蓄雨后稻田氮、磷特征及对水稻生长的影响

叶 浩，黄必善，丁 伟，肖 斌，赵圣帅，张 萍

（1.天门市农田灌溉排水试验站，湖北 天门 431700；2.天门市水利和湖泊局，湖北 天门 431700）

蓄雨灌溉是从稻田水管理角度提高蓄雨深度，从而降低氮、磷流失的风险，特别在稻田氮、磷流失关键期，恰逢强降雨多发时段，蓄雨可扩容、纳污、降低排水污染物浓度，从而减少氮、磷排放，因此蓄雨灌溉对减轻农业面源污染具有重要的意义。为了减少稻田氮、磷流失，学者开展了大量的研究。从农艺措施角度看，施用不同肥料类型［1-3］、采用不同N和P配比［4］、减少肥料的施用量［5］以及不同的肥料施用方式［6］均可减少氮、磷排放；从灌溉方式来看，交替干湿灌溉较深水淹灌和常规灌溉更能减少氮、磷排放［7］，同时干湿交替条件下土壤水分的大幅波动和降雨的首次冲刷效应显著影响氮素流失的数量和质量［8］；同时也有学者将灌溉方式与施肥结合进行研究，发现干湿交替灌溉与控释肥组合能有效降低稻田氮素流失，减轻农业面源污染［9］；控灌中蓄及减量施肥可以提高氮肥利用率，降低氮素田面排水及渗漏浓度［10］；还有学者通过水位管理方式减少氮、磷排放［11，12］。目前关于蓄雨灌溉对节水减排效果的研究较多，但很少关注蓄雨灌溉后稻田田面水特征以及蓄雨后水环境对作物生长的影响。本试验通过2年定位研究，调查了蓄雨后稻田氮、磷特征，一方面可以了解蓄雨纳污潜力，另一方面可以了解蓄雨后对作物生长产生的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设施与水稻种植

试验地点设在湖北省天门市农田灌溉排水试验站。该试验站地处江汉平原中部，地理坐标为东经113°19′、北纬30°39′，地面海拔高程28.5 m，气候属亚热带季风气候区。本站历年平均气温为16.2℃，平均蒸发量为1 061.5 mm，平均降雨量为1 102.3 mm，无霜期为209～254 d。试验所在地地下水埋深受降水影响变幅较大（0.18～3.15 m），土壤质地为壤土，容重为1.37 g/cm3，田间持水量为28.01%，主要农作制度为中稻与小麦轮作、小麦与棉花连套两熟。

2018—2019年，在可控制灌排的混凝土测坑中进行了水稻（OryzasativaL.）蓄雨灌溉试验。测坑面积4 m2（2 m×2 m），土层厚度1.5 m，土壤质地为中壤，耕层碱解氮含量为38.4 mg/kg、有效磷含量为20.2 mg/kg、速效钾含量为114.1 mg/kg、全氮含量为1.2 g/kg、全磷含量为0.3 g/kg、全钾含量为9.2 g/kg。

水稻本田期的降雨量2018年（平水年）和2019年（枯水年）分别为371.5 mm和187.1 mm。试验用的水稻品种为Y两优1928，按当地习惯进行施肥管理。基肥为复合肥，N、P2O5、K2O含量均为15%，施用量为750 kg/hm2；追肥（分蘖肥）为尿素，用量75 kg/hm2。2018年和2019年水稻插秧时间分别为6月1日和6月8日，株、行距分别为16 cm和30 cm，2018年和2019年均在10月上旬收获。

1.2 试验设计

水稻蓄雨灌溉试验从水稻插秧开始，在研究区域降水相对集中的6—8月进行。试验以常规浅水勤灌为对照（CK，灌水下限和上限分别为10 mm和30 mm），并以浅水勤灌为基础按蓄雨上限不同设3种蓄雨灌溉处理，分别为TR1（蓄雨上限100 mm）、TR2（蓄雨上限80 mm）和TR3（蓄雨上限60 mm）。上述试验处理采取随机排列方式，每处理重复3次。在试验过程中，当雨前田面水层与降雨量叠加在一起超过设定的蓄雨上限时，通过测坑控制排水将多余的水量排出。

1.3 调查方案

1）水稻考种。水稻成熟后按处理取植株样，每测坑取3穴代表性植株进行考种，主要农艺性状指标包括株高、分蘖、有效分蘖、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重、产量。

2）水样采集及分析。发生降雨且蓄雨达到预设深度后，在各测坑内用50 mL针筒采取6个点组成约250 mL的混合样后，及时带回实验室测定氨氮、硝态氮、总氮、总磷浓度。其中，总氮（TN）浓度用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB 11894—1989）测定；铵态氮（NH4+-N）浓度用纳氏试剂分光光度法测定（HJ 535—2009）；硝态氮（NO3--N）含量用紫外分光光度法测定（HJ/T 346—2007）；总磷（TP）含量用钼酸铵分光光度法（GB 11893—1989）测定。

