華克驥，何軍,2，張宇航，賀天忠，邵強(qiáng)，趙樹君，張磊

不同灌溉和施肥方式對(duì)稻田土壤氮、磷遷移轉(zhuǎn)化的影響

華克驥1，何軍1,2*，張宇航1，賀天忠3，邵強(qiáng)3，趙樹君1，張磊4

（1.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156；4.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，鄭州 430046）

【目的】揭示不同灌溉和施肥方式對(duì)稻田土壤氮、磷遷移轉(zhuǎn)化的影響，尋求水稻適宜的水肥管理模式?！痉椒ā坑?019年6—9月在湖北省漳河灌區(qū)開展水稻測(cè)坑試驗(yàn)。設(shè)置4個(gè)處理：淹灌常規(guī)施肥（W1N1）、淹灌緩釋施肥（W1N2）、間歇灌溉常規(guī)施肥（W2N1）、間歇灌溉緩釋施肥（W2N2），每個(gè)處理重復(fù)3次，對(duì)各處理不同深度土層的滲濾液總氮（TN）、硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH+ 4-N）、總磷（TP）質(zhì)量濃度進(jìn)行化驗(yàn)分析。【結(jié)果】緩釋施肥（N2）條件下0～25 cm土層滲濾液的TN、NO3--N、NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度均高于常規(guī)施肥（N1）；淹水灌溉（W1）配施緩釋肥顯著提高了TN、NH+ 4-N質(zhì)量濃度（<0.05），而對(duì)NO3--N質(zhì)量濃度影響不大；各處理0～25 cm土層滲濾液的TP平均質(zhì)量濃度差異不顯著。TN、NO3--N垂向遷移呈明顯分層：25～40 cm為過渡淋失層、40～55 cm為快速淋失層、55～125 cm為緩沖淋失層、125～245 cm為穩(wěn)定淋失層。W1N2處理下，稻田淋失層滲濾液中NO3--N、NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度較高，分別為2.37、0.75 mg/L；N2條件下，NH+ 4-N、NO3--N平均質(zhì)量濃度均值較N1分別高29.0%～193.8%、3.7%～3.9%；W2模式較W1模式的NO3--N平均質(zhì)量濃度均值降低了12.5%～12.7%，而TP平均質(zhì)量濃度均值提高了29.2%～49.2%。【結(jié)論】淹灌緩釋施肥能夠較好地維持稻田吸收層的氮素水平，而對(duì)磷素的維持效果不如間歇灌溉緩釋施肥。緩釋施肥比常規(guī)施肥的氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)更大，間歇灌溉緩釋施肥可以降低氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)，但會(huì)增加磷素的淋失風(fēng)險(xiǎn)。

稻田；灌溉模式；施肥方式；土壤氮、磷滲濾液；淋失風(fēng)險(xiǎn)

