張 敏，趙 淼，田玉華，尹 斌*，朱兆良

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太湖地區(qū)高產(chǎn)高效措施下水稻氮淋溶和徑流損失的研究①

張 敏1,2，趙 淼3，田玉華1，尹 斌1*，朱兆良1

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，成都 610225)

在太湖地區(qū)，采用田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了高產(chǎn)高效措施對(duì)水稻季氮素淋溶和徑流損失的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水稻季總氮(TN)和可溶性有機(jī)氮(DON)淋溶隨土壤深度的增加而降低，不同深度下氮淋溶形態(tài)不同。60 cm處DON濃度要高于硝氮(NO– 3-N)和銨氮(NH4+-N)，占TN的40.5% ~ 58.9%；80 cm處NO– 3-N的濃度要高于DON和NH4+-N，占TN的52.3% ~ 60.7%。相比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理，高產(chǎn)高效處理的NO– 3-N淋溶減少了51.7% ~ 54.7%，僅占施肥的0.5% ~ 0.9%。在氮的徑流損失中，NH4+-N占TN的48.1% ~ 56.4%，而NO– 3-N占TN的36% ~ 53%。試驗(yàn)中氮素通過徑流途徑的損失量很低，僅占施肥的0.34% ~ 0.59%。高產(chǎn)高效處理的氮淋溶和徑流損失之和分別為10.59 kg/hm2和10.18 kg/hm2，低于常規(guī)處理(13.41 kg/hm2)。除此之外，高產(chǎn)高效措施的作物產(chǎn)量(11.14 ~ 12.22 t/hm2)和農(nóng)學(xué)利用率(11.8 ~ 12.5 kg/kg)均顯著高于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理。水稻收獲后，高產(chǎn)高效處理的土壤TN相比常規(guī)處理提高了6.8% ~ 8.1%，有機(jī)質(zhì)含量提高了8.6% ~ 9.2%。綜上，高產(chǎn)高效措施不僅有利于作物產(chǎn)量和氮素利用率的提高，還削弱了氮在土-水界面的遷移，是作物增產(chǎn)且環(huán)境友好型的有效措施。

水稻；氮素利用率；淋溶；徑流；高產(chǎn)高效

我國人多地少、農(nóng)業(yè)資源短缺，如何提高作物產(chǎn)量一直是人們研究的重點(diǎn)。水稻是我國最重要的糧食作物，其種植面積占中國谷物播種面積的26.6%，稻谷總產(chǎn)占糧食總產(chǎn)的43.6%[1]。但是我國水稻產(chǎn)量的提高主要是依靠加大氮肥的投入量，2013年，我國氮肥用量約為3.36 Mt，占世界總投入的33% (FAO，2013)。然而我國氮肥利用率較低，有研究表明，我國稻田氮肥利用率僅為30% ~ 35%，在部分高產(chǎn)和高投入?yún)^(qū)域，氮肥利用效率則更低，過量氮肥的投入、低的利用率不僅是對(duì)資源的浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成危害[2]。其中氮肥以淋洗和徑流的方式進(jìn)入水體，對(duì)水體的污染越來越引起人們的重視[3-6]。氮肥以淋洗的方式向下滲漏，可能會(huì)導(dǎo)致地下水的污染，許多資料指出，飲用水硝酸鹽濃度超過N 10 mg/L就會(huì)給人和牲畜帶來危害[7]。熊正琴等[8]對(duì)浙、蘇、滬16個(gè)縣76個(gè)飲用井水質(zhì)的調(diào)查表明, NO– 3-N超標(biāo)率達(dá)38.2%。而氮肥以徑流的方式進(jìn)入地表水，可能會(huì)造成水體富營養(yǎng)化，對(duì)地表水造成污染[9-12]。

