不同水肥处理对稻田土壤中氮素剖面分布与氨挥发损失的影响.docx

1、第30卷第I期水利水电科技进展Vol.30No.lAdvancesinScierx«antiTechix>l<)g>'ofWaterResources2010年2月Feb.2010DOI：10.3880/j.issn.KXJ6-7M7.2010.01.(X)9不同水肥处理对稻田土壤中氮素剖面分布与氨挥发损失的影响杨士红微，彭世彰L2,徐俊增I,王朋峰3(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室.江苏南京210098；2.河海大学节水研究所，江苏南京210098；3.山东金正大生态工程股份有限公司，山东临沂276700)摘要：对苏南地区不同水肥处理稻

2、田土壤中铉态氮和硝态氮剖面分布、稻田氨挥发损失以及水稻地上干物质量及产量进行了研究°结果表明：稻田土壤中无机氮以铉态氮为主；铉态家质量比随着上层深度的增加而降低,2060cm深度土层中的铉态氮质量比相对稳定，随着水稻生育期的进行，稻田土壤中氨态氮质量比逐渐降低;稻田土壤中硝态氮质量比呈现上层低于下层的趋势;控制灌溉稻田施用控释肥减少了表层土壤中的锭态氮质量比以及底层土壤中的铉态氮和硝态氮质量比，降低了氮素损失的风险。控制灌溉和控释肥的使用，减少了稻田氨挥发损失,减少幅度达到83.71%。关键词：控制灌溉;控释肥;铉态氮;硝态氮;氨挥发;稻田中图分类号：S511文献标识码：A文章编号:

3、1006-7647(2010)01-004()-05Influencesd*difTerentwaterandfertilizertreatmentsondistributionofnitrogenprofilesandlossofammcmiavolatilizationinsoilsofpaddyfields/YANGShi-liorig1,2,PENGShi-zhang'，XUJun-zeng*.WANGPeng-fengV1.StateKeyLaboratory(>fHydrology-WalerResources(uulHydraidu-Engineering,Hoha

4、iL'niiiersilyNanjing210098,China;2.hutUulcfWater-SavingIrrigation,Hoh(iiUniversity,Nanjing210098,China:3.ShandongKingenlaEcologicalEngineeringCo.,Ltd.Linyi276700,China)Abstract：Thedislrikitionofammoniumnitrogenandnitratenitrogeninsoils,thelassof;ininK)niavolalilization,themassofdrynialfrialsandt

5、hericeyieldinpaddyfieldsuitderdifTerentwalerandfertilizerlrralnw?ntsinsouthernJiangsuProvincewereanalyzed.lh、resultsslw)wthatthemajorfractionofinorganicnitrogeninsoilsofthef»a(Hyfieldsistheammoniumnitn)gen."Hxjcontentoftl)eanvnoniumnitneninsoilsdecreaseswiththeincreaseofthesoildepth.IK*mas

6、sratiooftheammoniumnitrogenisrelativelystableatthesoildepthof2Q-60cmainldecreaseswiththepnxessoflM*aringlinieofthepaddy.Themassratioofthenilratt*nitrogeninsoilsalsodecreaseswiththeincreaseofthesoilHieapplicationofcontrolledfertilizerreleaseinthepaddyfieldsunciercontmllrc!irrigationreducestheniaj<

7、sratiooftheanunoniumnitrogeninthesurfacesoillayersandthemassratiooftlw*annnoniuinnitrogenarulnitratenitrogenintheFottonisoillayer,resultingintl»edecreaseoftheriskofiiilrogenloss.Theapplicationof(mtrolleclirrigationand<x)ntn>U*xlfertilizerreleasereducesHk*lossoftheammoniavolatilizationinth

8、epaddyfieldswithadecreaseby83.71%.Keywords：eontmllfcirrigation;controlledfertilizerrelease;aimiKinimnnitnen;nitnitenitrogen;ammoniavolatilization;paddyfield目前，我国氮肥年施用量达到2621万N.但利用率-般只有40%左右。氮肥的过量施用在导致肥料利用率下降的同时，未被作物吸收的氮通过氨挥发、淋洗、径流等途径损失，对环境产生了现实和潜在的污染3新。太湖高施氮水稻种植区的上述情况尤为严重，在保证水稻产玷的同时，如何实现水肥高效利用和控污减排已

