張忠學 陳 鵬 陳帥宏 尚文彬 姜麗莉 侯景翔

(1.東北農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院， 哈爾濱 150030； 2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)水資源高效利用重點實驗室， 哈爾濱 150030)

0 引言

實際生產(chǎn)中，田間灌溉模式以及氮肥的投入對提高水稻產(chǎn)量及穩(wěn)定糧食生產(chǎn)起著重要作用，為了滿足日益增多的人口對糧食的需求量，氮肥的施用量還會進一步增加[1-2]。隨著稻田氮素肥料施用量的增加以及田間節(jié)水措施的加強，肥料氮素在稻田中的遷移轉(zhuǎn)化機制也隨之發(fā)生變化[3]。施入到稻田中的肥料氮素一部分被作物吸收利用，一部分通過氣態(tài)形式損失，還有一部分肥料氮素殘留在稻田土壤中，而殘留在土壤中的肥料氮素既是對稻田土壤氮庫的補充，可供后季作物吸收利用，又可通過淋溶和地表徑流等途徑進入河流及稻田地下水體中，以及通過反硝化作用轉(zhuǎn)化成N2O和N2進入到大氣中，對稻田的生態(tài)環(huán)境安全造成嚴重威脅，包括溫室效應、地下水硝酸鹽污染和生物多樣性衰減等[4-7]。相關(guān)研究表明，黑龍江省西部的黑土區(qū)土壤氮殘留明顯高于其他區(qū)域，且呈現(xiàn)出快速增加的趨勢，因此，需要對黑土區(qū)作物收獲后肥料氮素在土壤中的殘留情況予以重視[8-9]。

研究表明，與差減法相比，15N示蹤法更適于研究肥料氮素在土壤中的殘留情況[10]。巨曉棠等[11]利用15N示蹤法研究表明，華北平原常規(guī)灌溉下小麥-玉米輪作體系下肥料氮素在土壤中的殘留率為21%～45%，且肥料氮素的土壤殘留量隨施氮量的增加而增大；吳永成等[12]采用15N標記土柱模擬法研究了肥料氮素的去向，研究結(jié)果表明，夏玉米收獲后土壤肥料氮殘留率為41%～48%，且表層土壤(0～20 cm)殘留量高；JIAO等[13]研究表明黃土高原一個牧草生長季后肥料氮素在草原土壤中的殘留率為50.4%～84.4%；POULTON等[14]研究了土壤質(zhì)地對肥料氮素殘留量的影響，對比分析發(fā)現(xiàn)砂壤土及白堊質(zhì)壤土的肥料氮素殘留量最高。綜上，不同區(qū)域、不同作物、不同土壤類型以及不同田間管理方式對肥料氮素的殘留量影響較大。

與旱作模式不同，稻作控制灌溉模式下肥料氮素在稻田土壤中的遷移轉(zhuǎn)化過程更為復雜，已有對氮素殘留的研究多采用差減法進行，無法定量區(qū)分肥料氮素的殘留情況，且對節(jié)水灌溉下各期肥料氮素在土壤中的殘留情況研究較模糊。因此本試驗采用在田間小區(qū)試驗中開設(shè)15N示蹤微區(qū)的方法，以常規(guī)淹灌模式作為對照，在研究稻作節(jié)水灌溉模式下肥料氮素在水稻收獲后土壤中殘留情況基礎(chǔ)上，分別計算和分析基肥、蘗肥、穗肥在收獲后稻田土壤的殘留情況，以及不同時期施用的肥料氮素在各不同深度土層的殘留量，為制定松嫩平原低溫黑土區(qū)適宜的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分管理策略提供依據(jù)，以期實現(xiàn)減少稻田土壤殘留肥料氮素損失和提高稻田土壤殘留肥料氮素利用率的目標。

圖1 水稻生長期內(nèi)空氣溫度和降雨量的日變化Fig.1 Changes of daily air temperature and rainfall during rice growth period

