水稻種植模式對氮和磷流失特征的影響

周仁先

摘要[目的]研究3種水稻種植模式對氮、磷流失特征的影響。[方法]比較有機(jī)蛙稻、綠色蛙稻和常規(guī)種植3種水稻種植模式下稻田的田面水氮、磷含量特征，以及徑流、滲漏和流失特征。[結(jié)果]3種水稻種植模式下田面水中總氮和總磷含量的變化特征大體是一致的，總氮的平均含量大小順序?yàn)槌Ｒ?guī)種植模式>綠色蛙稻模式>有機(jī)蛙稻模式；總磷的平均含量大小順序?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規(guī)種植模式?？偟獜搅髁魇ж?fù)荷大小順序?yàn)榫G色蛙稻模式>常規(guī)種植模式>有機(jī)蛙稻模式，以銨態(tài)氮為主；總氮滲漏流失負(fù)荷大小順序?yàn)槌Ｒ?guī)種植模式>有機(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式，以硝態(tài)氮為主。總磷徑流流失負(fù)荷大小順序?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規(guī)種植模式，總磷滲透流失負(fù)荷大小順序?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規(guī)種植模式，以溶解性磷為主。[結(jié)論]有機(jī)蛙稻模式和綠色蛙稻模式可以有效控制稻田中氮、磷流失。

關(guān)鍵詞 種植模式；氮；磷；流失；徑流；滲漏

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）22-0058-03

Abstract[Objective]The research aimed to study the effects of three rice planting patterns on nitrogen and phosphorus loss characteristics.[Method]The characteristics of nitrogen and phosphorus in the paddy fields， as well as runoff， leakage and loss characteristics of rice fields under organic frog rice， green frog rice and conventional rice planting patterns were compared.[Result]The changes of total nitrogen and total phosphorus in the surface water of the three rice planting patterns were generally consistent.The order of the average content of total nitrogen was the conventional planting pattern>green frog rice pattern>organic frog rice pattern；the order of the average content of total phosphorus was organic frog rice pattern > green frog rice pattern > conventional planting pattern.The order of total nitrogen runoff loss load was green frog rice pattern>conventional planting pattern>organic frog rice pattern， with ammonium nitrogen as the main；the order of total nitrogen leakage loss load was the conventional planting pattern>organic frog rice pattern>green frog rice pattern， with nitrate nitrogen as the main.The order of total phosphorus runoff loss load was organic frog rice pattern>green frog rice pattern>conventional planting pattern. The order of total phosphorus leakage loss load was organic frog rice pattern>green frog rice pattern>conventional planting pattern， with soluble phosphorus as the main.[Conclusion]The organic frog rice pattern and the green frog rice pattern can effectively control the loss of nitrogen and phosphorus in rice fields.

Key words Planting pattern； Nitrogen； Phosphorus； Loss； Runoff； Leakage

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，化肥被大量使用，由此帶來的農(nóng)業(yè)面源污染問題也越來越嚴(yán)重?；蔬^量使用導(dǎo)致的氮、磷流失已成為我國農(nóng)業(yè)面源污染的主要問題之一。水稻在種植過程中對氮的利用率僅為18%～45%，對磷的利用率也僅為25%左右，這意味著氮、磷只有一小部分被水稻吸收利用，其余的被貯存在土壤中或通過不同方式流失到環(huán)境中，造成地表水富營養(yǎng)化、地下水硝酸鹽嚴(yán)重污染等。有研究表明，我國有些地區(qū)的地下水硝態(tài)氮濃度已達(dá)到1 600 mg/L[1-3]。因此，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已無法適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。目前，我國綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)和種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)等模式正逐漸興起，已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的新方向，大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)可以從源頭控制面源污染。國內(nèi)目前大多數(shù)學(xué)者只是單方面地對綠色農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)進(jìn)行研究，而將有機(jī)模式、綠色模式和常規(guī)模式進(jìn)行綜合研究的鮮見報(bào)道[4-5]?；诖?，筆者研究了水稻種植模式的有機(jī)蛙稻模式、綠色蛙稻模式和常規(guī)種植模式對氮、磷流失特征的影響，以期為控制面源污染的相關(guān)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)選用水稻品種為華優(yōu)14。試驗(yàn)于2017年在野外大田進(jìn)行，該地氣候類型為典型的亞熱帶潮濕型季風(fēng)氣候，年均降水量1 060.6 mm，年均氣溫17.2 ℃。該試驗(yàn)地質(zhì)地為重壤土，土壤類型為青紫泥水稻土。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)選用有機(jī)蛙稻、綠色蛙稻和常規(guī)種植3種模式的稻田，測定氮、磷流失的特征，試驗(yàn)隨機(jī)處理安排。其中，有機(jī)蛙稻模式和綠色蛙稻模式是在水稻種植的過程中放養(yǎng)虎紋蛙，以便控制蟲害，常規(guī)種植模式不放養(yǎng)蛙。有機(jī)蛙稻模式采用有機(jī)肥和有機(jī)農(nóng)藥；綠色蛙稻模式采用部分有機(jī)肥和部分無機(jī)肥，并采用大部分生物農(nóng)藥；常規(guī)種植模式就采用常規(guī)的無機(jī)肥和農(nóng)藥。3種種植模式各選擇4個(gè)田塊，田塊均為1 200 m2。各田塊均安裝滲漏管，滲漏管管口高于表面30 cm，同時(shí)在合適的田埂安裝徑流管，用于采集徑流水。

