楊世琦，王永生，謝曉軍，韓瑞蕓，楊正禮,*

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,農(nóng)業(yè)清潔流域團(tuán)隊(duì)，北京 100081；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，CERN綜合研究中心, 北京 100101；4. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 楊凌 712100)

寧夏引黃灌區(qū)豬糞還田對(duì)稻作土壤硝態(tài)氮淋失的影響

楊世琦1,2，王永生3，謝曉軍4，韓瑞蕓1,2，楊正禮1,2,*

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,農(nóng)業(yè)清潔流域團(tuán)隊(duì)，北京 100081；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，CERN綜合研究中心, 北京 100101；4. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 楊凌 712100)

以寧夏引黃灌區(qū)稻田為例，探索豬糞還田條件下稻田土壤硝態(tài)氮淋失規(guī)律。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理：常規(guī)施肥300 kg純 N kg/hm2(CK)、常規(guī)施肥條件下施用4500kg/hm2(T1)和9000 kg/hm2(T2)豬糞。利用樹(shù)脂芯法吸附稻田30cm、60cm和90cm土層的硝態(tài)氮流失量。結(jié)果表明：在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施豬糞，可以減少稻田生育期內(nèi)60cm與90cm處土壤硝態(tài)氮淋失量，與CK相比，T1、T2在兩個(gè)土層處淋失量的減少比例分別為4.93%、13.92%與7.48%、13.77%。同一土層不同處理之間差異顯著性比較看(P<0.05)，30cm 處T1、T2與CK相比沒(méi)有達(dá)到顯著性差異；60cm處，T1與CK未達(dá)到顯著差異，T2與CK達(dá)到顯著差異；90cm處，T1、T2與CK相比達(dá)到顯著差異；60cm和90cm土層處的T2與T1之間均達(dá)到顯著差異。T1和T2在30cm處的淋失量高于CK，但增加不明顯，處理之間以及處理與對(duì)照相比差異不顯著。稻田生育期內(nèi)不同土層硝態(tài)氮淋失量在13.61—17.77 kg/hm2(純N)。硝態(tài)氮淋失集中在插秧至分蘗期(5月中旬—6月下旬)，該階段的硝態(tài)氮淋失量占生育期內(nèi)總淋失量的61.62%—72.84%；后期淋失量明顯減少。處理T1、T2的水稻產(chǎn)量增產(chǎn)率分別為15.86%與12.85%。由此可見(jiàn)，在引黃灌區(qū)稻田，一定數(shù)量的豬糞還田，不僅能夠減少土壤硝態(tài)氮向深層淋失，防控地下水污染，還有利于水稻增產(chǎn)。

