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施用尿素和控释氮肥的双季稻田表层水氮素动态及其径流损失规律

中国农业科学 2006,39(12):2521-2530 Scientia Agricultura Sinica

施用尿素和控释氮肥的双季稻田表层水氮素动态及其 径流损失规律
纪雄辉
1,2,3

,郑圣先

1,3

,鲁艳红

1,3

,廖育林

1,3

(1 湖南省土壤肥料研究所,长沙 410125;2 湖南农业大学资源环境学院,长沙 410128;
3

农业部望城红壤水稻土生态环境重点野外观测试验站,长沙 410125)

摘要: 【目的】 通过比较研究洞庭湖区双季稻田施用尿素 (CF) 和控释氮肥 (CRNF) 的表层水 pH、 电导率 (EC) 、 总氮(TN) 4+-N 和 NO3--N 浓度变化动态及 TN 径流损失规律,寻找有效控制氮素流失的最佳施肥管理措施。 、NH 【方 法】在渗漏池中按河沙泥(ASP)和紫潮泥(PCP)土壤的剖面层次填装土壤,对天然降雨引起的稻田氮素径流损 失进行模拟试验。【结果】稻田土壤施用尿素后,表层水 TN、NH4+浓度分别在第 1、3 天达到高峰,然后随着时间 的延长而迅速下降;早稻表层水 pH 在施用尿素后 15 d 内(晚稻 3 d)逐渐升高,EC 表现与 NH4+的变化同步。与 施用尿素相比,施用 CRNF 能显著降低稻田表层水 TN、NH4+浓度峰值,pH、EC 峰值也有明显下降。氮素径流损失监 测结果显示,洞庭湖区双季稻田施用尿素 TN 径流损失量为 7.47 kg·ha-1,占施氮量的 2.49%;施用 CRNF、70%CRNF 的 TN 损失量比施用 CF 的分别减少了 24.5%和 27.2%。早稻施肥后 20 d 内发生的 2 次降雨径流事件,施用尿素、 CRNF 和 70%CRNF 处理的 2 次 TN 径流损失量分别占全生育期径流损失总量的 72%、70%和 58%。其中,早稻施肥后 第 10 天发生的第 1 次径流的 2 个控释肥处理的 TN 损失比施用尿素分别降低了 42.9%和 44.2%。 【结论】双季稻田 施用尿素后 15 d 内表层水氮素浓度高,是氮素流失的关键时期;控释氮肥能显著降低这个时期的表层水和所发生 的径流液中的氮素浓度,从而显著削减水稻全生育期内的 TN 径流损失量。 关键词:控释氮肥;双季稻田;表层水;氮素;径流损失

Dynamics of Floodwater Nitrogen and Its Runoff Loss, Urea and Controlled Release Nitrogen Fertilizer Application Regulation in Rice
JI Xiong-hui1, 2, 3, ZHENG Sheng-xian1, 3, LU Yan-hong1, 3, LIAO Yu-lin1, 3
(1 Hunan Soil and Fertilizer Institute, Changsha 410125; 2College of Resource and Environment Hunan Agricultural University, Changsha 410128; 3Wangcheng Field Reddish Paddy Soil Pivotal Observational and Experimental Station of Agricultural Ministry, Changsha 410125)

Abstract: 【Objective】 The paper dealt with the effects of urea and controlled release nitrogen fertilizer (CRNF) on dynamics of pH, electronic conductivity (EC), total nitrogen (TN), NH4+-N and NO3--N in floodwater. It also looked at regulation of runoff TN loss from field-based two cropping rice in Dongting Lake. It looked for the best fertilization management for controlling N loss availably. 【Method】N loss with natural rainfall runoff from paddy fields was monitored based on modeling alluvial sandy loamy paddy soil (ASP) and purple calcareous clayed paddy soil (PCP). This was done using lysimeter and following the sequence of the soil profiles identified by soil profile investigation. 【Result】After applying urea in paddy field-based two cropping rice, TN and NH4+-N concentrations in floodwater reached peak at the 1st day and the 3rd day, respectively, then went down rapidly over time; All the floodwater NO3—N concentrations were very low; The floodwater pH rose gradually from early rice within 15 days (late rice

