不同施肥方法對雙季稻區(qū)水稻產(chǎn)量及氮素流失的影響*

段 然, 湯月豐, 王亞男, 王偉政, 白玲玉,吳翠霞, 文 炯, 曾希柏**

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不同施肥方法對雙季稻區(qū)水稻產(chǎn)量及氮素流失的影響*

段 然1, 湯月豐2, 王亞男1, 王偉政2, 白玲玉1,吳翠霞1, 文 炯2, 曾希柏1**

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點開放實驗室 北京 100081; 2. 岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 岳陽 414000)

為保障糧食安全, 減少稻田生態(tài)系統(tǒng)氮肥投入, 提高氮肥利用率和減少氮素流失成為重要的農(nóng)業(yè)和環(huán)境措施。本研究在位于湖南岳陽的農(nóng)業(yè)部岳陽農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站開展為期1年的早稻、晚稻田間試驗, 比較了不施肥(T1)、尿素常規(guī)施肥(T2, 施N 280 kg?hm-2、P2O5165 kg?hm-2、K2O 120 kg?hm-2)、控釋肥常規(guī)施用(T3, 施N 230 kg?hm-2、P2O5165 kg?hm-2、K2O 120 kg?hm-2)、高量控釋肥側(cè)條施用(T4, 施N 230 kg?hm-2、P2O5138 kg?hm-2、K2O 120 kg?hm-2)、中量控釋肥側(cè)條施用(T5, 施N 180 kg?hm-2、P2O5123 kg?hm-2、K2O 120 kg?hm-2)及低量控釋肥側(cè)條施用(T6, 施N 140 kg?hm-2、P2O5123 kg?hm-2、K2O 120 kg?hm-2)下氮肥的養(yǎng)分利用率、作物產(chǎn)量及氮素流失情況, 以期為稻田氮素合理利用提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明, 控釋肥側(cè)條施用可有效提高水稻的產(chǎn)量和氮肥利用率, 減少面源流失。1)在減少稻田秧苗數(shù)量和氮肥施用量的條件下, T4處理的水稻早晚稻產(chǎn)量分別比T2處理增加13.17%和4.72%, 與T3處理相比亦分別增加7.27%和1.74%; 2)側(cè)條施肥處理有效降低了稻田氮素流失量, 年氮流失量為0.466~0.673 kg×hm-2, 比常規(guī)施肥處理降低地表徑流氮流失量3.54%~29.36%; 3)側(cè)條施肥有效提高了氮肥利用率, T4處理的氮肥利用率分別是T2、T3處理的1.70倍和1.22倍。因此, 采用合適的施肥方式、配施適量控釋氮肥可獲得較高的產(chǎn)值和收益。高量控釋肥側(cè)條施用(T4)是本研究區(qū)域最佳的施肥模式, 對實現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)高效、資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。

