劉源+陳功磊+鄭網(wǎng)宇+陳功磊+鄭網(wǎng)宇+汪吉東+張永春+朱國(guó)鵬

摘要： 施肥導(dǎo)致的水體氮流失是重要的面源污染源。開(kāi)展不同養(yǎng)分來(lái)源下，基肥和追肥下不同施肥模式下稻田田面水中的銨態(tài)氮（NH+4-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）、總氮（TN）及可溶性生物量氮（DON）的含量監(jiān)測(cè)研究。結(jié)果顯示：稻田田面水NH+4-N、TN濃度隨尿素用量增加而增加，無(wú)論是單施尿素還是增施豬糞或繼續(xù)增施秸稈，NH+4-N及TN濃度峰值均出現(xiàn)在施肥后4～5 d，基肥施用后的前10 d，田面水以NH+4-N為主，基施尿素的NH+4-N及TN峰值分別達(dá)47.6、54.5 mg/L。NO-3-N濃度變化不如NH+4-N明顯，且流失風(fēng)險(xiǎn)較??；DON在施肥后10 d增至峰值后緩慢下降，但占總氮比較高。提高尿素用量或增施豬糞用量，田面水NH+4-N、TN及DON都呈增加趨勢(shì)，增施秸稈雖然提高田面水的NH+4-N和TN，但NO-3-N和DON 含量呈下降趨勢(shì)。以上結(jié)果表明，施肥后的10 d內(nèi)NH+4-N是重點(diǎn)需要關(guān)注的氮形態(tài)，增施豬糞增加氮流失風(fēng)險(xiǎn)，尿素配合豬糞和秸稈施用，可降低田面水的NO-3-N和DON含量。

關(guān)鍵詞： 稻田；田面水；氮含量；豬糞；秸稈；氮形態(tài)

中圖分類號(hào)： S511.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2016）03-0381-04

稻田表面水在一定程度上直接反映了投入肥料的釋放過(guò)程及部分養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)流向和水稻生長(zhǎng)過(guò)程的水環(huán)境。畜禽糞便類有機(jī)肥料的施用對(duì)培肥土壤、保證我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。目前生產(chǎn)上，畜禽糞便與秸稈配合施用具有很好的協(xié)同作用，畜禽糞便可以作為秸稈腐解的起爆劑，而秸稈可以調(diào)節(jié)畜禽糞便的碳氮比，最終促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高。然而目前農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中N和P等營(yíng)養(yǎng)元素的流失造成的農(nóng)業(yè)面源污染已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的重要問(wèn)題[1]。稻田作為重要耕作類型之一，是常見(jiàn)的畜禽糞便及秸稈消納場(chǎng)所，高強(qiáng)度的糞便及秸稈投入很可能超過(guò)土地的承載力，對(duì)稻田土壤理化性質(zhì)及環(huán)境產(chǎn)生顯著影響[2]。江蘇省的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果表明，太湖地區(qū)及周邊流域水體存在N、P超標(biāo)現(xiàn)象，與稻田中較高N、P等水平及施肥方式有著直接的關(guān)系[3]。

太湖地區(qū)及周邊流域肥料的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了正常施肥量[4]。稻田特殊的鹽水環(huán)境使其田面水養(yǎng)分含量與土壤養(yǎng)分狀況緊密相關(guān)。土壤肥力、質(zhì)地等內(nèi)在因素，降雨氣溫等環(huán)境因素，以及施肥、耕作等人為活動(dòng)都會(huì)影響田面水養(yǎng)分濃度[5]，其中施肥會(huì)在短期內(nèi)顯著改變稻田田面水表層水養(yǎng)分動(dòng)態(tài)[6]。本研究針對(duì)江蘇省丹陽(yáng)市的施肥習(xí)慣，采用大田小區(qū)試驗(yàn)探究不同施肥方式下稻田系統(tǒng)中田面水N、P動(dòng)態(tài)釋放及靜態(tài)浸泡的規(guī)律及特征，為優(yōu)化水稻施肥管理提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)背景

