馬艷寶，童菊秀，馬 越，劉 聰

（1.中國地質大學（北京）地下水循環(huán)與環(huán)境演化教育部重點實驗室，北京100083；2.中國地質大學（北京）水資源與環(huán)境學院，北京100083）

0 引言

隨著現(xiàn)代農業(yè)的不斷發(fā)展，對尿素的需求量不斷增長，但研究發(fā)現(xiàn)過多的尿素投入并不會提高農作物的品質，還會造成資源浪費與環(huán)境污染等問題[1,2]。且我國農業(yè)發(fā)展面臨水資源供求矛盾的挑戰(zhàn)，灌溉水利用率較低[3,4]。近幾十年來國內外學者越來越重視施氮量與灌溉量對農作物生長的影響，有學者研究了不同灌溉方式與施氮量時，土壤中無機氮及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的濃度分布[5]。在中國江漢平原，減少氮肥施用量能顯著降低總氮（TN）與總磷（TP）的淋失，并維持或提高水稻產量[6]。有人基于15N 示蹤方法，分析了不同水肥處理下氮素在稻田中的時空分布、運移、揮發(fā)及淋溶損失規(guī)律[7]，但其取樣間隔時間太長，沒有詳細地分析氮素分布規(guī)律。已有的研究大多分析不同水氮處理對作物產量、氮素利用及經濟效益的影響[8-12]，較少對土壤水與地表水中氮素的分布規(guī)律以及氮素運移過程進行詳細描述。因此，本文選取不同灌溉水量與不同施氮量時的5塊裸田，在每次施氮后進行密集取樣，詳細分析不同田塊中地表水與土壤水中氮素濃度隨時間的變化規(guī)律，并根據(jù)水稻的對氮素吸收的特性，在種植水稻前選定了適宜當?shù)氐乃使芾砟Ｊ?，此研究可為當?shù)毓?jié)水灌溉與農業(yè)面源污染防治提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本概括

試驗于2020年10-12月在湖北省荊門市武漢大學農谷試驗研究基地進行。試驗區(qū)位于東經112°47′～112°58′、北緯30°42′～31°05′之間的鄂中地區(qū)，地勢東北高、西南低，該地屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16.3 ℃，平均降雨量為1 112.4 mm，溫暖多雨，相對濕度為77%，全年日照時數(shù)約為1 873.2 h，全年蒸發(fā)量1 339.2 mm 左右，試驗區(qū)基本理化性質見表1。

表1 試驗區(qū)土壤的基本理化性質

1.2 試驗設計

圖1 為試驗區(qū)5 塊農田的總體布置圖，田中均未種植水稻，每塊田塊大小為15 m×7 m，試驗田間用混凝土隔開，田埂高20 cm，氮肥種類為尿素（總氮含量＞46%）。田1 與田5采用當?shù)剞r民推薦的田間施氮量（613.2 kg/hm2），其余三塊田則減少30%的施氮量（429.3 kg/ hm2）。田1～田3 采用當?shù)爻Ｒ?guī)灌溉量（約11 139 m3/hm2），田4 與田5 采用干濕交替節(jié)水式灌溉，灌水量較常規(guī)式灌溉約減少22.9%（約8 587.5 m3/hm2）。除了田2 的兩次施肥比為8∶2 外，其余四塊田均為6：4，試驗田第一次施氮肥時間為2020年10月3日，第二次施氮肥時間為2020年10月19日，在地面無積水后施氮肥，施氮量及灌溉總量見表2，試驗期間平均溫度與各田塊補給水量隨時間的變化見圖2。試驗從第一次施氮肥灌水后的第1 d 開始，在曬田前田塊1～田3 一直處于淹水狀態(tài)，田塊4 至田5 處于干濕交替的狀態(tài)，田塊1～田5 從第23 d 開始曬田，曬田后都采用干濕交替灌溉。根據(jù)水稻根系分布特征，本研究在0～30 cm處取土壤水樣，分3層為0～10、10～20和20～30 cm[13,14]。

表2 各田塊施氮量及灌溉總量

1.3 水樣的收集與測量

田間地表水樣用60 mL注射器進行抽取，土壤水樣用PVC取樣管A、B 和陶土頭取樣裝置獲取，具體構造見圖3，取樣時間間隔在曬田前為1～2 d，曬田后為7～10 d，所取水樣為了保證數(shù)據(jù)的準確性要在24 h 內測定完，測定前通過真空抽濾裝置用孔徑為0.45μm 的濾膜將水樣中的懸浮物雜質濾除，再添加相應化學試劑進行測量，水樣檢測方法見表3。