收稿日期:2005-12-09;接受日期:2006-10-08 基金项目:国家自然科学基金项目(30270770) ,中加合作项目(HN-13)资助 作者介绍:纪雄辉 (1965-) 男, , 湖南平江人, 研究员, 博士研究生, 研究方向为植物营养与农业环境。 Tel: 0731-4693977; Fax: 0731-4691581; E-mail: jixionghui@sohu.com。通讯作者郑圣先(1950-) ,湖南常德人,研究员,研究方向为植物营养与肥料。Tel: 0731-4691576;E-mail: sxzheng@ppi.caas.ac.cn

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within 3days) after applying urea. EC was consistent with dynamics of NH4+-N. CRNF,.70%CRNF applied led to significantly lower floodwater TN and NH4+ concentrations. The result of monitoring for N loss with natural rainfall runoff indicated that runoff TN loss amount from paddy field-based two cropping rice with urea application in the Dongting Lake area was 7.47 kg·ha-1. It accounted for 2.49% of urea-N applied. CRNF and 70%CRNF application decreased 24.5% and 27.2% compared with urea. The two runoff events, which occurred 20 days after application, were very important for TN loss from paddy field. TN loss with the two runoffs in urea, CRNF and 70%N CRNF treatments accounted for 72%, 70% and 58% of total TN loss with runoff in whole rice growth season, respectively. And TN loss with runoff in two CRNF treatments decreased 44.9% and 44.2% compared with urea.【Conclusion】The fifteen day period after applying urea was a critical time for N loss due to high floodwater N concentrations. But CRNF decreased N concentrations in floodwater and runoff water occurred during this period significantly. Thereafter, it significantly whittled down runoff TN loss in whole rice growth season. Key words: Controlled release nitrogen fertilizer; Paddy field-based two cropping rice; Floodwater; Nitrogen; Loss with runoff

0

引言
【本研究的重要意义】 氮素随径流损失造成的农业

数对水稻控释氮肥的研究只涉及到氮的吸收利 用[10~12,14]、大气损失(反硝化与氨挥发)[10,13]和水稻 产量的效果[12,15],而对施用控释氮肥后水稻全生育期 的表层水氮素特征和天然降雨引起的氮素径流损失规 律却很少进行评价。【拟解决的关键问题】研究控释 氮肥对双季稻田表层水中总氮(TN)、NH4+-N 和 比较双季稻田施用控 NO3--N 浓度及变化动态的影响; 释氮肥和尿素后水稻全生育期的氮素径流损失。

面源污染引起了人们的特别关注[1~3]。随着农业生产水 平的提高, 由农田引起的面源污染已成为影响水体富营 养化的主要因素
[3~5]

。 地表径流水中

NH4+的增加和地下

水 NO3- 污染加重与集约化生产中氮素用量的增加有 关[6~7]。因此,需要探索一种降低氮素径流和渗漏损失 的有效方法。 【前人研究进展】水稻是中国南方种植的 主要作物之一。有研究表明,稻田泡田弃水和地表径 流所损失的氮分别相当于氮肥(尿素)施用量(345 kg·ha ·a )的 2.7%和 5.7% 。众所周知,中国氮肥利 用率很低,施用的氮肥有相当大的一部分流失了。过 去, 提高水稻肥料利用率的研究主要集中在氮肥用量、 施肥方法、施肥时间和灌溉管理方面
[8~10] -1 -1 [1]

1
1.1

材料与方法
供试土壤 试验在湖南省土壤肥料研究所网室内,利用渗漏

池进行模拟试验。供试土壤取自洞庭湖区由河流冲积 物发育的河沙泥和由湖积物发育的紫潮泥。主要理化 性状见表 1。试验点年平均降雨量为 1 400 mm,降雨 量主要集中在春季和夏季。年平均温度为 16.8℃,最 高和最低月平均温度分别为 28.9℃ (7 月) 4.7℃ 和 (1 月)。 1.2 供试水稻品种(组合) 供试水稻早稻品种为湘早籼 31 号,插秧规格为 17 cm×20 cm,3 月 15 日播种,水旱育秧,4 月 28 日插秧, 月 10 日收割; 7 晚稻为威优 46 (杂交组合) , 6 月 18 日播种,插秧规格为 20 cm×20 cm,7 月 16

。然而,即

使根据土壤特性、季节变化进行长期氮肥管理和合理 灌溉,但由于灌溉或施肥后降雨的不可预测性,氮素 径流和淋溶的控制仍然很困难。控释氮肥是一种能够 调节或控制养分释放的由天然或半天然高分子材料包 膜的尿素肥料或复合肥
[11]