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2017年在黑龍江省水稻灌溉試驗站進行，該站(127°40′45″E，46°57′28″N)位于慶安縣和平鎮(zhèn)，是典型的寒地黑土分布區(qū)。從水稻移栽到成熟，該地區(qū)水稻生長期內(nèi)日氣溫和降雨量變化如圖1所示，多年平均水面蒸發(fā)量750 mm，作物水熱生長期為156～171 d，全年無霜期128 d。氣候特征屬寒溫帶大陸性季風氣候。供試土壤為黑土型水稻土，種植水稻時間20 a以上，土壤耕層厚度11.3 cm，犁底層厚度10.5 cm，在移栽和施肥前，對試驗小區(qū)0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層進行5點對角取樣后混合，并對其主要土壤理化性質(zhì)進行分析，供試土壤基本性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本特性Tab.1 Basic characteristics of tested soil

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1小區(qū)試驗

采用灌水方式和施氮量因素隨機區(qū)組試驗。設(shè)置2種灌水方式：控制灌溉(C)、常規(guī)淹溉(F)。水稻不同生育時期各處理土壤水分管理方式詳見表2。水稻控制灌溉模式除水稻返青期田面保持0～30 mm淺薄水層、分蘗末期曬田和黃熟期自然落干外，其余各生育階段均不建立水層，以根層的土壤含水率為控制指標確定灌水時間和灌水定額，灌水上限為土壤飽和含水率，各生育階段土壤含水率下限分別取飽和含水率的百分比，用TPIME-PICO64/32型土壤水分測定儀于每日07：00和18:00分別測定各試驗小區(qū)土壤含水率，當土壤含水率接近或低于處理灌水下限時，人工灌水至灌水上限，維持土壤含水率處于相應生育階段的灌水上限和灌水下限之間，并記錄各處理相應灌水量；常規(guī)灌溉處理的試驗小區(qū)于每日08:00通過預先埋設(shè)的豎尺讀取田面水層深度，以確定是否需要灌水。

根據(jù)當?shù)毓?jié)水灌溉下適宜施氮量設(shè)置3個施氮水平(純氮)，即N1(85 kg/hm2)、N2(110 kg/hm2)、N3(135 kg/hm2)，以便對最佳施氮量下稻田土壤氮素平衡進行試驗分析。試驗處理設(shè)計詳見表3，每個處理設(shè)3次重復，共18個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積100 m2(10 m×10 m)，各小區(qū)之間田埂向地下內(nèi)嵌40 cm深的塑料板，防止各小區(qū)間的水氮交換。氮肥按照基肥、蘗肥、穗肥施用量比例4.5∶2∶3.5分施，各處理磷、鉀肥用量均一致，施用P2O545 kg/hm2、K2O 80 kg/hm2，磷肥在移栽前一次性施用，鉀肥于移栽前和水稻8.5葉齡分2次施用，前后比例為1∶1。試驗選用當?shù)胤N植面積最大的水稻品種龍慶稻3號，在充滿土壤的育秧盤中將預發(fā)芽的種子培育成幼苗，并于5月17日選取長勢相同的水稻幼苗進行移栽，株距16.67 cm，行距30 cm，每穴定3株，9月20日收割，生育期為126 d，在水稻各生長階段及時除草，防治病蟲害，以免影響水稻養(yǎng)分吸收。

表2 稻田生育期內(nèi)各處理土壤水分管理方式Tab.2 Different water management patterns at rice growth stages

