加气对水稻泡田期田面水质的影响

潘艳川，李 江，缴锡云,2,3，胡伟钰

(1.河海大学农业科学工程学院，南京 210098；2.河海大学 水文水资源与水利工程国家重点试验室，南京 210098；3.河海大学 水安全与水科学协同创新中心，南京 210098)

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2019年7月14日-7月29日在河海大学江宁校区节水园区进行。供试土壤取自节水园区试验田内的0～20 cm耕作层土，风干、剔杂、磨细和过筛5 mm，土壤基本理化性质为：TN 0.828 g/kg，TP 0.35 g/kg，有机质质量分数2.6%。试验地采用稻麦轮作的种植方式，供试秸秆为小麦秸秆，经风干、粉碎至3～5 cm，基本养分含量为TN 3.8 g/kg，TP 0.66 g/kg。

1.2 试验设计

试验采用盆栽试验，如遇降雨则采取雨棚遮雨避免雨水的干扰，盆栽载体为长66 cm，宽45 cm，高35.5 cm的塑料土箱，箱体四周及底部进行严实密封(图1)。土壤按容重1.2 g/cm3分层装入土箱内，土层总厚度为25 cm，每层厚5 cm，各层装入箱内进行平整、抛毛。秸秆按照7.0 t/hm2定量混施至土箱10 cm土层内，模拟秸秆翻埋还田。向每个盆栽内进行灌水，每个土箱内保持8 cm的淹水层。

本试验考察秸秆还田耕作方式下，水稻移栽前泡田期内的氮磷释放情况，共设2个处理，即不加气组(O0)和加气0.5 h组(O0.5)，每个处理3次重复。加气设备选用ACO-018A型加气设备，排气量为200 L/min，每日上午10时对O0.5组进行加气。采用虹吸方式抽取盆栽内表层水，取样周期为3 d，同时对盆栽进行不定期补水。

1.3 测定内容

1.4 数据分析方法

试验所测数据采用Excel 2018进行整理统计，采用Origin 9.1进行曲线绘制与模拟，统计分析采用SPSS 22.0。

2 结果与分析

2.1 田面表层水浓度变化

表1 不同时刻田面表层水浓度 mg/LTab.1 concentration in the field surface water

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

图2 田面表层水浓度Fig.2 concentration in the field surface water

2.2 田面表层水浓度变化

图3 田面表层水浓度Fig.3 concentration in the field surface water

表2 不同时刻田面表层水浓度 mg/LTab.2 concentration in the field surface water

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.3 田面表层水TP浓度变化

表3为表层水TP浓度随时间变化结果，结果显示TP浓度在O0.5处理、O0处理条件下分别于第6 d和第9 d达到峰值浓度，峰值过后TP浓度开始持续下降。两处理条件下TP浓度15 d内差异均达到显著水平(P<0.05)。

表3 不同时刻田面表层水TP浓度 mg/LTab.3 TP concentration in the field surface water

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

图4为TP浓度随时间变化趋势。淹水后，TP浓度变化趋势均呈现先上升后下降的趋势。淹水初期，表层水TP浓度不断升高，这可能是因为水体中微生物分解利用秸秆，产生一部分含磷物质，第3 d O0.5处理下的TP浓度比O0处理下TP浓度高76.73%，说明此时加气促进了微生物活动，分解出较多的含磷物质。

图4 田面表层水TP浓度Fig.4 TP concentration in the field surface water

淹水第6 d，O0.5处理条件下TP浓度出现峰值，比O0处理下的峰值提早出现了3 d，原因是嫌气环境下，分解秸秆产生磷素的微生物活动较为缓慢，致使TP浓度持续上升时间较长，峰值出现时间较晚，且O0处理条件下TP浓度的峰值比O0.5处理条件下高了29.84%。峰值过后，微生物自身代谢消耗了部分磷素，加之土壤吸附作用，TP浓度逐步下降。

结果显示，对秸秆还田后淹水条件下的稻田表层水进行加气，可以缩短水体中TP浓度上升至峰值的时间，且明显降低TP浓度的峰值。淹水后9 d内是监测O0.5处理TP浓度的关键时期，而O0处理15 d内均要重点监测TP浓度，这与杨志敏[5]研究得出TP污染防治时间为淹水后1～3周一致。相关研究显示，淹水中后期上覆水磷浓度持续时间长，最大浓度出现时间越晚，对水质污染风险越大[2]。因此，O0.5处理能使稻田表层水TP浓度上升较快且峰值浓度较低，一定程度上减轻了稻田表层水的磷污染。

2.4 田面表层水溶解氧与两氮动态变化关系分析

表4为表层水溶解氧溶度随时间变化结果，结果显示在淹水第6 d，表层水溶解氧含量达到峰值，此后，O0处理表层水含氧量开始下降，O0.5处理含氧量在第12 d时陡然上升，两处理在第3 d和第12 d差异达到显著水平(P<0.05)，同时可看出O0.5处理较O0处理可以在淹水初期和后期使水体保持含氧量较高的环境，但持续时间不长，这可能是因为采用的加气设备气泡粒径是mm级，对水体表层水直接加气，气泡粒径大、逸出快，使得水体好氧环境持续时间不长。

表4 田面表层水溶解氧浓度动态变化 mg/LTab.4 Dissolved oxygen concentration in the field surface water

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

表5 田面表层水溶解氧浓度浓度浓度的相关系数Tab.5 Correlation coefficient among dissolved oxygen, concentration in the field surface water

注：*表示相关性达到P<0.05。

图5 不加气处理田面表层水溶解氧与两氮动态变化Fig.5 Dynamic changes of dissolved oxygen and nitrogen in the field surface water without aeration

图6 加气处理田面表层水溶解氧与两氮动态变化Fig.6 Dynamic changes of dissolved oxygen and nitrogen in the field surface water under aeration

3 结 语

(3)加气可以使得秸秆还田后泡田期田面表层水体维持好气环境，提高田面水溶解氧浓度，加强水体的硝化反应，从而为后期水稻提供良好的生长发育的环境。