寧夏引黃灌區(qū)；豬糞還田；硝態(tài)氮；淋失；樹(shù)脂芯

多數(shù)研究結(jié)果表明施用有機(jī)肥能夠控制和減少硝態(tài)氮淋失，也有相反結(jié)論報(bào)道。土壤無(wú)機(jī)氮的垂直分布特征主要受制于土壤有機(jī)質(zhì)的分布影響，表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量豐富，大約80%—97%的氮存在于有機(jī)質(zhì)中，剖面下層土壤的有機(jī)質(zhì)含量低，無(wú)機(jī)氮含量就較低[3]。有機(jī)肥施用可有效地控制土壤硝態(tài)氮的淋洗深度,有機(jī)農(nóng)業(yè)土壤具有較高的反硝化效率和土壤微生物活性，化肥處理的年硝態(tài)氮流失是有機(jī)肥4.4—5.6倍，復(fù)合肥介于中間。施用堆肥均能降低硝態(tài)氮淋失[4]；林地施用有機(jī)肥7d截獲銨態(tài)氮20%—70%[5]，施用雞糞100—200kg/ hm2(純氮)降低了硝態(tài)氮淋失量[6],稻田施用秸稈和秸稈堆肥能夠降低田面水和10—20cm土層滲漏水硝態(tài)氮濃度[7]。施用氮同位素標(biāo)記肥料試驗(yàn)表明，不同有機(jī)肥對(duì)30cm土層氮的去向影響不同，豬糞堆肥小區(qū)保留了25%的15N，廢棄物堆肥小區(qū)保留了10%的15N，對(duì)照小區(qū)保留了不到10%的15N[8]。在設(shè)施菜地，適宜施用有機(jī)肥減少硝態(tài)氮的累積和土壤剖面硝態(tài)氮的垂直遷移；在同等施氮水平下，有機(jī)肥與化肥配施可減少硝態(tài)氮向深層土壤的淋溶遷移[9]。實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下添加不同碳形態(tài)的有機(jī)質(zhì)能夠使土壤無(wú)機(jī)氮溶出量明顯降低(無(wú)機(jī)氮以硝態(tài)氮為主，占無(wú)機(jī)氮的81.13%—97.62%)，其中小麥秸稈粉降低最多，鋸末和褐煤粉的活性都較低[10]。對(duì)35條河流的可溶性有機(jī)物與硝態(tài)氮負(fù)相關(guān)結(jié)果表明，在區(qū)域尺度上農(nóng)田碳不足將導(dǎo)致氮淋失嚴(yán)重增加[11]。過(guò)量有機(jī)肥的施用會(huì)直接導(dǎo)致硝態(tài)氮在土壤的大量積累,當(dāng)施肥量60 t/hm2時(shí),不僅對(duì)耕層土壤各土層都造成不同程度的積累,而且引起了硝態(tài)氮在深層土壤的輕微淋溶[12]。不排除大量施用有機(jī)肥產(chǎn)生的硝態(tài)氮淋失對(duì)地下水的潛在威脅，因此，歐盟提出了有機(jī)肥的限量指標(biāo)，在硝酸鹽敏感地區(qū)有機(jī)肥的年施用量不應(yīng)超過(guò)175 kg N/hm2,而洛桑試驗(yàn)站則將 276 kg N/hm2作為有機(jī)肥的限量指標(biāo)[13]。

采用樹(shù)脂法研究土壤氮素流失，一般采用樹(shù)脂袋、樹(shù)脂芯及樹(shù)脂膜法[14- 18]，過(guò)去研究主要針對(duì)森林和草原土壤氮素的凈礦化速率及氮素有效性，深度限于20cm 土層以內(nèi)。本研究采用改進(jìn)樹(shù)脂芯法，設(shè)置30、60和90cm土層深度，每層底部放置一定數(shù)量的樹(shù)脂材料，吸附硝態(tài)氮淋失數(shù)量，揭示灌區(qū)稻田不同有機(jī)肥水平處理下的硝態(tài)氮淋失特征及淋失負(fù)荷。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)站位于寧夏靈武農(nóng)場(chǎng)(106°17′52″E，38°07′26″N)，年均氣溫8.9℃，降水量193mm，蒸發(fā)量1763mm，無(wú)霜期150d。主要種植模式稻旱輪作，種植作物水稻、玉米和春小麥。土壤為灌淤土，肥力中等，0—30cm土層容重1.57 g/cm3，有機(jī)質(zhì)含量14.47 g/kg，土壤全氮0.87 g/kg，速效氮96.33 mg/kg。地下水位深度1.5—2.0m。水稻全生育期的灌水量1.5—1.8×104m3/hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)小區(qū)面積為200m2，水泥埂隔開(kāi)，沿埂開(kāi)溝深120cm，溝內(nèi)壓塑料膜，以防小區(qū)相互干擾。CK為灌區(qū)常規(guī)施肥，處理T1、T2是常規(guī)施肥下分別施入4500、9000kg/ hm2腐熟豬糞，先一年水稻收獲后施入，3次重復(fù)。尿素(純N)300 kg/ hm2、重過(guò)磷酸鈣105 kg (P205)/ hm2、氯化鉀60 kg(K2O)/ hm2。磷鉀肥作基肥一次施入，尿素50%做基肥，剩余50%按照3∶1∶1的比例作追肥，分3次施入，分別在5月31日(苗期返青期)追施30%，6月25日(分蘗期)追施10%，7月26日(孕穗期)追施10%。2010年5月13日插秧，行距30cm，株距10cm，9月10日收獲，大田生長(zhǎng)期120d。