注：θs為土壤飽和含水率。

表3 試驗處理設(shè)計Tab.3 Design of experimental treatments kg/hm2

注：*代表施用的是15N-尿素。

1.2.2微區(qū)試驗

為了明確不同水氮調(diào)控下不同時期施入氮肥在各土層的殘留情況，在上述試驗小區(qū)內(nèi)設(shè)置了15N示蹤微區(qū)(微區(qū)內(nèi)水稻種植模式同試驗小區(qū))，每個試驗小區(qū)內(nèi)設(shè)置1個微區(qū)，即單一處理下設(shè)置3個微區(qū)試驗(3個分處理)，試驗處理設(shè)置詳見表3，分處理1為僅基肥施用15N-尿素，蘗肥和穗肥施用未標記的普通尿素；分處理2為僅蘗肥施用15N-尿素，基肥和穗肥施用未標記的普通尿素；分處理3為僅穗肥施用15N-尿素，基肥和蘗肥施用未標記的普通尿素。于稻田整地后和基肥尿素施用前在每個小區(qū)內(nèi)預先埋設(shè)1個長1 m、寬1 m、高0.5 m的無底PVC矩形框，將微區(qū)埋深至犁底層下(深30 cm)，施用的標記肥料為上海化工研究院生產(chǎn)的豐度為10.22%的15N標記尿素。試驗微區(qū)的氮肥、磷肥、鉀肥用量及灌溉方式同所在的試驗小區(qū)，并采用農(nóng)用小型潛水泵單獨排灌，其余田間管理同試驗小區(qū)。

1.3 觀測內(nèi)容及方法

1.3.1各層土壤容重及全氮含量

根據(jù)巨曉棠等[15-16]對土壤-作物體系肥料氮素主要運動及去向的研究，水田的稻作體系肥料氮素的殘留應考慮0～20 cm土層，旱作作物的肥料氮素殘留應考慮0～60 cm土層。本試驗采用的節(jié)水灌溉模式與旱作模式相似，因此，綜合已有的研究成果本試驗對肥料氮素的殘留情況考慮0～60 cm土層。土壤樣品在水稻收獲后采集，用100 mL的環(huán)刀在各處理微區(qū)內(nèi)外分別按照“S”型分層取原狀土樣和供元素分析用土樣，取樣分層為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，每個層次取3個平行樣，取后的環(huán)刀用膠帶密封后，連同裝入樣品袋中的供同位素分析用的土樣一并帶回實驗室，原狀土105℃干燥至恒質(zhì)量，并計算土壤容重；各處理供元素分析用的土樣帶回實驗室后，仔細挑去石塊、根莖及各種新生體和侵入體，放置在硬紙板上風干后放入瓷研缽中研磨，并將研磨過篩后的土樣分為兩部分，一部分使用開氏法測定土壤全氮含量，另一部分樣品裝入樣品袋中密封保存，供樣品同位素測定用。

1.3.2肥料氮素在土壤中的殘留量

將粉碎過篩后的各處理各層土壤樣品帶回實驗室進行同位素測定，穩(wěn)定同位素測試在東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)部水資源高效利用重點實驗室完成，采用元素分析儀(Flash 2000 HT型，Thermo Fisher Scientific，美國)和同位素質(zhì)譜儀(DELTA V Advantage，Thermo Fisher Scientific，美國)聯(lián)用的方法測定樣品的15N豐度。

不同水氮調(diào)控下各層土壤樣品中基肥氮素含量為A(b)、蘗肥氮素含量為A(t)，穗肥氮素含量為A(p)，根據(jù)文獻[13,17]的公式分別計算

A(b,t,p)=(a-b)/(c-d)×100%

(1)

式中a——微區(qū)內(nèi)土壤樣品的15N豐度

b——相同水氮處理微區(qū)外同一土層土壤樣品中15N豐度

c——15N標記肥料中15N豐度

d——天然15N豐度標準值(0.366 3%)[18]

各層土壤的氮素總量按杜會英等[19]的公式估算

Ts=ρVNs

(2)

式中Ts——各層土壤的氮素總量，kg/hm2

ρ——各層土壤容重，g/cm3

V——各層土壤體積，m3

Ns——各層土壤的全氮質(zhì)量比，g/kg

基肥(b)、蘗肥(t)和穗肥(p)氮素在稻田土壤中的殘留量為

R(b,t,p)=TsA(b,t,p)