9、成为水稻生产中迫切基金项目：国家自然科学歌点基金(50839002);中国博L后科学基金(2008340152);江苏省研究生创新工程资助项H(CX08B.109Z)作者简介：杨士红(1983).男.山东临沂人.博士研究生.从字样水灌溉理论与农田生态效应研究。仁匝1：妙7731血通讯作者:彭世彰(1959)男，上海人，教授.从小».水滞溉埋论与农田生态效应研究cGmail:szpeng40水利水电科技进度，2010,30(1)7W225-83786335E-mail：.atluip：/基金项目：国家自然科学歌点基金(50839002);中国博L后科学基金(2008340

10、152);江苏省研究生创新工程资助项H(CX08B.109Z)作者简介：杨士红(1983).男.山东临沂人.博士研究生.从字样水灌溉理论与农田生态效应研究。仁匝1：妙7731血通讯作者:彭世彰(1959)男，上海人，教授.从小».水滞溉埋论与农田生态效应研究cGmail:szpeng40水利水电科技进度，2010,30(1)7W225-83786335E-mail：.atluip：/需要解决的问题。因此,既能提高氮肥利用率，又能减少氮素损失的控释肥料成为当前研究的热点。已有的水稻控释氮肥研究大多是针对淹水灌溉稻田6刁,节水灌溉条件下施用控释肥对水稻产量、土壤中氮素分布及

11、氮素损失的影响等研究较少。本文主要研究节水灌溉条件下施用控释肥后稻田土壤中氮素的剖面分布特征、稻田敏挥发损失以及成熟期水稻F物质量及产量，旨在探讨有效减少稻田氮素损失的水肥高效利用模式，为农田廿水高产、控污减排提供依据。1材料与方法1.1试区概况试区位于河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室昆山试验研究基地内。试区属亚热带南部季风气候区，年平均气温15.5年降雨晕1097.1mni，年蒸发量1365.9nun,Fl照时数2085.9ho当地习惯稻麦轮作，土壤为潴育型黄泥土,耕层土壤为重壤土。1.2试验设计在水稻选种、育秧、移栽、种植密度、植保、用药等技术措施以及基础地力相同的条件下，试

12、验采用裂区设计,主处理为2种灌水方式，即淹水灌溉(T)和控制灌溉(C);副处理为2种施肥方式，即农民习惯施肥(FFP)和控释肥(CKF)O4个处理分别为TF(T和FFP),CF(C和FFP和TC(T和CRF),以及CC(C和CRF),每个处理设3次重夏，总共12个小区。每个小区面积为150m2,各小区之间用砖砌混凝土隔离，田顼向地卜内嵌5()cm深的塑料防渗膜，防止小区间的水危交换。前在作物为冬小麦，供试水稻品种为单季晚粳(嘉04-33),2008年6月25日移栽，平均密度为23.43万穴/hn】2,每穴34株，10月25H收割。其中，FFP处理在6月25日、7月11日、7月23日和8月10日

13、分别施基肥、囊肥、壮苗肥及穗肥，施肥量:(折合成纯氮)分别为107.55kg/hm121.8kg/hm2,l(M.4kg/hm2和69.6kg/hnr,共403.35kg/lim2;CKF处理作为基肥一次施入，施肥量(折合成纯氮)为l80kg/hn】2,控释尿素由山东金正大公司提供。各处理施用钾肥(K2()56.25kg/hm2和磷肥(P2O5)56.25kg/hnro淹水处理除分麋末期晒田外，从水稻插秧开始一直维持3050mm水层，直到黄熟期后自然落干至收割。控制灌溉处理是在秧苗本田移栽后的返青期山面保留525mm薄水层，以后的各个生育期除生产性用水外，灌溉后山面不保留灌溉水层，以根层土壤水

14、分为控制指标.确定灌水时间和灌水定额。1.3观测内容及方法a. 在各处理小区用土钻分层采集土壤样品(010cm,1020cm,2030cm,3()40cm和4060cm),施氮肥后每隔2d取样1次，共取5次；然后每隔4d取样1次，共取2次；以后每隔7d取样1次，稻季始末各取样1次。土样中NH；-N(铉态翅)质量比测定采用KC1浸提-靛酚蓝比色法，NOfN(硝态氮)质成比测定采用酚二黄酸比色法。b. 在各生育期每个处理取2株有代表性的植株，分别将根、茎、叶、鞘与穗分装，放入烘箱内105龙杀育(30min),70T烘干48h后称重。各小区单打单收.晒干扬净后测定实际产量。c. 采用通气法测定氛挥发