1.3 試驗(yàn)方法

樹(shù)脂芯法在用于草原或者表層土壤氮礦化量的測(cè)定，與直接采集土壤或測(cè)定土壤滲漏水的結(jié)果基本一致[19- 23]。本試驗(yàn)采用改進(jìn)的樹(shù)脂芯法，由76mm(直徑)×0.82mm(管壁厚度)的不銹鋼管(高度根據(jù)需要調(diào)整)、60目尼龍網(wǎng)制作的8×8cm樹(shù)脂袋(內(nèi)裝有15g氯型，強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂)和兩片直徑為74mm的鋁塑板(鋁塑板上打有13個(gè)直徑為3mm的小孔)組成，裝置見(jiàn)圖1。樹(shù)脂袋上下的兩片鋁塑板以防上下層土壤對(duì)樹(shù)脂袋的污染，鋁塑板設(shè)置小孔。為減少管內(nèi)外土壤環(huán)境差異，管壁上打孔。把手的功能是方便樹(shù)脂管提取。采用001×7型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。主要改進(jìn)之處體現(xiàn)在一是取樣深度增加，最深90cm；二是取樣頻次增加且不破壞土壤結(jié)構(gòu)，基本上實(shí)現(xiàn)原為培養(yǎng)。

圖1 改進(jìn)的樹(shù)脂芯裝置圖Fig.1 The improved device figure of the resin-core

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，先將長(zhǎng)度為42、72、102cm(楔面長(zhǎng)10cm)的樹(shù)脂管垂直打入小區(qū)土壤中，管子上部與地面齊平，管子間隔2m，小區(qū)內(nèi)沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè)重復(fù)；然后利用把手將樹(shù)脂管提出，用螺絲刀剔除管子底部2cm(楔面以上)厚的土壤，依次安裝鋁塑板、樹(shù)脂袋、鋁塑板、防滑軸，然后回填楔面土壤，再插回原處進(jìn)行培養(yǎng)。一段時(shí)期后，取出樹(shù)脂袋在冰箱保存(-4℃)；同時(shí)，放入新的樹(shù)脂袋，繼續(xù)下一階段試驗(yàn)。水稻生育期樹(shù)脂取樣7次。

1.4 測(cè)定方法與計(jì)算方法

離子交換樹(shù)脂吸附硝態(tài)氮用1mol/L KCl溶液浸提[22- 23]，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定。不同土壤層次硝態(tài)氮淋失量用下面公式計(jì)算：

硝態(tài)氮淋失量(kg/ hm2)=樹(shù)脂吸附硝態(tài)氮含量(kg)/樹(shù)脂管面積(m2)×10000(m2)

2 結(jié)果與分析

2.1 硝態(tài)氮淋失總量

水稻大田期不同處理下的3個(gè)土層硝態(tài)氮淋失量如圖2所示。結(jié)果表明，硝態(tài)氮(純N)淋失量13.61—17.77 kg/hm2，占氮肥施用量的4.17%—5.88%。與對(duì)照相比，處理T1、T2在30cm土層的硝態(tài)氮淋失量增加4.64%、3.22%， 60cm土層減少4.93%、13.92%，90cm土層減少7.48%、13.77%。處理T1、T2與對(duì)照CK在60cm土層的硝態(tài)氮淋失量最小，處理小于CK，且處理T2小于處理T1；30cm土層，盡管處理T1、T2較對(duì)照淋失量增加，但在30cm以下與60cm以上的土層中得到儲(chǔ)存，所以60cm土層的硝態(tài)氮淋失量減小。60cm與90cm土層淋失量大小均表現(xiàn)為CK>T1>T2，其中90cm土層的CK的淋失量最大。30cm 土層硝態(tài)氮淋失量，T1、T2與CK相比沒(méi)有達(dá)到顯著性差異(P<0.05，下同)；60cm土層，T1與CK未達(dá)到顯著差異，T2與CK達(dá)到顯著差異；90cm處，T1、T2與CK相比均達(dá)到顯著差異；60cm和90cm土層處，T2與T1之間均達(dá)到顯著差異。以上結(jié)果表明，增施豬糞可以減少了稻田深層土壤硝態(tài)氮淋失量，在小于9000kg/ hm2情況下，施用量增加，硝態(tài)氮淋失量減小。