(3)

式中R(b)、R(t)、R(p)——土壤中基肥、蘗肥、穗肥的殘留量，kg/hm2

肥料氮素在土壤中的總殘留量為

R(total)=R(b)+R(t)+R(p)

(4)

施用的各期肥料氮素在土壤中的總殘留率以及基肥、蘗肥和穗肥的殘留率為

N(b,t,p,total)=R(b,t,p,total)/F(b,t,p,total)×100%

(5)

式中N(b,t,p,total)——各期肥料氮素在土壤中殘留率，%

F(b,t,p,total)——各期施氮量(純氮)，kg/hm2

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SPSS 13.0單因素方差分析及Duncan多重比較方法對相同施氮量下不同灌溉模式之間基肥、蘗肥和穗肥氮素在稻田不同土層的殘留量進行差異性分析及均值比較，并對基肥、蘗肥、穗肥和各期肥料氮素在土壤中的殘留量與各期肥料在稻田不同土層的殘留量進行相關(guān)性分析，采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮調(diào)控下各期肥料氮素在土壤中的總殘留

如圖2a(不同小寫字母表示處理在5%水平上差異顯著，下同)所示，不同水氮調(diào)控下各期肥料氮素在土壤中的總殘留量為28.6～47.7 kg/hm2，兩種灌溉模式下各期肥料氮素在土壤中的總殘留量均隨施氮量的增加而增大，且不同灌溉方式之間各期肥料氮素在土壤中的總殘留量差異顯著(P<0.05)，且稻作控制灌溉模式下施用的肥料氮素總量的36.4%～37.1%殘留在稻田土壤中，與常規(guī)淹灌相比，稻作控制灌溉模式在3個施氮水平下肥料氮素在水稻收獲后稻田土壤中均具有較高的殘留量，在相同施氮量下較常規(guī)淹灌增加了10.3%、10.8%和18.3%。雖然兩種灌溉模式下各期肥料氮素在土壤中的總殘留量均隨施氮量的增加而增大，但各期肥料-15N在土壤中的總殘留率卻隨著施氮量的增加而逐漸減少(圖2b)，意味著更多的氮素通過其他途徑流失到稻田環(huán)境中。

圖2 不同處理下各期肥料-15N在稻田土壤中的總殘留量和總殘留率Fig.2 Retention amount for labeled-15N and retention rate for labeled-15N in paddy soil under different treatments

由不同深度土壤中肥料氮素殘留量對比可知(表4)，不同施氮水平下兩種灌溉模式各期肥料氮素在土壤表層(0～20 cm)的殘留量最高，稻作控制灌溉模式不同施氮量下各期肥料氮素在表層土壤(0～20 cm)的殘留量占肥料氮素在各層土壤中總殘留量的51.9%～59.0%，在相同施氮量下較常規(guī)淹灌增加了41.5%、54.0%和53.9%；而相同施氮量下稻作控制灌溉模式20～40 cm土層的肥料氮素殘留量較常規(guī)淹灌分別降低了9.6%、20.5%和4.0%；40～60 cm土層殘留量分別降低了12.7%、21.9%和17.4%，研究結(jié)果表明，稻作控制灌溉模式下肥料氮素在根層土壤(0～20 cm)的總殘留量高于常規(guī)淹灌，有利于補充土壤氮庫的肥力，而常規(guī)淹灌模式下肥料氮素的殘留集中于20～60 cm 土層，易發(fā)生氮素的淋溶，從而對稻田地下水環(huán)境造成威脅。

表4 水稻收獲后肥料-15N在土壤各層的殘留量占肥料氮素總殘留量的百分比Tab.4 Percentage of residue of fertilizer-15N in different soil layers to total residue of fertilizer-15N

