趙婷婷 李鵬 李德萍 姜虹 賀丹 代紅喜

摘? 要：為探究側(cè)深施肥條件下不同施氮模式對稻田氮素流失和產(chǎn)量的影響，設(shè)置8個處理：常規(guī)施肥處理、速效氮肥處理、緩釋氮肥低劑量處理、緩釋氮肥高劑量處理、水稻側(cè)深專用肥處理、無肥處理、秧盤帶肥低劑量處理和秧盤帶肥高劑量處理。結(jié)果表明：水稻生長季滲漏損失主要受施氮量的影響，滲漏液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和總氮濃度隨土壤深度增加呈降低的趨勢；與常規(guī)施肥處理相比較，速效氮肥、緩釋氮肥低劑量、緩釋氮肥高劑量以及秧盤帶肥低劑量、秧盤帶肥高劑量處理增產(chǎn)6.2%、18.3%、12.2%、0.6%和9.1%，而側(cè)深專用肥處理和無肥處理對水稻的有效穗、著粒數(shù)、結(jié)實率影響較小。綜合考慮，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)本增效和環(huán)境效益的前提下，采用緩釋氮肥減量處理和秧盤帶肥低劑量處理是可供選擇的環(huán)境友好型施肥模式。

關(guān)鍵詞：水稻；施肥模式；淋溶；氮素流失；產(chǎn)量

中圖分類號：Ｓ511.062? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673－6737（２０24）02－００22－０7

Effects of Different Nitrogen Application Models on Nitrogen Loss and Yield in Paddy Field under the Condition of Side-deep Fertilization

ZHAO Ting-ting ， LI Peng ， LI De-ping ， JIANG Hong ， HE Dan ， DAI Hong-xi

（Institute of Agricultural Resources and Environment， Heilongjiang Academy of Agricultural

Reclamation Sciences， Harbin 150038， China）

Abstract： In order to investigate the effects of different nitrogen application patterns on nitrogen loss and yield in paddy fields under the condition of side-deep fertilization， eight treatments were set up： conventional fertilization， quick-acting nitrogen fertilizer， slow-release nitrogen fertilizer with low dose， slow-release nitrogen fertilizer with high dose， special fertilizer for rice lateral deep fertilization， no fertilizer treatment， low-dose fertilizer with seedling tray and high-dose fertilizer with seedling tray. The results showed that the leakage loss of rice in growing season was mainly affected by nitrogen application rate， and the concentrations of nitrate nitrogen， ammonium nitrogen and total nitrogen in leakage solution basically decreased with the increase of soil depth; Compared with conventional fertilization treatments， the yield increased by 6.2%， 18.3%， 12.2%， 0.6% and 9.1% in the treatments of quick-available nitrogen fertilizer， slow-release nitrogen fertilizer with low dosage， slow-release nitrogen fertilizer with high dosage and seedling tray with high dosage， while the effect of side-deep special fertilizer treatment and no fertilizer treatment on effective panicle， grain number and seed setting rate of rice was little. Considering comprehensively， under the premise of saving cost and increasing efficiency in agricultural production and environmental benefits， the application of slow-release nitrogen fertilizer reduction treatment and seedling tray fertilizer low-dose treatment are the optional environment-friendly fertilization modes.