15、""°试验中将通气法的氨挥发收集管高度改为20cm,以适用于水田。取样时间为：施肥后第1周，每天取样1次；第23周，视测到的挥发数量多少，每l3d取样1次,以后取样间隔可延长到12周，直到水稻收获。2结果与讨论2.1不同水肥处理对稻田土壤中NH；-N质量比剖面分布的影响图1为不同水肥处理稻IU土壤中NII/-N质员比剖血分布特征。由图1可以看出，移栽前1020cm土层中N1K-N质量比最高，表层次之。由于NH；-N容易被土壤吸附，不容易随水向深层土壤移动，从水稻返青期到黄熟期各处理土壤中NH/-N质量比随土层深度增加而降低，从表层到20cm土层NH/-N质量比急刷

16、下降，2()cm以FNH；-N质钺比基本趋于稳定。各层土壤中NH/-N质量比由于水稻生长阶段的吸收以及各种损失导致随着生育期进行也呈现降低趋势在0IOem±层中的MI/-N质量比，除TF处理最大值出现在拔节期外，其他各处理最大伉均出现在返青-分孽期，最小值均出现在黄熟期;TF和CF处理在眼大值后逐渐降低，TC和CC处理也呈现降低趋势，但是在抽穗开花期出现小幅度升高；各处理的NIV-N质辱比最大值为TF>CF'TC>CC,各处理之间不存在显著差异(P>0.05)。在10-20cm±层中的NH；-N质量比，各处理最大值均出现在返背-分麋期，黄熟期出现最

17、小值,随生育期进行呈现逐渐降低趋势;使用控制灌溉的TF和TC处理在抽穗开花期NH；-N质量比出现小幅度升高；全生育期NH；N质量比平均值为TF>CF>TC>CC,但各处理之间无显著差异(/>0.05)o在2030cm土层中的、H；-N质量比，除TF处理最大值出现在拔节期外，其他各处理最大值均出现在返背分集期，最小值出现在黄熟期；各处理NILf-N质量比出现最大值后都呈现逐渐变小趋势,CF,CC处理在乳熟期出现小幅度升高，全生育期NIV-N质虻比平均值为TF>TC>CF>CC,各处理之间无显著差异(P>0.05)。在3040cm土层中的NH/-N质

18、量比.TF处理最大值出现在拔节期，其"NH,0?iokTF-NV(mgkg")101520-CFTCw(NH；-NV(mgkg")102030405020304050塾器W-U1060l(c)拔节60L(a)移栽询»»*(NH；-Ny(mgkgM)01020304060l(b)返育-分孽w(NH,-Ny(mgkg3510152001111w(NH,-NV(mgkg"0246(Ii160L60L(d)抽独化)乳熟(0黄熟图I不同水肥处理稻田土壤中NH/-N质比剖面分布特征(江苏昆山2008)他各处理最大值均出现在返青-分麋期，最小值也均

19、出现在了黄熟期，各处理在出现最大值后都呈现逐渐降低趋势;全生育期NH；-N质量比平均值TF处理为9.44mg/kg,CF处理为7.65mg/kg,TC处理为9.34nig/kg,CC处理为7.61n)g/kg,各处理之间不存在显著差异(/>>0.05)。在4060cm土层中的NIV-N质量比，各处理最大值均出现在返青分麋期,在黄熟期质量比出现最小值，最大值后呈现逐渐变小趋势;全生育期NH/-N质量:比平均值为TF>TC>CF>CC,各处理之间无显著差异(P>0.05)。控制灌溉稻田施用控释肥后各层土壤NFU-N质量比都小于淹水泄溉稻田，但均不存在显著差异，这

20、种水肥利用模式在保证水稻生长营养供应的同时,降低了NH/-N淋溶及径流损失的风险。2.2不同水肥处理对稻田土壤中NQT-N质量比剖面分布的影响图2为不同水肥处理稻田土壤中NOf-N质量比剖面的分布特征。由图2可以看出，移栽前表层土壤中NOf-N质量比最高，达到4.44mg/kg；3040cm±层中NOf.N的质定比也很高，为4.34mg/kg;其他土层NO<-N的质量比较低。这是因为麦季的旱作管理导致表层土壤中NOj-N质量比较高，NO'N随稻季的降雨下移到3040cm±层中。在010cm土层中，FFP处理NOf-N质量比最大值出现在抽穗开花期,CRF处理出现