水稻; 控釋肥; 側(cè)條施肥; 氮肥利用率; 氮流失; 面源損失率; 洞庭湖

農(nóng)業(yè)面源污染是導(dǎo)致水體污染的最主要原因之一, 全世界60%以上的地表水環(huán)境問題是由農(nóng)業(yè)活動引起的[1]。雙季稻區(qū)(28°44￠~29°35￠N, 111°53￠~ 113°28￠E)糧食產(chǎn)量(水稻為主)占湖南省糧食總產(chǎn)量的30%。近些年, 由于氮肥的過量和不合理施用導(dǎo)致湖區(qū)發(fā)生面源污染并引發(fā)水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益突出[2]。南方水稻區(qū)超量施氮的農(nóng)戶比例高達(dá)60%~90%[3], 利用15N標(biāo)記氮肥的研究結(jié)果表明, 稻田氮肥的損失率多達(dá)30%~70%[4]。高密度、高強度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅降低了養(yǎng)分利用效率和施肥效益, 同時提高了徑流水中養(yǎng)分含量, 進(jìn)而影響下游水域生態(tài), 造成水質(zhì)下降、水體惡化。因此, 減少氮素從源頭上進(jìn)入水體, 做到源頭控制, 是控制農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)鍵。洞庭湖區(qū)研究表明以相當(dāng)數(shù)量的有機肥代替化肥可以減少氮肥流失, 且水稻產(chǎn)量不受顯著影響[5]。同樣, 太湖區(qū)域稻田研究表明適當(dāng)減少氮肥投入不會減少水稻產(chǎn)量, 卻可以顯著提高氮肥利用率和氮素?fù)p失[6]。緩控釋肥料由于其利用率高、肥效好, 成為解決上述問題的有效途徑之一。目前國內(nèi)外許多學(xué)者致力于控釋氮肥的應(yīng)用研究和推廣。研究結(jié)果表明緩釋尿素施用可增加根區(qū)氮素含量并且提高水稻葉片谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺α-酮戊二酸轉(zhuǎn)移酶和硝酸還原酶活性。同樣的施氮水平, 施用緩釋尿素比常規(guī)尿素的氮素利用率高20%以上, 且在減30%施用量條件下產(chǎn)量仍比施常規(guī)尿素高3%~5.9%[7]。鄭磊等[8]研究結(jié)果表明, 適量硫膜可改善土壤Ca、Mg的活化程度, 提高水稻氮素吸收利用率, 增加水稻產(chǎn)量。紀(jì)雄輝等[9]采用15N標(biāo)記技術(shù), 研究控釋氮肥在早稻種植期間氮素利用率和硝態(tài)氮的淋溶損失情況發(fā)現(xiàn), 一次性全量作基肥施用控釋氮肥與尿素分二次施用相比, 稻谷產(chǎn)量提高7.0%以上, 控釋氮肥氮利用率比純尿素施用高35.9%, 硝氮損失的氮素降低27.1%。此外, Xu等[10]發(fā)現(xiàn)稻田氮肥在控釋肥配合澆水非漫灌的水分管理方式下通過氨揮發(fā)的損失為23.73 kg(N)×hm-2, 要顯著低于淹水稻田和傳統(tǒng)施肥處理。

在控釋肥施用方式上, 當(dāng)前一般采用傳統(tǒng)施肥技術(shù)撒施或均勻深施, 盡管控釋肥可以隨著作物需求而緩慢釋放, 但在空間上卻無法實現(xiàn)集約化利用。側(cè)條施肥技術(shù)是一套包括育秧、插秧前準(zhǔn)備、插秧和施肥及栽后管理等技術(shù)規(guī)程的綜合性施肥管理措施[11], 其核心要點是利用機械化操作, 合理控制栽培密度, 并將緩釋肥料施于秧苗側(cè)3~4 cm, 深度為3~5 cm。由于該技術(shù)的促產(chǎn)保肥優(yōu)勢明顯, 湖南、寧夏和黑龍江等地正進(jìn)行大面積試點和推廣。劉汝亮等[12]在寧夏一季水稻引黃灌區(qū)研究表明, 側(cè)條施肥技術(shù)顯著提高了水稻地上部吸氮量和氮肥偏生產(chǎn)力, 降低了氮素的表觀損失量。目前, 通過水稻側(cè)條施肥技術(shù)實現(xiàn)控釋肥料施用及其對水稻產(chǎn)量、肥料利用率、土壤養(yǎng)分田間徑流損失等的影響仍研究較少, 特別是該項技術(shù)在與我國重要湖區(qū)毗鄰的水稻主產(chǎn)區(qū)的應(yīng)用研究明顯不足。本研究針對洞庭湖區(qū)水稻生產(chǎn)中的氮盈余問題, 以雙季稻種植為基礎(chǔ), 通過水稻側(cè)條施肥技術(shù)開展田間小區(qū)試驗, 探討常規(guī)種植模式下不同肥料側(cè)條施肥技術(shù)對作物產(chǎn)量、肥料利用率、土壤養(yǎng)分以及田間徑流液的影響, 以期為該區(qū)作物合理施肥、區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染的防控和洞庭湖區(qū)水環(huán)境的保護提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于農(nóng)業(yè)部岳陽農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗站(112°44′142E, 28°57′112N), 屬亞熱帶地區(qū), 氣候溫暖溫潤, 光照充足, 雨量適度, 年均氣溫17 ℃, 年均降雨量1 400 mm, 年日照時數(shù)1 722.1~1 816 h。試驗地土壤為洞庭湖沉積物發(fā)育的潮土, 土壤質(zhì)地為黏壤, pH 5.67, 有機質(zhì)36.3 g×kg-1, 全氮1.4 g×kg-1, 全磷0.6 g×kg-1, 有效鉀98 mg×kg-1。