Key words： Rice; Fertilization mode; Leaching; Nitrogen loss; Yield

氮素是稻田作物生長必不可少缺的大量營養(yǎng)元素之一，也是直接影響稻田作物的產(chǎn)量的關(guān)鍵肥料，為提高稻田中的氮素水平，人們在稻田生產(chǎn)中采用施用大量的氮素肥料[1-2]。目前我國是世界上氮肥生產(chǎn)和消費的超級大國，但是氮肥的利用率卻非常低，根據(jù)調(diào)查我國氮肥利用率30%左右，相比其他發(fā)達(dá)國家氮肥利用率低20個百分點。如美國的小麥、玉米的平均施氮150 kg·hm-2左右，氮肥利用率穩(wěn)定在65%，法國的小麥、玉米的平均施氮量在120 kg·hm-2左右，氮肥利用率為60%～70%，雖然在一定范圍內(nèi)增加施氮量提高了作物產(chǎn)量，然而當(dāng)?shù)食^一定量時，持續(xù)增加氮肥施用量并不能提高作物的產(chǎn)量，反而導(dǎo)致作物氮肥利用效率下降，過量的氮肥和磷肥施用對作物無顯著增產(chǎn)作用[3-6]。近十年的時間，我國化肥施用量每年以3%的速度持續(xù)增加，而我國東北寒地稻米的產(chǎn)量卻停滯不前[7]。由于不合理的施肥和灌溉，對于我國的稻田地下水造成的污染影響顯著高于旱地，氮素在土壤中通過淋溶和徑流兩種方式流失，淋溶和徑流程度隨化肥投入量、作物栽培方法、土壤性質(zhì)不同有較大變化[8]。大量的氮不能完全被作物吸收，氮素以硝態(tài)氮和氮氧化物的形式隨水進(jìn)入土壤、地下水以及大氣中，對于水體富營養(yǎng)化、溫室氣體產(chǎn)生都有影響，我國農(nóng)田氮肥損失中氨揮發(fā)約占11%，而在有利于氨揮發(fā)的條件下，氮肥的氨揮發(fā)損失率可高達(dá)40%～50%[9-10]。Freney等[11]研究表明，脈酶抑制劑的使用能有效減少尿素在土壤中的水解速率，從而抑制土壤氨揮發(fā)損失。李曉欣等[12]研究發(fā)現(xiàn)，減少施氮量能顯著降低氮素累積量。趙影星等[13]通過分析新型的輪作模式發(fā)現(xiàn)冬小麥-夏花生、冬小麥-夏玉米模式1 m以下的土壤中的無機(jī)氮、總磷和總鉀濃度均較高，對地下水存在污染的風(fēng)險，另一種模式即冬小麥、春小麥-夏玉米模式的養(yǎng)分淋失量也較大。杜建軍等[14]通過“靜態(tài)吸收法”和“土柱淋溶法”兩種室內(nèi)模擬實驗，發(fā)現(xiàn)緩/控釋肥較尿素施入土壤中不僅氨揮發(fā)減少，氮素淋溶量也顯著降低。因此，通過各種措施提高氮肥利用率，降低氮素的損失對我國稻田土壤作物系統(tǒng)中氮損失途徑進(jìn)行系統(tǒng)的研究，對今后在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理施用氮肥、提高氮肥利用率、減少氮肥損失、保護(hù)人類的生存環(huán)境等都具有重要的意義。本文選黑龍江省哈爾濱市閆家崗農(nóng)場試驗基地作為試驗點進(jìn)行試驗，分析側(cè)深施肥條件下不同施氮模式對稻田氮素流失及水稻產(chǎn)量的影響，探究有效減少稻田氮素淋溶流失的施肥處理，以期為黑龍江地區(qū)水稻種植氮素減排提供數(shù)據(jù)依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

1? 材料和方法

1.1? 試驗地概況

田間小區(qū)試驗位于黑龍江省哈爾濱市閆家崗農(nóng)場試驗基地。供試土壤類型為鹽堿土，基本理化性質(zhì)如下：全氮含量2.16 g·kg-1，全磷含量0.97 g·kg-1，全鉀134.7 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量17.3 g·kg-1，pH值8.17，堿解氮含量101.50 mg·kg-1，速效磷含量18.51 mg·kg-1，速效鉀含量113.10 mg·kg-1。

1.2? 供試材料

供試品種：龍粳31，黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育，主莖11片葉，需≥10 ℃活動積溫2 350 ℃左右，黑龍江省農(nóng)墾區(qū)第二積溫帶主栽品種之一。