0 引 言

【研究意義】水稻是我國(guó)的主要糧食作物，同時(shí)也是灌溉用水和化肥消耗量最多的作物[1]。當(dāng)前我國(guó)水稻的水分利用效率、氮利用效率、磷利用效率分別為30%～40%、35%～40%、5%～20%，明顯低于全球平均水平[2-4]。灌溉管理與化肥施用管理不協(xié)調(diào)通常會(huì)造成水肥資源利用效率低下、農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重等問題[5-6]，而適宜的水肥調(diào)控模式有望緩解此類問題，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐?！狙芯窟M(jìn)展】稻田間歇灌溉是一種可以提高稻田水氮利用效率的水分管理措施[7-8]，不僅可通過改變稻田水分狀況，減少氮、磷淋失量，降低農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)[9]，而且還可為水稻根系提供良好的氧分環(huán)境，提高水稻根系對(duì)磷的吸收[10-11]。緩釋施肥通過調(diào)控養(yǎng)分釋放速率，根據(jù)作物不同生育期所需養(yǎng)分特征釋放，延長(zhǎng)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用[12]。研究表明，相比常規(guī)施肥，緩釋施肥在實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)情況下還能有效降低氮素的流失風(fēng)險(xiǎn)[13-14]，提高水稻的氮、磷收獲指數(shù)和偏生產(chǎn)力[15]，且對(duì)稻田當(dāng)中磷素維持、淋失也會(huì)產(chǎn)生影響[16]。但不同灌溉和施肥方式對(duì)稻田氮、磷維持與淋失效應(yīng)尚不完全明確。【切入點(diǎn)】目前，研究人員對(duì)不同水肥互作模式下稻田滲濾液當(dāng)中的氮、磷維持及淋失情況的報(bào)道較少，現(xiàn)有研究普遍對(duì)稻田滲濾液的采樣深度分布范圍較廣而對(duì)空間連續(xù)性考慮不足[17-20]，為明確不同土層深度氮、磷遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，需進(jìn)一步研究較深且連續(xù)的土層。【擬解決的關(guān)鍵問題】鑒于此，本研究選取長(zhǎng)江中下游典型灌區(qū)開展水稻試驗(yàn)研究，探究不同水肥管理模式下稻田不同深度土層的滲濾液總氮（TN）、硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH+ 4-N）、總磷（TP）遷移轉(zhuǎn)化特征，以期為長(zhǎng)江中下游典型水稻種植區(qū)篩選適宜的水肥管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在湖北省灌溉試驗(yàn)中心站開展。灌溉試驗(yàn)中心站所處的湖北省荊門市漳河鎮(zhèn)卻集村（112°05′16″ E，30°54′23″ N）位于漳河灌區(qū)總干渠附近。該試驗(yàn)站屬南方丘陵地帶性氣候，土壤類型為黃棕壤，土壤有機(jī)質(zhì)量偏低。該地區(qū)的氣象條件和試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)如下：最高月平均氣溫27.7 ℃，最低月平均氣溫3.9 ℃，年平均無霜期260 d，年平均降水量947 mm，年蒸發(fā)量1 300～1 800 mm，年日照時(shí)間1 300～1 600 h；土壤pH平均值6.9，平均體積質(zhì)量1.45g/cm3，平均土壤孔隙率45.5%，全氮量0.03～0.17 g/kg，全磷量0.24～0.60 g/kg，速效磷量6.45～13.96 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年6—9月在測(cè)坑中進(jìn)行。測(cè)坑規(guī)格為2 m×2 m，深度3.0 m，其中底部為0.5 m厚砂石反濾層，并設(shè)有防雨棚。為防止測(cè)坑之間發(fā)生側(cè)滲、竄流，不同測(cè)坑間均采用混凝土澆筑隔開。試驗(yàn)處理考慮不同的灌溉模式：淹水灌溉（W1）和間歇灌溉（W2）與不同的施肥方式：常規(guī)施肥（N1）和緩釋施肥（N2）。共4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。

W1條件下的田間水層控制細(xì)則[21]：返青復(fù)苗、分蘗前期的灌前下限為10 mm，灌后上限為40 mm，分蘗后期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花、乳熟期灌前下限為20 mm，灌后上限為50～60 mm，黃熟期自然落干。W2條件下的田間水分控制細(xì)則[21-22]：各生育期的灌前下限為土壤飽和含水率的百分比：返青復(fù)苗（100%）、分蘗前期（85%）、分蘗后期（65%～70%）、拔節(jié)孕穗、抽穗開花期（90%）、乳熟期（85%）和黃熟期（65%）；灌后上限在返青復(fù)苗為30 mm，分蘗前及拔節(jié)孕穗期為40 mm，抽穗開花及乳熟期為70 mm，分蘗后期進(jìn)行曬田，黃熟期自然落干。

N1條件下的氮肥施用量180 kg/hm2（折純量，下同），共分2次施入，泡田期基肥施用50%碳酸氫銨（NH4HCO3），分裂期追肥50%尿素（CO（NH2）2）；磷、鉀肥均為一次性施入，磷肥（P2O5）施用115 kg/hm2，鉀肥（K2O）施用72 kg/hm2。N2條件采用氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）量及配比與N1條件相同的緩釋肥，于泡田期基肥時(shí)一次性施入。供試稻種為荃早優(yōu)絲苗，施肥水平及水稻品種均為參考當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1.3 樣品采集與測(cè)定