1.2 試驗內(nèi)容與方法

1.2.1 試驗設(shè)計

根據(jù)所在地區(qū)當(dāng)前常規(guī)施肥方法, 田間小區(qū)試驗設(shè)以下處理: 1)不施肥料, T1; 2)常規(guī)施肥, T2; 3)施用控釋肥, T3; 4)高量控釋肥側(cè)條施肥, T4; 5)中量控釋肥側(cè)條施肥, T5; 6)低量控釋肥側(cè)條施肥, T6。各處理具體施肥量見表1。控釋肥料由山東施可豐化工有限公司生產(chǎn), 含N 15.0%、P2O515.0%、K2O 15.0%。農(nóng)民常規(guī)施肥處理氮素用尿素(N, 46%), 磷肥用鈣鎂磷肥(P2O5, 14%), 鉀肥用氯化鉀(K2O, 60%)?？蒯尫柿先孔鳛榛试诓逖頃r一次施入土壤。T3處理在整田時做基肥施入; T4、T5和T6處理側(cè)條施肥使用日本生產(chǎn)的Minoru牌4輪4排型插秧施肥機作業(yè), 播秧時施入, 施肥深度5 cm, 肥料距離植株根系5 cm, 植株行距33 cm, 植株株距14 cm; 常規(guī)施肥處理80%的氮素肥料和全部磷鉀肥料在整田時做基肥施入, 剩余20%氮肥在水稻分蘗期(早稻5月10日, 晚稻8月6日)追肥以面狀撒施施入。

供試水稻品種早稻為‘岳優(yōu)27’, 晚稻為‘岳優(yōu)9113’。早稻試驗3月30日開始育秧, 4月30日插秧, 7月20日收獲; 晚稻6月28日育秧, 7月25日插秧, 10月27日收獲。T1、T2和T3處理早稻株行距為16 cm×20 cm, 晚稻株行距為20 cm×25 cm; T4、T5和T6處理早稻株行距為12 cm×33 cm, 晚稻株行距為14 cm×33 cm。試驗小區(qū)長15 m, 寬5.2 m(施肥機寬度1.3 m×4列=5.2 m), 面積78 m2。所有小區(qū)水稻種植前用雙層塑料膜隔離, 地下埋深30 cm, 地面田埂高30 cm, 以減少小區(qū)間的側(cè)滲和串流。每個小區(qū)都設(shè)有單獨的排水口和灌水口, 單排單灌, 每個處理重復(fù)3次, 小區(qū)隨機區(qū)組排列(表1)。