供試肥料：尿素（N≥46%，南寧市廣肥農(nóng)資有限公司提供），大顆粒尿素（N≥46%，南寧市廣肥農(nóng)資有限公司提供），緩釋尿素（N≥44%，山東豐樂生物科技有限公司提供），磷酸二銨（N≥18%，P≥46%，南寧市廣肥農(nóng)資有限公司提供），硫酸鉀（K≥50%，南寧市廣肥農(nóng)資有限公司提供）。

1.3? 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共8個處理，為防止發(fā)生測滲和水灌，各小區(qū)之間均用水泥澆灌了寬30 cm、深40 cm的水泥田埂。每個小區(qū)均配備一個單獨的排水口和田間徑流池以采集徑流水。試驗的8個處理如下：處理1常規(guī)施肥，處理2側(cè)深施氮肥（速效），處理3側(cè)深施緩釋氮肥（速效+緩釋）低劑量，處理4側(cè)深施緩釋氮肥（速效+緩釋）高劑量，處理5水稻側(cè)深專用肥，處理6無肥處理，處理7秧盤帶肥低劑量，處理8秧盤帶肥高劑量。在水稻種植前， 每塊試驗田均在距離田埂3 m處并排安裝自行設(shè)計的滲漏管。PVC管滲漏計管徑長40 cm和60 cm，底部封閉，并在距底部20 cm處從下而上10 cm內(nèi)均勻打3排孔徑為5 mm的滲水小孔，其外用塑料紗網(wǎng)緊貼管壁將滲水小孔包住，以阻隔淤泥進(jìn)入管中；為防止田間表層水溶液沿管壁下滲，沿管外壁四周，緊貼管壁纏上一片塑料薄膜，并使薄膜水平向外延伸約20 cm，然后在其上回墊原層次土。PVC 管管口高于土壤表面20 cm，以免田面水過多時， 管口被淹沒[15-16]。為防止不同深度滲漏水互相串流，各田塊田埂有特別的隔離處理。插秧規(guī)格30 cm×12 cm，每個處理80 m2，3次重復(fù)，田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)。水稻插秧機(jī)由河北德科機(jī)械科技有限公司提供；側(cè)深施肥機(jī)由龍舟側(cè)深施肥機(jī)廠家提供。不同施肥用量情況如表1。

1.4? 樣品采集與測定

1.4.1? 水樣采集及測定? 于5月30日、6月1日、6月2日、6月3日、6月6日、6月11日、6月18日、6月20日、6月27日、7月3日、7月10日、7月17日、7月24日、8月1日、8月8日、8月15日、8月21日、8月28日、9月4日共采集田面水樣品19次。用250 ml 的醫(yī)用注射器接 110 cm 長的細(xì)塑料管，先將積存在管中的水抽出放掉，待15 min 后，將剛剛滲入到管中的水抽出作為樣品，注入貯樣瓶，如果不是當(dāng)天進(jìn)行水樣分析，立即將水樣冷凍保存。測定方法：總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、銨態(tài)氮采用納氏試劑分光光度法，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法[17-19]。

氮素淋溶量計算公式如下：

式中P為氮素淋溶量（kg·hm－2）；Pi為第i次淋溶水中氮的濃度（mg·L－1）；V為水稻季淋溶液平均體積（m3·hm－2）。

1.4.2? 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成測定? 于成熟期收獲，每個處理選取有帶表性的植株10穴，置于陰涼處至安全水分時測產(chǎn)量。同時考察穗重、穗長、穗數(shù)。樣品脫粒后用FJ-I型種子風(fēng)選凈度儀定時、定風(fēng)量分離實粒與空秕粒，分別調(diào)查穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重，記錄并計算產(chǎn)量。

1.5? 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2007和DPS7.05統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同施肥模式對稻田水氮素濃度的影響