1.2.2 樣品采集和測定。

1.2.2.1 樣品采集。在水稻種植前采集0～20 cm的耕層土壤，測定土壤理化性質(zhì)；田面水和滲漏水在施肥后第2、4、6、8、10、15和20天采集，20 d后每14 d取樣1次；徑流水在降水產(chǎn)生徑流時(shí)采集。

1.2.2.2 樣品測定。土壤理化性質(zhì)測定指標(biāo)為容重、pH、總氮、總磷、總鉀、有機(jī)質(zhì)、有效鉀和有效磷。水樣測定指標(biāo)為總氮、總磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和溶解性磷。以上各指標(biāo)均采用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀進(jìn)行測定。

經(jīng)測定，常規(guī)種植模式、綠色蛙稻模式和有機(jī)蛙稻模式的土壤中有效磷含量分別為14.42、15.12、15.85 mg/kg，有效鉀含量分別為105.12、107.85、125.23 mg/kg，其余理化性質(zhì)見表1。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種水稻種植模式稻田氮素遷移特征

2.1.1 田面水中氮素遷移特征。從圖1可看出，3種水稻種植模式田面水的總氮含量均在施肥后達(dá)到高峰，并且在10 d內(nèi)呈下降趨勢，以后變化較穩(wěn)定。由此可知，施肥是影響田面水總氮含量變化的主要原因。3種水稻種植模式下田面水總氮含量的峰值分別為常規(guī)種植模式116.20 mg/L、有機(jī)蛙稻模式67.35 mg/L、綠色蛙稻模式45.00 mg/L。由于常規(guī)種植模式使用的是尿素，尿素中的氮可迅速釋放到田面水中，因此，總氮含量的峰值最高點(diǎn)出現(xiàn)在常規(guī)種植模式中。在整個(gè)水稻季共采集30次水樣，取平均值。結(jié)果表明，常規(guī)種植模式的總氮平均含量最高，為19.10 mg/L。若降雨量很大時(shí)可產(chǎn)生徑流，常規(guī)種植模式的總氮流失風(fēng)險(xiǎn)也是最高。

2.1.2 徑流水中氮素遷移特征。由圖2可知，3種水稻種植模式下總氮徑流流失負(fù)荷分別為常規(guī)種植模式12.95 kg/hm2、綠色蛙稻模式13.76 kg/hm2、有機(jī)蛙稻模式12.01 kg/hm2。綠色蛙稻模式流失負(fù)荷最高，但與常規(guī)種植模式下的流失負(fù)荷差異不顯著，而有機(jī)蛙稻模式顯著低于其他2種模式?？赡苁且?yàn)榫G色蛙稻模式下的第1次徑流發(fā)生在施基肥后的第2天，使得總氮徑流流失負(fù)荷高；而有機(jī)蛙稻模式下的總氮徑流流失風(fēng)險(xiǎn)較低。此外，3種種植模式下的總氮徑流負(fù)荷在施氮量中占有比例分別為常規(guī)種植模式4.48%、綠色蛙稻模式4.76%、有機(jī)蛙稻模式3.59%，說明控制氮素的徑流流失可以很大程度上控制氮素流失。

2.1.3 滲漏水中氮素遷移特征。由圖3可知，3種水稻種植模式下氮素滲漏流失0.09～1.58 kg/hm2，且滲漏峰值都是出現(xiàn)在施肥以后。3種水稻種植模式下總氮滲漏流失負(fù)荷分別為常規(guī)種植模式6.90 kg/hm2、綠色蛙稻模式3.76 kg/hm2、有