稻田滲漏液由測(cè)坑內(nèi)埋設(shè)的取樣設(shè)備收集，埋設(shè)深度為田面以下10、25、40、55、85、125、160、245 cm，利用負(fù)壓抽取相應(yīng)區(qū)間的滲漏液，定期在地下觀測(cè)室中采集稻田滲漏液（施基肥和追肥后1、3、5、7 d；N2條件無追肥，仍同時(shí)取樣對(duì)比）。本研究參考Mochizuk等[23]研究結(jié)論將0～40 cm視為稻田吸收層，對(duì)40 cm以下受水稻根系吸收作用影響較少且下滲風(fēng)險(xiǎn)較大的土層視為稻田淋失層。

TN質(zhì)量濃度采用堿性過硫酸鉀消解，紫外分光光度法測(cè)定（HJ 636—2012）；TP質(zhì)量濃度采用過硫酸鉀消解，鉬酸銨分光光度法測(cè)定（GB/T 11893—1989）；NO3--N質(zhì)量濃度采用紫外分光光度法測(cè)定（HJ/T 346—2007）；NH+ 4-N質(zhì)量濃度采用納氏試劑顯色，紫外分光光度法測(cè)定（HJ 535—2009）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理及圖形繪制采用Excel 2016完成；采用SPSS 26.0進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），采用Duncan方法進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田吸收層滲濾液TN、NO3--N、NH+ 4-N、TP質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)

各處理稻田吸收層滲濾液TN質(zhì)量濃度動(dòng)態(tài)變化如圖1（a）—圖1（c）所示。0～10、10～25、25～40 cm土層滲濾液TN質(zhì)量濃度變化范圍分別為3.20～13.63、2.26～8.19、2.28～10.44 mg/L。基肥施入后TN質(zhì)量濃度總體呈下降趨勢(shì)，W1N2處理0～25 cm土層滲濾液TN質(zhì)量濃度最高；各處理25～40 cm土層滲濾液TN質(zhì)量濃度相近。追肥后TN質(zhì)量濃度總體呈先降低后升高的趨勢(shì)（除W2N2處理外）；N1條件下0～10、10～25 cm土層滲濾液TN質(zhì)量濃度在追肥后3 d達(dá)到最低，分別為3.20、2.26 mg/L；W1N2處理的TN質(zhì)量濃度在追肥后5 d達(dá)到最低，分別為5.14 mg/L和2.90 mg/L。總體來看，W1N2處理能使TN質(zhì)量濃度維持在較高水平（追肥后25～40 cm土層除外）。

各處理0～10、10～25、25～40 cm土層滲濾液NO3--N質(zhì)量濃度變化范圍分別為1.11～6.17、0.44～5.72、0～6.06 mg/L（圖1（d）—圖1（f），各處理不同土層滲濾液NO3--N質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)相似，施入基肥后快速上升再緩慢下降，而追肥后大體呈相反的態(tài)勢(shì)（W2N2處理除外）?；适┤牒螅咎镂諏訚B濾液中W1N2處理的NO3--N質(zhì)量濃度高于其他處理，并在追肥后也保持較高水平；W1N1、W1N2處理和W2N1處理下的NO3--N質(zhì)量濃度在追肥后3 d達(dá)到最低；W2N2處理下的NO3--N質(zhì)量濃度在追肥后1 d達(dá)到最低。

各處理吸收層滲濾液NH+ 4-N質(zhì)量濃度動(dòng)態(tài)變化如圖1（g）—圖1（i）所示。0～10、10～25、25～40 cm土層NH+ 4-N質(zhì)量濃度分別在0～5.02、0～3.51、0～1.18 mg/L范圍內(nèi)。W1N2處理稻田吸收層滲濾液NH+ 4-N質(zhì)量濃度最高，而其他處理NH+ 4-N質(zhì)量濃度相近（25～40 cm土層除外）。N2條件下0～25 cm土層滲濾液NH+ 4-N質(zhì)量濃度均高于N1，表明施用緩釋肥可維持吸收層NH+ 4-N量在較高水平。