表1 不同處理的肥料種類、施用方法和施肥量

1.2.2 試驗觀測指標(biāo)及測定方法

水稻生育期內(nèi)(不包括曬田期間)以導(dǎo)致田面水高度發(fā)生變化的降水為有效降水。采集田間蓄水樣品, 每小區(qū)用小勺以梅花形隨機取5點, 共1 000 mL存入礦泉水瓶中。所取樣品迅速放入冰箱(5 ℃以下)中冷藏保存。每季作物收獲后, 各小區(qū)作物均單獨收獲、拷種并測定產(chǎn)量, 成熟植株樣品分地上部營養(yǎng)體和籽粒兩部分統(tǒng)計產(chǎn)量; 植株地上部在105 ℃下殺青30 min, 70 ℃下烘干至恒重。同時, 取各小區(qū)以梅花型采樣法采集5個點的0~20 cm土壤樣品, 混勻后取部分鮮樣分析其中硝態(tài)氮含量, 剩余0.5 kg左右土壤經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)過2 mm篩后保存。在整個生長季, 共成功獲取有徑流降雨5次。土壤硝態(tài)氮采用1 mol×L-1KCl溶液浸提, 用雙波長紫外吸光度校正法測定; 分別采用半微量凱氏法與HClO4-H2SO4消化-鉬銻抗比色法測定土壤全量氮、磷含量; 水樣全氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定, 全磷采用過硫酸鉀氧化-鉬藍(lán)比色法測定[13]。

1.3 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

稻谷產(chǎn)量以風(fēng)干籽粒產(chǎn)量計算, 含水量為13%; 流失的氮量等于整個監(jiān)測周期中各次徑流水中污染物濃度與徑流水(或淋溶水)體積乘積之和。文中徑流總量為全年有效降水時流失量總和。計算公式如下:

式中:為污染物流失量,C為第次徑流(或淋溶)水中氮、磷濃度,V為第次徑流水體積。

肥料吸收量=植株籽粒中含量+植株秸稈含量 (2)

肥料利用率=(施肥區(qū)吸收量-空白區(qū)吸收量)/施肥量 (3)

所測數(shù)據(jù)用SPSS 13.0軟件進(jìn)行多重比較檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理水稻產(chǎn)量的變化

從不同施肥處理對水稻稻谷產(chǎn)量影響的結(jié)果看(圖1): 施肥均促進(jìn)了水稻產(chǎn)量的提高, 雖然從統(tǒng)計的結(jié)果來看, 同樣施肥量處理(T3和T4)早晚水稻產(chǎn)量之間差異不顯著, 但控釋肥減氮18%、側(cè)條施肥的T5處理與控釋肥未減量、常規(guī)施肥的T3處理差異不顯著, 說明側(cè)條施肥技術(shù)在減少氮肥施用的情況下可以保證水稻的產(chǎn)量。此外, 就平均產(chǎn)量而言, 在早稻季, T4處理比T3處理高7.28%, 在晚稻季, T4處理比T3處理高1.75%。而相對于尿素常規(guī)施肥處理(T2), 利用側(cè)條施肥技術(shù), 在每公頃減少40 kg控釋肥施用量(T6)的情況下, 仍然可以保持水稻產(chǎn)量,早稻(5 356.94 kg×hm-2)和晚稻(7 073.39 kg×hm-2)產(chǎn)量無顯著變化。

圖1 不同施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響

同一季水稻不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Different lowercase letters for the same growing season of rice mean significant differences at 5% level.

水稻產(chǎn)量構(gòu)成主要受單株穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重影響。由于采用側(cè)條施肥方式的水稻種植密度低于常規(guī)處理, 因此有效穗數(shù)也低于T2與T3(表2), 農(nóng)民習(xí)慣種植的處理T3的水稻最后成穗數(shù)最高, 在早晚稻季分別達(dá)326.1 個×m-2、315.9 個×m-2, 遠(yuǎn)高于側(cè)條施肥的3個處理; 但采用側(cè)條施肥處理的穗粒數(shù)均高于T3, 千粒重也略有提高, 這種差異彌補了有效穗數(shù)低的不足, 使得側(cè)條施肥處理在產(chǎn)量構(gòu)成上與常規(guī)施肥達(dá)到了平衡。T2與T3處理各產(chǎn)量構(gòu)成要素指標(biāo)無顯著差異。

表2 不同施肥處理對水稻生長及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 5% level.