田間試驗(yàn)小區(qū)位于農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測(cè)站內(nèi)，具體地址為江蘇省丹陽(yáng)市云陽(yáng)鎮(zhèn)長(zhǎng)青路（31°54.16′N，119°33.36′E）。該地區(qū)位于環(huán)太湖地區(qū)典型稻麥輪作區(qū)，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候。供試土壤為粉沙土（中性偏微酸），供試化肥為尿素（含氮46%）、磷酸二氫鉀（含P2O5 40.8%、含K2O 54.0%），有機(jī)肥：豬糞（PM）、小麥秸稈（RS）。豬糞和小麥秸稈的養(yǎng)分含量見(jiàn)表1。供試土壤的基本性狀見(jiàn)表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間小區(qū)選于良種繁育基地內(nèi)，排灌設(shè)施良好。大田小區(qū)面積4 m×5 m=20 m2，共18個(gè)小區(qū)，四周設(shè)保護(hù)行，小區(qū)之間用土壩隔開(kāi)，順便加鋪塑料薄膜，防止串水串肥，田間面積共計(jì)為650 m2。水稻品種為武運(yùn)粳30號(hào)，于2014年5月21日育苗，6月30日人工移栽，各小區(qū)秧苗均按拉線定位栽插。每個(gè)小區(qū)均施用磷酸二氫鉀為225 kg/hm2作為基肥，秧苗移栽前施入，豬糞、秸稈在秧苗移栽前5 d 前按每小區(qū)稱量好后均勻施入，并人工翻耕混勻。尿素用量按40%作為基肥，于6月29日施入；60%作為追肥，追肥等量分別于7月24日、8月20日施入。各處理如下：① 不施尿素對(duì)照（CK）；② 常規(guī)施氮（N1）；③ 高量施氮（N2）；④ 常規(guī)施氮+豬糞（N1M）；⑤ 高量施氮+豬糞（N2M）；⑥ 常規(guī)施氮+豬糞+秸稈（N1MR），具體施氮量見(jiàn)表3。

1.3 樣品采集與分析

取樣自2014年6月30日秧苗移栽后2 d開(kāi)始，7月2日到2014年8月2日每隔3 d取田間取樣，共計(jì)11次，周期時(shí)長(zhǎng)為31 d。施肥情況：基肥時(shí)間為6月30日、追肥時(shí)間為7月24日。取樣時(shí)選擇稻秧空隙，避開(kāi)水樣中比較大的雜質(zhì)，每小區(qū)采用注射器5點(diǎn)取樣，各10 mL，共計(jì)50 mL，混勻后裝入塑料瓶中帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，當(dāng)天不能測(cè)定的以濃硫酸保存后1周內(nèi)測(cè)定。

測(cè)定方法：用0.45 μm濾膜過(guò)濾后水樣進(jìn)行處理，總氮（TN）經(jīng)過(guò)硫酸鉀氧化前處理，和NH+4-N、NO-3-N聯(lián)合采用荷蘭Skalar San+ +連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。溶解態(tài)有機(jī)氮通過(guò)差減法計(jì)算得出：DON=TN-（NH+4-N+NO-3-N）。

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0和Excel 2010進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)田面水銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度的變化特征

2.1.1 田面水NH+4-N含量變化動(dòng)態(tài) 稻田田面水NH+4-N濃度變化特征曲線見(jiàn)圖1。對(duì)照處理的田面水NH+4-N濃度始終維持在 3 mg/L左右，隨施尿素量的提高，無(wú)論是單施尿素處理，還是尿素配合豬糞處理，各施肥處理在施基肥后5 d濃度達(dá)到高峰，隨著時(shí)間的推移濃度開(kāi)始降低，8 d后單施化肥（N1、N2）處理NH+4-N濃度降至其峰值的16.3%～229%，而有機(jī)無(wú)機(jī)配施（N1M、N1M2、N1MR）處理降至其峰值61.3%～78.7%，10 d后各施肥處理接近空白處理（濃度均沒(méi)超過(guò)4 mg/L）并且之間沒(méi)有明顯差異。后期于7月22日開(kāi)展的追施尿素處理其田面水NH+4-N濃度也在施肥后 5 d 達(dá)到峰值。