不同施肥模式對稻田水的氮素濃度的影響如圖1所示，氮素濃度主要呈現(xiàn)的是在返青期低進(jìn)入分蘗期升高然后在穗期逐步下降的這一過程，其中處理5的數(shù)值最大，在分蘗期達(dá)到10.40 mg·L-1，處理3次之，在穗期各處理的氮素濃度明顯低于處理5，整體處于較低的濃度，處理1常規(guī)處理前期濃度高，后期濃度逐步降低。

2.2? 不同施肥模式對稻田氮素淋溶流失量的影響

40 cm和60 cm深度稻田氮素淋溶流失量如表2。

40 cm深度稻田淋溶液總氮流失量在5.07～11.9 kg·hm－2，依次為：處理5>處理4>處理1>常規(guī)施肥>處理8>處理2>處理7>處理3>處理6，處理1常規(guī)施肥處理40 cm深度稻田淋溶液總氮流失量為8.33 kg·hm－2，側(cè)深專用肥處理在40 cm深度稻田淋溶總氮流失量比常規(guī)增加42.8%，這與當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣有關(guān)，水稻整個生長周期用側(cè)深專用肥不能減少氮素的流失量，與常規(guī)施肥處理相比較，處理3側(cè)深施緩釋肥+速效肥低劑量降低40 cm淋溶液總氮流失量31.8%，處理2側(cè)深速效肥、處理7秧盤帶肥低劑量、處理8秧盤帶肥高劑量分別降低40 cm淋溶液總氮流失量3.6%、17.6%、0.9%。40 cm深度銨態(tài)氮流失量在1.76～4.75 kg·hm－2，依次為：處理5>處理4>處理8>處理1>處理2>處理7>處理3>處理6，銨態(tài)氮流失量占總氮流失量的34.7%～49.2%。40 cm深度硝態(tài)氮流失量在1.11～1.50 kg·hm－2，依次為：處理1>處理2>處理8>處理4>處理5>處理7>處理3>處理6，硝態(tài)氮流失量占總氮流失量的10.7%～21.8%。

60 cm深度稻田淋溶液總氮流失量在6.87～9.89 kg·hm－2，依次為：處理1>處理>5處理>2處理4>處理8>處理7>處理3>處理6。處理1常規(guī)施肥處理60 cm深度稻田淋溶液總氮流失量為9.89 kg·hm－2，水稻整個生長周期各處理均較常規(guī)施肥處理氮素的流失量減少，其中處理3側(cè)深施緩釋肥+速效肥低劑量降低60 cm淋溶液總氮流失量16.1%，處理2側(cè)深速效肥、處理4側(cè)深施緩釋肥+速效肥高劑量、處理7秧盤帶肥低劑量、處理8秧盤帶肥高劑量分別降低60 cm淋溶液總氮流失量3.7%、5.6%、13.4%、11.1%。60 cm深度銨態(tài)氮流失量在1.99～3.64 kg·hm－2，依次為：處理2>處理1>處理4>處理8>處理5>處理3>處理7>處理6，銨態(tài)氮流失量占總氮流失量的26.2%～38.1%；60 cm深度硝態(tài)氮流失量在0.87～1.48 kg·hm－2，依次為：處理1>處理2>處理7>處理5>處理8>處理4>處理6>處理3，硝態(tài)氮流失量占總氮流失量的10.5%～14.9%。