太湖地區(qū)地處長江三角洲中心，素有“魚米之鄉(xiāng)”的美稱，是我國重要的糧食產(chǎn)地，從20世紀(jì)90年代起，為了提高作物產(chǎn)量，該地區(qū)氮肥用量日益增多，據(jù)調(diào)查，該地區(qū)水稻作物常規(guī)施肥為300 kg/hm2，部分農(nóng)戶可高達(dá)360 kg/hm2[13-14]。近年來，盡管加大了氮肥投入，該地區(qū)作物產(chǎn)量卻少有增加或增產(chǎn)很小。為了滿足人們的糧食需求，我國出現(xiàn)了許多超高產(chǎn)研究，其中通過結(jié)合肥料、水分以及栽培管理的綜合措施可以顯著地提高作物產(chǎn)量[15]，但是關(guān)于該綜合措施下氮素淋溶和徑流損失的研究還鮮有報(bào)告，因此本研究在田間試驗(yàn)下，定期采集水樣，探討高產(chǎn)高效綜合措施下田間氮素淋溶與徑流損失規(guī)律，為該地區(qū)制定合理的施肥方式提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與土壤基本性狀

試驗(yàn)在中國科學(xué)院常熟生態(tài)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)站(31°32′93″N，120°41′88″E)進(jìn)行。該站位于太湖地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.5 ℃，降水量1 038 mm。供試土壤為湖積物發(fā)育的潛育型水稻土(烏柵土)，其基本性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)開始于2013年稻季，設(shè)有4個(gè)處理(之前已連續(xù)進(jìn)行4年)，分別為：①對(duì)照(CK)；②常規(guī)施肥(CT)；③高產(chǎn)高效栽培1(IT1)；④高產(chǎn)高效栽培2(IT2)。氮肥以尿素(含N 46%)形式施入，對(duì)照不施氮肥，高產(chǎn)高效栽培處理除無機(jī)肥外還增施菜籽餅肥。磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)，磷肥、鉀肥和菜籽餅肥均作為基肥一次性施入，具體施肥見表2。用于試驗(yàn)的有機(jī)肥為腐熟的菜籽餅肥(菜子餅與水混合，厭氧發(fā)酵30 d)，含全氮60.40 g/kg，全磷8.73 g/kg，全鉀8.30 g/kg。

表2 稻季不同處理的施肥量(kg/hm2)

注 ：總用量中M指菜籽餅肥。

試驗(yàn)采用的水稻為雜交粳稻常優(yōu)3號(hào)，對(duì)照與常規(guī)處理栽插株行距為20 cm × 20 cm，而高產(chǎn)高效處理均為20 cm × 15 cm，移栽時(shí)每穴秧苗2 ~ 3個(gè)。關(guān)于田間水分管理，對(duì)照與常規(guī)處理除生育中期排水?dāng)R田外，其余時(shí)期保持3 ~ 5 cm水層至收獲前一周斷水。高效和高產(chǎn)處理則為節(jié)水管理，具體措施為：從移栽至返青建立淺水層；返青至有效分蘗臨界葉齡期(N-n)前2個(gè)葉齡期(N-n-2)進(jìn)行間隙濕潤灌溉，低限土壤水勢為–10 kPa；N-n-1葉齡期至N-n葉齡期進(jìn)行排水?dāng)R田，低限土壤水勢為–20 kPa，并保持1個(gè)葉齡期；N-n＋1葉齡期至二次枝梗分化期初(倒三葉開始抽出)進(jìn)行干濕交替灌溉，低限土壤水勢為–25 kPa；二次枝梗分化期(倒三葉抽出期)至出穗后10 d 進(jìn)行間隙濕潤灌溉，低限土壤水勢為–10 kPa；抽穗后11 ~ 45 d 進(jìn)行干濕交替灌溉，低限土壤水勢為–15 kPa。各生育時(shí)期達(dá)到上述指標(biāo)后即灌2 ~ 3 cm 淺層水，用水分張力計(jì)監(jiān)測土壤水勢。

