茅和平，高 叢，郭金福

(三和農(nóng)業(yè)灌排工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 無(wú)錫 214072)

1 實(shí)驗(yàn)背景

水稻是我國(guó)南方的主要農(nóng)作物，它以耗水、耗肥為主要特點(diǎn)，占我國(guó)農(nóng)業(yè)總耗水量的65%以上。水稻內(nèi)水分中含有大量氮元素，水稻種植排水容易導(dǎo)致農(nóng)作物氮肥流失，引起農(nóng)業(yè)面源污染。因此，如何有效避免水稻農(nóng)業(yè)面源污染，提高水稻的水肥利用率，是水稻高效、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的主要研究課題。目前，我國(guó)對(duì)水稻節(jié)水增效、減污灌溉實(shí)驗(yàn)研究較多，但對(duì)南方降雨量較多情況下，稻田作為一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)兼顧節(jié)水、增效、減污、灌溉的綜合技術(shù)分析較少。因此在總結(jié)間接灌溉的基礎(chǔ)上，開(kāi)展水稻旱澇交替脅迫實(shí)驗(yàn)，對(duì)原有灌溉節(jié)水技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，嚴(yán)格控制田間水層指標(biāo)，使灌溉方式更適用于南方的氣候條件，提高我國(guó)南方水肥利用率等方面的研究工作具有十分重要的意義。本文以南方典型丘陵地區(qū)的水稻田區(qū)作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，針對(duì)節(jié)水增效減污灌溉技術(shù)改進(jìn)后的水肥利用率、雨水利用率、面源污染控制水平等進(jìn)行研究。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間在2018年7-11月期間，試驗(yàn)研究田區(qū)選擇南方典型丘陵地區(qū)的水稻田區(qū)。一塊田區(qū)長(zhǎng)寬分別為12和6 m，在試驗(yàn)周圍布設(shè)側(cè)向防滲(磚砌體+2布1膜)，實(shí)驗(yàn)水稻選擇單季種植水稻，水稻種植土壤選擇當(dāng)?shù)仞ね粒叵滤穆裆钤O(shè)置為0.8 m。試驗(yàn)期間，水稻生產(chǎn)期的降雨量在459～513 mm之間，降雨量較多。

試驗(yàn)的灌溉技術(shù)和施肥方式分別為：

1) 灌溉技術(shù)。設(shè)置3個(gè)灌溉方式，常規(guī)灌溉用A1代表，間歇灌溉用A2代表，蓄雨間歇灌溉用A3代表。常規(guī)灌溉即為淹灌方式灌溉，具體的田間水層控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照當(dāng)?shù)鼐用袼痉N植習(xí)慣操作，蓄雨間接灌溉應(yīng)根據(jù)南方當(dāng)?shù)貧夂驐l件和水稻的種植特性，改變?cè)虚g歇灌溉方式，提高間歇灌溉泥層蓄雨深度，降低灌溉次數(shù)，提高水資源利用率，具體試驗(yàn)田區(qū)灌溉技術(shù)控制見(jiàn)表1。

2) 施肥方式。設(shè)置4種施肥方式，B1施肥方式為50%基肥+50%分蘗肥(2次施肥)，B2施肥方式為50%基肥+30%分蘗肥+20%拔節(jié)肥(3次施肥)，B3施肥方式為40%基肥+30%分蘗肥+20%拔節(jié)肥+10%穗肥(4次施肥)，B4施肥方式為50%基肥，其他肥料配比按照SPAD葉綠素儀實(shí)地觀測(cè)結(jié)果為肥料配比依據(jù)。施肥量標(biāo)準(zhǔn)采用浙江省的測(cè)土配方，純氮肥用量為225 kg/hm2，P2O5用量為100 kg/hm2，K2O用量為120 kg/hm2。實(shí)驗(yàn)按照自由組合方式，并設(shè)置對(duì)照組(常規(guī)灌溉+2次施肥)，共組合7個(gè)灌溉+施肥處理方式，每個(gè)處理方式重復(fù)3次，具體組合方式見(jiàn)表2。

表2 灌溉+施肥試驗(yàn)處理方式

2.2 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析方法

1) 水稻灌溉情況定額測(cè)定。在試驗(yàn)田區(qū)進(jìn)口位置安裝測(cè)量水表，對(duì)每次灌溉水量進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算水稻生長(zhǎng)階段的實(shí)際灌溉總用水量。試驗(yàn)田區(qū)滲漏水的測(cè)量使用稻田滲漏儀監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)田區(qū)土壤含水率使用土壤水分測(cè)定儀監(jiān)測(cè)。