提高尿素施用量顯著提升田面水中NH+4-N的含量，增施豬糞和秸稈都提高了NH+4-N濃度，而在尿素和豬糞配合基礎(chǔ)上施用秸稈處理（N1MR）其田面水NH+4-N濃度也明顯高于尿素和豬糞處理（N1M），但低于N2M。以上結(jié)果表明稻田田面水NH+4-N隨尿素施用量增加而提高，在施用尿素基礎(chǔ)上無(wú)論增施豬糞還是豬糞配合秸稈都對(duì)稻田水面的NH+4-N含量有提升作用。

2.1.2 田面水硝態(tài)氮（NO-3-N）含量變化動(dòng)態(tài) 田面水NO-3-N濃度變化特征曲線見(jiàn)圖2?；适┤牒?，各施肥處理田面水硝態(tài)氮隨養(yǎng)分投入時(shí)間的變化與NH+4-N總體保持一致，但處理間差異小于NH+4-N。各施肥處理田面水中NO-3-N含量大致呈現(xiàn)升高后緩慢下降的趨勢(shì)?；始白贩屎蟮?～7 d出現(xiàn)峰值，分別為4.55、11.6 mg/L。提高尿素用量，明顯促進(jìn)稻田田面水NO-3-N含量。化肥氮（尿素）用量270 kg/hm2結(jié)合豬糞處理NO-3-N總體保持最高濃度，和NH+4-N一致，但和N2處理（不施豬糞）相比，增施豬糞易促進(jìn)硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，基肥施用8 d N2M處理硝態(tài)氮達(dá)到峰值，而N2處理硝態(tài)氮含量仍處于上升趨勢(shì)，在14 d才達(dá)到峰值，而N2處理對(duì)應(yīng)的NH+4-N變化趨勢(shì)則相反，在基肥施用后8 d呈快速下降趨勢(shì)，在14 d濃度降至最低區(qū)間。以上顯示尿素配合豬糞顯著提高田面水的NH+4-N及硝態(tài)氮，同時(shí)促進(jìn)尿素向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)移。在施用尿素225 kg/hm2和豬糞基礎(chǔ)上增施秸稈（N1MR），田面水的硝態(tài)氮始終保持較低水平。

2.2 田面表層水TN和可溶性有機(jī)氮濃度的變化特征

2.2.1 田面水TN含量變化動(dòng)態(tài) 稻田田面水TN濃度變化特征曲線見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，受不同施肥處理的影響，稻田田面水TN濃度變化總體表現(xiàn)出在施基肥后5 d濃度達(dá)到峰值，隨著時(shí)間的推移濃度開(kāi)始降低，單施化肥（N1、N2）處理11 d后TN濃度降至其峰值的22.25%～52.8%，而有機(jī)無(wú)機(jī)配施（N1M、N1M2、N1MR）處理降至其峰值的 21.4%～296%，11 d后各施肥處理接近空白處理（濃度均為2.5～79 mg/L）并且之間沒(méi)有明顯差異。后期于7月22日開(kāi)展的追施尿素處理其田面水TN濃度也在5 d達(dá)到峰值。

各處理間對(duì)照的田面水TN濃度始終維持在 6 mg/L左右，隨施尿素量的提高，無(wú)論是單施尿素處理，還是尿素配合豬糞處理，都表現(xiàn)為施肥后的5 d內(nèi)田面水TN濃度都呈上升趨勢(shì)；增施豬糞的N1M和N2M處理，其田面水TN含量都明顯高于對(duì)應(yīng)的N1和N2處理，而在尿素和豬糞配合基礎(chǔ)上施用秸稈處理（N1MR）其田面水TN濃度也明顯高于尿素和豬糞處理（N1M），但低于N2M，以上表明稻田田面水TN隨尿素施用量增加而提高，在施用尿素基礎(chǔ)上無(wú)論增施豬糞還是豬糞配合秸稈都明顯提高稻田水面的TN含量。N1MR處理不僅高于N1M處理，還明顯高于施氮量較高的純尿素（N2）處理，這可能與秸稈和豬糞在還田過(guò)程中使氮素更易于向水體釋放有關(guān)。