試驗(yàn)小區(qū)面積為42 m2(6 m × 7 m)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)之間設(shè)有田埂并用塑料薄膜包被，各小區(qū)設(shè)置獨(dú)立的排灌溝，以防止串水、串肥。2013年水稻于6月18日移栽，有機(jī)肥提前3 d施入，并用拖拉機(jī)機(jī)械混勻，6月17日下午施基肥，6月26日施分蘗肥，7月29日施促花肥，8月18日施?；ǚ?，10月30日收獲。

1.3 水樣采集、分析與數(shù)據(jù)處理

每個(gè)小區(qū)分別埋設(shè)60 cm和80 cm深的帶陶土頭PVC滲漏管(直徑2 cm)，管中插入抽取水樣的塑料軟管，PVC管與土壤間灌入泥漿，以保證無縫隙。水稻生長期間，定期采集60 cm和80 cm深處的滲漏水樣。小區(qū)安裝有徑流收集口，徑流口垂直于地面相對(duì)高度為7 cm，并通過管道連接相應(yīng)的徑流池，沒有徑流的時(shí)候徑流口用橡皮塞塞住(圖1)。所有水樣都帶回實(shí)驗(yàn)室于4 ℃貯存，水樣中NH4+- N采用靛酚藍(lán)-紫外分光光度計(jì)法測定，NO– 3- N采用紫外分光光度法直接分析，總氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定。

土壤水溶液的氮素淋溶損失按照80 cm深度計(jì)算，氮淋溶損失為滲漏水氮濃度與滲漏水體積的乘積。滲漏水體積并不容易獲取，但可以進(jìn)行估計(jì)，在淹水條件下，試驗(yàn)區(qū)烏柵土土壤水分垂直滲漏速率平均為5 mm/d[16]，試驗(yàn)期間記錄不同處理的淹水天數(shù)(田間達(dá)到最大持水量時(shí)土壤水勢為–10 kpa，低于該值時(shí)認(rèn)為沒有滲漏發(fā)生)，CK和CT的淹水天數(shù)為115 d，IT1和IT2為102 d，則氮素滲漏量計(jì)算公式為：

圖1 徑流收集實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)裝置

=××5×10–2(1)

式中：為氮素淋失損失量(kg/hm2)，為80 cm處氮素淋失的平均濃度(mg/L)，為水稻移栽至收獲之間的淹水天數(shù)(d)。

水稻成熟后，人工收割6 m2用以計(jì)產(chǎn)；另取一份考種樣，烘至恒重后粉碎，測定其總氮含量。植株吸氮量(PNU)為植株干重與總氮(TN)之積。土壤樣品(0 ~ 20 cm)采用隨機(jī)多點(diǎn)混合采樣，每個(gè)小區(qū)用土鉆采5點(diǎn)混合，于–20 ℃冷凍儲(chǔ)存。KCl浸提后，測土壤NH4+-N(靛酚藍(lán)-分光光度計(jì))和NO– 3-N(紫外分光光度計(jì))含量。土樣風(fēng)干磨細(xì)過100目，進(jìn)行土壤總氮(凱氏氮法)和有機(jī)質(zhì)含量(重鉻酸鉀容量法)的測定。

養(yǎng)分的利用率采用氮收獲指數(shù)、氮回收利用率(NRE)和氮農(nóng)學(xué)利用率(ANE)來計(jì)算：

氮收獲指數(shù)= 籽粒吸氮量/植株總吸氮量

氮回收利用率(%)=(施氮區(qū)作物吸氮量-氮空白區(qū)吸氮量)/總施氮量×100%；

氮農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-氮空白區(qū)產(chǎn)量)/總施氮量×100%。

數(shù)據(jù)使用SPSS19.0和Microsoft Excel 2013分析，Origin 9.1 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥以及不同深度下氮淋溶損失