,也是一种环境友好型肥
[12]

料, 可采取一次性全量基肥施用, 既能减少施肥用工, 又能提高作物对氮素的吸收效率 ,而且还能够减少 氨挥发[10]和反硝化损失[13]。【本研究的切入点】大多
表1 两种供试土壤的理化性状

Table 1
土壤类型 Soil types

The physical and chemical properties of two paddy soils for experiment
有机质 pH OM (g·kg-1) 全氮 Total N (g·kg ) 1.87 3.02
-1

碱解氮 Avail. N (mg·kg ) 185.7 255.3
-1

速效磷 Avail. P (mg·kg ) 20.2 27.7
-1

速效钾 Avail. K (mg·kg ) 91 115
-1

CEC (cmol·kg ) 9.96 14.54
-1

<0.01mm 粘粒 <0.01mm clay (%) 36.42 77.64

河沙泥 Alluvial sandy loamy paddy soil (ASP) 紫潮泥 Purple calcareous clayey paddy soil (PCP)

4.92 7.67

23.8 44.2

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日插秧,10 月 18 日收割。 1.3 渗漏池的构建 32 个渗漏池于 2003 年春季建在湖南省土壤肥料 研究所网室。渗漏池规格为 166 cm×120 cm×55 cm (长×宽×深)。渗漏池壁涂覆一层防水漆和一层油 基漆并提供粗糙表层,阻止水分侧漏及沿土壤和池壁 间隙下渗。在渗漏池底部出水口装上 1 mm 不锈钢丝 网,并覆盖砾石。砾石既能改善排水,又能防止细土 冲入直径 15 mm 的 PVC 外流管。外流管的斜度为 100﹕5,保证渗漏水流向收集容器。在渗漏池上部安 装直径为 50 mm PVC 管, 并使其底部与土壤表层保持 5 cm 高度,超过 5 cm 高度表层水被认为是可产生径 流的部分,通过该管收集于密闭的容器内。在渗漏池 中按河沙泥(ASP)和紫潮泥(PCP)的土壤剖面层 次分别填装土壤。 2004 年对渗漏池中的土壤先用灌溉 水饱和、反复沉降,并人工模拟制作犁底层。放置 6 个月至 2005 年春季用于试验。 1.4 试验设计 试验设置 4 个处理:对照,不施肥料(CK);普 通尿素(CF);等 N 量控释氮肥(CRNF);70%N 控释氮肥(70%CRNF)。CF 和 CRNF 处理每季水稻 施用氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)用量分别按 150,75 和 150 kg·ha 施入,70%CRNF 处理仅氮用量 为 105 kg·ha ,磷、钾与 CF 处理相同。上述肥料用量 是按照当前洞庭湖水稻种植区施肥水平设计的[16]。供 试 肥 料 品 种 分 别 为 尿 素 ( 46%N ) 、 过 磷 酸 钙 (17.5%P2O5)、氯化钾(60%K2O)和湖南兴湘科技 开发有限公司复合肥厂生产的控释氮肥(42%N)。 施肥处理的所有肥料均于插秧前 1 天施入,并立即用 铁齿耙耖入 5 cm 深的土层中。 试验重复 4 次, 随机区 组排列。 整个水稻生育期内, 稻田始终保持约 3 cm 的 淹水状态,其它管理措施与洞庭湖水稻种植区保持一 致。 1.5 水样的采集 表层水样于施肥后第 1 天开始采集,早稻采样时 间为第 1、3、7、15、30、50、70 天;晚稻采样时间 为第 1、3、7、15、30、55、90 天。表层水的采样参 照文献[10]的方法,于采样当日 9:00~10:00 进行, 取表层水样时, 应不扰动土层。 每小区内随机采集 5~ 6 个点的表层水,混合后装入塑料瓶。2005 年双季稻 种植期间共发生了 8 次径流,其中早稻 6 次,晚稻 2 次。径流水于降雨前用密闭的塑料容器从径流水管收 集, 并防止雨水直接流入。 每次降雨事件后立即取样,
-1 -1