注：表中同列不同小寫字母表示相同灌溉模式不同施氮水平下數(shù)據(jù)在P<0.05水平差異顯著，下同。

2.2 不同水氮調(diào)控下基肥氮素在土壤中的殘留

如圖3a所示，兩種灌溉模式下基肥氮素在土壤中的殘留總量均隨施氮量的增加而增大，不同施氮量下稻作控制灌溉模式基肥氮素在0～60 cm土壤中的殘留總量為11.4～19.0 kg/hm2，相當于基肥氮素施用總量的29.7%～32.7%殘留在稻田土壤中；常規(guī)淹灌處理下為10.1～15.3 kg/hm2，相當于基肥氮素施用總量的25.1%～28.0%殘留在稻田土壤中(圖3b)。相同施氮量下稻作控制灌溉模式基肥氮素在土壤中的殘留總量較常規(guī)淹灌增加了12.3%、16.6%和24.8%，試驗結(jié)果表明稻作控制灌溉模式基肥氮素在稻田土壤中殘留量較高。當施氮量為N2和N3處理時兩種灌溉方式之間各期肥料氮素總殘留量中基肥殘留量的占比差異顯著(圖3c，圖中ns表示在5%水平上不顯著，下同)，稻作控制灌溉模式下肥料氮素在土壤中總殘留量的39.5%～39.9%來自于基肥氮素的殘留，顯著高于常規(guī)淹水灌溉(P<0.05)。

圖3 不同處理下基肥-15N在不同土層的殘留量、各土層基肥-15N的殘留量占基肥施氮量的百分比和肥料氮素在土壤總殘留量中基肥-15N殘留量占比Fig.3 Retention amount for basal-15N, retention rate of basal-15N and proportion of basal-15N retention amount in soil total retention amount from fertilizer nitrogen under different treatments

由于基肥是水稻移栽前施入到稻田中的，一直到水稻收割后基肥氮素在稻田中經(jīng)歷了完整的水稻生長發(fā)育過程，因此不同深度土層中的基肥殘留量可以更好地反映不同灌溉模式對肥料氮素運移的影響。當僅基肥施用15N-尿素時，水稻收獲后稻作控制灌溉模式不同施氮量下基肥氮素在0～20 cm土層殘留量為6.2～10.5 kg/hm2；20～40 cm土層殘留量為3.0 ～5.7 kg/hm2；40～60 cm土層殘留量為2.1 ～2.8 kg/hm2。不同灌溉模式之間基肥氮素在不同深度土壤中的殘留量差異顯著(P<0.05)，與常規(guī)淹灌相比，稻作控制灌溉模式基肥氮素在0～20 cm的殘留量較高，同一施氮水平下較常規(guī)淹灌增加了52.1%、66.7%和67.4%；而在20～40 cm和40～60 cm土層的殘留量較低，同一施氮水平下20～40 cm的基肥氮素殘留量較常規(guī)淹灌降低了10.8%、22.8%和1.9%；40～60 cm土層的殘留量降低了18.9%、13.4%和16.6%(表5)。與常規(guī)淹灌相比，稻作控制灌溉模式有效降低了基肥氮素向下層土壤的運移，防止了肥料氮素污染地下水環(huán)境，并保證了作物根區(qū)土壤的肥力。

圖4 不同處理下蘗肥-15N在不同土層的殘留量、施用的蘗肥-15N在土壤中的殘留率和肥料氮素在土壤總殘留量中蘗肥-15N殘留量占比Fig.4 Retention amount for tillering-15N, retention rate of tillering-15N and proportion of tillering-15N retention amount in soil total retention amount from fertilizer nitrogen under different treatments

灌溉方式施氮量/(kg·hm-2)不同土層基肥-15N殘留量占基肥氮素總殘留量的百分比/%0～20cm20～40cm40～60cm8554.2b27.0b18.7a控制灌溉11059.9a25.0c15.0b13555.2b30.3a14.5b8540.0a34.0b26.0a常規(guī)淹灌11041.9a37.8a20.2b13541.2a37.1a21.7b