試驗(yàn)期間收集了兩種深度的土壤水溶液，即60 cm和80 cm，土壤水溶液中NO– 3-N和TN均在稻秧移栽初期較高，而在水稻生育中后期較低(圖2)。這可能是因?yàn)榛适┤霑r(shí)，稻秧處于移栽初期，對(duì)氮的吸收能力不強(qiáng)，而且土壤對(duì)NO– 3- N吸附作用較弱，小麥生育末期積累在土壤中的NO– 3- N在泡田之后，易隨滲漏水向下遷移，這與這一地區(qū)以前研究的結(jié)果基本一致[6]。試驗(yàn)一共收集了15次淋溶水，不同深度的氮淋溶濃度結(jié)果見表3。與前人研究類似，60 cm處TN濃度高于80 cm處，表明TN淋溶隨土壤深度的增加而減少。與TN類似，DON也隨土壤深度的增加而減少。然而不同于TN和DON的結(jié)果，不同處理的NH4+-N和NO– 3-N隨著深度的增加并沒有降低，反而呈現(xiàn)出增加的趨勢，推測是土壤礦化導(dǎo)致的。不過對(duì)于IT2處理，60 cm和80 cm處的NH4+-N和NO– 3-N濃度變化很小，這可能是因?yàn)樵撎幚硖岣吡说释度?，而且加施了有機(jī)肥，進(jìn)而提高了微生物活性，增強(qiáng)了土壤對(duì)氮素的固持。兩種深度下，NO– 3-N的濃度均高于NH4+-N，80 cm處NO– 3-N占TN的52.28% ~ 60.7%，而60 cm處DON濃度要高于NO– 3- N，占TN的40.5% ~ 58.9%。

圖2 稻季不同處理60 cm和80 cm處的氮淋溶

表3 不同處理不同深度處淋溶水的氮平均濃度

注： 表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示同一深度不同處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平，下同。

在整個(gè)水稻季，不同處理氮淋溶損失存在顯著差異(<0.05)。IT2處理的NH4+-N淋溶損失顯著低于CT和IT1處理，這是因?yàn)樵撎幚淼腘H4+-N濃度較低。至于NO– 3-N損失，高產(chǎn)高效措施顯著低于常規(guī)處理，前者比后者低了51.7% ~ 54.7%(表4)。IT1和IT2處理氮淋溶損失分別為7.48和6.59 kg/hm2，占總施肥量的0.5% ~ 0.9%；CT處理氮淋溶損失為11.02 kg/hm2，占總施肥的2.1%。這表明高產(chǎn)高效措施可以有效地降低氮淋溶損失，可能是因?yàn)楦弋a(chǎn)高效措施一方面提高了植株對(duì)氮的吸收，降低了淋溶水中的氮濃度，另一方面節(jié)水管理減小了向下滲漏的淋溶水體積，從而降低了氮淋溶損失。

表4 稻季不同處理氮淋溶損失量

2.2 不同處理的氮徑流損失

氮通過徑流進(jìn)入周圍水體是稻田氮損失的一個(gè)重要途徑，同時(shí)也容易對(duì)周圍水環(huán)境造成污染。研究表明氮徑流損失主要與降雨、灌溉以及田面水氮濃度有關(guān)，但是前人的研究表明氮通過徑流產(chǎn)生的損失差異較大，為0 ~ 51%[11-12]。施肥之后若有大雨發(fā)生，很容易產(chǎn)生徑流，大量的氮也隨之流失；但是如果徑流發(fā)生在施肥7 d后，此時(shí)田面水氮濃度很低，一般不會(huì)造成氮的大量損失[4-11]。因此為了減少氮的徑流損失，本試驗(yàn)中的施肥和灌水都盡量避開暴雨天氣。試驗(yàn)過程中一共發(fā)生4次徑流，分別發(fā)生于6月26日、7月7日、8月30日以及10月8日，均在施肥7 d之后(圖3)。從圖3可知，降雨是發(fā)生徑流的最主要的原因，降雨體積越大，徑流損失體積也越大。

(箭頭表示施肥)

