(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(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)來(lái)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(jìn)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(zhǎng)的主要脅迫因子，在水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(huì)限制水分的增產(chǎn)作用,水分供應(yīng)不協(xié)調(diào)也會(huì)使氮素資源浪費(fèi)，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(shí)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(huì)導(dǎo)致土壤鹽漬化、地下水污染等問(wèn)題。此外，再生水中的重金屬會(huì)隨灌溉進(jìn)入稻田，導(dǎo)致土壤重金屬含量過(guò)高，可能會(huì)影響作物生長(zhǎng)，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(duì)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(píng)價(jià)，但對(duì)于大量再生水連續(xù)灌溉條件下氮素淋失的評(píng)價(jià)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(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年在浙江省永康市舟山鎮(zhèn)試驗(yàn)基地內(nèi)的水稻試區(qū)進(jìn)行，該試驗(yàn)區(qū)位于浙江省中部丘陵地區(qū)，屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)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?jǐn)?shù)分別為34.400mg/kg、128.000mg/kg、10.742mg/kg和3.173mg/kg，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.97%，pH值為5.56。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大田實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)9個(gè)灌溉處理方式，每個(gè)灌溉處理方式設(shè)置3個(gè)重復(fù)區(qū)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)采用智能化灌溉系統(tǒng)，通過(guò)3座簡(jiǎn)易潛水泵提水灌溉，灌溉時(shí)由遠(yuǎn)傳水表測(cè)定每個(gè)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(yàn)小區(qū)布置見(jiàn)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(jì)規(guī)模為400m3/d的生活污水處理站，為本項(xiàng)目的農(nóng)村生活污水水源，處理工藝采用二級(jí)生物處理工藝(一級(jí)處理為常規(guī)工藝，二級(jí)處理采用改良A2O工藝)，出水水質(zhì)達(dá)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(jiàn)表1。各個(gè)生育期嚴(yán)格控水，水位下降至下限即進(jìn)行補(bǔ)水，若遇暴雨超過(guò)蓄雨上限即進(jìn)行排水。田間水位控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表1 灌溉水質(zhì)平均指標(biāo)情況

表2 水稻水位控制標(biāo)準(zhǔn) 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(zhǎng)勢(shì)繁茂，分蘗能力強(qiáng)，劍葉短，無(wú)芒，著粒密，二次灌漿明顯，生長(zhǎng)整齊一致，后期青稈黃熟，轉(zhuǎn)色較好。目前已在多個(gè)地區(qū)推廣。

1.3 測(cè)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(duì)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(huì)增加銨態(tài)氮流失風(fēng)險(xiǎn)。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(fù)荷減少86.8%，而銨態(tài)氮負(fù)荷減少19.3%。因此，使用污水廠改進(jìn)工藝處理的再生水灌溉有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

b.在整個(gè)水稻生長(zhǎng)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(gè)時(shí)期銨態(tài)氮負(fù)荷占總負(fù)荷的49.1%～69.9%，硝態(tài)氮占總負(fù)荷的42.3%～73.6%。因此，水稻稻田地下水污染的關(guān)鍵時(shí)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(gè)生長(zhǎng)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(shuō)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(yàn)灌溉模式為漫灌模式，提高了蓄雨上限，試驗(yàn)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(yàn)時(shí)間有限，未能開(kāi)展長(zhǎng)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(duì)稻田的影響還有待進(jìn)一步研究。