2) 試驗(yàn)田區(qū)水樣采集和分析。按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在水稻生長(zhǎng)期田區(qū)灌溉時(shí)，采取灌溉水樣、排水水樣、滲漏水樣(滲漏液取樣器)，標(biāo)記時(shí)間和編號(hào)。試驗(yàn)所得水樣送至專業(yè)水質(zhì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，總氮、氨氮、硝氮含量檢驗(yàn)方法采用氣相分子吸收光譜法檢測(cè)，COD水平檢驗(yàn)方法用重鉻酸鹽法檢測(cè)，總磷檢驗(yàn)方法采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

3) 水稻產(chǎn)量測(cè)定和植株分析。試驗(yàn)田區(qū)水稻成熟以后，進(jìn)行植株采樣分析，采樣方法采用五點(diǎn)采集法，測(cè)量試驗(yàn)田區(qū)水稻產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同水肥處理方式對(duì)水稻灌溉定額影響

試驗(yàn)田區(qū)水稻灌溉定額按生長(zhǎng)階段分為水稻泡田定額階段和水稻本田灌溉定額階段。據(jù)分析，水稻泡田定額階段的主要影響因素是泡田前土壤含水量、泡田階段的氣候條件、泡田時(shí)間等，水稻泡田定額階段基本不受水肥處理方式影響。在水稻本田灌溉定額階段主要影響因素為灌溉方式，CK對(duì)照組在水稻本田灌溉定額階段的灌溉量為1 801.8 m3/hm2，水肥處理在水稻本田灌溉定額階段的平均灌溉量為1 091.0 m3/hm2，采用水肥處理后灌溉量降低了39.44%，水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)的平均灌溉量為1 085.5 m3/hm2，水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)的平均灌溉量為1 096.5 m3/hm2，不同的灌溉方式對(duì)水稻本田灌溉定額差異不明顯(P>0.05)。不同水肥處理方式下的灌溉定額見(jiàn)表3。

3.2 不同水肥處理方式對(duì)水稻產(chǎn)量影響

對(duì)不同水肥處理方式下水稻產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4顯示的結(jié)果可以看出，CK對(duì)照組水稻實(shí)際產(chǎn)量為8 239.8 kg/hm2，和其他水肥處理后水稻產(chǎn)量相比較低(P<0.05)；水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)的水稻實(shí)際產(chǎn)量為9 140.2 kg/hm2，水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)的水稻實(shí)際產(chǎn)量為9 040.9 kg/hm2，兩種不同灌溉方式對(duì)比差異較小(P>0.05)。 不同施肥方式對(duì)比，CK施肥方式的水稻實(shí)際產(chǎn)量明顯低于其他3種施肥方式，對(duì)比差異明顯(P<0.05)，4種施肥方式對(duì)比處理2、處理5(B3施肥方式)水稻實(shí)際平均產(chǎn)量最高，處理3、處理6(B4施肥方式)水稻實(shí)際平均產(chǎn)量次之，處理1、處理4(B2施肥方式)水稻實(shí)際平均產(chǎn)量靠后，但高于CK(B1施肥方式)水稻實(shí)際產(chǎn)量，但三者水稻實(shí)際產(chǎn)量對(duì)比差異不明顯(P>0.05)。通過(guò)采取一定水肥控制技術(shù)可以有效提高水稻小穗分化和增加結(jié)實(shí)率，增加水稻的實(shí)粒數(shù)和比重，最終增加水稻的實(shí)際產(chǎn)量，但對(duì)水稻的有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量影響較小。

表3 不同水肥處理方式下灌溉定額 /m3·(hm2)-1

表4 不同水肥處理方式下水稻產(chǎn)量

注：*,#,&等符號(hào)代表同一列數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)比差異明顯(P<0.05)。

3.3 不同水肥處理方式對(duì)水稻田區(qū)水資源利用率影響

不同水肥處理方式對(duì)水稻田區(qū)水資源利用率影響分析以水稻田區(qū)雨水資源利用率和水稻田區(qū)灌溉水分生產(chǎn)率這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，水稻田區(qū)雨水資源利用率是通過(guò)水稻生長(zhǎng)階段蓄積利用雨水的總量/總降雨量計(jì)算得出，水稻田區(qū)灌溉水分生產(chǎn)率是通過(guò)單位灌溉用水量/單位水稻產(chǎn)量計(jì)算得出，兩項(xiàng)指標(biāo)具體分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)的雨水利用率平均值為0.533%，水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)的雨水利用率平均值為0.566%，兩種灌溉方式的雨水利用率均高于CK雨水利用率(0.496%)，對(duì)比差異明顯(P<0.05)，水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)的雨水利用率高于水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)的雨水利用率，對(duì)比差異明顯(P<0.05)。