21、在返青-分囊期;全生育期NOf.N质量比平均值为TF>CF>CC>TC,其中TF处理为1.16mg/kgtTC处理为0.49mg/kg,各处理之间差异不显著(P>0.05)o在1020cm土层中的NOf-N质量比，除TC处理最大值出现在拔节期外，其他各处理均出现在返青-分麋期,TC处理最小值出现在抽穗开花期，其他处理最小值出现在乳熟期;全生育期NOf-N质量比平均值为TF>CF>TC>CC,各处理之间不存在显著差异(P>0.05)o在2030cm±层中的NOf-N质最比,FFP处理最大值出现在抽穗开花期，CRF处理最大值出现在拔节期;全

22、生育期NOT-N质量比平均值为CF>TC>CC>TF,各处理之间NOf-N质量比相差不大，无显著差异(P>0.05)o在30-40cm±层中的NOf-N质量比,TF处理最大值出现在黄熟期，其他处理最大值均出现在生育前期的返青-分囊和拔节期，全生育期NO3-N质量比平均值为TF>TC>CF>CC,相同施肥处理条件下控制灌溉稻田的NOf-N质量比要小于淹水灌溉稻田的NON质量比,TF处理为1.04mg/kg,CF处理比TF处理小29.4%/rC处理为1.13mg/kg,CC处理比TC处理小58.9%0在4060cm土层中的NOf-N质最比,TF,

23、CF和TC处理最大值均出现在拔节期,CC处理在返青-分麋期达到最大值;全生育期NQfN质彘比平均值为TF>TC>CF>CC,相同施肥处理条件下控制灌溉稻田的NOf-N质量比小于淹水灌溉稻田的TC-CF>v(NO；-N)/(mgkg")10304050CCH(NO；-N)/(mgkg-')00.51.01.52.0如。(a)移栽前w(NO；-N)/(mgkg"(b)返返分策»v(NO；-N)/(mgkg')60(c)拔节w(NO；-N)/(mgkg')图2不同水肥处理稻田土壤中NQf-N质比剖面分布特征(江苏昆山200

24、8)NOfN质量比，FFP处理减少21.2%,CRF处理减少35.6%。水稻泡田返青期的有水层管理导致返青-分菜期表层土壤中的NOf-N质量比降低,而基肥氮的施用增加了土壤中的NOf.N质*比，但各层土壤中的NOf-N质量比明显低于相应土层的NH/-N质量比。CC处理稻田土壤中的NOf-N质量比除拔节期外,其他生育期都要小于FFP处理。CC处理在1060cm土层中的NOf-N质51：比从抽穗期开始一直处于最低水平。NOf-N带有负电荷，不易被土壤胶体所吸附，在淹水灌溉条件下很容易随水向下层土壤移动,并造成地下水污染。控制灌溉的无水层管理减少了NOf-N质埴比向下层的迁移，相同肥料处理条件下控制

25、灌溉稻田土壤4060cm土层中NOj.N质量比要低于淹水灌溉稻田土壤中的NO<-N质量比，控释肥施用进一步减少了根系层以下土壤中NQf-N质量比，CC处理在40-60cm土层中的NOf-N质量比最少，降低了NOf-N淋溶损失的风险。2.3不同水肥处理稻田氨挥发损失量稻田氨挥发量主要发生在水稻生育前中期的68月份,FFP处理在这3个月的氨挥发最占全生育期氨挥发总时的98.37%；CRF处理也都达到了93.73%O这主要是因为施肥全部分布在这3个月，且与苏南地区在这3个月7温较高有关。FFP处理每次施肥后1周的氨挥发损失皇之和占稻季总挥发量的85.25%以上，这与Lin等的结论一致。CRF处

26、理在施肥后1周的氨择发损失量只占稻季总挥发量的22.64%,施肥后1个月的氛挥发损失量:占总挥发尽的76.90%。由此可以看出，施用常规肥料的稻田在施肥后1周是氨挥发损失的高峰期,从而导致大量肥料的流失，控释肥料由于减缓了养分的释放，从而避免了施肥后1周的氨挥发高峰，减少了肥料的氨挥发损失，提高了肥料的利用率。表1为不同水肥处理稻田氨挥发损失危。表1不同水肥处理稻田氨挥发损失量处理方式氨损失量/(kg-hm-2)鼠损失率/%TF145.6436.11CF125.2731.06TC33.3018.50CC23.7313.18注:氛损失率&示钗损失M占稻季施肥址的比例。从表1可看出，TF处