由圖1（j）—圖1（l）可知，各處理吸收層滲濾液TP質(zhì)量濃度在0～10、10～25、25～40 cm土層變化范圍分別為0.01～0.46、0～1.15、0～0.27 mg/L。吸收層滲濾液中各處理TP質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)相似，均在施入基肥20 d達(dá)最大值。

圖1 不同處理吸收層滲濾液氮、磷質(zhì)量濃度動(dòng)態(tài)變化

2.2 稻田吸收層滲濾液TN、NO3--N、NH+ 4-N、TP平均質(zhì)量濃度變化特征

各處理稻田吸收層的滲濾液TN平均質(zhì)量濃度隨著土層的加深總體趨于降低（圖2（a））。0～10、10～25 cm土層滲濾液中W1N2處理的TN平均質(zhì)量濃度分別為8.72 mg和6.15 mg/L，顯著高于其他處理。W2N2處理的TN平均質(zhì)量濃度略高于W1N1、W2N1處理（25～40 cm土層除外），但未達(dá)到顯著水平。

由圖2（b）可知，各處理稻田吸收層的滲濾液NO3--N平均質(zhì)量濃度無顯著差異（>0.05）。NO3--N較TN平均質(zhì)量濃度上下四分位數(shù)的箱體更長(zhǎng)，可能是由于稻田土壤總體呈還原條件，硝態(tài)氮易發(fā)生反硝化以致其變異性較大所導(dǎo)致。各處理的吸收層滲濾液中，W1N2處理NO3--N平均質(zhì)量濃度略高于其他處理；W1N2處理下0～10、10～25、25～40 cm土層的滲濾液NO3--N平均質(zhì)量濃度較W2N2處理分別高出了31.0%、29.8%、15.7%。

由圖2（c）可知，W1N2處理0～10、10～25 cm土層滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度分別為3.40、1.72 mg/L，顯著高于其他處理；W2N2處理在0～40 cm土層的滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度僅次于W1N2處理；W2N1處理下，NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度在0～10 cm和25～40 cm土層均低于W1N1處理，僅在10～25 cm土層略高于W1N1處理。

由圖2（d）可知，各處理吸收層滲濾液TP平均質(zhì)量濃度無顯著性差異（>0.05）。W2N2處理吸收層滲濾液TP平均質(zhì)量濃度分布在0.08～0.16 mg/L之間，總體高于其他處理，且該處理的上下四分位數(shù)之間的箱體最長(zhǎng)，表明W2N2處理可以長(zhǎng)期維持較高的土壤TP量；W1N1、W1N2處理和W2N1處理的箱體較短，數(shù)據(jù)分布較為集中。W1N1、W1N2、W2N1處理0～10 cm土層滲濾液TP平均濃度較W2N2處理分別降低69.7%、68.4%、28.6%。

注 箱型圖上下邊緣分別表示數(shù)據(jù)的75%和25%分位數(shù)，上下誤差線分別對(duì)應(yīng)90%和10%分位數(shù)，箱型圖上方不同小寫字母表示在0.05水平上有顯著差異，下同。

2.3 稻田淋失層滲濾液TN、NO3--N遷移特征

如表1所示，除W2N1處理外，各處理TN平均質(zhì)量濃度在25～40 cm與40～55 cm土層均無顯著差異；各處理NO3--N平均質(zhì)量濃度在25～40 cm與40～55 cm土層均無顯著差異；55～85 cm土層滲濾液TN平均質(zhì)量濃度與85～125 cm土層差異不顯著；55～85 cm土層滲濾液NO3--N平均質(zhì)量濃度與85～125 cm土層差異不顯著；各處理125～245 cm土層滲濾液TN和NO3--N平均質(zhì)量濃度相對(duì)穩(wěn)定，分別在2.12～2.75、1.41～1.86 mg/L范圍內(nèi)。