2.2 不同施肥處理對水稻土氮素含量的影響

表3結(jié)果表明: 不同施肥處理對土壤總氮影響不顯著, 但均顯著高于不施肥處理, 且早晚稻之間差異不顯著。對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響與季節(jié)和施肥處理有關(guān), 早稻水稻土樣品硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均以T4為最高, 與側(cè)條施肥的另外兩個處理T5和T6差異顯著, 但與兩常規(guī)施肥處理T2和T3的差異不顯著。而對于晚稻水稻土樣品, T4處理的硝態(tài)氮含量顯著高于T2和T3處理。除T1和T5處理外, 早稻土壤樣品硝態(tài)氮含量均顯著高于晚稻, 而所有處理土壤銨態(tài)氮含量均為早稻高于晚稻。晚稻銨態(tài)氮含量最高只有1.71 mg×kg-1(T5), 而早稻水稻土最高銨態(tài)氮含量是其8.14倍(T4)。

同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 5% level.

2.3 不同施肥處理肥料氮素的面源損失率

綜合分析來看, 不同施肥處理均伴隨著氮素從土壤轉(zhuǎn)移到水體造成的損失(圖2), 而側(cè)條施肥技術(shù)在減少氮素?fù)p失方面顯著優(yōu)于普通常規(guī)施肥和控釋肥常規(guī)施肥。氮素的主要釋放發(fā)生在施肥之后20 d內(nèi)。以釋放比例計算, 早稻總氮前20 d釋放占整個生長期的比例范圍為66.44%(T6)~84.20%(T2), 銨態(tài)氮為70.56%(T6)~82.84%(T2), 硝態(tài)氮為81.27%(T5)~ 87.30%(T3), 有機氮為45.36%(T5)~83.81%(T2); 晚稻的情況為: 總氮77.30%(T6)~91.52%(T2), 銨態(tài)氮79.86%(T4)~92.42%(T2), 硝態(tài)氮88.67%(T2)~94.82% (T3), 有機氮63.59%(T6)~91.35%(T2)。

而以損失量來計算(圖3), T2處理損失量最高, 其總氮損失最高可達(dá)9.57 kg×hm-2, 銨態(tài)氮損失量為3.74 kg×hm-2; 損失量最低的是T6處理。側(cè)條施肥技術(shù)有效地降低了稻田氮素流失的數(shù)量, 年際氮流失量僅為4.66~6.73 kg×hm-2, 相比常規(guī)施肥, 降低地表徑流氮流失量為3.54%~29.36%。此外, 氮素?fù)p失主要與施肥時間有關(guān), 降雨對其也有一定影響, 主要影響總氮、銨態(tài)氮和有機氮。如果在氮肥施用后20 d內(nèi)發(fā)生降雨將會顯著增加稻田氮損失。

2.4 不同施肥處理氮肥利用情況

不同施肥處理的氮肥利用率結(jié)果顯示(圖4): 除T6處理外, 早晚稻對氮肥的利用效率并不存在顯著差異, 但施肥處理之間存在顯著差異; 無論是側(cè)條施肥還是常規(guī)施肥技術(shù), 高控釋肥施肥量的氮肥平均利用率均高于常規(guī)普通施肥(T2)處理; 就施氮量而言, 尿素常規(guī)施肥處理早晚稻氮肥利用率分別為22.79%和21.28%, 而低量控釋肥側(cè)條施肥處理早稻氮肥利用率則為21.18%, 晚稻為34.28%。T4處理早稻氮肥利用率可達(dá)38.82%; 而T5處理早晚稻的氮肥利用率均高于T3處理, 分別為37.25%和38.18%。以上數(shù)據(jù)均說明側(cè)條施肥有利于提高稻田系統(tǒng)氮肥的使用效率。