3）数据处理及制图。采用SPSS 21软件进行方差分析，利用Excel 2016软件进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 各处理田面水特征

2.1.1 各处理田面水硝态氮浓度比较 由图1可知，在平水年4种处理田面水硝态氮浓度逐渐下降，其中硝态氮平均浓度由大到小依次是CK、TR1、TR3、TR2；试验期间蓄雨TR2与蓄雨TR3硝态氮浓度差异较小且均较低，可知在土壤性质、降雨量、施肥量一致情况下，蓄雨上限80 mm和60 mm硝态氮浓度较低，TR1可能被雨水扰动较大，硝态氮浓度高于TR2和蓄雨TR3。由图2可知，枯水年4种处理田面水硝态氮浓度总体呈下降趋势，各处理不同蓄雨深度硝态氮浓度均较低，各处理间差异较小。综上所述，平水年和枯水年各蓄雨模式田面水硝态氮浓度总体均呈下降趋势，在平水年（2018年），蓄雨60 mm和80 mm硝态氮浓度较低，但与其他处理差异均不显著（P＞0.05）；在枯水年（2019年），蓄雨深度对硝态氮浓度也无显著影响（P＞0.05）。

图1 2018年各处理田面水硝态氮浓度比较

图2 2019年各处理田面水硝态氮浓度比较

2.1.2 各处理田面水铵态氮浓度比较 由图3可知，2018年（平水年）各处理铵态氮浓度总体呈下降趋势，其中TR3、TR2下降幅度较大，试验结束时TR2铵态氮浓度最低。由图4可知，2019年（枯水年）CK和TR2处理铵态氮浓度先下降后升高，TR1和TR3处理先上升后下降再上升，其中蓄雨TR2和TR3处理在整个试验期间铵态氮浓度均较接近，TR1铵态氮浓度变化幅度较大。经方差分析，2018年和2019年各处理间差异均不显著（P＞0.05）。

图3 2018年各处理田面水铵态氮浓度比较

图4 2019年各处理田面水铵态氮浓度比较

2.1.3 各处理田面水总氮浓度比较 由图5可知，2018年各处理测坑田面水总氮浓度逐渐降低，其中CK浓度较低，TR1、TR2和TR3比较接近。由图6可知，2019年各处理测坑田面水总氮浓度随处理时间呈先下降后升高趋势，但各处理浓度均较低。经方差分析，2018年和2019年各处理间差异均不显著（P＞0.05）。

图5 2018年各处理田面水总氮浓度比较

图6 2019年各处理田面水总氮浓度比较

2.1.4 各处理田面水总磷浓度比较 由图7可知，2018年各处理总磷浓度呈先下降后微升再下降趋势，总体为下降趋势，其中以CK浓度最低，TR1、TR2和TR3差别较小。由图8可知，2019年各处理总磷浓度总体呈下降趋势，CK总磷浓度后期略高，TR1、TR2和TR3差别较小。综合来看，2018年和2019年各处理总磷浓度总体呈下降趋势，2018年CK总磷浓度最低，2019年CK总磷浓度略高，无论2018年还是2019年TR1、TR2和TR3差别均较小。经方差分析，各处理总磷浓度差异均不显著（P＞0.05）。

图7 2018年各处理田面水总磷浓度比较

图8 2019年各处理田面水总磷浓度比较

2.2 水稻农艺性状分析

由表1可知，2018年和2019年不同蓄雨模式下水稻各农艺性状无显著差异（P＞0.05），结合2018年和2019年本田期降雨量分析，降雨叠加常规灌溉能达到蓄雨次数仅3～4次，大部分时间为常规浅水灌溉，因此最终对各指标无显著影响。

表1 2018年和2019年各处理下水稻农艺性状分析

3 小结与讨论

在施肥量、灌溉水质、溶质一致条件下，各蓄雨处理田面水的硝态氮、铵态氮、总氮、总磷浓度在0.05水平均无显著差异，并随时间后移田面水各物质浓度逐渐下降。可能有以下几个原因：一是试验设置的蓄雨深度梯度较小，差异没有被放大；二是施肥后一般在3 d内各氮、磷浓度达到峰值，10 d后浓度趋于稳定［13，14］，取样时间间隔较长差异不显著；三是采取自然降水蓄雨，并未人工灌溉蓄水，达到蓄雨上限次数较少，大部分灌溉是浅水勤灌，没有充分体现处理效果。

综合2年试验结果可见，在本试验条件下，不同蓄雨灌溉模式对水稻主要农艺性状无显著影响，这与郭相平等［13］、袁静［15］、陈朱叶等［16］的研究结果一致。有研究指出，只是在雨后多蓄，而非长期深淹水，对水稻生长发育及产量并无明显影响［17］。本试验年份仅涉及平水年和枯水年，对于丰水年蓄雨后稻田氮、磷特征以及对水稻生长的影响还有待研究。