W1N2處理淋失層滲濾液NO3--N平均質(zhì)量濃度均值達(dá)2.37 mg/L，較W1N1處理高3.7%；W2N2處理NO3--N平均質(zhì)量濃度均值較W2N1處理高3.9%，表明緩釋施肥相較常規(guī)施肥存在一定程度的NO3--N淋失風(fēng)險(xiǎn)。W2N1處理淋失層滲濾液NO3--N平均質(zhì)量濃度均值較W1N1處理低12.7%；W2N2處理較W1N2處理低12.5%，表明間歇灌溉相比淹水灌溉可以有效降低NO3--N淋失風(fēng)險(xiǎn)。W2N1處理淋失層滲濾液TN及NO3--N平均質(zhì)量濃度偏低，原因可能是間歇灌溉模式下的土壤水分較少，常規(guī)施肥條件下氮素隨水分遷移較少而隨稻田揮發(fā)損失較多[24]。

表1 不同處理稻田淋失層各深度滲濾液TN、NO3--N平均質(zhì)量濃度

注 表中同一列不同小寫字母代表有顯著差異，下同。

稻田淋失層不同深度滲濾液TN、NO3--N平均質(zhì)量濃度垂向遷移規(guī)律如圖3所示。由圖3（a）可知，25～40 cm土層滲濾液TN平均質(zhì)量濃度顯著高于40～55 cm土層；55～85 cm土層滲濾液TN平均質(zhì)量濃度與85～125 cm土層無顯著差異；125～160 cm土層滲濾液TN平均質(zhì)量濃度與160～245 cm土層差異不顯著。25～40 cm土層滲濾液TN平均質(zhì)量濃度為4.13 mg/L，較40～55、55～85、85～125 cm土層分別高出19.5%、36.3%、42.9%。NO3--N平均質(zhì)量濃度和TN平均質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)類似。綜合來看，總結(jié)TN、NO3--N遷移規(guī)律，可將土層分為4層：25～40 cm為過渡淋失層、40～55 cm為快速淋失層、55～125 cm為緩沖淋失層、125～245 cm為穩(wěn)定淋失層。

圖3 稻田淋失層不同深度滲濾液TN、NO3--N平均質(zhì)量濃度箱型圖

2.4 稻田淋失層滲濾液NH+ 4-N、TP遷移特征

不同處理淋失層各深度滲濾液NH+ 4-N、TP平均質(zhì)量濃度如表2所示。W1N2處理下，85～125 cm土層滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度達(dá)到了1.69 mg/L，顯著高于25～85 cm土層。W2N1處理的滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度在85～125 cm處開始有所升高，于125～160 cm處達(dá)最大值0.67 mg/L，125～160 cm土層滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度顯著高于40～125 cm土層。W1N1、W2N2處理下，不同深度土層的滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度無顯著差異，最大值均出現(xiàn)在160～245 cm土層，分別為0.37、0.91 mg/L。

W1N2處理下淋失層滲濾液NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度均值達(dá)0.75 mg/L，較W1N1處理高出193.8%；W2N2處理NH+ 4-N平均質(zhì)量濃度均值較W2N1處理高出29.0%，可見緩釋施肥較常規(guī)施肥提高了NH+ 4-N淋失風(fēng)險(xiǎn)。與NH+ 4-N相比，稻田淋失層滲濾液TP質(zhì)量濃度較小，主要分布在0.02～0.24 mg/L之間，這是因?yàn)榱姿卦谕寥乐腥菀缀徒饘訇栯x子形成沉淀[25]，在向下遷移過程中容易受到土壤黏粒的阻隔。W1N1處理和W1N2處理下，淋失層滲濾液TP平均質(zhì)量濃度最大值均出現(xiàn)在85～125 cm土層，分別為0.20 mg/L和0.15 mg/L；W2N1處理最大值出現(xiàn)在55～85 cm土層，為0.14 mg/L；W2N2處理最大值出現(xiàn)在40～55 cm土層，達(dá)0.24 mg/L。

W2N1處理淋失層滲濾液TP平均質(zhì)量濃度均值較W1N1處理高出29.2%；W2N2處理TP平均質(zhì)量濃度均值較W1N1、W1N2、W2N1處理分別高出70.7%、49.2%、32.1%?？傮w來看，淹灌模式下的TP平均質(zhì)量濃度峰值所處土層深度較間歇灌溉模式更深；間歇灌溉緩釋施肥處理TP平均質(zhì)量濃度較其他處理更高，磷素淋失更大。