不同處理的徑流損失氮濃度結(jié)果見圖4，由圖4可知，徑流水中的NH4+-N濃度在水稻生長初期最高，孕穗后期急劇減少。移栽初期水稻對(duì)氮的吸收能力較弱，徑流發(fā)生時(shí)(施肥10 d后)田面水仍然有一定濃度的氨氮，故此時(shí)徑流中NH4+-N濃度較高。而生育后期植株對(duì)氮的吸收能力增加，徑流發(fā)生時(shí)田面水NH4+-N濃度很低。而在整個(gè)稻季，徑流水中的NO– 3-N濃度一直較低且變化不大，各個(gè)處理之間濃度差異很小，這是因?yàn)樘锩嫠蠳O– 3-N濃度一直保持在一個(gè)較低的濃度。至于TN，其變化趨勢與NH4+-N類似，也是在移栽初期濃度最高，之后降低。

徑流損失結(jié)果見表5，結(jié)果可知，NH4+-N是徑流損失的主要形式，占TN的48% ~ 56%。除去空白處理外，不同處理的徑流NH4+-N損失沒有差異。對(duì)于施肥處理，徑流中NO– 3-N損失僅占TN的36% ~ 42%。整個(gè)稻季中氮通過徑流途徑的損失并不顯著，僅占施肥的0.3% ~ 0.6%，這主要是因?yàn)槊看螐搅鳟a(chǎn)生時(shí)間與施肥時(shí)間的間隔較長，田面水氮濃度較低，因此通過徑流損失的氮較小。不同施肥處理之間氮徑流損失并沒有顯著差異(>0.05)，不過IT1和IT2處理的氮徑流損失要略高于常規(guī)CT處理，這是因?yàn)榧邮┎俗扬灧蕩砹祟~外的氮，提高了田面水氮濃度。

圖4 不同處理徑流NH4+-N、NO– 3-N和TN濃度(mg/L)

表5 2013年水稻氮徑流損失量

2.3 作物產(chǎn)量及氮利用率

相比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理，高產(chǎn)高效栽培增產(chǎn)效果穩(wěn)定，兩年間CT、IT1和IT2處理水稻平均產(chǎn)量分別為8.6、11.0和12.2 t/hm2，相比CT處理，高產(chǎn)高效處理提高了28% ~ 42%?？偡f花數(shù)的增加是其產(chǎn)量增加的主要原因(表6)。高產(chǎn)高效處理也顯著提高了作物吸氮量(表7)，IT1和IT2處理的兩季平均吸氮量分別為230.3和312.2 kg/hm2，比CT處理高了25% ~ 69%。但是IT2處理的氮收獲指數(shù)顯著低于其他處理，表明它吸收的氮素更多集中于稻草中，造成水稻對(duì)氮素的奢侈吸收。

表6 2012年與2013年水稻季作物產(chǎn)量和其構(gòu)成因素

表7 不同處理水稻的吸氮量、氮收獲指數(shù)和氮肥利用率

把有機(jī)肥帶來的氮考慮進(jìn)去，CT、IT1和IT2處理的兩季平均農(nóng)學(xué)利用率分別為9.2、12.0和12.4 kg/kg，氮回收利用率分別為33.3%、33.6% 和44.3%(表7)。高產(chǎn)高效處理的農(nóng)學(xué)利用率顯著高于常規(guī)處理；IT2處理的氮回收利用率顯著高于CT處理，但是IT1處理和CT處理之間并沒有顯著差異。有機(jī)肥在當(dāng)季水稻并不能利用完全，它不僅提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，并且對(duì)下一季作物存在后續(xù)影響，例如，Mohanty等[17]和Singh等[18]的研究表明，稻季配施的有機(jī)肥可以顯著提高下一季作物的產(chǎn)量和氮素利用率。因此本文單純地將有機(jī)氮全部考慮進(jìn)入，可能導(dǎo)致高產(chǎn)高效處理的氮利用率被低估。