2.3? 不同施肥模式對稻田產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

側(cè)深施氮肥處理和常規(guī)處理進(jìn)行理論測產(chǎn)。由表3可知，株高方面，各處理依次為處理1>處理3>處理2>處理8>處理5>處理4>處理7>處理6，其中處理3株高較常規(guī)施肥處理1低0.6 cm，差異不顯著，其余各處理株高均小于常規(guī)處理，且差異顯著；水稻的穗長方面，可以看出處理2>處理7>處理5>處理1>處理6>處理4>處理8>處理3，其中處理2穗長最長，與常規(guī)處理1相比多1.25 cm，差異達(dá)到顯著水平，其余各處理間無明顯差異；水稻有效穗數(shù)方面，各處理依次為處理3>處理4>處理8>處理2>處理1>處理5>處理7>處理6，其中處理3最多，處理4次之，分別較常規(guī)處理1增加8.1%、7.5%，處理3與常規(guī)處理1相比差異顯著，處理6與常規(guī)處理相比差異顯著，其余處理均無明顯差異；著粒數(shù)方面，依次表現(xiàn)為處理7>處理2>處理8>處理4>處理3>處理1>處理6>處理5，其中處理7最多，其次是處理2，較處理1分別增加6粒/穗、2.9粒/穗，處理5和處理6著粒數(shù)最少，與常規(guī)處理1相比差異顯著；結(jié)實率方面，依次為處理3>處理8>處理4>處理5>處理1>處理2>處理7>處理6，其中處理3最大，其次是處理8，處理4次之，與常規(guī)處理1相比增加3.5%、2.8%、2.4%，差異顯著，處理6和處理7的結(jié)實率低于常規(guī)處理1且差異顯著，其余各處理與常規(guī)處理1相比無明顯差異；千粒重方面，依次為處理3>處理2>處理1>處理5>處理7=處理4>處理8>處理6，其中處理3、處理2較常規(guī)處理1分別增加0.9 g、0.8 g，差異顯著，處理8與常規(guī)處理1差異不顯著，其余各處理均與常規(guī)處理1相比差異顯著；水稻理論產(chǎn)量方面，依次為處理3>處理4>處理8>處理2>處理7>處理1>處理5>處理6，其中處理3、處理4分別較常規(guī)處理增加18.3%、12.2%且差異顯著，處理5和處理6比常規(guī)處理1產(chǎn)量低，表明側(cè)深專用肥和無肥處理效果不如常規(guī)施肥處理，且差異顯著。綜上所述，輕簡施氮肥模式對水稻產(chǎn)量具有一定的促進(jìn)作用。

3? 討論

3.1? 不同施肥模式對稻田水氮濃度的影響

氮素是水稻生殖生長和營養(yǎng)生長中需求量最大的營養(yǎng)元素之一，近些年來，化肥的施用量在不斷地增加，增加的同時影響稻田中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮以及總氮濃度，加大了氮素淋溶流失的風(fēng)險，也造成了空氣、水體以及土壤的污染[20-21]。本試驗研究結(jié)果表明，水稻整個生長期內(nèi)，不同土壤層面的氮素含量存在高低差，不同施氮模式稻田水氮濃度呈：分蘗期＞返青期＞穗期，隨著側(cè)深施肥機(jī)的作業(yè)，水稻插秧后進(jìn)入返青期，側(cè)深專用肥處理5和秧盤帶肥高劑量處理8在土壤中賦存的氮素在稻田水及淋溶水中，因此稻田的總氮濃度升高，這與姜海斌等[22]的研究結(jié)果一致。毛倩等[23]研究表明，基肥深施后各施肥處理在1 h后總氮濃度達(dá)到峰值，前期明顯高于水稻生長后期，與本研究的結(jié)果一致，移栽本田的水稻前期根系不夠發(fā)達(dá)，對土壤以及稻田水中氮素的吸收和固持能力較弱，部分的氮素也會以氨氣的形式揮發(fā)到大氣中，隨著水稻進(jìn)入分蘗期，水稻的根系更加發(fā)達(dá)，土壤和水中的大量氮素被水稻生長吸收，因此稻田后期氮素含量較低?；适┯镁忈尫实卦诒凰疚绽弥埃枰⑸锏慕到膺^程，稻田淋溶液氮的濃度隨之提高，與斯圓麗[24]、吳建富[25]、陳子薇[26]等的研究結(jié)果相一致。