测定表层水样和径流水样中的 TN、NH4+-N、NO3-N 含量。 1.6 项目测定 每个小区表层水和径流水 pH 和 EC 原位测定用 PD-501 型便携式多功能测量仪分别连接 pH 复合电极 和铂黑电极,于采集化验样品后(10:00)接在每个 小区及径流水收集桶测定, 记录随机 4~5 处测定的平 均值。土壤的机械组成、pH、有机质、全氮、解碱氮、 水样 速效磷、 速效钾和 CEC 均采用常规分析方法[17]; 中 TN、NH4+-N、NO3--N 分别采用凯氏法、靛酚蓝比 色法 [17] 、镉柱还原-酚二磺酸分光光度法[GB5750-85 (29)]。每次降雨事件的降雨量用 SDM6A 型雨量器 测量。 1.7 统计方法 试验各处理均重复 4 次,结果取其平均值,用 SPSS10 软件进行统计分析。

2
2.1

结果与分析
稻田表层水电化学及氮素动态 从河沙泥和紫潮泥双季

2.1.1 稻田表层水 pH 变化

稻生长期间稻田表层水 pH 变化动态 (图 1) 可以看出, 施用化肥后,表层水 pH 升高较快,然后随时间延长 迅速下降,早稻至施肥 30 d(晚稻 15 d)后 pH 逐渐 趋于稳定。峰值时,早稻河沙泥和紫潮泥表层水 pH 分别为 8.87 和 8.42,比施肥前分别提高了 1.10(P< 0.01)和 0.33;晚稻两种土壤表层水 pH 分别为 8.39 和 8.37, 比施肥前分别提高了 0.62 (P<0.05) 0.28。 和 尿素施入稻田通过脲酶分解成 NH4+和 OH-引起表层 水 pH 上升[18],河沙泥的 CEC 及<0.01 mm 粘粒比例 低,吸附 NH4+能力弱,因而施肥后引起表层水 pH 上 升显著快于紫潮泥。 而晚稻前期温度高, 尿素水解快, 氨挥发[12]也相应增强,导致施肥后表层水 pH 上升减 弱,回落也快于早稻(第 3 天)。 两个控释肥处理的表层水 pH 变化较为接近,在 第 1 天均低于 CK,这是由于其释放的 NH4+远低于尿 素(见 2.1.4),产生的 OH-不足以中和过磷酸钙中的 游离酸。峰值时,控释肥处理的 pH 上升幅度明显低 于 CF 处理。其中,河沙泥早稻 CRNF 和 70%CRNF 处理的表层水 pH 比相应的 CF 下降了 0.47(P=0.05) 和 0.67(P<0.01),晚稻分别下降了 0.60(P<0.05) 和 1.08(P<0.01);紫潮泥早稻 CRNF 和 70%CRNF 比 CF 分别下降了 0.33 (P<0.05) 0.40 和 (P<0.05) , 晚稻分别下降了 0.15 和 0.22。可见,控释氮肥对氮释

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放的控制降低了表层水的 pH, 也有利于降低其氨挥发 损失
[19]

晚稻表层水 pH 较早达到峰值是由于晚稻施肥期间温 度高,尿素水解加快以及随后的氨挥发大大增加而促 使 pH 迅速回落。 2.1.2 稻田表层水电导率变化 Van der 等认为总溶 解固体小于 1.50 mS·cm-1 对牲畜和野生动物是安全 的[20]。所有施肥处理的表层水 EC 值在施肥后第 1~3 天达到高峰(图 2),并超过了该阈值,其它时间的 EC 值较低,30 d 后与 CK 接近。70%CRNF 处理的表 层水 EC 峰值总体上较 CRNF 处理略有下降,但差异 不显著。河沙泥早、晚稻 CRNF 处理的表层水 EC 最 高值比 CF 处理分别降低了 0.70 mS·cm-1(P<0.01) 和 0.62 mS·cm-1 (P<0.01);紫潮泥早、晚稻 EC 分 (P<0.05) 0.43 mS·cm-1 (P 和 别下降了 0.40 mS·cm-1


[19]

施用尿素后,表层水 pH 的升高和铵态氮浓度的 增加将促进氨挥发 ,而氨挥发接受 OH 使 pH 回落。
-

试验表明(图 1),表层水 pH 在施肥后 15 d(早稻) 内逐渐升高。 然而, 早稻施用尿素后, 表层水中的 NH4+ 在第 3 天即达高峰(见 2.1.4),而且在第 15 天已经 降到相当低的浓度。可能的解释是表层水中的 NH4
+ +