圖2 水稻生育期內(nèi)硝態(tài)氮淋失總量Fig.2 The total leaching losses of nitrate nitrogen in the rice growth period

2.2 不同生育階段硝態(tài)氮淋失量及變化特征

稻田不同時(shí)間段的硝態(tài)氮淋失量比例見(jiàn)表1。可以看出， 5月30日與6月12日的硝態(tài)氮淋失量比例明顯高于其它時(shí)期，6月12日最高，8月23日與9月25日的淋失量比例明顯低于其它時(shí)期。5月16日至6月12日是稻田硝態(tài)氮淋失關(guān)鍵時(shí)期，占總淋失量的50.11%—58.70%。主要原因是在水稻生長(zhǎng)前期，對(duì)養(yǎng)分的需求較弱，但此時(shí)80%的肥料已經(jīng)施入稻田，土壤氮素盈余較多，引起硝態(tài)氮淋失量增加；后期淋失量比例低的原因是土壤殘留減少和曬田因素。

表1 不同土壤深度硝態(tài)氮淋失量比例/%

T1：常規(guī)施肥條件下施用4500kg/hm2Tradition fertilization with swine manure of 4500kg/hm2;T2：常規(guī)施肥條件下施用9000 kg/hm2Tradition fertilization with swine manure of 4500kg/hm2

稻田不同土層各處理的硝態(tài)氮淋失量變化情況見(jiàn)圖3。在30cm土層，硝態(tài)氮峰值出現(xiàn)在分蘗前期(6月12日)；T1、T2的淋失量高于CK(P>0.05，下同)；泡田至緩苗期(5月30日)CK的淋失量明顯高于T1、T2；分蘗初期、拔節(jié)、抽穗、灌漿期(6月12日至8月23日)硝態(tài)氮淋失量是T1、T2高于CK；從灌漿末期到收獲期，3個(gè)處理間淋失量差異不明顯。可以看出，前15d(5月30日之前)豬糞對(duì)減少硝態(tài)氮淋失發(fā)揮了作用，中間時(shí)期(6月12日至8月23日)卻增加了流失量，后期(8月23日以后)失去作用，這種現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究。在60cm土層，硝態(tài)氮淋失高峰期出現(xiàn)在6月12日，與30cm土層表現(xiàn)一致；泡田至緩苗期， CK、T1、T2淋失量沒(méi)有顯著差異；分蘗期(6月12至26日)，CK的淋失量高于T1、T2；T2在6月26日淋失量高于T1外，其它均低于T1，反映T2對(duì)硝態(tài)氮的固持要好于T1；拔節(jié)孕穗至收獲(7月25日至9月25日)T1、T2與CK淋失量無(wú)差異。在90cm土層，硝態(tài)氮淋失高峰期出現(xiàn)在6月12日，與30cm和60cm土層表現(xiàn)一致，CK 的淋失量高于T1、T2，但與T1沒(méi)有顯著差異，僅與T2達(dá)到顯著差異；泡田期(5月16日)T1、T2大于CK；緩苗期(5月30日)CK大于T1、T2，但T1與CK未達(dá)到顯著差異；分蘗期(6月26日)T1、T2與CK達(dá)到顯著差異，T1、T2無(wú)明顯差異；拔節(jié)至抽穗期(7月25日)T2明顯低于CK與T1,但CK與T1沒(méi)有顯著差異；灌漿期(8月23日)，T1、T2明顯高于CK，但T1、T2沒(méi)有顯著差異；烤田期(9月25日)T1、T2與CK達(dá)到顯著差異?？梢钥闯觯麄€(gè)生長(zhǎng)期T1與T2硝態(tài)氮淋失有顯著差異出現(xiàn)在分蘗前期與拔節(jié)抽穗期，T2低于T1,其主要原因可能是中后期有機(jī)肥發(fā)揮了作用。上述分析表明，硝態(tài)氮淋失關(guān)鍵期是5月30日至6月26日，該階段T1、T2與CK相比，30cm土層淋失量增大，60cm和90cm土層淋失量減小，表明豬糞能夠儲(chǔ)存硝態(tài)氮，減少流失。