3 討論

稻田土壤大量氮肥施用通常造成地表水富營養(yǎng)化, 地下水硝態(tài)氮超標(biāo), 溫室氣體N2O釋放增加和氮利用率低等問題。側(cè)條施肥技術(shù)配以緩釋肥已成為緩解上述稻田環(huán)境問題的主要手段之一。已有研究表明, 與傳統(tǒng)的地表撒施相比, 氮肥深施不僅能減少氮素的損失, 而且側(cè)條深施肥會在根系周圍形成濃度較高的肥區(qū), 在很大程度上實現(xiàn)了根區(qū)施肥的要求[14], 有利于刺激根系的生長和吸收, 增加作物產(chǎn)量[15]。另外, 將大顆?？蒯尩噬钍? 可以降低氮肥用量, 提高氮肥利用率[16], 減少氨揮發(fā)和地表徑流流失[17-18]。如Inubushi等[19]研究表明稻田控釋氮肥深施(15 cm)有利于水稻對氮肥的利用, 利用率最高為71.9%, 遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)氯化銨施肥方式的26.0%。紀(jì)雄輝等[9]研究顯示施用控釋氮肥, 早稻期間的稻田土壤氮素利用率比施用尿素高35.9%, 控釋氮肥的硝態(tài)氮淋溶損失量比施用純尿素降低27.1%, 且稻谷產(chǎn)量能提高7.0%以上。在本研究中, 高量控釋肥側(cè)條施用處理(T4)的氮肥利用率是尿素常規(guī)施肥處理(T2)的1.70倍, 是控釋肥常規(guī)處理(T3)的1.22倍, 而且利用側(cè)條施肥技術(shù), 在氮肥減量(早晚稻分別減量20 kg×hm-2和30 kg×hm-2)的情況下, 早晚稻產(chǎn)量分別比尿素常規(guī)施肥處理(T2)增加13.17%和4.72%, 即使與控釋肥常規(guī)處理(T3)比較早晚稻產(chǎn)量也分別增加7.27%和1.74%。此外, 晚稻生產(chǎn)中比尿素常規(guī)施肥處理(T2)減少53%氮肥施用量的處理(T6)仍然以獲得相當(dāng)水平的水稻產(chǎn)量, 即使在減少秧苗數(shù)近1/3的情況下, 仍然獲得與T2和T3處理相當(dāng)?shù)淖蚜．a(chǎn)量, 同時千粒重略有上升。這些研究結(jié)果表明在雙季稻區(qū), 側(cè)條施肥技術(shù)在保證水稻產(chǎn)量的基礎(chǔ)上, 可減少化肥施用量, 提高氮肥利用率, 成為水稻施肥的優(yōu)勢技術(shù)。此外, 稻田水中不同形態(tài)氮素(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、可溶性有機氮和總氮)之間濃度變化有顯著相關(guān)性(<0.05), 表明所施氮肥在不同處理中的轉(zhuǎn)化主要受當(dāng)?shù)赝寥览砘再|(zhì)影響而與施肥處理方式關(guān)系不大。

圖2 不同施肥處理水稻生長季氮素面源損失分析

6月6日、6月17、7月8日、8月4日和10月3日有降雨。Precipitation occurred on Jun. 6, Jun. 17, Jul. 8, Aug. 4 and Oct. 3.

圖3 不同施肥處理的氮素?fù)p失量

同一氮形態(tài)不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Different lowercase letters for the same nitrogen form mean significant differences at 5% level.