2.3 不同水氮調(diào)控下蘗肥氮素在土壤中的殘留

如圖4a所示，兩種灌溉模式下蘗肥氮素在土壤各層的殘留總量均隨施氮量的增加而增大，不同施氮水平下稻作控制灌溉模式下蘗肥氮素在土壤各層的殘留總量為9.7～14.8 kg/hm2，蘗肥氮素在土壤各層的殘留總量占蘗肥氮素施用總量的54.9%～57.3%(圖4b)。與常規(guī)淹灌模式相比，稻作控制灌溉模式相同施氮水平下蘗肥氮素在稻田土壤中的殘留總量增加了9.2%、11.1%和23.8%，隨著施氮量的增大，稻作控制灌溉蘗肥殘留量的增幅高于常規(guī)淹灌。對比兩種灌溉模式下蘗肥氮素的土壤殘留量在各期肥料氮素總殘留量中占比可知(圖4c)，僅有當施氮量為N3時兩種灌溉方式之間各期肥料氮素總殘留量中蘗肥氮素殘留量占比差異顯著，此施氮量下稻作控制灌溉模式各期肥料氮素在土壤中總殘留量的31.0%來自于蘗肥氮素的殘留，較常規(guī)淹灌增加了4.4%。

當僅蘗肥施用15N-尿素時，稻作控制灌溉模式不同施氮量下施用的蘗肥總量的31.3%～36.5%殘留在0～20 cm土層中；12.4%～15.3%殘留在20～40 cm土層中；7.6%～10.2%殘留在40～60 cm土層中。兩種灌溉模式相同施氮水平下蘗肥氮素在同一深度土層的殘留量對比可知，稻作控制灌溉模式下蘗肥氮素在0～20 cm土層的殘留量在相同施氮水平下較常規(guī)淹灌增加了40.8%、47.0%和62.5%，且隨著施氮量的增加，稻作控制灌溉模式下蘗肥在土壤表層(0～20 cm)的殘留量增幅高于常規(guī)淹灌；而常規(guī)淹灌模式下蘗肥氮素在20～40 cm和40～60 cm土層的殘留量較高，同一施氮水平下20～40 cm土層的蘗肥氮素殘留量較稻作控制灌溉模式增加了18.3%、30.2%和4.4%；40～60 cm土層的蘗肥氮素殘留量增加了14.5%、25.7%和28.3%(表6)。由于蘗肥是在水稻生長中期施入的，因此在表層土壤中的殘留量較高，但常規(guī)淹灌下蘗肥氮素往深層土壤的運移仍比較明顯。

2.4 不同水氮調(diào)控下穗肥氮素在土壤中的殘留

如圖5a所示，兩種灌溉模式下穗肥氮素在土壤各層的殘留總量均隨施氮量的增加而增大，不同施氮水平下稻作控制灌溉模式下穗肥氮素在土壤各層的殘留總量為10.5～13.9 kg/hm2，穗肥氮素在土壤各層的殘留總量占穗肥氮素施用總量的29.4%～35.4%(圖5b)。與常規(guī)淹灌模式相比，不同施氮量下稻作控制灌溉模式穗肥氮素在土壤各層的總殘留量均高于常規(guī)淹灌，且稻作控制灌溉模式下穗肥氮素在稻田土壤中的總殘留量在相同施氮量下較常規(guī)淹灌增加了9.2%、3.4%和6.5%。當施氮量為N2和N3時兩種灌溉方式之間各期肥料氮素總殘留量中穗肥殘留量的占比差異顯著(圖5c)，常規(guī)淹灌模式下肥料氮素在土壤中總殘留量的31.1%和32.4%來自于穗肥氮素，顯著高于稻作控制灌溉模式(P<0.05)。

表6 水稻收獲后蘗肥-15N在土壤各層的殘留量占蘗肥氮素土壤總殘留量的百分比Tab.6 Percentage of residue of tillering-15N in different soil layers to total residue of tillering-15N when only tillering fertilizer-N was 15N-labelled urea