3.2? 不同施氮模式對稻田淋溶液氮素流失量的影響

稻田氮素流失因素諸多，例如降雨、施肥強度、施肥種類、農(nóng)田灌溉、干濕沉降、土壤等因素，其中施肥對稻田氮素流失影響較深[27-28]。關(guān)于稻田滲漏液中主要無機(jī)氮素形態(tài)，目前尚無一致結(jié)果。有研究者認(rèn)為稻田滲漏以硝態(tài)氮為主，也有人認(rèn)為以銨態(tài)氮為主[29]。本研究結(jié)果表明，稻田40 cm和60 cm深度稻田淋溶液總氮流失量分別在5.68～11.90 kg·hm－2和8.29～9.89 kg·hm－2，分別占常規(guī)施肥總量的1.8%～3.9%和2.7%～3.3%。輕減施氮肥處理以及秧盤帶肥明顯降低了稻田淋溶總氮流失量，都不同程度減少了稻田淋溶總氮流失量。俞映倞等[30]研究化肥減施對不同土壤同層次滲漏液濃度影響，結(jié)果表明，當(dāng)?shù)视昧坑?62 kg·hm- 2增加到214 kg·hm-2時，滲漏液中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度分別增加1.79、1.29倍，稻田淋溶以硝態(tài)氮為主，稻田的施肥時期以及施肥量之間均存在著相關(guān)關(guān)系，這與本試驗的結(jié)果不盡一致，可能是由于稻田長期淹水的狀態(tài)下，可供發(fā)生滲漏的硝態(tài)氮較少，另一個原因可能是施氮肥后高溫促使脲酶活性增強，導(dǎo)致尿素很快分解，短時間內(nèi)產(chǎn)生大量銨態(tài)氮，隨著土壤深度增加，呈現(xiàn)降低的趨勢[31]。本試驗中，40 cm和60 cm滲漏液中常規(guī)處理1硝態(tài)氮的平均濃度均高于其他輕減施肥處理，說明輕減施氮肥可減少氮素的滲漏流失。

3.3? 不同施氮肥模式對水稻理論產(chǎn)量的影響

稻米增產(chǎn)與化肥施用量有著密切的關(guān)系，同時也是衡量經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，化肥對糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率可達(dá)60%左右，尤其是氮肥施用更是呈現(xiàn)逐年遞增的模式，肥料的利用效率以及作物產(chǎn)量不但沒有提高反而下降，最終造成肥料的浪費，土壤板結(jié)、環(huán)境污染[32-33]。本研究結(jié)果表明，不同施肥模式下，速效氮肥處理、緩釋肥的處理以及秧盤帶肥的處理均較常規(guī)施肥產(chǎn)量高，分別增產(chǎn)6.2%、18.3%、12.2%、0.6%和9.1%，而側(cè)深專用肥處理和無肥處理對水稻的有效穗、著粒數(shù)、結(jié)實率無明顯的促進(jìn)作用，因此產(chǎn)量表現(xiàn)不佳。本研究發(fā)現(xiàn)，秧盤帶肥高劑量和低劑量均沒有出現(xiàn)減產(chǎn)的現(xiàn)象，可以達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)效果。

4? 結(jié)論

（1） 側(cè)深緩釋氮肥處理可降低60 cm深度淋溶液總氮淋溶量，在秧盤帶肥的基礎(chǔ)上，緩釋氮肥低劑量處理可降低40 cm和60 cm深度淋溶液總氮淋溶量，側(cè)深專用肥處理只增加稻田40 cm深度淋溶液總氮淋溶量。

（2） 在側(cè)深施肥的條件下，速效肥處理、緩釋氮肥處理和秧盤帶肥處理對水稻著粒數(shù)有促進(jìn)作用，而側(cè)深專用肥處理對水稻著粒數(shù)無明顯促進(jìn)作用，速效肥處理、緩釋氮肥處理和秧盤帶肥處理增加水稻理論產(chǎn)量。

（3） 綜合考慮側(cè)深施氮模式的農(nóng)學(xué)效益和環(huán)境效益等因素，緩釋氮肥減量處理和秧盤帶肥低劑量處理是可供選擇的環(huán)境友好型施肥模式。

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