表3 水樣檢測方法

PVC 取樣管A 與B 結構一致，分別在各田塊中的位置不同。在圖3（a）中，PVC 取樣管頂部與底部均帶有堵帽，防止管底水與雨水滲漏進去，上堵帽處鉆有直徑6 mm 的小孔，將6 mm 粗的軟管深入PVC 管內，一直延伸到底部，在距PVC管底部約5～8 cm 的管壁上均勻鉆取三排直徑約為3 mm 的小孔，取樣時通過使用60 mm 注射器抽取軟管來抽取進入PVC管內的土壤水。圖3（b）中的陶土頭是一種專業(yè)的取土壤水裝置，通過壓力泵使負壓瓶內形成負壓，從而使土壤水通過陶土頭進入負壓瓶中，在試驗開始的前一周時將PVC 自制管與陶土頭預埋到田間相應的位置，之后田內保持自然狀態(tài)。

2 結果與分析

2.1 地表水三氮濃度變化規(guī)律

在第一次施氮肥后的16 d 進行第二次施氮肥，第二次施氮肥1 d 后地表水濃度就明顯增大，第3 d 時達到峰值，隨后開始下降。田2 由于第二次施氮量很小，故地表水濃度增加較小，在第二次施氮肥后減少灌溉量，田1～田5 地表水中濃度都比第一次施氮肥要高。田5 中地表水濃度依然大于田1，雖然田3 灌溉量大于田4，但田3 的濃度在第17 d 與18 d 卻高于田4，這是田4 在這兩天的硝化作用比田3強而導致的。

由圖4（b）可見，在第一次施氮肥后3 d 內，田1～田5 中地表水濃度沒有明顯變化，遠低于此時地表水濃度，隨后濃度不斷增大，在第7 d 達到峰值，之后開始下降，在第15 d的時候田1～田5的地表水濃度下降變慢，這是由于12 d 與14 d 灌水量減小，減小了氮素的稀釋與淋溶作用，同時增強了硝化作用。田4 與田5 灌溉量小，降低了的淋溶作用，同時地表水濃度較高，田間的干濕交替狀態(tài)導致硝化作用強烈，所以地表水濃度較高，同理田4 地表水濃度高于田3。田1 與田2 中地表水濃度較小，田塊大多時候處于淹水狀態(tài)，不利于硝化作用，因此地表水濃度較小。

由圖4（c）可見，在第一次施氮肥后5 d 內，由于地表水濃度較小，地表水和未分解的有機氮占總氮的大部分，隨著氮素的流失，各田塊地表水TN 的濃度不斷降低，接著由于地表水濃度快速增大，各田塊地表水TN濃度略增大，之后隨著地表水與濃度的不斷降低，各田塊地表水TN 的濃度也不斷降低。第二次施氮肥由于減少了灌溉量，各田塊地表水TN 濃度急劇增高，田2 施氮量最少灌溉量最多導致濃度上升的很小，各田塊峰值出現(xiàn)的時間與地表水出現(xiàn)的峰值較為接近，隨后濃度不斷降低。在曬田后，各田塊地表水的濃度很低，地表水TN主要由組成，故灌水后地表水TN 濃度增大，田5 地表水濃度最高，因此其地表水TN濃度也最高。

2.2 土壤水三氮濃度變化規(guī)律

2.2.1

2.2.2

2.2.3 TN

各田塊不同深度土壤水TN 濃度隨時間的變化規(guī)律如圖7所示。在圖7（a）中，第一次施氮肥后23 d 進行曬田，之后各田塊10 cm 深度處土壤水TN 濃度與濃度隨時間的變化規(guī)律相似，在曬田后田5 土壤10 cm 處的TN 濃度大于田4，在大約40 d 后，田4 中土壤10 cm 處TN 濃度又大于田5，這與田4～田5 在10 cm 深度處的濃度變化一致，可見曬田后，含量在TN 中占主要部分。由圖7（b）～圖7（c）所示，在23 d 曬田前，各田塊20 cm 與30 cm 深度處的TN 和濃度變化的總體趨勢一致，每次施氮肥后濃度都會增加，不同的是，田5 在20 cm 深度處的TN 濃度要大于田1，而濃度卻低于田1，濃度差別不大，可能是田5中含有較多的有機氮。在曬田后，土壤吸附的轉化為，因此增加了土壤水中的TN 濃度，在曬田后減少灌溉量后，TN 下降趨勢變緩，甚至田3～田5 中20 cm 和30 cm 處的TN 濃度略微增加，可見各田塊在曬田后20 cm 和30 cm 處的TN與濃度變化趨勢大致上相似。

3 結論

（3）在曬田前，各田塊20 cm 和30 cm 深度處土壤水的TN濃度變化趨勢與相似，是TN 的主要成分。在曬田后，各田塊地表水與不同深度土壤水中濃度較低，土壤水與地表水的TN 的變化趨勢與相似，是TN的主要成分。

（4）在進行施氮肥灌水時應盡量避開強降雨天氣，在當?shù)剡M行稻田種植時，預期田4的水肥模式是最好的處理方式。