圖5 不同處理下穗肥-15N在不同土層的殘留量、施用的穗肥-15N在土壤中的殘留率和肥料氮素在土壤總殘留量中穗肥-15N殘留量占比Fig.5 Retention amount for panicle-15N, retention rate of panicle-15N and proportion of panicle-15N retention amount in soil total retention amount from fertilizer nitrogen under different treatments

當僅穗肥施用15N-尿素時，稻作控制灌溉模式不同施氮量下穗肥氮素在0～20 cm土層殘留量為4.9～7.3 kg/hm2；20～40 cm土層殘留量為3.5～4.0 kg/hm2；40～60 cm土層殘留量為2.1～2.6 kg/hm2。不同灌溉模式之間穗肥氮素在不同深度土壤中的殘留量差異顯著(P<0.05)，與常規(guī)淹灌相比，稻作控制灌溉模式穗肥氮素在0～20 cm的殘留量較高，同一施氮水平下較常規(guī)淹灌增加了30.7%、45.5%和29.9%，而常規(guī)淹灌模式下穗肥氮素在20～40 cm和40～60 cm土層的殘留量較高，同一施氮水平下20～40 cm土層的穗肥氮素殘留量較稻作控制灌溉模式增加了3.6%、17.9%和10.0%；40～60 cm土層的穗肥氮素殘留量增加了6.1%、44.9%和16.6%(表7)。

2.5 不同水氮調(diào)控下各期肥料氮素殘留率相關(guān)性分析

統(tǒng)計分析表明(表8)，R(total)與R(b)、R(t)、R(p)均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，且與R(b,0～20)(R=0.872，P<0.05)和R(p,0～20)(R=0.916，P<0.05)呈顯著正相關(guān)，R(b)和R(p)均僅與稻田表層土壤(0～20 cm)中肥料氮素的殘留量呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，與20～40 cm和40～60 cm土層的肥料氮素殘留量相關(guān)性不顯著(P>0.05)，而R(t)與蘗肥氮素在各土層的殘留量相關(guān)性均不顯著(P>0.05)。

表7 水稻收獲后穗肥-15N在土壤各層的殘留量占穗肥氮素土壤總殘留量的百分比Tab.7 Percentage of residue of panicle-15N in different soil layers to total residue of panicle-15N when only panicle fertilizer-N was 15N-labelled urea

表8 各期肥料氮素在稻田土壤中的殘留量相關(guān)性分析Tab.8 Correlation analysis of retention for 15N labeled fertilizer in different soil layers

注：R(b,0～20)、R(t,0～20)、R(p,0～20)分別表示基肥、蘗肥和穗肥氮素在0～20 cm土層的殘留量；R(b,20～40)、R(t,20～40)、R(p,20～40)分別表示基肥、蘗肥和穗肥氮素在20～40 cm土層的殘留量；R(b,40～60)、R(t,40～60)、R(p,40～60)分別表示基肥、蘗肥和穗肥氮素在40～60 cm土層的殘留量。*表示變量之間在P<0.05水平差異顯著，** 表示變量之間在P<0.01水平差異顯著。