表2 不同處理稻田淋失層各深度滲濾液NH+ 4-N、TP平均質(zhì)量濃度

3 討論

3.1 不同水肥處理對(duì)稻田吸收層氮、磷轉(zhuǎn)化的影響

稻田吸收層氮素轉(zhuǎn)化受根際氮形態(tài)、微生物群落結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分釋放特性、土壤吸附、硝化作用等因素影響[26]。本研究結(jié)果表明，緩釋施肥條件下稻田吸收層TN、NH+ 4-N量較常規(guī)施肥高，這與俞映倞等[27]研究結(jié)果一致，主要是因?yàn)榫忈屖┓示哂械鼐忈屘匦裕率沟咎镂諏訚B濾液中氮素保持較高水平。研究發(fā)現(xiàn)，各處理稻田吸收層滲濾液NO3--N質(zhì)量濃度于基肥施入后3～5 d內(nèi)達(dá)到峰值后呈下降趨勢(shì)，直至追肥3 d后開始有所增長(zhǎng)，而W2N2處理追肥期一直處于上升趨勢(shì)。這是因?yàn)镹O3--N是由NH+ 4-N在有氧環(huán)境下通過硝化反應(yīng)所生成，之后由于水稻植株的吸收、滲漏以及反硝化作用開始逐漸減少[28]，而后期間歇灌溉模式下土壤存在干濕交替，土壤處于氧化環(huán)境，NH+ 4-N向NO3--N轉(zhuǎn)化，使NO3--N質(zhì)量濃度持續(xù)上升。緩釋施肥條件下，淹水灌溉模式相比間歇灌溉的NO3--N量更高，這可能是由于淹水環(huán)境下更有利于肥料氮素的溶解釋放，增加了硝化反應(yīng)的底物，從而加快NH+ 4-N的硝化速率。

施入稻田中的磷肥一部分迅速水解釋放出無機(jī)磷使得稻田田面水以及表層土壤中TP質(zhì)量濃度急劇上升，并隨時(shí)間推移磷素開始向下層土壤遷移[29]，而大多數(shù)被土壤、植物和微生物吸收固定[30]。本研究發(fā)現(xiàn)吸收層滲濾液TP質(zhì)量濃度在基肥施入1～3 d后達(dá)峰值，并于基肥施入20 d后再次達(dá)峰值。這是由于基肥施入20 d左右，硝化作用增強(qiáng)NO3--N量增加，而NO3--N可能會(huì)占據(jù)Fe、Al、Ca氧化物表面的吸附點(diǎn)位[31]，致使土壤對(duì)磷素的吸附能力減弱，進(jìn)而造成TP質(zhì)量濃度的迅速增加。此外，本研究中各處理10～25 cm土層的滲濾液TP平均質(zhì)量濃度較高，這可能是由于接近犁底層，土壤緊實(shí)度變高，而土壤對(duì)磷素的固持能力較強(qiáng)，使得磷素難以淋溶至更深的土層[32]。本研究表明，間歇灌溉模式下稻田吸收層滲濾液TP質(zhì)量濃度較淹水灌溉高，與葉玉適等[16]在太湖流域的研究結(jié)論不一致。這主要是受到土壤溶液采樣深度的影響。陳禎等[33]、Haque等[34]研究表明，間歇灌溉造成稻田強(qiáng)烈的干濕交替環(huán)境，較淹水灌溉更易形成大的土壤孔隙；田倉(cāng)等[35]發(fā)現(xiàn)，間歇灌溉模式下，土壤團(tuán)聚體容易發(fā)生破裂，使受物理保護(hù)的有機(jī)質(zhì)暴露出來，有機(jī)質(zhì)分解使得土壤可溶性磷量增加，會(huì)加快表層磷素向下層遷移速度，使間歇灌溉模式下TP質(zhì)量濃度較高。

