何孝光，陳立冬，李志強，鄧彬彬，楊傳清

(1.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225127；2.張家港市長江防洪工程管理處，江蘇 蘇州 215600)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理的施肥是造成農(nóng)業(yè)面源污染的重要原因之一。秸稈還田條件下的水肥耦合不僅解決了秸稈的資源化利用，減少因秸稈焚燒對環(huán)境的污染，同時可以減少總氮流失和提高氮素利用水平?，F(xiàn)有研究基本探明了秸稈還田對作物生長、產(chǎn)量形成的影響[1- 3]以及改良土壤的重要作用[4- 5]，得到了秸稈還田結合實地氮肥管理可提高氮收獲指數(shù)、氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥生理利用率和氮肥生產(chǎn)力的結論[6]，同時認為小麥秸稈還田可明顯的減穗、改善稻米的蒸煮食味品質(zhì)以及提高氮肥利用率，水稻氮肥的利用效率受不同灌溉模式及氮肥水平的影響較大[7- 9]，在優(yōu)化肥料施用的處理下，可提高氮肥的偏生產(chǎn)力、利用率和農(nóng)學效率等指標[10]。

本文通過盆栽試驗，研究秸稈還田條件下水肥耦合對總氮流失和氮素利用的影響，尋找最佳的水肥耦合方案，為合理制定農(nóng)業(yè)灌溉制度、施肥方案提供參考依據(jù)，進而達到節(jié)省水肥、減少農(nóng)業(yè)活動對環(huán)境的污染、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

盆栽試驗位于揚州大學農(nóng)水試驗場人工栽培室，試驗場地屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，多年平均溫度為14.8℃、日照時數(shù)2140h、降水量1020mm、無霜期220d。試驗土壤為沙壤土，其中土壤中有機質(zhì)含量為1.12%，速效磷含量為8.513mg/kg，總磷含量為0.775g/kg，堿解氮含量為14.274mg/kg，總氮含量為0.526g/kg，土壤肥力中等，供試水稻品種為揚梗9538。

盆栽試驗采用塑料圓桶，圓桶上口直徑為35cm、桶底直徑為25cm、桶高30cm。試驗塑料桶底部安設16mm直徑水平透水管道排水，排水管包裹透水土工布，上鋪10～20mm厚細沙，裝滿試驗土壤。排水出口固定于桶壁，并安裝塑料球閥用于排水控制。

1.2 試驗設計

試驗設3個試驗因子，分別為還田秸稈、土壤水分和施氮量。其中施N(純氮)水平為324、270、216kg/hm2；秸稈還田量S水平為0、4200、6000kg/hm2；水分脅迫W水平為分蘗后期水分脅迫、分蘗后期和結實后期水分脅迫、正常水分處理。選用L9(34)正交組合，具體正交情況如下表1，共9個處理，各處理3次重復，對照1組。

試驗管理措施除水分、養(yǎng)分、秸稈還田措施外，其它與普通大田農(nóng)業(yè)管理保持一致。對照區(qū)不施肥，其他處理相同。6月中旬插秧，至10月上、中旬收割。

試驗施肥比例采用基肥(40%)、分蘗肥(20%)、拔節(jié)肥(40%)，將土壤與基肥混勻后裝入試驗桶內(nèi)，稍加壓實；接著進行灌水泡土，持續(xù)時間為3d；然后按每盆3株，將秧田內(nèi)秧苗移栽至試驗桶內(nèi)，所有處理根據(jù)實際要求，均用相同的磷、鉀肥做底肥。運用快速測定儀在水稻生產(chǎn)期間測定土壤含水量，同時按照試驗設計要求進行控制灌水。試驗方案見表1。

表1 試驗方案(盆栽)

1.3 測定內(nèi)容與方法

為探明在秸稈還田條件下，水肥耦合對氮素利用和總氮流失的影響，本次試驗主要針對秸稈總氮含量、試驗后土壤總氮含量和水樣總氮含量以及產(chǎn)量進行了測定。

其中秸稈總氮含量采用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法測定，土壤總氮含量采用開氏消煮-靛酚藍比色法測定，盆栽測桶排水總氮含量采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定(取樣時間為8月15日、8月18日、8月25日、9月18日)。

