控灌中蓄及减量施肥对稻田氮素动态的影响

金斌斌,邵孝侯,徐朝辉,刘进宝,曾洪学

(1.浙江同济科技职业学院,浙江 杭州 311231; 2.河海大学水利水电学院,江苏 南京 210098; 3.南京市水利规划设计院有限责任公司,江苏 南京 210006)



控灌中蓄及减量施肥对稻田氮素动态的影响

金斌斌1,2,邵孝侯2,徐朝辉3,刘进宝1,曾洪学1

(1.浙江同济科技职业学院,浙江 杭州 311231; 2.河海大学水利水电学院,江苏 南京 210098; 3.南京市水利规划设计院有限责任公司,江苏 南京 210006)

控灌中蓄;减量施肥;稻田;氮素浓度;节水灌溉

我国南方水稻播种面积大,氮肥施用水平高,但利用率低[1]。氮素随降雨径流和稻田渗漏进入水体,引发地表水体的富营养化和地下水质恶化,是南方地区农业面源污染的主要来源[2-7]。对农业面源污染的控制途径主要有源头控制、过程阻断和末端治理3种,其中过程阻断和末端治理技术费用大、耗时久[8],因此,在分析稻田氮素的时空迁移特征和潜在流失规律的基础上,研究南方稻田氮素减排降污技术,创新稻田水肥管理模式,从源头上控制农业面源污染具有重要的现实意义。近年来,国内外学者分别针对稻田水分管理、施肥水平和施肥方式对氮素损失的影响开展了研究[9-13],对稻田土层的养分淋失规律也有涉及[14-15],但对不同水肥条件下稻田氮素损失的研究以田面水的氮素变化为主[8,16]。控灌中蓄模式是在控制灌溉[17]的基础上对降雨积蓄上限进行量化的一种节水灌溉技术。秧苗本田移栽后,返青期田面保留5～25 mm的薄水层,返青以后的各个生育阶段田面不建立灌溉水层,遭遇大雨,控制田面蓄水水层在稻田相应生育期最大耐淹深度的1/2(分蘖后期晒田除外),但不超过70 mm,蓄水历时不超过3 d。控灌中蓄模式极大程度地提高了降雨的有效利用率[18]。目前,主要就水稻需水规律、灌溉定额、雨水利用以及对产量的影响等方面开展了控灌中蓄节水灌溉技术田间试验研究[19],对该技术在农业面源污染控制方面的作用研究尚未深入。本文在田间试验中耦合了控灌中蓄节水灌溉模式和减量施肥技术,并与传统的水稻灌溉与施肥技术进行对比,监测了水肥管理对稻田田面水及不同层次土壤溶液中的氮素浓度变化的影响,探讨氮素在水稻生育期的流失规律,以期为南方稻田建立高效、生态的水肥管理制度提供参考。

1 试验方法

1.1 试验区概况

试验区位于浙江省余姚市河姆渡镇(29°98’N,121°36’E),属北亚热带季风气候带,年降水量1 263～1 987 mm,降水集中在4—6月的梅雨季节和7—9月的台风季节,形成两个峰值,易发生洪涝。干旱指数为0.72,年蒸发量为900～950 mm,年平均相对湿度为80%。年平均气温为16.5℃,年平均日照为2 061 h,日照率为47%。无霜期约228 d。试验区耕层土壤为非石灰性潴育型水稻土,土壤密度为1.35 g/cm3,地下水埋深范围为50～150 cm。2012年水稻本田期内降水量如图1所示。

图1 水稻本田期内降水量

1.2 试验方案

试验水稻品种为台湾高雄139,属中晚熟品种,种植密度为79.35万～82.50万苗/hm2。水稻采用大棚育苗,试验区插秧移栽的方式进行种植,移栽时间为2012年7月6日,全生育期历时134 d。

试验设2种水分管理模式:常规淹水灌溉(flooding irrigation,记为F)和控灌中蓄(controlled and mid-gathering irrigation,记为C),在水稻各生育期内的根层土壤水分控制指标如表1所示。

表1 2种水分管理模式下水稻各生育阶段根层土壤水分控制指标

试验设常规施肥(记为1)和减量施肥(记为2)2种施肥模式,常规施肥量采用当地农民的习惯用量,减量施肥的施肥总量为常规施肥量的80%。施肥均采用基肥+追肥的方式,基肥在移栽当天施,追肥在分蘖期(移栽后22 d)和孕穗前期(移栽后41 d)各施1次。常规施肥处理的施肥量折合成施氮量分别为56.25 kg/hm2、90.43 kg/hm2和58.60 kg/hm2,总施氮量205.28 kg/hm2;减量施肥处理的施肥量折合成施氮量分别为45.00 kg/hm2、72.34 kg/hm2和46.88 kg/hm2,总施氮量164.22 kg/hm2。

2种水分管理模式与2种施肥模式组合,共4种处理,分别记为F1、F2、C1、C2,每种处理重复3次,总计12个小区,小区随机布置,单灌单排。

1.3 测定项目

1.3.1 水量平衡项目

试验区设置雨量计和标尺,各小区的进水管路及出水口分别安置水表。测量指标包括作物各生育时期及整个生育期各试验小区的降雨量、田面水层深、灌溉和排水量等,记录各地块的灌溉次数和灌溉定额。

1.3.2 水样采集

2 结果与分析

2.1 水肥管理对田面水氮素变化的影响

图2 不同水肥管理模式下田面水铵态氮质量浓度变化

图3 不同水肥管理模式下田面水硝态氮质量浓度变化

上述分析结果表明,稻田排水应尽可能地控制在施肥3～4 d以后,这样可以防止氮素随田面水流失,减轻水污染。

2.2 水肥管理对土壤溶液氮素变化的影响

图4 相同施肥量不同灌溉模式下土壤溶液(0～60 cm土层)铵态氮质量浓度变化

图5 相同施肥量不同灌溉模式下土壤溶液(0～60 cm土层)硝态氮质量浓度变化

3 结 论

a. 控灌中蓄模式下稻田长期处于无水层状态,土壤通气性良好,能加速氮素向土壤耕层的迁移,且由于控灌中蓄模式灌水量较少,使得氮素没有充分的载体进入深层土壤,使土壤中的氮素较多地维持在土壤耕层,而控制排水拉长了排水周期,延长了田间水的滞蓄时间,使水稻可以高效地利用施入的肥料,降低了排水时的氮素质量浓度,减少了对地下水的污染。

b. 施肥量与稻田中的氮素质量浓度成正比,施肥量越大,流失进入径流和地下水中的氮素质量浓度也越大,故减量施肥可有效降低稻田中的氮素质量浓度,减少水体污染。

c. 田间的氮素质量浓度在施肥后达到高值,3～4 d后开始下降并趋于平缓,因此稻田排水应避免在施肥后4 d内进行,以防氮素随地表径流汇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

浙江省水利厅科技项目(RC1539); 浙江省科技计划软科学研究项目(2014C35077)

金斌斌(1976—),女,讲师,博士研究生,主要从事水利工程与农业水土环境研究。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 编辑：骆超)