2.2.2 田面水中NH+4-N/TN比的動(dòng)態(tài)變化特征 由于尿素進(jìn)入水體后首先轉(zhuǎn)化為NH+4-N，NH+4-N轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)，也可能經(jīng)硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝氮，也可能經(jīng)反硝化細(xì)菌作用生成氮?dú)獾萚7]，因此，NH+4-N/TN可以反映氮素轉(zhuǎn)化潛能與流失潛能的相對(duì)水平。從圖4可以看出：施用豬糞及秸稈的施肥處理其在施肥后的11 d內(nèi)NH+4-N占主導(dǎo)，其比例都在85%以上，而追肥后4 d所有施肥處理達(dá)到最大值達(dá)到83%以上。以上表明，稻田施用豬糞及秸稈在前期（11 d內(nèi)）田面水NH+4-N的釋放占主導(dǎo)地位。

2.2.3 田面水可溶性有機(jī)氮含量變化動(dòng)態(tài)及其與總氮的占比 可溶性有機(jī)氮（DON）是多數(shù)天然水體中溶解氮的主要組成部分[8]，其活性很高，不僅是作為直接或間接利用的氮源[9]，同時(shí)也是許多微生命體包括有毒藻種的氮營(yíng)養(yǎng)源，可能導(dǎo)致的飲用水安全以及富營(yíng)養(yǎng)化方面的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題不容忽視[10]。本試驗(yàn)稻田田面水可溶性有機(jī)氮濃度（圖5）與總氮的占比見(jiàn)圖6，結(jié)果顯示，對(duì)不施肥對(duì)照，其田面水所含氮素主要來(lái)源為DON，含量在2.0 mg/L波動(dòng)，施肥處理的DON/TN 在基肥施用10 d后維持較高水平，達(dá)12.3%～816%，顯示DON是稻田田面水氮素的重要組成部分。

和NH+4-N隨施肥時(shí)間變化特征明顯相比，可溶性有機(jī)氮的變化較為復(fù)雜。增施豬糞處理稻田田面水可溶性有機(jī)氮含量并未明顯高于對(duì)應(yīng)的單施尿素處理，各施肥處理在施肥后11 d田面水可溶性有機(jī)氮濃度達(dá)到峰值，最高為 9.38 mg/L，且隨時(shí)間推移而下降，各處理與對(duì)照可溶性有機(jī)氮濃度維持在0.5～3 mg/L。在增施豬糞后加入秸稈的N1MR處理田面水可溶性有機(jī)氮變化趨勢(shì)相對(duì)較為平緩，且一直維持在0～2 mg/L水平。以上表明，在尿素增施豬糞基礎(chǔ)上增施秸稈處理，可以使稻田水面維持較低的可溶性有機(jī)氮。

3 討論與結(jié)論

稻田田面水NH+4-N的濃度取決于尿素水解和氨揮發(fā)、硝化、水稻吸收、土壤顆粒吸附等相反過(guò)程相對(duì)強(qiáng)弱的結(jié)果[11]，因此稻田田面水NH+4-N的濃度取決于上述過(guò)程的綜合作用。王靜等研究發(fā)現(xiàn)稻田施用尿素后2 d或4 d田面水的TN、可溶性有機(jī)氮和NH4+-N濃度達(dá)到峰值，然后隨著時(shí)間的推移而迅速降低，至 8～10 d后趨于穩(wěn)定[11]。本研究顯示，NH+4-N濃度在各施肥處理（單施尿素、增施秸稈或豬糞）施肥后的4～5 d內(nèi)達(dá)到峰值，這與馬曉焉等[12]和Park等[13]單施尿素的試驗(yàn)結(jié)果一致，同時(shí)也和王靜等[11]NH+4-N在施肥10 d后顯著下降且最終趨于穩(wěn)定的結(jié)果相吻合。各NH+4-N/TN 比例在施用基肥后10 d內(nèi)高達(dá)83%以上，且NH+4-N隨外源氮投入增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（NH+4-N與氮投入量呈顯著正相關(guān)，r2=0.637）。以上結(jié)果表明無(wú)論尿素、尿素增施秸稈還是增施豬糞，田面水的NH+4-N在基肥施用后的前10 d 是田面水中氮流失的主要來(lái)源，減少外源氮素投入可以減少田面水的流失風(fēng)險(xiǎn)。