仅一部分被氨挥发,而大部分 NH4 则被土壤胶体吸 附,OH 仍保留在表层水中而致使表层水 pH 继续升 高,故表层水 pH 升高滞后于 NH4 。粘粒对负离子也 有一定的吸附能力, 沙河泥的 CEC 和<0.01 mm 粘粒 远低于紫潮泥,导致河沙泥表层水 OH-高于紫潮泥。
+

A:河沙泥 ASP; B: 紫潮泥 PCP;早稻 Early rice, 4/27~7/5; 晚稻 Late rice,7/14~10/10 图 2、3、4 同 The same as Fig.2, Fig.3, Fig.4

图1 Fig. 1

双季稻田施用尿素和控释氮肥的表层水 pH 动态变化

Dynamics of floodwater pH after applying urea and CRNF in paddy field-based two-cropping rice

图2 Fig. 2

双季稻田施用尿素和控释氮肥的表层水电导率动态变化

Dynamics of floodwater EC after applying urea and CRNF in paddy field-based of two-cropping rice

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<0.05)。EC 主要反映了溶液中的盐基离子总量。因 此,在施用磷钾肥相同的情况下,施用 CRNF 的表层 水 EC 与施用尿素的差异主要反映了
+

2.1.4

稻田表层水中铵态氮含量变化
+

双季稻田土

壤施用尿素后,表层水 NH4 -N 浓度峰值发生在第 3 天,但晚稻施肥后第 1、3 天的 NH4+-N 浓度较为接近 (图 4)。此后,表层水铵态氮浓度迅速下降,至第 30 天后接近 CK。由于尿素水解需要一个过程,导致 表层水 NH4+-N 最高值(第 3 天)较 TN 延迟。宋勇生 等 [22] 在太湖地区研究表明施尿素后 24~48 h 内 NH4+-N 很快达到高峰,金洁等[23]在施用尿素后第 1 天铵态氮即达最大。这说明水稻施肥时温度的差异影 响尿素水解,导致了表层水铵态氮的差异。 早、晚稻两个控释肥处理在施肥后第 1 和第 3 天 的 NH4+-N 浓度平均值均远低于 CF,均表现出极显著 水平。其中,河沙泥早、晚稻 CRNF 处理的第 1 和第 3 天 NH4+-N 浓度平均值较 CF 分别下降了 81.4%和 81.0%,紫潮泥早、晚稻分别下降了 82.6%和 83.6%; 河沙泥早、晚稻 70%CRNF 处理的第 1 和第 3 天铵态 氮平均值分别较 CRNF 降低了 19.6% (P>0.05)25.1% 、 (P<0.05),比 CF 分别降低了 85.0%和 85.7%;紫 潮泥早、晚稻 70%CRNF 处理较 CRNF 分别下降了 30.8%(P<0.05)和 35.2%(P<0.05),比 CF 分别 降低了 87.9%和 89.4%。 2.1.5 稻田表层水中硝态氮含量变化 淹水稻田由 于处于还原状态,所以土壤和表层水中以 NO3-形态存 在的氮素的比例很低。试验对两种土壤施用化肥和控 释氮肥的表层水硝酸盐的监测结果表明,所有处理的 远远低于其 表层水 NO3--N 浓度均在 1.5 mg·kg-1 以下, 铵态氮浓度。 2.2 稻田氮素径流损失 2005 年双季稻种植期间, 双季稻田共有 8 次降雨

NH4+的变化。对

施用控释肥与尿素的 NH4 -N 浓度差(x)与电导率差 (y) 进行线性回归表明, 两种土壤均呈极显著相关 (r 分别为 0.9465 和 0.9002),而且铵态氮浓度对 EC 的 贡献率(b 值)极为接近。 2.1.3 稻田表层水中总氮含量变化 尿素极易溶于 水, 施用尿素后表层水 TN 浓度在第 1 天即达高峰 (图 3);然后,随着时间延长迅速衰减,到第 15 至第 30 天与 CK 接近。其中,河沙泥早稻施用尿素的表层水 TN 峰值(374.44 mg·L )比紫潮泥(259.27 mg·L ) 提高了 44.4% (P<0.01),晚稻仅提高 12.8%(P> 0.05)。尽管河沙泥土壤全氮和碱解氮低于紫潮泥, 但由于河沙泥的 CEC 和<0.01 mm 粘粒远小于紫潮 泥,致使河沙泥对尿素态氮和铵态氮的吸附能力低于 紫潮泥,从而造成较高的 TN 浓度释放到表层水中; 晚稻施肥期间气温高,尿素水解、土-水间离子交换和 氨挥发等过程加快
[21] -1 -1

