蓄雨后稻田氮、磷特征及對水稻生長的影響

葉 浩，黃必善，丁 偉，肖 斌，趙圣帥，張 萍

（1.天門市農(nóng)田灌溉排水試驗站，湖北 天門 431700；2.天門市水利和湖泊局，湖北 天門 431700）

蓄雨灌溉是從稻田水管理角度提高蓄雨深度，從而降低氮、磷流失的風(fēng)險，特別在稻田氮、磷流失關(guān)鍵期，恰逢強降雨多發(fā)時段，蓄雨可擴容、納污、降低排水污染物濃度，從而減少氮、磷排放，因此蓄雨灌溉對減輕農(nóng)業(yè)面源污染具有重要的意義。為了減少稻田氮、磷流失，學(xué)者開展了大量的研究。從農(nóng)藝措施角度看，施用不同肥料類型［1-3］、采用不同N和P配比［4］、減少肥料的施用量［5］以及不同的肥料施用方式［6］均可減少氮、磷排放；從灌溉方式來看，交替干濕灌溉較深水淹灌和常規(guī)灌溉更能減少氮、磷排放［7］，同時干濕交替條件下土壤水分的大幅波動和降雨的首次沖刷效應(yīng)顯著影響氮素流失的數(shù)量和質(zhì)量［8］；同時也有學(xué)者將灌溉方式與施肥結(jié)合進行研究，發(fā)現(xiàn)干濕交替灌溉與控釋肥組合能有效降低稻田氮素流失，減輕農(nóng)業(yè)面源污染［9］；控灌中蓄及減量施肥可以提高氮肥利用率，降低氮素田面排水及滲漏濃度［10］；還有學(xué)者通過水位管理方式減少氮、磷排放［11，12］。目前關(guān)于蓄雨灌溉對節(jié)水減排效果的研究較多，但很少關(guān)注蓄雨灌溉后稻田田面水特征以及蓄雨后水環(huán)境對作物生長的影響。本試驗通過2年定位研究，調(diào)查了蓄雨后稻田氮、磷特征，一方面可以了解蓄雨納污潛力，另一方面可以了解蓄雨后對作物生長產(chǎn)生的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)施與水稻種植

試驗地點設(shè)在湖北省天門市農(nóng)田灌溉排水試驗站。該試驗站地處江漢平原中部，地理坐標為東經(jīng)113°19′、北緯30°39′，地面海拔高程28.5 m，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)。本站歷年平均氣溫為16.2℃，平均蒸發(fā)量為1 061.5 mm，平均降雨量為1 102.3 mm，無霜期為209～254 d。試驗所在地地下水埋深受降水影響變幅較大（0.18～3.15 m），土壤質(zhì)地為壤土，容重為1.37 g/cm3，田間持水量為28.01%，主要農(nóng)作制度為中稻與小麥輪作、小麥與棉花連套兩熟。

2018—2019年，在可控制灌排的混凝土測坑中進行了水稻（OryzasativaL.）蓄雨灌溉試驗。測坑面積4 m2（2 m×2 m），土層厚度1.5 m，土壤質(zhì)地為中壤，耕層堿解氮含量為38.4 mg/kg、有效磷含量為20.2 mg/kg、速效鉀含量為114.1 mg/kg、全氮含量為1.2 g/kg、全磷含量為0.3 g/kg、全鉀含量為9.2 g/kg。

水稻本田期的降雨量2018年（平水年）和2019年（枯水年）分別為371.5 mm和187.1 mm。試驗用的水稻品種為Y兩優(yōu)1928，按當?shù)亓?xí)慣進行施肥管理?；蕿閺?fù)合肥，N、P2O5、K2O含量均為15%，施用量為750 kg/hm2；追肥（分蘗肥）為尿素，用量75 kg/hm2。2018年和2019年水稻插秧時間分別為6月1日和6月8日，株、行距分別為16 cm和30 cm，2018年和2019年均在10月上旬收獲。

1.2 試驗設(shè)計

水稻蓄雨灌溉試驗從水稻插秧開始，在研究區(qū)域降水相對集中的6—8月進行。試驗以常規(guī)淺水勤灌為對照（CK，灌水下限和上限分別為10 mm和30 mm），并以淺水勤灌為基礎(chǔ)按蓄雨上限不同設(shè)3種蓄雨灌溉處理，分別為TR1（蓄雨上限100 mm）、TR2（蓄雨上限80 mm）和TR3（蓄雨上限60 mm）。上述試驗處理采取隨機排列方式，每處理重復(fù)3次。在試驗過程中，當雨前田面水層與降雨量疊加在一起超過設(shè)定的蓄雨上限時，通過測坑控制排水將多余的水量排出。

1.3 調(diào)查方案

1）水稻考種。水稻成熟后按處理取植株樣，每測坑取3穴代表性植株進行考種，主要農(nóng)藝性狀指標包括株高、分蘗、有效分蘗、穗長、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量。

2）水樣采集及分析。發(fā)生降雨且蓄雨達到預(yù)設(shè)深度后，在各測坑內(nèi)用50 mL針筒采取6個點組成約250 mL的混合樣后，及時帶回實驗室測定氨氮、硝態(tài)氮、總氮、總磷濃度。其中，總氮（TN）濃度用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894—1989）測定；銨態(tài)氮（NH4+-N）濃度用納氏試劑分光光度法測定（HJ 535—2009）；硝態(tài)氮（NO3--N）含量用紫外分光光度法測定（HJ/T 346—2007）；總磷（TP）含量用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）測定。