2.4 土壤氮以及有機(jī)質(zhì)含量

水稻收獲后，表層土無機(jī)氮、總氮和有機(jī)質(zhì)含量結(jié)果見表8。不同處理的土壤NH4+-N含量并沒有差異；除去空白處理，常規(guī)和高產(chǎn)高效處理之間的NO– 3-N含量也沒有顯著差異，不過高產(chǎn)高效處理的NH4+-N和NO– 3-N含量有高于常規(guī)處理的趨勢。對(duì)于土壤TN，施肥處理要顯著高于空白處理(<0.05)，其中IT1和IT2處理的TN含量要明顯高于CT處理，前者比后者高了6.8% ~ 8.1%。這表明高產(chǎn)高效措施可以有效地提高土壤氮含量。對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)含量，高產(chǎn)高效處理顯著高于常規(guī)以及空白處理，相比常規(guī)處理，高產(chǎn)高效處理土壤有機(jī)質(zhì)提高了8.6% ~ 9.2%?？傊?，高產(chǎn)高效措施有效地提高了土壤肥力。

表8 表層土(0 ~ 20 cm)中NH4+-N、NO– 3-N以及有機(jī)質(zhì)含量

3 討論

試驗(yàn)中隨著土層深度的增加，淋溶水TN和DON濃度隨之削減，這與其他一些研究結(jié)果類似[11]。但土壤水溶液中的NH4+-N和NO– 3-N濃度卻并沒有降低的趨勢，反而出現(xiàn)升高的趨勢。該地區(qū)的水稻土持永久負(fù)電荷，對(duì)NH4+-N吸附能力很強(qiáng)，上層NH4+-N向下的滲漏能力很弱，因此試驗(yàn)中80 cm NH4+-N濃度的升高，應(yīng)該是土壤礦化導(dǎo)致的。此外，前人研究表明，淋溶水中30% ~ 48% 的NO– 3-N是來自土壤殘留無機(jī)氮和有機(jī)質(zhì)的礦化[19-20]，因此試驗(yàn)中80 cm處NH4+-N和NO– 3-N濃度的提高應(yīng)該是土壤殘留氮礦化導(dǎo)致的，這表明減小氮淋溶損失不僅要從減少肥料氮損失出發(fā)，還要降低土壤礦化作用的強(qiáng)度。

試驗(yàn)中NO– 3-N淋溶損失為3.88 ~ 5.39 kg/hm2，這與該地區(qū)Cao等[6]的研究類似。IT1和IT2處理的NO– 3-N淋溶要顯著低于CT處理，表明高產(chǎn)高效措施可以有效地降低NO– 3-N淋溶損失，這是因?yàn)樵摯胧┰黾恿朔执问┓实拇螖?shù)，并提高了作物移栽密度，有利于土壤和植株對(duì)氮的吸收，降低了淋溶水的氮濃度。此外，配施有機(jī)肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤對(duì)氮的固持，從而降低氮淋溶(表8)，這與前人研究類似[21-22]。例如，張玉平等[22]研究表明相比無機(jī)肥，配施有機(jī)肥可以降低18% ~ 38% 淋溶水NO– 3- N濃度。除此之外，節(jié)水管理可以明顯地減少滲漏水體積，高產(chǎn)高效措施的滲漏水體積比常規(guī)處理減少了11%。在先前研究里，相比淹水管理，節(jié)水管理可以減少20% ~ 30% 土壤水溶液體積[23]。對(duì)于徑流氮損失，不同處理之間并沒有顯著的差異(>0.05)，僅占施肥的0.3% ~ 0.6%，低于該地區(qū)前人研究的0.3% ~ 7.2%[9-11]。這是因?yàn)樵囼?yàn)的施肥和灌水盡可能避開了暴雨天氣，所有的徑流均發(fā)生在7 d后，此時(shí)田面水濃度較低，這表明合理施肥和灌水是降低稻田徑流的有效措施?？傮w上，IT1和IT2處理的氮淋溶和徑流損失之和分別為10.59 kg/hm2和10.18 kg/hm2，低于常規(guī)CT處理(13.41 kg/hm2)。這表明高產(chǎn)高效措施可以有效地削弱氮在土-水界面的遷移，減少氮素?fù)p失。

