(1.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210000；2.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

氮素是植物生長的重要營養(yǎng)來源，主要由根系從土壤中吸收獲得。土壤中氮的淋溶、硝化、反硝化、揮發(fā)等一系列生化反應(yīng)能夠改變土壤的氮素結(jié)構(gòu)和分布特征，進而影響土壤的有效氮含量，改變土壤的供氮能力。研究表明：水和氮是影響水稻生長的主要脅迫因子，在水稻生長發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用。大量研究表明，水和肥具有耦合效應(yīng)，氮素供應(yīng)不足會限制水分的增產(chǎn)作用,水分供應(yīng)不協(xié)調(diào)也會使氮素資源浪費，引起硝態(tài)氮的淋失,有可能污染地下水。再生水可以作為一種肥源，在灌溉的同時提供氮肥，可以有效降低化肥使用量，從而降低農(nóng)村面源污染。但不合理的灌溉會導(dǎo)致土壤鹽漬化、地下水污染等問題。此外，再生水中的重金屬會隨灌溉進入稻田，導(dǎo)致土壤重金屬含量過高，可能會影響作物生長，并隨食物鏈累積至人體，危害人體健康。目前再生水灌溉研究大多集中于少量再生水滴灌條件下對蔬菜的品質(zhì)影響和短期再生水灌溉條件下土壤的綜合能力評價，但對于大量再生水連續(xù)灌溉條件下氮素淋失的評價較少。因此，本文利用再生水連續(xù)灌溉水稻研究氮素淋失產(chǎn)生的地下水污染，為再生水灌溉提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年在浙江省永康市舟山鎮(zhèn)試驗基地內(nèi)的水稻試區(qū)進行，該試驗區(qū)位于浙江省中部丘陵地區(qū)，屬于典型的亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨量充沛。土壤為砂黏土，全磷、全氮、銨態(tài)氮和硝酸鹽氮氮質(zhì)量分數(shù)分別為34.400mg/kg、128.000mg/kg、10.742mg/kg和3.173mg/kg，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為1.97%，pH值為5.56。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用大田實驗，試驗設(shè)計3種灌溉方式分別為低水位灌溉W1、中水位灌溉W2、高水位灌溉W3，3種灌溉水源分別為污水廠常規(guī)工藝處理尾水R1、污水廠改良A2O工藝處理尾水R2、河道清水R3，共計9個灌溉處理方式，每個灌溉處理方式設(shè)置3個重復(fù)區(qū)，共計27個小區(qū)。試驗小區(qū)采用智能化灌溉系統(tǒng)，通過3座簡易潛水泵提水灌溉，灌溉時由遠傳水表測定每個小區(qū)的各次灌水量，出水口采用D75可調(diào)節(jié)式出水閥，試驗小區(qū)布置見圖1。浙江省金華永康市舟山鎮(zhèn)集鎮(zhèn)區(qū)已建有1座納管人數(shù)為4500人、設(shè)計規(guī)模為400m3/d的生活污水處理站，為本項目的農(nóng)村生活污水水源，處理工藝采用二級生物處理工藝(一級處理為常規(guī)工藝，二級處理采用改良A2O工藝)，出水水質(zhì)達到《城市污水再生利用 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》(GB 2092-2007)和《城市污水再生回灌農(nóng)田安全技術(shù)規(guī)范》(GB/T 22103-2008)要求，具體情況見表1。各個生育期嚴格控水，水位下降至下限即進行補水，若遇暴雨超過蓄雨上限即進行排水。田間水位控制標準見表2。

表1 灌溉水質(zhì)平均指標情況

表2 水稻水位控制標準 單位：mm

圖1 田間小區(qū)布置

水稻供試品種為單季水稻嘉優(yōu)中科13-1，該品種屬單季秈粳雜交稻，植株較矮，株型較緊湊，長勢繁茂，分蘗能力強，劍葉短，無芒，著粒密，二次灌漿明顯，生長整齊一致，后期青稈黃熟，轉(zhuǎn)色較好。目前已在多個地區(qū)推廣。

1.3 測定內(nèi)容與方法

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉水質(zhì)氮素變化規(guī)律

表3 不同水源水稻各生育期灌溉水銨態(tài)氮量 單位：g/hm2

表4 不同水源水稻各生育期灌溉水硝態(tài)氮量 單位：g/hm2

2.2 地下滲漏水銨態(tài)氮變化規(guī)律

圖2 不同生育階段地下排水硝態(tài)氮變化

2.3 地下滲漏水硝態(tài)氮變化規(guī)律

圖3 不同生育階段地下排水硝態(tài)氮變化

2.4 不同水源地下氮素流失與增產(chǎn)效應(yīng)

表5 不同水源水稻各生育期銨態(tài)氮淋失量 單位：g/hm2

表6 不同水源水稻各生育期硝態(tài)氮淋失量 單位：g/hm2

圖4 不同水源水稻氮素淋失量及產(chǎn)量情況

3 結(jié)論與建議

a.與清水對照相比，再生水可以減少稻田地下排水硝態(tài)氮量，提高水稻產(chǎn)量，但也會增加銨態(tài)氮流失風險。綜合比較，R2組水稻不僅較R3組水稻增產(chǎn)12.6%，而且硝態(tài)氮負荷減少86.8%，而銨態(tài)氮負荷減少19.3%。因此，使用污水廠改進工藝處理的再生水灌溉有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

b.在整個水稻生長發(fā)育期，氮素淋失集中在分蘗期和拔節(jié)孕穗期，其中兩個時期銨態(tài)氮負荷占總負荷的49.1%～69.9%，硝態(tài)氮占總負荷的42.3%～73.6%。因此，水稻稻田地下水污染的關(guān)鍵時期是分蘗期和拔節(jié)孕穗期，應(yīng)盡量減排、少排，防止大量氮素流失。

c.再生水灌溉條件下水稻在各個生長發(fā)育階段地下排水中氮素形式均以銨態(tài)氮為主，而河道清水以硝態(tài)氮為主，說明再生水灌溉條件下地下排水是銨態(tài)氮流失的主要途徑之一，且由于本次試驗灌溉模式為漫灌模式，提高了蓄雨上限，試驗期間地表排水少，所以稻田氮素流失以淋溶損失為主。

d.再生水可以增加水稻產(chǎn)量，但由于本次試驗時間有限，未能開展長期灌溉下土壤重金屬含量變化的研究，且由于各地污水廠處理工藝之間的差異，再生水灌溉對稻田的影響還有待進一步研究。