由于稻田長(zhǎng)期處于淹水還原環(huán)境，硝化作用較弱，以至于稻田田面水的NO-3-N濃度普遍較低，本研究中，各處理基施下，田面水的NO-3-N含量都維持在6.0 mg/L下，明顯低于10 mg/L的我國(guó)Ⅰ類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[14]，因此，在合理的施肥范圍內(nèi)，一般不會(huì)導(dǎo)致田面水中NO-3-N濃度的超標(biāo)。NO-3-N在基肥施用后6 d出現(xiàn)微弱峰值，追施尿素處理田面的NO-3-N含量也在6 d出現(xiàn)峰值，且由于人為的田間擾動(dòng)導(dǎo)致NO-3-N含量高達(dá)12.0 mg/L，和NH+4-N在基肥、追施處理分別在3～6 d、3 d出現(xiàn)峰值不同，這說(shuō)明稻田田面水的NO-3-N含量的流失風(fēng)險(xiǎn)較小，且相對(duì)NH+4-N在時(shí)間上有一定的滯后性。

增施尿素可提高田面水可溶性有機(jī)氮含量，但增施豬糞處理前10 d，田面水可溶性有機(jī)氮含量不高于甚至低于對(duì)應(yīng)不施豬糞處理，在施用豬糞的同時(shí)增施秸稈可以減少稻田田面水可溶性有機(jī)氮含量，施尿素225 kg/hm2下施用豬糞和秸稈的處理（NMR）有機(jī)態(tài)氮含量則始終保持在2 mg/L以下，這可能與豬糞、秸稈在腐解過(guò)程中消耗大量的生物量氮有關(guān)[15]。以上表明在尿素基礎(chǔ)上增施鮮豬糞在NH+4-N釋放高峰期內(nèi)可以減少可溶性有機(jī)氮的水體流失。

增施豬糞使田面水NH+4-N濃度顯著升高，這與曹湊貴等的報(bào)道[16]一致。由于未腐熟豬糞含有大量NH+4-N及鹽基離子，易造成田面水NH+4-N濃度過(guò)高。而有關(guān)麥秸歸還后稻田田面水的氮素變化動(dòng)態(tài)結(jié)果與已往研究結(jié)果并不一致，王靜等研究發(fā)現(xiàn)秸稈歸還降低稻田田面水的TN、NH+4-N 含量，但溶解態(tài)可溶性有機(jī)氮含量呈上升趨勢(shì)[11]；鄒建文等的研究則發(fā)現(xiàn)小麥秸稈在水淹條件造成田面水TN、NH+4-N含量升高及N2O的排放增加[17]，本研究發(fā)現(xiàn)在豬糞施用前提下，增施秸稈稻田田面水TN、NH+4-N及NO-3-N都大于對(duì)應(yīng)的不施秸稈的N1M處理，以NH+4-N的差異最大，而秸稈歸還則降低DON含量，顯示在腐解起爆劑-豬糞作用下，秸稈歸還雖然在一定程度上使稻田田面水TN及礦質(zhì)氮含量提高，但能大幅減少增施豬糞下導(dǎo)致的DON含量偏高問(wèn)題。

無(wú)論尿素、尿素增施秸稈或增施豬糞，NH+4-N都是基肥施用后的10 d內(nèi)田面水中氮流失的主要來(lái)源，其濃度與外源氮的投入量呈正相關(guān)，減少外源氮素投入可以減少田面水TN、NH+4-N的流失風(fēng)險(xiǎn)?；适┯?0 d后DON是總氮的重要組分，而NO-3-N及DON受氮投入影響較小。增施豬糞會(huì)增加TN、NH+4-N、NO-3-N及DON的流失風(fēng)險(xiǎn)，而增施豬糞再結(jié)合秸稈還田可有效降低NO-3-N及DON，從而大大減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

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