,缩小了两种土壤之间的因物理

特征造成的表层水 TN 浓度差异。 施用控释氮肥后 30 d 内稻田表层水 TN 浓度均比 CK 明显提高,而在施肥后 7~15 d 内极显著低于 CF 处理。峰值时,河沙泥早、晚稻施用 CRNF 的表层水 TN 浓度比 CF 处理分别下降了 92.9%和 94.6%,紫潮 泥早、晚稻 CRNF 的 TN 比 CF 分别下降了 93.1%和 95.8%;70%CRNF 对降低稻田表层水 TN 的效果更为 明显,河沙泥早、晚稻施用 70%CRNF 的 TN 分别比 CF 处理下降了 96.7%和 96.6%,紫潮泥早、晚稻 TN 分别下降了 96.5%和 96.9%。

图3 Fig. 3

双季稻田施用尿素和控释氮肥的表层水中全氮浓度的动态变化

Dynamics of floodwater TN concentrations after applying urea and CRNF in paddy field-based of two-cropping rice

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图4 Fig. 4

双季稻田施用尿素和控释氮肥的表层水中 NH4+-N 动态变化

Dynamics of floodwater NH4+-N concentrations after applying urea and CRNF in paddy field-based of two-cropping rice

产生了径流,统计 TN 总径流损失量(表 2)表明, 不同施肥处理的 TN 径流损失总量顺序为:CF> CRNF>70%CRNF>CK; 河沙泥、 紫潮泥施用尿素的 TN 径流损失量分别为 8.56 和 6.84 kg·ha ,分别为不 施肥的 4.3 倍和 3.1 倍,占总施氮量(300 kg·ha ·a ) 的 2.85%和 2.28%; 施用 CRNF 的 TN 损失量比 CF 分
表2
-1 -1 -1

别减少了 27.0%和 21.9%, 平均 24.5%; 施用 70%CRNF 分别减少了 30.4%和 24.0%,平均 27.2%。可见,在砂 性土壤上施用 CRNF,尤其是施用 70% CRNF,对削 减氮素径流损失具有显著的效果。 从各单次径流 TN 损失量(图 5)来看,双季稻 田 TN 径流损失量以早稻施肥后第 10 天(5 月 5 日)

2005 年双季稻期间第 1 次径流液中氮浓度及 TN 径流损失总量 TN concentrations in runoff water at the 1st runoff event and total TN loss amount with runoff during two-cropping rice growth season in 2005.
处理 Treatments CK CF CRNF 70%CRNF TN (mg·L-1) 0.52d 7.01a 3.60c 3.49c 0.60d 5.48b 3.44c 3.39c 第 1 次径流液 Runoff water at 1st runoff event NH4+-N (mg·L-1) 0.45 3.33 1.90 1.66 0.11 3.00 1.52 1.08 NH4+-N/TN (%) 86.5 47.5 52.8 47.6 18.3 54.7 44.2 31.9 NO3--N (mg·L-1) 0.23 0.44 0.29 0.34 0.51 0.48 0.53 0.50 NO3--N/TN (%) 44.2 6.28 8.06 9.74 85.0 8.76 15.41 14.75 TN 径流总量 Total TN runoff (kg·ha-1) 2.02D 8.56A 6.25BC 5.96BC 2.19D 6.84B 5.34C 5.20C

Table 2

土壤 Soils 河沙泥 Alluvial loamy paddy soil

紫潮泥 Purple calcareous clayey paddy soil

CK CF CRNF 70%CRNF

A, B, C, D 和 a, b, c, d 分别表示 LSD 多重比较差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)

A, B, C, D and a, b, c, d means significant at P<0.01 and P<0.05 according LSD MRT

所发生的第 1 次径流事件最大,第 17 天(5 月 12 日) 次之。河沙泥和紫潮泥 CF 处理的 2 次径流 TN 损失 量分别占全生育期总径流损失的 78.3%和 66.4%,平 均为 72.4%;CRNF 和 70%CRNF 处理分别为 69.5% 和 57.7%(两个土壤平均值)。其中,施用 CRNF 和 70%CRNF 的第 1 次径流 TN 损失的两种土壤平均值比