圖3 不同土層中硝態(tài)氮淋失量的時(shí)間變化Fig.3 The variation of the nitrate nitrogen leaching loss in the different soil layer

2.3 生育期內(nèi)硝態(tài)氮日平均淋失量

稻田硝態(tài)氮日平均淋失量見(jiàn)圖4?？梢钥闯觯?個(gè)土層的硝態(tài)氮日平均淋失量的變化情況相似，硝態(tài)氮日平均淋失量均是在5月30日至6月26日最大，進(jìn)一步表明該階段是淋失關(guān)鍵期；30cm土層的日平均淋失量變幅最大，90cm次之，60cm最小，最大值與最小值差距約10倍。30cm土層日平均淋失量是T1、T2大于CK，60cm與90cm均為CK大于T1、T2。處理不同時(shí)段的硝態(tài)氮日平均淋失量差異顯著性(P>0.05)證明了上述分析。淋失規(guī)律總體表現(xiàn)為前期多后期少，具體來(lái)說(shuō)是：分蘗前期是淋失高峰期，泡田期、拔節(jié)、抽穗和灌漿是次要時(shí)期，收獲期的淋失量最小。在不影響水稻對(duì)養(yǎng)分需求的前提下，建議采用減少前期施肥量、少量多次或施肥量適當(dāng)后移等措施，能夠控制和減少硝態(tài)氮淋失。

2.4 產(chǎn)量情況

從表2看，施用豬糞提高了水稻產(chǎn)量，與CK相比，增產(chǎn)效果明顯(P>0.05)；T1、T2的增產(chǎn)率分別是15.86%、12.85%。T1谷草比的降低，T2谷草比升高，差異不顯著(P>0.05)。T1、T2千粒重降低，與CK相比達(dá)到了顯著差異，處理之間差異不明顯。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，T1、T2增產(chǎn)的原因主要是畝穗數(shù)增加，后期的田間試驗(yàn)調(diào)查結(jié)果表明，對(duì)照28.6萬(wàn)穗，T1達(dá)到32.2萬(wàn)穗，T2達(dá)到31.5萬(wàn)穗?？梢?jiàn)有機(jī)肥對(duì)提高水稻有效分蘗有很大貢獻(xiàn)。

圖4 不同土層硝態(tài)氮淋失量日平均變化情況Fig.4 The variation of the average daily nitrate nitrogen leaching losses in the different soil layer

處理Treatment谷草比Ratioofgraintostraw千粒重/g1000-grainweight產(chǎn)量/(kg/hm2)Yield增產(chǎn)率/%YieldincreaseCK1.58a12.85b7470aT11.53a11.24a8655b15.86T21.60a10.85a8430b12.85

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，在寧夏黃灌區(qū)增施豬糞能夠減少稻田土壤硝態(tài)氮向深層淋失，T1、T2在60cm土層淋失量減少了4.93%、13.92%；90cm土層減少了7.48%、13.77%；而30cm土層增加了4.22%、3.64%。土壤硝態(tài)氮淋失量減少的原因一般認(rèn)為是施用豬糞后提升了土壤有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而改善了土壤理化性狀，提高粘粒及團(tuán)聚體的含量，增強(qiáng)了對(duì)硝態(tài)氮束縛能力，從而減少了淋失量[23- 24]。本試驗(yàn)T1、T2在60cm和90cm土層內(nèi)的儲(chǔ)存了較多硝態(tài)氮，反映施用豬糞能夠有效控制土壤硝態(tài)氮流失范圍，或者降低淋失速率；同時(shí)由于試驗(yàn)施用豬糞C/N(50.3)較大，激發(fā)土壤微生物利用和固定無(wú)機(jī)態(tài)氮，減少硝態(tài)氮濃度，降低了淋失量。