試驗(yàn)中高產(chǎn)高效措施的作物產(chǎn)量和農(nóng)學(xué)利用率顯著高于常規(guī)處理，這是改進(jìn)的田間管理措施的聯(lián)合結(jié)果。同前人研究一致，配施有機(jī)肥可以更好地提供水稻生長所需的養(yǎng)分，提高土壤氮的供給，促進(jìn)植物對(duì)氮的吸收并且增加水稻分蘗和穗數(shù)，一直以來它都是農(nóng)業(yè)中提高作物產(chǎn)量的一項(xiàng)有效措施[13-24]。研究也表明分次施肥可以更好地維持土壤供氮與作物需求之間的關(guān)系，從而提高植株的吸氮量和氮素利用率[25]。除此之外，節(jié)水管理和增施磷、鉀肥有助于促進(jìn)根長以及增強(qiáng)作物莖粗[16]，從而有助于作物的增產(chǎn)。因此高產(chǎn)高效措施的水稻產(chǎn)量得到了很大的提高。盡管IT2處理氮素利用率很高，但是氮收獲指數(shù)很低，表明該處理奢侈吸氮現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此IT1處理更適合于實(shí)際的應(yīng)用生產(chǎn)。

4 結(jié)論

相比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理，高產(chǎn)高效措施的氮素淋溶和徑流損失減少了21% ~ 24%，水稻產(chǎn)量提高了28.7% ~ 42.7%。該措施還顯著提高了土壤總氮以及有機(jī)質(zhì)含量。這表明高產(chǎn)高效措施可削弱氮在土-水界面的遷移，減少氮素?fù)p失，并且提高作物產(chǎn)量，是作物增產(chǎn)且環(huán)境友好型的農(nóng)田管理措施。

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Study on N Leaching and Runoff Under Integrated High Yield and High Efficiency Practices in Paddy Fields of Taihu Lake Region

ZHANG Min1,2, ZHAO Miao3, TIAN Yuhua1, YIN Bin1*, ZHU Zhaoliang1

(1State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 College of Resources and Environment, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China)

The influences of integrated practices for high yield and high efficiency on nitrogen (N) leaching and runoff under rice-wheat rotation system were studied with field plot experiment in the Taihu Lake Region. It was found that the leaching of total nitrogen (TN) and organic N (DON) declined with the increase of soil depth and the forms of N leaching changed with soil depth. DON in the percolation water in 60 cm depth, which accounting for 40.5%–58.9% of TN, was higher than NO– 3-N and NH4+-N. NO– 3-N in the percolation water in 80 cm was higher than DON and NH4+-N and accounted for 51.7%–54.7% of TN. NH4+-N loss was the main form of N runoff, and accounted for 48.1%–56.4% of TN. However, N losses via runoff were indistinctive, only accounting for 0.3%–0.6% of fertilizer application. The total loss of N leaching and runoff in the high yield an high efficiency treatments were 10.59 and 10.18 kg/hm2, which were lower than in the current treatment with a value of 13.41 kg/hm2. The rice yield in high yield and high efficiency treatments was 11.14–12.22 t/hm2, and the agronomic efficiency reached 11.8–12.5 kg/kg, which were significantly higher than those of the traditional treatment. After harvest, soil TN content increased by 6.8%–8.1% and soil organic matter by 8.6%–9.2% in high yield and high efficiency treatments compared to traditional treatment. In short, high yield and high efficiency practices can increase crop yield and N use efficiency, weaken the migration of N through water to soil and thus is beneficial to both crop yield and environment.

Rice; N use efficiency; N leaching; Runoff; High efficiency and high yield

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201003014)和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB127400)資助。

(byin@issas.ac.cn)

張敏(1990—)，女，河南周口人，博士研究生，主要從事土壤氮素轉(zhuǎn)化與損失機(jī)理及其環(huán)境污染控制技術(shù)的研究。E-mail: mzhang@issas.ac.cn

10.13758/j.cnki.tr.2018.01.005

S143.1；S153.5

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