尿素分别降低了 42.9%和 44.2%(图 5 及表 2),而第 2 次径流(15 d 后)的 3 个处理之间 TN 损失差异不 显著;施肥 20 d 后发生的径流 TN 损失接近 CK,径 流液中 TN 浓度与雨水中的 TN 浓度 次降雨的雨水 (8 TN 平均 0.74 mg·L-1)相近。这与双季稻田表层水 TN 动态“施用控释肥 15 d 内的表层水 TN 显著低于尿素

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纪雄辉等:施用尿素和控释氮肥的双季稻田表层水氮素动态及其径流损失规律

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处理及施用控释肥和尿素的 TN 含量在 15~30 d 逐渐 与 CK 接近”表现一致。晚稻期间第 1 次径流事件发 生在施肥后第 30 天(8 月 14 日),施肥处理的 TN 损失与 CK 差异不显著。单独统计河沙泥和紫潮泥早 稻期间施用尿素的径流损失量,分别为 8.12 和 6.38

占早稻施氮的 5.41%和 4.25% (平均 4.83%) , kg·ha-1, 占双季稻总损失的 94.9%和 93.3%(平均 94.1%)。可 见,暴雨发生时期与施肥时间间隔对 TN 径流损失起 着至关重要的作用。 进一步分析早稻第 1 次径流产生的径流液中 TN、

A:河沙泥 ASP; B: 紫潮泥 PCP

图 5 Fig. 5

2005 年双季稻生长期间各次径流事件的 TN 损失量

TN loss amount from each runoff event during two-cropping rice growth season in 2005

NH4+-N 和 NO3--N 浓度(表 2)可知,控释肥料显著 降低了水稻施肥第 10 天产生的第 1 次径流水中的 TN 和 NH4 -N 含量。径流损失的氮素形态中,以 NH4 -N 所占比例较大,控释氮肥和化肥处理在 50%左右;施 肥处理的 NO3--N 仅占 10%左右,其含量与 CK 相近, 说明径流液中的 NO3--N 主要来自于灌溉和降雨,与 施肥关系较小;各施肥处理的径流液中有机氮(TN 减去 NH4 -N 和 NO3 -N)占的比例也较大,均在 40% 以上。
+ + +

N、P 的人工湿地功能[26],因而双季稻种植制度下氮 素流失低于旱作和麦-稻水旱轮作。 关于径流损失的氮 素形态,本文和张志剑等[27]、邱卫国等[28]认为稻田氮 素径流流失以铵态氮为主的结论一致。王小治等研 究[29]表明:①施用普通尿素和径流产生时间间隔是决 定径流氮排放大小的关键因素;②包膜尿素缓释特性 明显,在基施情况下,通过径流损失的可能性很小。 本试验验证了前人的研究结论,表明施肥后发生径流 时间的早晚对 TN 径流损失量具有显著影响,早稻施 肥 20 d 内发生的径流 TN 损失量占双季稻总损失的 57.7%~72.4%;一次性基施等氮量控释氮肥、70%控 释氮肥的 TN 径流损失比尿素的分别减少了 24.5%和 27.2%。 同时,也有试验报道控释氮肥能够显著降低氨挥 发
[18]

3

讨论
农田氮素流失既是影响氮肥利用率提高的一个重
[1]

要方面 ,也是引起附近水体质量损害的主要农业污 染源
[1,5]

。综述前人进行的氮素径流损失研究结果表

明,施肥地区氮素流失量比不施肥地区高出 3~10 倍[24]。本试验结果表明,洞庭湖区两种主要水稻土施 用尿素水稻全生育期氮素径流损失为不施肥的 3.1~ 4.3 倍;早稻的 TN 径流损失量占施肥量的百分比 (4.83%)与苏南太湖地区报道的 5.7% 比较接近, 而双季稻全生育期 TN 损失比例(2.49%)较太湖地区 要低得多。这说明洞庭湖区双季稻田 N 素径流损失仍 处于较低的水平。分析其原因,笔者认为:其一,洞 庭 湖 区为 中等 施 肥水 平, 低 于高 施肥 量 的沿 海地 区
[25] [1]