機(jī)蛙稻模式5.68 kg/hm2，綠色蛙稻模式的總氮滲漏負(fù)荷顯著低于其他2種種植模式。此外，3種種植模式下總氮滲漏損失占施氮比例的1.20%～2.50%，遠(yuǎn)低于總氮徑流流失負(fù)荷。

2.2 3種水稻種植模式稻田磷素遷移特征

2.2.1 田面水中磷素遷移特征。 由圖4可知，田面水總磷含量的遷移特征與總氮相似，也與施肥相關(guān)，呈現(xiàn)出施肥后達(dá)到最大值，之后又降低的趨勢。3種水稻種植模式下田面水總磷平均含量分別為常規(guī)種植模式0.36 mg/L、有機(jī)蛙稻模式0.79 mg/L、綠色蛙稻模式0.62 mg/L，其中有機(jī)蛙稻模式含量最高，也就是說有機(jī)蛙稻模式下磷素的徑流流失風(fēng)險(xiǎn)最高。

2.2.2 徑流水中磷素遷移特征。由圖5可知，3種水稻種植模式下總磷徑流流失負(fù)荷分別為常規(guī)種植模式0.60 kg/hm2、綠色蛙稻模式1.29 kg/hm2、有機(jī)蛙稻模式1.48 kg/hm2，有機(jī)蛙稻模式下的總磷徑流流失負(fù)荷最高，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式下施磷量高導(dǎo)致的。3種水稻種植模式下，總磷徑流流失負(fù)荷占施磷量的0.68%～2.91%，且在總徑流流失負(fù)荷中，主要為溶解性磷的流失負(fù)荷。因此，田面水中的磷素主要是以溶解性磷的形式存在。

2.2.3 滲漏水中磷素遷移特征。由圖6可知，3種水稻種植模式下總磷滲漏流失0.01～0.09 kg/hm2，且有機(jī)蛙稻模式下總磷滲漏流失明顯高于其他2種模式。3種水稻種植模式下總磷滲漏流失負(fù)荷分別為常規(guī)種植模式0.25 kg/hm2、綠色蛙稻模式0.38 kg/hm2、有機(jī)蛙稻模式0.51 kg/hm2，有機(jī)蛙稻模式下的數(shù)值最大，而且3種水稻種植模式下的總磷滲漏流失1.10%、綠色蛙稻模式1.05%、有機(jī)蛙稻模式0.24%。這表明磷素下滲的比例低于在田面水中的比例。

3 結(jié)論與討論

（1）3種水稻種植模式下田面水中總氮和總磷含量的變化特征大體是一致的，總氮的平均含量大小順序?yàn)槌Ｒ?guī)種植模式>綠色蛙稻模式>有機(jī)蛙稻模式；總磷的平均含量大小順序?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規(guī)種植模式。

（2）3種水稻種植模式下總氮徑流流失負(fù)荷大小順序?yàn)榫G色蛙稻模式>常規(guī)種植模式>有機(jī)蛙稻模式，以銨態(tài)氮為主；總氮滲漏流失負(fù)荷大小順序?yàn)槌Ｒ?guī)種植模式>有機(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式，以硝態(tài)氮為主。研究表明，有機(jī)蛙稻模式和綠色蛙稻模式可有效地減少氮素的釋放[6-9]。

（3）3種水稻種植模式下總磷徑流流失負(fù)荷大小順序?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規(guī)種植模式，總磷滲透流失負(fù)荷大小順序?yàn)橛袡C(jī)蛙稻模式>綠色蛙稻模式>常規(guī)種植模式，以溶解性磷為主。研究表明，有機(jī)蛙稻模式可有效地控制磷的釋放。

（4）常規(guī)種植模式下，稻田很少施用有機(jī)蛙稻肥并很少采取秸稈還田等，造成土壤中堿解氮和有機(jī)質(zhì)等水平在很大程度上受到施用化肥的影響[10-12]。綠色蛙稻模式施用的肥料為有機(jī)肥和化肥，不適用除草劑等危害性較大的農(nóng)藥，嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，該模式下的水稻較常規(guī)種植模式下的品質(zhì)要好，且經(jīng)濟(jì)效益也更大。有機(jī)蛙稻模式可以降低土壤的容重，增加土壤孔隙度，對土壤養(yǎng)分狀況具有一定的調(diào)控和改善作用。

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