3.4 不同水肥處理方式對(duì)水稻田區(qū)面源污染物排放影響

稻田在生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)排水帶出的污染物是農(nóng)業(yè)面源重要污染源之一，水稻田區(qū)面源污染物排放量主要受總排水量和排水質(zhì)量濃度這兩方面因素影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水稻在整個(gè)生長(zhǎng)周期共排水5次。試驗(yàn)計(jì)算得出，水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)的總排水量為198 mm，水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)的總排水量為196 mm，這兩種灌溉方式的總排水量明顯低于CK的總排水量(207 mm),對(duì)比差異明顯(P<0.05)。分析不同水肥處理方式污染物含量(TN、COD、NO3-N、NH3-N、TP)見(jiàn)圖2。

圖1 不同水肥處理方式稻田水資源利用率

圖2 不同水肥處理方式稻田地表排水污染物流失量

圖2結(jié)果顯示，水肥處理1-6的TN、COD、NH3-N各平均含量低于CK(TN、COD、NH3-N)含量，分別為47.9%，18.5%和53.3%，對(duì)比差異明顯(P<0.05)，其污染物減少的主要原因是水肥處理后污染物質(zhì)量濃度降低；水肥處理1-6的NO3-N平均含量和CK對(duì)比不明顯(P>0.05)，其主要原因是氮肥主要采用尿素，尿素的主要成分是NH3-N，NH3-N轉(zhuǎn)化成NO3-N需要較長(zhǎng)時(shí)間，水中的氮肥多以NH3-N形式存在，所以其排出的含量比較大，NH3-N含量主要來(lái)自土壤，水中含量較少；水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)和水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)對(duì)比，蓄雨間歇灌溉方式除TP外，其他污染物排放量均降低，主要原因是增加了田區(qū)蓄雨深度和蓄雨時(shí)間，肥料利用率增加；4種施肥方式的污染物排放量對(duì)比，B1施肥方式(2次施肥)污染物排放量最大，B2施肥方式(3次施肥)污染物排放量最小。

水稻生長(zhǎng)期隨滲漏水流出的污染物也是農(nóng)業(yè)面源重要污染源之一，水肥處理1-6的滲漏水中TN，COD，NO3-N，NH3-N，TP各平均量相對(duì)于CK分別減排40.9%，50.1%，51.4%，59.3%和51.5%，對(duì)比差異明顯(P<0.05)。水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)滲漏水中TN，COD，NO3-N，NH3-N，TP各平均量相對(duì)于水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)分別減排12.3%，21.5%，15.1%，11.3%和33.9%，對(duì)比差異明顯(P<0.05)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同水肥處理方式稻田滲漏水污染物流失量

圖4 不同水肥處理方式稻田各污染物排放總量

水稻田區(qū)面源污染各污染物的排放總量見(jiàn)圖4。除TP總含量外，水肥處理1-6的TN，COD，NO3-N，NH3-N的各平均總排放量相對(duì)于CK減少47.8%，21.7%，4.5%和54.6%，差異明顯(P<0.05)；水肥處理4，5，6(蓄雨間歇灌溉方式)的TN，COD，NO3-N，NH3-N各平均量相對(duì)于水肥處理1，2，3(間接灌溉方式)分別減排43.3%，12.8%，4.9%和65.8%，對(duì)比差異明顯(P<0.05)；4種施肥方式的污染物排放量對(duì)比，B1施肥方式(2次施肥)污染物減排效果最差，B2施肥方式(3次施肥)污染物減排效果最好；實(shí)驗(yàn)田區(qū)水稻的TP排放主要受灌溉水量影響，受水肥處理方式影響較??；95%以上TN，92%以上COD，89%以上NO3-N，76%以上NH3-N，98%以上TP均來(lái)自地表排水。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上述試驗(yàn)分析，95%以上TN，92%以上COD，89%以上NO3-N，76%以上NH3-N，98%以上TP均來(lái)自地表排水；采用蓄雨間歇灌溉方式+三次施肥可以有效減少水稻種植灌溉用水，增加水稻產(chǎn)量、提高雨水的利用率，降低農(nóng)業(yè)面源污染。