3.2 不同水肥處理對(duì)稻田淋失層氮、磷遷移轉(zhuǎn)化的影響

氮素質(zhì)量濃度變化主要受NO3--N質(zhì)量濃度變化為主，NO3--N是稻田淋失層氮素?fù)p失的主要形式，這與尹海峰[17]、潘圣剛等[19]、李娟等[20]研究結(jié)果相似。NO3--N極易溶于水且?guī)ж?fù)電荷，不易被同帶負(fù)電荷的土壤膠體粒子吸附，容易通過淋溶和徑流的方式隨水體流失，是造成水體污染的最活躍氮素形態(tài)[28,36]。疏晴等[37]研究表明，緩釋施肥在作物生長(zhǎng)前期通過延緩氮素的釋放，顯著增加土壤銨態(tài)氮量，但后期土壤中硝態(tài)氮不斷累積，氮素流失風(fēng)險(xiǎn)增加。淹水灌溉（W1）模式比間歇灌溉（W2）下質(zhì)量濃度高，原因可能是淹灌模式驅(qū)動(dòng)水分下滲，增加了氮素淋失[9]。

根據(jù)不同土層深度氮素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律劃分區(qū)域，可為控制氮素淋溶損失等提供理論參考，并為將來精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供管理依據(jù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)滲濾液TN、NO3--N質(zhì)量濃度受土層深度影響產(chǎn)生明顯的分層現(xiàn)象，這與Chen等[38]研究結(jié)果一致，土壤質(zhì)地的空間變異性會(huì)極大地影響土壤水分滲透及硝酸鹽的淋失。本文將稻田滲濾液分成吸收層和淋失層研究，是由于水稻植株主要吸收區(qū)域在0～40 cm[23,39]。結(jié)合顯著性分析結(jié)果，各處理間40 cm以下處滲濾液氮、磷平均質(zhì)量濃度無顯著性差異，可印證上述假設(shè)。本研究發(fā)現(xiàn)25～40 cm為稻田吸收層和稻田淋失層之間的過渡層，這是因?yàn)?5～40 cm深處滲濾液氮磷素受水稻吸收作用有限，而對(duì)氮磷素淋溶過程有一定影響。

稻田淋失層NH+ 4-N質(zhì)量濃度在85～125 cm有較大幅度提升，可能是由于85 cm以下受地下水位影響，使土壤含水率較55～85 cm高，而較高的土壤含水率提高了土壤的氧化還原電位，土層屬還原層，容易使氮素向NH+ 4-N轉(zhuǎn)換[40]。本研究發(fā)現(xiàn)，淹水灌溉緩釋施肥處理下稻田淋失層土壤溶液NH+ 4-N質(zhì)量濃度較間歇灌溉緩釋施肥高，存在銨態(tài)氮的淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)。這可能是由于淹水灌溉土壤水分量較高，且稻田土壤質(zhì)地黏重，多處于還原環(huán)境會(huì)減慢NH+ 4-N向NO3--N轉(zhuǎn)化。

淹灌（W1）模式稻田淋失層TP質(zhì)量濃度達(dá)到峰值的土層深度較間歇灌溉（W2）更深，這是由于間歇灌溉模式下，土壤含水率低于淹水灌溉，土壤可以更好地吸附磷素[41]，且W1模式可加劇磷的垂向遷移[42]。本研究發(fā)現(xiàn)，W2模式磷素垂向遷移較W1多，可能是由于間歇灌溉模式下其土壤多處于磷飽和狀態(tài)，而Aarts等[43]研究表明，磷飽和的土壤會(huì)引起大量磷素淋失。

4 結(jié)論

1）緩釋施肥對(duì)稻田吸收層氮素維持效果好，且淹水灌溉模式能進(jìn)一步促進(jìn)其氮素釋放，但對(duì)磷素維持效果不如間歇灌溉緩釋施肥。緩釋施肥較常規(guī)施肥存在氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)，間歇灌溉緩釋施肥可以降低此風(fēng)險(xiǎn)，但會(huì)增加磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。