3）數(shù)據(jù)處理及制圖。采用SPSS 21軟件進行方差分析，利用Excel 2016軟件進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理田面水特征

2.1.1 各處理田面水硝態(tài)氮濃度比較 由圖1可知，在平水年4種處理田面水硝態(tài)氮濃度逐漸下降，其中硝態(tài)氮平均濃度由大到小依次是CK、TR1、TR3、TR2；試驗期間蓄雨TR2與蓄雨TR3硝態(tài)氮濃度差異較小且均較低，可知在土壤性質(zhì)、降雨量、施肥量一致情況下，蓄雨上限80 mm和60 mm硝態(tài)氮濃度較低，TR1可能被雨水擾動較大，硝態(tài)氮濃度高于TR2和蓄雨TR3。由圖2可知，枯水年4種處理田面水硝態(tài)氮濃度總體呈下降趨勢，各處理不同蓄雨深度硝態(tài)氮濃度均較低，各處理間差異較小。綜上所述，平水年和枯水年各蓄雨模式田面水硝態(tài)氮濃度總體均呈下降趨勢，在平水年（2018年），蓄雨60 mm和80 mm硝態(tài)氮濃度較低，但與其他處理差異均不顯著（P＞0.05）；在枯水年（2019年），蓄雨深度對硝態(tài)氮濃度也無顯著影響（P＞0.05）。

圖1 2018年各處理田面水硝態(tài)氮濃度比較

圖2 2019年各處理田面水硝態(tài)氮濃度比較

2.1.2 各處理田面水銨態(tài)氮濃度比較 由圖3可知，2018年（平水年）各處理銨態(tài)氮濃度總體呈下降趨勢，其中TR3、TR2下降幅度較大，試驗結(jié)束時TR2銨態(tài)氮濃度最低。由圖4可知，2019年（枯水年）CK和TR2處理銨態(tài)氮濃度先下降后升高，TR1和TR3處理先上升后下降再上升，其中蓄雨TR2和TR3處理在整個試驗期間銨態(tài)氮濃度均較接近，TR1銨態(tài)氮濃度變化幅度較大。經(jīng)方差分析，2018年和2019年各處理間差異均不顯著（P＞0.05）。

圖3 2018年各處理田面水銨態(tài)氮濃度比較

圖4 2019年各處理田面水銨態(tài)氮濃度比較

2.1.3 各處理田面水總氮濃度比較 由圖5可知，2018年各處理測坑田面水總氮濃度逐漸降低，其中CK濃度較低，TR1、TR2和TR3比較接近。由圖6可知，2019年各處理測坑田面水總氮濃度隨處理時間呈先下降后升高趨勢，但各處理濃度均較低。經(jīng)方差分析，2018年和2019年各處理間差異均不顯著（P＞0.05）。

圖5 2018年各處理田面水總氮濃度比較

圖6 2019年各處理田面水總氮濃度比較

2.1.4 各處理田面水總磷濃度比較 由圖7可知，2018年各處理總磷濃度呈先下降后微升再下降趨勢，總體為下降趨勢，其中以CK濃度最低，TR1、TR2和TR3差別較小。由圖8可知，2019年各處理總磷濃度總體呈下降趨勢，CK總磷濃度后期略高，TR1、TR2和TR3差別較小。綜合來看，2018年和2019年各處理總磷濃度總體呈下降趨勢，2018年CK總磷濃度最低，2019年CK總磷濃度略高，無論2018年還是2019年TR1、TR2和TR3差別均較小。經(jīng)方差分析，各處理總磷濃度差異均不顯著（P＞0.05）。

圖7 2018年各處理田面水總磷濃度比較

圖8 2019年各處理田面水總磷濃度比較

2.2 水稻農(nóng)藝性狀分析

由表1可知，2018年和2019年不同蓄雨模式下水稻各農(nóng)藝性狀無顯著差異（P＞0.05），結(jié)合2018年和2019年本田期降雨量分析，降雨疊加常規(guī)灌溉能達到蓄雨次數(shù)僅3～4次，大部分時間為常規(guī)淺水灌溉，因此最終對各指標無顯著影響。

表1 2018年和2019年各處理下水稻農(nóng)藝性狀分析

3 小結(jié)與討論

在施肥量、灌溉水質(zhì)、溶質(zhì)一致條件下，各蓄雨處理田面水的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總氮、總磷濃度在0.05水平均無顯著差異，并隨時間后移田面水各物質(zhì)濃度逐漸下降?？赡苡幸韵聨讉€原因：一是試驗設(shè)置的蓄雨深度梯度較小，差異沒有被放大；二是施肥后一般在3 d內(nèi)各氮、磷濃度達到峰值，10 d后濃度趨于穩(wěn)定［13，14］，取樣時間間隔較長差異不顯著；三是采取自然降水蓄雨，并未人工灌溉蓄水，達到蓄雨上限次數(shù)較少，大部分灌溉是淺水勤灌，沒有充分體現(xiàn)處理效果。

綜合2年試驗結(jié)果可見，在本試驗條件下，不同蓄雨灌溉模式對水稻主要農(nóng)藝性狀無顯著影響，這與郭相平等［13］、袁靜［15］、陳朱葉等［16］的研究結(jié)果一致。有研究指出，只是在雨后多蓄，而非長期深淹水，對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量并無明顯影響［17］。本試驗?zāi)攴輧H涉及平水年和枯水年，對于豐水年蓄雨后稻田氮、磷特征以及對水稻生長的影響還有待研究。