稻產(chǎn)量分別表現(xiàn)為：RBB1>RBB2、RBB3、RBB4、CN，RBB3>RBB1、RBB2、RBB4>CN。結果說明，摻混控釋肥RBB減量10%～30%不會影響水稻產(chǎn)量。

圖4 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

3 討論

新型摻混控釋肥被認為是提高水稻產(chǎn)量、減少養(yǎng)分損失和節(jié)省勞動力投入較好的替代肥料［18-20］。但目前的摻混控釋肥的研究，其用量主要參照常規(guī)尿素用量進行確定，減少RBB用量能否在保證水稻產(chǎn)量的基礎上進一步降低面源污染發(fā)生風險仍不明確。本研究結果表明，與CN處理（270 kg/hm2）相比，RBB減量10%～30%不會影響水稻產(chǎn)量（圖4）。這說明，由于肥效的緩慢釋放，降低配方肥用量仍然能夠滿足水稻生長的需要，其用量參照常規(guī)尿素存在肥料冗余現(xiàn)象。

本研究結果表明，無機化肥和摻混控釋肥兩種肥料類型下，田面水氮素均以銨態(tài)氮為主，田面水銨態(tài)氮濃度變化與總氮一致（表2），這與以往研究結果相同［21］。而田面水硝態(tài)氮濃度較低，除CN處理較高，處理間差異不顯著，且不同處理間3個肥期的硝態(tài)氮濃度動態(tài)變化較一致，這可能與稻田水分狀況和硝化作用強度有關［22］。此外，兩種肥料類型對比來看，無機化肥施用后田面水氮素濃度在施肥后1～2 d即達到峰值濃度，此后逐漸下降；而RBB對氮素釋放的控制效果較好，3個肥期的田面水氮素峰值濃度均較低，且顯著低于CN處理，這與本地區(qū)其它研究結果相同［21-22］。

有研究指出，施肥后7 d是稻田氮素流失的關鍵時期，而田面水銨態(tài)氮濃度與稻田氨揮發(fā)通量呈極顯著相關關系［23］。筆者等［21］前期研究發(fā)現(xiàn)，相同氮素用量下，RBB較無機化肥能夠降低田面水氮素濃度，減少氮素損失風險。而RBB具有肥效緩慢釋放的特性，其用量的減少是否能夠進一步降低面源污染發(fā)生風險仍不明確。本研究結果表明，RBB肥料減量能夠降低前期（基肥期和蘗肥期）田面水總氮和銨態(tài)氮濃度，總體呈隨用量減少而降低的趨勢，但減量幅度相近處理的田面水氮素濃度未呈現(xiàn)一致性規(guī)律變化（圖1）。其中，2015年減量20%處理的田面水氮素濃度在基肥期高于減量10%處理，而2016年減量30%處理的田面水氮素濃度在3個肥期均與減量20%處理無顯著差異。這可能與摻混肥料不同釋放速率的肥料成分在施用時的實際占比有關。本研究采用的摻混控釋肥由樹脂包衣復合肥、樹脂包衣二銨、樹脂包衣氯化鉀、2個月樹脂包衣尿素、3個月樹脂包衣尿素等按不同比例混配而成［24］。由于不同控釋肥料的密度存在一定差異，在實際施用時可能由于密度差異造成實際施用的摻混肥料配比與設計配比存在一定誤差。這也可能是RBB不同減量處理峰值濃度出現(xiàn)時間不一致的原因。

4 結論

RBB施用減少了太湖地區(qū)稻田肥期氮素流失風險，RBB肥料用量為189～216 kg/hm2能夠在保證水稻產(chǎn)量的前提下降低前期田面水氮素濃度，減少氮素流失風險。