3 討論

黑龍江省黑土區(qū)水田多分布在低平原地區(qū)，土壤通透性差，排水不良，氧化還原電位低[20]，因此，此地區(qū)稻田應大力推廣節(jié)水灌溉模式，改善稻田土壤通透性和土壤含氧量，使水稻根系活力增強，有助于水稻對氮素的吸收[21-22]。本試驗為了更符合實際生產(chǎn)的條件，采用在田間原位開設(shè)試驗微區(qū)的方式，采用15N示蹤技術(shù)，分別施用帶有標記的基肥、蘗肥和穗肥，以常規(guī)淹灌作為對照，定量研究了黑土區(qū)稻作控制灌溉模式下肥料氮素在收獲后稻田土壤中的殘留情況。試驗結(jié)果表明：不同施氮水平下稻作控制灌溉模式各期肥料氮素在稻田土壤中的總殘留量為31.6～47.7 kg/hm2，且隨著土層深度的增加肥料氮素的殘留量逐漸減少，肥料氮素在土壤中的總殘留率為36.4%～37.1%，試驗結(jié)果與李建輝[23]在寒地黑土區(qū)稻田的試驗結(jié)果相近，但略高于彭佩欽等[24]在洞庭湖平原和朱兆良等[25]在太湖平原稻田的試驗結(jié)果，這可能是由于氣候及土壤因素不同造成的，黑土區(qū)土壤保肥能力較強，因此肥料氮素在黑土區(qū)稻田土壤中的殘留率較高[26]。對比兩種灌溉模式間肥料氮素在稻田土壤中的殘留量可知，相同施氮量下稻作控制灌溉模式各期肥料氮素在稻田土壤中的殘留總量較常規(guī)淹灌增加了10.3%、10.8%和18.3%，這一方面可能是由于節(jié)水灌溉下土壤通透性好，含氧量高，提高了土壤微生物及酶活性，有利于肥料氮素的轉(zhuǎn)化，增強了土壤固氮能力，使肥料氮素的殘留量增加[27]；另一方面，節(jié)水灌溉下水稻生長期內(nèi)經(jīng)揮發(fā)等途徑損失的肥料氮素量低于常規(guī)淹灌[28]，因此稻作控制灌溉模式下肥料氮素在土壤中的總殘留量較高。

4 結(jié)論

(1)水稻收獲后，控制灌溉和常規(guī)淹灌兩種灌溉模式下肥料氮素在稻田土壤中的總殘留量均隨施氮量的增加而增大，且不同灌溉模式間肥料氮素在稻田土壤中的總殘留量差異顯著(P<0.05)，不同施氮水平下稻作控制灌溉模式各期肥料氮素在稻田土壤中的總殘留量為31.6～47.7 kg/hm2，占水稻生長期內(nèi)施用的氮肥總量的36.4%～37.1%，在相同施氮量下較常規(guī)淹灌增加了10.3%、10.8%和18.3%，表明稻作控制灌溉模式可以有效地提高土壤的“保肥”能力，對水稻種植后的土壤氮庫起到了一定的補充作用。

(2)不同施氮水平下稻作控制灌溉模式基肥氮素在稻田土壤中的殘留率為29.7%～32.7%；蘗肥氮素的殘留率為54.9%～57.3%；穗肥氮素的殘留率為29.4%～35.4%，各期肥料氮素的殘留率均高于常規(guī)淹灌模式。對不同深度土壤中肥料氮素的殘留量分析可知，相同施氮量下兩種灌溉模式間同一深度土壤中肥料氮素的殘留量差異顯著(P<0.05)，不同施氮量下稻作控制灌溉模式下各時期肥料氮素在表層土壤(0～20 cm)的殘留量均高于常規(guī)淹灌處理，有效補充了水稻生長期內(nèi)對表層土壤氮素養(yǎng)分的消耗，與常規(guī)淹灌相比，稻作控制灌溉模式還降低了各時期肥料氮素在20～60 cm土層的殘留量，降低了肥料氮素向深層土壤的運移，有利于黑土區(qū)稻田生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

(3)相關(guān)性分析表明，稻作控制灌溉模式下各期肥料氮素的殘留量與基肥、蘗肥、穗肥的殘留總量呈極顯著正相關(guān)，同時還與基肥氮素和穗肥氮素在0～20 cm土層的殘留量呈顯著正相關(guān)，基肥和穗肥氮素在稻田土壤中的總殘留量與其在表層土壤(0～20 cm)的殘留量呈顯著正相關(guān)，蘗肥氮素在土壤中的殘留量與其各層土壤的殘留量相關(guān)性不顯著。