有機(jī)肥(豬糞)能夠提升土壤有機(jī)質(zhì)水平，在一定程度上固持土壤中暫時(shí)盈余的氮素，相當(dāng)于增大了土壤氮素的庫(kù)容。在土壤有機(jī)質(zhì)含量較低的情況下，對(duì)硝態(tài)氮的控制效果會(huì)更明顯。許多研究表明，土壤氮素淋失的控制是一個(gè)碳氮平衡過(guò)程，合適的碳氮比例有利于減少氮素流失，提高無(wú)機(jī)氮的利用效率。有機(jī)農(nóng)業(yè)也做不到完全避免硝態(tài)氮流失。盡管有機(jī)農(nóng)業(yè)的土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯較高，有較好的保肥性，可有效的減少氮素淋失，但仍存在淋失的可能性[25]。有機(jī)農(nóng)業(yè)的硝態(tài)氮流失水平低，對(duì)地下水環(huán)境潛在的負(fù)面效應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于集約農(nóng)業(yè)。為了消除有機(jī)肥污染問(wèn)題，美國(guó)科學(xué)家Adams指出畜禽糞便施用量應(yīng)該小于11. 2t/ hm2[26]。歐洲的一些報(bào)道也表明地下水中硝態(tài)氮并非僅來(lái)自化學(xué)氮肥，還有有機(jī)氮礦化和秋季施于農(nóng)田的家禽糞尿。

施用豬糞小區(qū)試驗(yàn)始于2008年，2010年測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(9次取樣的平均值)結(jié)果表明，30cm土層的CK、T1和T2的有機(jī)質(zhì)含量分別為11.53、13.08和13.64g/kg，處理與對(duì)照相比增加了13.4%和18.3%。依照傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，應(yīng)該是30cm土層處理比對(duì)照的硝態(tài)氮流失量低，但結(jié)果卻是差異不顯著。由于土壤硝態(tài)氮流失是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，土壤性質(zhì)、類(lèi)型、水分狀況等也是影響硝態(tài)氮流失的重要原因。寧夏銀南灌區(qū)灌溉排水量控制不合理，在下滲水流驅(qū)動(dòng)力作用下，易發(fā)生硝態(tài)氮淋失[27]。T1、T2與CK相比， 60cm和90cm土層的有機(jī)質(zhì)增幅更加明顯，最低17.4%，最高75.0%。寧夏引黃灌區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)偏低，施用有機(jī)肥和提升土壤有機(jī)質(zhì)的空間較大，但需要在施用量以及施用年限等方面進(jìn)一步研究。

樹(shù)脂芯法在觀測(cè)稻田土壤硝態(tài)氮淋失的主要優(yōu)點(diǎn)是提高了試驗(yàn)重復(fù)性，盡最大可能降低了土壤的擾動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度與精確度有較大提高，直接得到土層硝態(tài)氮淋失量，省去了估算環(huán)節(jié)。試驗(yàn)不足之處一是樹(shù)脂材料與土壤存在界面差異，擾動(dòng)了土壤水分及其溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這一點(diǎn)與真空抽取法和滲漏計(jì)法有共同之處，目前還沒(méi)有更的好辦法克服；二是由于管壁打孔數(shù)目有限，形成管內(nèi)外水分運(yùn)動(dòng)環(huán)境差異，對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果有影響；三是管子直徑小，沒(méi)有考慮到作物根系吸收硝態(tài)氮這一重要因素。

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Effect of nitrate nitrogen leaching of paddy field based on swing manure application in the Yellow River irrigation district of Ningxia