2 結果分析

2.1 秸稈還田下水肥耦合對氮素利用的影響

2.1.1秸稈還田水肥耦合對氮素利用率的影響

(1)對植株氮素積累的影響

試驗結果見表2，可以看出在施肥量和秸稈還田量保持不變的前提下，隨著水分脅迫程度的增加，水稻單位植株總氮含量也隨之增加(W2>W1>W3)，根據(jù)試驗結果分析，輕微的水分脅迫有助于水稻植株氮素的積累，但是在灌水量過多時，可能會抑制水稻氮素的積累，主要原因是土壤水分較多時，不利于氣體更新，抑制了水稻根呼吸，降低根系活性，抑制氮素的吸收。表2影響分析可以看出，施肥量的適度提高對水稻單位植株氮素積累有一定的促進作用，但是增幅效果不明顯。根據(jù)試驗結果顯示，在組合S1N1W2情況下，水稻單位植株總氮含量達到最高。

通過方差分析見表3可知，水稻單位植株氮素積累量與秸稈還田量、施肥量和水分控制相關性不顯著。

表2 不同因素對水稻單位植株總氮含量的影響

表3 不同因素對水稻單位植株總氮含量影響的方差分析

注：方差分析中P<0.05為顯著水平、P>0.05為不顯著水平、P<0.01為極顯著水平，下同。

(2)對氮肥吸收利用率的影響

在合理的肥料施用范圍內(nèi)，隨著氮肥施用量的增加，水稻氮素的吸收利用率呈現(xiàn)增加趨勢，但當施肥量超過一定范圍時(270kg/hm2)，水稻的氮素吸收利用率呈現(xiàn)出下降的趨勢，由此可見，施肥量的適度增加有利于提高水稻氮素吸收利用率，見表4。秸稈還田對水稻氮素吸收利用有一定的促進作用，但當秸稈還田量超過4200kg/hm2后，水稻氮肥的吸收利用效率增長較慢，原因是過量秸稈還田后，在微生物作用下大量的氮素用于秸稈的腐解，導致土壤中氮素下降，從而降低水稻植株對氮素的吸收利用。可見秸稈還田技術有利于水稻氮素的積累，適當?shù)慕斩掃€田量有利于提高生產(chǎn)效率。適度的水分脅迫對水稻氮肥吸收利用有提高作用，過度的水分脅迫則不利于水稻氮肥吸收利用率的提高。

表4 不同因素對水稻氮肥吸收利用率的影響

根據(jù)方差分析見表5，水稻的氮肥吸收利用率與秸稈還田量、施肥量呈極顯著相關關系，與水分控制呈顯著相關關系，由此可見，水稻氮素吸收利用率受秸稈還田量、施肥量和水分控制影響較大。在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，合理有效的運用灌溉措施、耕作方式及植物營養(yǎng)措施可提高肥料的吸收利用。試驗結果表明，水稻的氮肥吸收利用率在處理秸稈還田量(6000kg/hm2S3)、施肥量(270kg/hm2N2)、水分控制(分蘗后期水分脅迫W1)組合下達到最高。

表5 不同因素對氮肥吸收利用率影響的方差分析

2.1.2秸稈還田水肥耦合對氮素利用率的影響

根據(jù)影響分析見表6可知，水稻氮肥農(nóng)學利用率在適度的水分脅迫下可提高，但是在水分脅迫嚴重時，則抑制氮肥農(nóng)學利用率的提高。在適度的施肥范圍內(nèi)，隨著施肥量的增加，水稻氮素的農(nóng)學利用率呈增加趨勢，但是當施純氮超過一定范圍時(270kg/hm2)，水稻氮肥的農(nóng)學利用率出現(xiàn)下降，且幅度較大。適度的秸稈還田對水稻氮肥農(nóng)學利用率的提高有促進作用，但是當秸稈還田量超過4200kg/hm2時，水稻氮肥的農(nóng)學利用效率呈下降趨勢，這是因還田秸稈量過大時，在秸稈腐殖質(zhì)化過程中微生物需消耗過量氮素，產(chǎn)生“微生物掘氮效應”。試驗結果表明，在組合S2N2W1條件下，氮肥的農(nóng)學利用率比較高。各因素對氮肥農(nóng)學利用率影響的方差分析結果表明見表7，施肥量、秸稈還田、水分控制對氮肥農(nóng)學利用率作用顯著。