27、理基挥发损失做最大，为145.64kg/hm?,占当季氮肥施用最的36.11%;CRF处理稻田氨挥发量要远小于常规施肥稻田，CC处理氨挥发损失量最小，为23.73kg/hn?,占当季氮肥施用量:的13.18%,与TF处理相比减少了83.71%o控释肥和控制灌溉模式相结合的水肥联合利用模式在节水的同时，大幅度减小了稻田的氨挥发损失，提高了稻田肥料利用率，减少了对环境的污染。2.4不同水肥处理稻田水稻地上干物质量及产量表2为不同水肥处理稻田水稻成熟期地上干物质量与产危。由表2可知，相同灌溉方式下，CC处理成熟期水稻地上干物质虽比TC处理多12.6%,TC和TF处理干物质量差异不显著。节水灌溉条件下

28、，适当的氮肥投入促进了干物质的生长和累积，生育后期仍能保证足够的光合产物”相同施肥措施下,控制灌溉处理生育末期地上干物质量高于淹水灌溉处理生育末期地上干物质量,CC和CF处理生育末期地上干物质量分别比TC和TF处理生育末期地上干物质故多24.6%和4.05%,FFP处理差异不显著，说明水分亏缺条件卜.高氮肥的施入不利于水稻干物质量的累积。表2不同水肥处理稻田水稻成熟期地上干物质量及产量kg/lrnr处理方式地上干物质情产址TF11756.36720().85CF12232.246996.21TC11055.946387.21CC13771.995859.39相同灌溉方式下，CRF处理与FFP处

29、理相比产量下降，但差异不显著(P>0.05)o虽然CRF处理施氮量比FFP处理减少55.4%,但地上干物质量并未出现减少，且CC处理的地上干物质屈最大，故产量的降低主要与试验中控释尿素的释放时间、施入方式有关，采用基肥一次性施入后氮索释放时间比水稻需氮期短，生育后期肥力供应不足导致产帝降低“因此，要改进控释尿索的释放特性以适应苏南地区水稻的吸氮特点。在减少氮素施用质的情况下保证水稻产最，提高知素利用率，减少氮素损失对环境的污染。3结论a. 稻田土壤中无机敏以MV-N为主;NH；-N质量比随若土层深度的增加而降低,2060cm土层中的NH；-N质量比相对稳定.随着生育期的进行土层中的NH/

30、-N质量比逐渐降低。稻田土壤中的NOj-N质屋比呈现上层低于下层的趋势°相同肥料处理条件下，控制灌溉减少了表层土壤中的NH；-N质量比以及4060cm土层中的NH；-N和NO-N质量比，减小了稻田氮素氨挥发损失、径流损失以及淋溶损失的风险。节水灌溉条件下控释肥的施用在保证水稻营养供给的同时，进一步减小了氮素损失的风险。b. 控释肥料由于减缓了养分的释放，从而避免r施肥后1周的氨挥发高峰。淹水灌溉和农民习惯施肥使用的稻田稻季算挥发损失总量最大;控释肥稻用稻季的敏挥发损失要:远小于常规施肥稻田稻季的敏挥发损失，其中，控制灌溉和控释肥使用的稻田氨挥发损失最小，为23.73kg/hm2,占当

31、季筮肥施用量的13.18%,与淹水灌溉和农民习惯施肥使用的稻田相比氨挥发损失减少了83.71%。这种水肥联合利用模式在节水的同时，减小了稻田的氨挥发损失。c.相同施肥处理条件下，与淹水灌溉相比，控制灌溉促进了干物质的生K和积累，有利于水稻对于氮素的吸收和利用，控制灌溉和控释肥使用的稻田地上干物质址最大;控释肥处理的水稻产揪有所下降,但差异不显著，主要与控释肥氮素释放时间较水稻需筑时间短、后期氮素供应不足有关。参考文献：.1JUXiao-tang.XINGGuang-xi,CHENXiit-piiig,elal.ReducitigenvironmentalriskbyimprovingNmanagementinintensiveChinese