YANG Shiqi1,2, WANG Yongsheng3, XIE Xiaojun4,HAN Ruiyun1,2, YANG Zhengli1,2,*

1InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China2KeyLaboratoryofAgro-EnvironmentandClimateChange，MinistryofAgricultural，Beijing100081,China3SynthesisResearchCenterofCERN,KeyLaboratoryofEcosystemNetworkObservationandModeling,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China4CollegeofForestry,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China

The Yellow River irrigation district of Ningxia is an important agricultural area in North China, where the nitrate leaching and water pollution have been an increasing problem in recent year. Water in a number of drainage ditches is of Inferior quality, in which the main pollutants are nitrate and ammonium nitrogen. The concentration of ammonium is usually 20—30mg/L and can be much higher up to 70 mg/L in extreme cases, so that downstream water quality is severely affected. The proportion of total nitrogen and ammonia nitrogen from field was up to 61%—66% and 76%—81%, respectively. The concentration of nitrate nitrogen in about half of shallow groundwater was more than 10 mg/L. Content of soil organic matter, ranging from 9.2 to 14.5g/kg with the mean of 10.2 g/kg, was low; consequently it facilitates the loss of soil nutrient nitrate nitrogen. In this study, we investigated the effect of swine manure application in management of nitrate nitrogen leaching and improvement of soil organic matter in this area. The characters of nitrate nitrogen leaching in paddy fields in the Yellow River irrigation district of Ningxia were explored in the condition of swine manure application. The field experiment was conducted with 3 treatments: tradition fertilization without swine manure (CK), tradition fertilization with swine manure of 4500kg/hm2(T1)and tradition fertilization with swine manure of 9000 kg/hm2(T2). Nitrate nitrogen leaching rates were measured for 30, 60, 90 cm depth soil layer with a resin core absorption method. The results are shown as follows: (1) The treatments with swine manure application reduced the nitrate nitrogen leaching loss at 60 and 90 cm depth soil layers in the paddy field during rice growth period. The decreases were 4.93% (60 cm) and 13.92% (90 cm) for T1 vs. CK and 7.48% (60 cm) and 13.77% (90 cm) for T2 vs. CK. (2) In comparisons of the statistical significance of nitrogen leaching loss at the same soil layer between different treatments (P<0.05), the variations among T1, T2and CK were not significant at 30 cm depth. In the soil samples from 60 cm depth, T1and CK were not significantly different, while T2was significantly different from CK. Compared to CK, both T1and T2caused a significant reduction in nitrogen loss at 90 cm depth. Meanwhile, the difference between T1and T2were significant at 60 and 90 cm depth. Although the nitrate nitrogen leaching loss of T1and T2were higher than that of CK at 30 cm depth, the difference did not reach statistical significance among CK and T1and T2. (3) The nitrate nitrogen leaching loss was 13.61—17.77 kg/hm2(pure nitrogen) in different soil layers during rice growth period. The major loss accounting for 61.62%—72.84% of the whole growth period occurred during the time from rice transplantation to tillering, corresponding to the season from middle May to end of June, and the loss was obviously alleviated at the late stage of rice growth. (4) The rice yield in T1and T2was increased by 15.86% and 12.85%, respectively. Taken together, our study suggests that swine manure application is effective to prevent nitrate nitrogen leaching loss in the Yellow River irrigation district of Ningxia and beneficial to rice production as well.

the Yellow River irrigation district of Ningxia; swine manure application; nitrate nitrogen; leaching; resin core

環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201009017)

2012- 12- 27; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2014- 03- 04

10.5846/stxb201212271888

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shiqiyang@126.com

楊世琦，王永生，謝曉軍，韓瑞蕓，楊正禮.寧夏引黃灌區(qū)豬糞還田對(duì)稻作土壤硝態(tài)氮淋失的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(16):4572- 4579.

Yang S Q, Wang Y S, Xie X J, Han R Y, Yang Z L.Effect of nitrate nitrogen leaching of paddy field based on swing manure application in the Yellow River irrigation district of Ningxia.Acta Ecologica Sinica,2014,34(16):4572- 4579.