2）土層深度對(duì)TN、NO3--N遷移過程有明顯的影響，本研究發(fā)現(xiàn)湖北省漳河灌區(qū)土層可分4個(gè)區(qū)域：25～40 cm為過渡淋失層、40～55 cm為快速淋失層、55～125 cm為緩沖淋失層、125～245 cm為穩(wěn)定淋失層。

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Migration of Nitrogen and Phosphorus in Paddy Soil as Affected by Irrigation and Fertilization

HUA Keji1, HE Jun1,2*, ZHANG Yuhang1, HE Tianzhong3, SHAO Qiang3, ZHAO Shujun1, ZHANG Lei4

(1. College of Hydraulic and Environmental Engineering, China Three Gorges University, Yichang 443002, China;2. Engineering Research Center of Eco-environment in Three Gorges Reservoir Region, Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang 443002, China; 3. Hubei Zhanghe Hydraulic Project Administration Bureau, Jingmen 448156, China;4. School of Water Conservation, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China)

【Objective】Fertilizer applications in paddy soils are prone to leaching and improving irrigation and fertilization to improve water and fertilizer use efficiency is critical to sustaining rice production. Taking nitrogen (N) and phosphorous (P) as an example, this paper investigated how changes in irrigation and fertilization alert N and P migration in soils. 【Method】The experiment was conducted from June to September 2019 in the lysimeters at the Zhanghe Irrigation District, Hubei Province. We compared continuous flooding irrigation (CF) and alternating wet and dry irrigation (AWD). For each irrigation there were two fertilizations: conventional fertilization (N1) and fertilization using slow-release fertilizers (N2). In each treatment, we measured the changes in nitrogen (N) and phosphorus (P) at different soil depths.【Result】The concentration of total nitrogen (TN), nitrate-nitrogen (NO3--N) and ammonium nitrogen (NH+ 4-N) in the top 0～25 cm of soil was higher under N1 than under N2. W1+N2 increased TN and NH+ 4-N concentrations significantly (<0.05) compared to other treatments. The average concentrations of TN, NO3--N, NH+ 4-N, and total P (TP) in the subsoil below the depth of 25 cm did not show noticeable difference between the treatments. The variation of TN and NO3--N along the soil profile can be characterized as follows: competition zone between root uptake and leaching in the 25～40 cm, fast leaching zone in the 40～55 cm layer, buffer leaching zone in the 55～125 cm, steady leaching zone in the 125～245 cm. W1+N2 increased the average concentrations of NO3--N and NH+ 4-N to 2.37 mg/L and 0.75 mg/L, respectively. Slow-release fertilization increased the average concentration of NH+ 4-N and NO3--N by 29.0%～193.8% and 3.7%～3.9%, respectively, compared to the conventional fertilizer. AWD reduced the average NO3--N concentration by 12.5%～12.7% while increased the TP concentration by 29.2%～49.2%, compared to CF. 【Conclusion】Among all treatments we compared, W1+N2 was optimal by maintaining nitrogen in the 0～25 cm of soil and but less effective than W2+N2 in maintaining phosphorus; it reduced N leaching at the expense of potential increase in phosphorus leaching.

paddy fields; irrigation mode; fertilization methods;soil nitrogen and phosphorus leachate; leaching risk

1672 - 3317（2022）07 - 0035 - 09

S274；X592；TV93

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022032

華克驥, 何軍,張宇航,等. 不同灌溉和施肥方式對(duì)稻田土壤氮、磷遷移轉(zhuǎn)化的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(7): 35-43.

HUA Keji, HE Jun, ZHANG Yuhang, et al. Migration of Nitrogen and Phosphorus in Paddy Soil as Affected by Irrigation and Fertilization[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(7): 35-43.

2022-01-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51909092）；湖北省水利重點(diǎn)科研項(xiàng)目（HBSLKY201801）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFC1508302）

華克驥（2000-），男，湖北陽新人。碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)面源污染模擬與防控。E-mail: 3142143264@qq.com

何軍（1981-），男，湖北沙洋人。副教授，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)方面的研究。E-mail: hejun50@163.com

責(zé)任編輯：韓 洋