和 N2O[13]的排放。这些效果,尤其是径流损失和

氨挥发,主要发生在水稻生育前期。过去主要是采用 分次施肥的方法来降低水稻前期的氮素浓度,以提高 水稻对氮素的利用率。 然而, 随着社会和经济的发展, 这种施肥方法已逐渐被农民所放弃。控释氮肥有效地 减少了氮素损失,将有较多的氮素保持在土壤中以供 作物利用。试验通过分析不同时期作物吸氮量及作物 的生长量 (限于篇幅不作详细介绍) 可以清楚地看出, 施用等氮控释氮肥的分蘖期 (植株) 孕穗期 、 (植株) 、 收获期的稻草和籽粒)含氮量(早、晚稻及两种土壤

;其二,稻田生态系统由于长期淹水,具有净化

2528













39 卷

平均值)比尿素分别提高了 0.25、0.30、0.02 和 0.18 mg·kg ;施用 70%控释氮肥比尿素平均分别提高了 0.13、0.16、0.05、0.08 mg·kg ;CRNF 和 70%CRNF 处理的早、晚稻总产量(两种土壤平均值)分别为 13 748.3 和 13 823.6 kg·ha-1 比施用尿素(12 931.0 kg·ha-1)增产 6.32%和 6.90%。而且控释氮肥由于延长 了氮的供应, 也有利于稻草量的增长, 本试验早稻 CF、 CRNF 和 70%CRNF 的草/谷比分别为 0.55、0.59 和 0.58,晚稻分别为 1.08、1.21、1.13。从本试验看来, 70%控释氮肥能更有效地控制氮素养分流失,提高了 水稻产量和籽粒含氮量,并防止后期水稻营养部分过 旺生长。当然,施用控释氮肥应根据当地施肥水平, 合理降低施氮水平和选择控释氮素释放时间,以充分 提高控释氮肥的利用率。 由于渗漏池的限制,本试验未设计化肥分次施用 的处理。以往诸多试验表明,尿素分 3~4 次施用,有 利于提高肥料的利用率。从理论上分析,分别在水稻 需肥高峰期施用肥料,有利于植株的吸收,可降低表 层水的氮素浓度与施肥量比值。 金洁等 研究也表明, 施用基肥、蘖肥、花肥和粒肥的表层水 TN、铵态氮 浓度与施肥量之比值存在极显著相关,其斜率逐渐下 降。因而,分次施肥将有助于减少氮素表层水最高浓 度,从而减少单次径流的氮素损失量。但由于降雨事 件的偶然性,以及追肥主要采用表施的方式,因而分 次施肥将使稻田表层水中氮浓度产生多次峰值,径流 损失风险仍然难以控制。
[6] -1 -1

和 57.7%;在施肥后 15 d 内产生的第 1 次径流中,施 用 CRNF 和 70%CRNF 的径流液 TN 浓度比施用尿素 的分别降低了 42.9%和 44.2%,而 15 d 后发生的第 2 次径流因施用尿素和控释肥引起的 TN 损失差异不显 著;总之,CRNF 和 70%CRNF 导致水稻全生育期内 的 TN 径流损失总量比尿素减少了 24.5%和 27.2%。
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4
同步

结论
控释氮肥能够控制氮素释放与作物养分需求基本
[11]

,大大减少了其施入土壤后前期氮素的释放。
+

因此, 施用控释氮肥比普通尿素能显著降低 15 d 内表 层水 TN、NH4 -N 浓度。CRNF 和 70%CRNF 处理的 TN 浓度峰值(第 1 天)比 CF 分别下降了 94.1%和 96.7%;NH4 -N 浓度(第 1、3 天平均值)较 CF 分别 下降了 82.1%和 87.0%。从而,控释氮肥显著降低了 施 入 稻田 后的 氮 素径 流损 失 风险 。施 用 控释 肥后 NH4 -N 浓度的下降还导致了 pH、EC 值变化较为平 缓,有利于稻田水质安全和降低氨挥发。 洞庭湖区双季稻田施用尿素的 TN 径流损失量平 均为 7.47 kg·ha ,占施氮量 2.49%。施肥后 20 d 内发 生的径流 TN 损失量最为重要,早稻在这个时期内共 发生了 2 次径流,施用尿素所引起的 TN 损失占全生 育期总损失的 72.4%, 个控释肥处理则分别占 69.5% 2
-1 + +

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(责任编辑 李云霞)




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