表6 不同因素對氮肥農(nóng)學利用率的影響

表7 不同因素對氮肥農(nóng)學利用率影響的方差分析

2.1.3秸稈還田下水肥耦合對氮肥偏生產(chǎn)力的影響

根據(jù)影響分析結果見表8可知，氮肥偏生產(chǎn)力隨著施肥量的增加呈現(xiàn)下降趨勢，且施肥量越大，下降趨勢越明顯，呈現(xiàn)極顯著水平，同時可以看出，適當?shù)慕档头柿系氖┯昧?，可以有效的提高產(chǎn)量與施肥的經(jīng)濟效益。另外，根據(jù)水分控制分析結果可以看出，水分脅迫程度降低，可提高氮肥的偏生產(chǎn)力，而秸稈還田與氮肥偏生產(chǎn)力的相關性不顯著見表9。在S2N3W3處理下，氮肥偏生產(chǎn)力達到最高，且肥料投入和產(chǎn)出比達到最高。

表8 不同因素對氮肥偏生產(chǎn)力的影響

表9 不同因素對氮肥偏生產(chǎn)力影響的方差分析

2.1.4秸稈還田下水肥耦合對土壤總氮含量的影響

見表10氮肥施用量從216kg/hm2增加到324kg/hm2時，可有效提高土壤的總氮含量。土壤的總氮含量隨秸稈還田量增加而提高，可是影響并不顯著，但秸稈可通過腐爛、降解等方式，可以有效的提高農(nóng)田土壤的有機質(zhì)含量，提升了土壤的肥力。在合理的水分管理范圍內(nèi)，充分的灌溉條件下，有利于秸稈腐殖質(zhì)化與土壤總氮含量的提高。通過方差分析見表11，土壤總氮含量與水分控制和施肥量相關性呈現(xiàn)顯著水平，而與秸稈還田的相關性不顯著。

在處理秸稈還田量(6000kg/hm2S3)、施肥量(324kg/hm2N1)、水分控制(正常處理W3)組合下，土壤中總氮含量最高，說明高量施肥、高量秸稈還、充分供水條件下，有利于土壤總氮的積累，從而提高土壤的肥力。

表10 不同因素對土壤總氮含量的影響

表11 不同因素對土壤總氮含量影響的方差分析

2.2 秸稈還田下水肥耦合對總氮流失的影響

對測桶排水定期取樣的水質(zhì)測定結果表明，不同因素水平對總氮流失影響排序為：施N量，N3>N1>N2；秸稈還田量，S1>S3>S2；水分控制，W3>W1>W2。在無秸稈還田條件下，土壤中總氮的排出量受植物吸收及植物固氮能力影響，肥料施用以后，土壤中總氮含量明顯增加，依據(jù)前期排水測量結果顯示，水體中總氮含量也隨之增加，隨著水稻生長的需要，土壤中氮素被植物吸收，排入水體中總氮含量也相應降低，在后期的排水總氮檢測中，由于植物吸收氮素含量的減少，同時隨著土壤總氮的釋放，水體中總氮含量會出現(xiàn)一定程度的上升，最終水體中總氮含量將穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。土壤總氮流失量變化呈先多后少的趨勢，并逐漸趨于平穩(wěn)。

根據(jù)影響分析見表12，在秸稈還田量(0kg/hm2S1)、施肥量(216kg/hm2N3)、水分控制(正常處理W3)組合下，試驗水樣總氮含量最高，而在處理秸稈還田量(4200kg/hm2S2)、施肥量(270kg/hm2N2)、水分控制(分蘗后期、結實后期水分脅迫W2)組合處理下，水樣中總氮含量達到最低，分析認為在保持中等施肥量、部分秸稈還田以及分蘗后期、結實后期水分脅迫條件下，氮素的利用相對較高，且水體的總氮含量也相對較低。

表12 不同因素對水樣總氮含量的影響

3 結論

(1)在合理的施肥范圍內(nèi)，水稻氮肥吸收利用率隨著施肥量和秸稈還田量的增加而增加，同時輕度的水分脅迫有利用水稻氮肥吸收利用；在秸稈全量還田下，土壤總氮含量達到最高；中等秸稈還田量及施肥量水平、分蘗后期及結實后期適當水分脅迫有利于減少土壤總氮流失量。

(2)綜合考慮氮肥利用率和土壤總氮流失，中等秸稈還田量、施肥量(270kg/hm2)和分蘗后期水分脅迫組合為秸稈還田下的水稻最佳水肥耦合方案。研究對從源頭控制氮肥面源污染，實現(xiàn)水稻生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和區(qū)域水環(huán)境保護具有重要意義。

(3)由于本試驗是屬于盆栽試驗，試驗結論受空間和土壤類型的限制，具有一定的局限性，應進一步考慮在田間進行試驗對比分析。