采用側(cè)條施肥技術(shù)并配合緩釋肥料, 可以顯著提高水稻地上部對氮素的吸收量, 提高肥料利用率, 同時降低肥料流失對環(huán)境的污染。張愛平等[20]研究結(jié)果表明, 側(cè)條施用高緩釋肥處理的水稻氮素投入比常規(guī)施肥處理降低約40%仍保證獲得相當(dāng)?shù)乃井a(chǎn)量, 且氮素回收率為54.5%~63.5%, 高于常規(guī)施肥處理的36.9%, 全氮滲漏損失量(14.86 kg×hm-2)明顯低于常規(guī)施肥處理(23.43 kg×hm-2); 劉汝亮等[12]研究發(fā)現(xiàn)側(cè)條施肥處理的氮肥偏生產(chǎn)力為39.1~67.8 kg×kg-1, 顯著高于常規(guī)施肥處理的23.7 kg×kg-1, 且側(cè)條施肥的表觀損失量為23.2~61.9 kg×hm-2, 遠(yuǎn)低于常規(guī)施肥處理的174.2 kg×hm-2。本研究中, 側(cè)條施肥方法能有效降低徑流水中氮流失數(shù)量, 且早晚稻變化趨勢一致, 兩年間年氮流失量為0.466~0.673 kg×hm-2, 相比常規(guī)施肥, 降低地表徑流氮流失量3.54%~29.36%。這一結(jié)果與李恩堯等[21]在洞庭湖旱地玉米減量施肥的年氮流失量0.22~0.48 kg×hm-2, 降低地表徑流氮12.54%~28.68%結(jié)果相符。

圖4 不同施肥處理水稻的氮肥利用率

不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Different lowercase letters mean significant differences at 5% level.

稻田土壤施肥后的養(yǎng)分釋放速率與肥料種類、用量、施肥時間和施肥位點有關(guān)。常規(guī)施肥前9 d是氮素流失的關(guān)鍵時期, 而側(cè)條施肥處理的氮素釋放周期長, 流失區(qū)間可達(dá)30 d[20]?？蒯尩誓茱@著降低該時期的表層水和所發(fā)生的徑流液中的氮素濃度, 從而顯著削減水稻全生育期內(nèi)的TN徑流損失量?？蒯尫什煌螒B(tài)氮素最大釋放量與其氮素累積釋放量的變化規(guī)律一致, 且施肥之后表層水總氮、銨態(tài)氮濃度分別在施肥后15~30 d內(nèi)達(dá)到高峰, 然后隨著時間的延長而迅速下降[22-23]; 施肥15 d內(nèi)表層水氮素濃度高, 如果施肥后20 d內(nèi)發(fā)生降雨徑流事件, 徑流損失量將顯著增加[23]。因而, 本試驗結(jié)果也證明降雨徑流對稻田氮素?fù)p失的影響主要與施肥時間間隔有關(guān), 且氮肥釋放主要集中在施肥之后的20 d之內(nèi)。這一結(jié)果與洞庭湖區(qū)雙季稻田尿素和控釋氮肥的對比研究結(jié)果類似[24]。本研究表明, 側(cè)條施肥技術(shù)有效降低了農(nóng)田養(yǎng)分的流失, 但側(cè)條施入的肥料在土壤中的微生物轉(zhuǎn)化及對根系的影響還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

田間土壤肥力管理, 應(yīng)綜合考慮作物生長發(fā)育規(guī)律和需肥特性, 做到養(yǎng)分供需平衡, 減少肥料的投入。緩釋肥料配合側(cè)條施肥技術(shù)作為一種提高肥料利用率和減少面源污染的有效措施, 已經(jīng)在我國湖南、寧夏、黑龍江等地試點推廣, 湖南省還建立了側(cè)條施肥相關(guān)的技術(shù)規(guī)程以規(guī)范其應(yīng)用。本研究結(jié)果充分證明側(cè)條施肥技術(shù)在提高氮肥利用率, 減少面源污染和提高水稻產(chǎn)量方面的優(yōu)勢, 在將來的水稻種植中應(yīng)用前景廣闊。

1)與尿素常規(guī)施肥相比, 除低氮量控釋肥側(cè)條施用處理外, 其他減氮緩控釋肥處理(包括側(cè)條施肥和控釋肥常規(guī)施肥)水稻產(chǎn)量并無顯著性差異。控釋肥配合側(cè)條施用技術(shù)在保證產(chǎn)量的前提下, 可以適當(dāng)?shù)販p少氮肥投入。此外, 生長期田面水各形態(tài)氮素的數(shù)據(jù)也表明, 側(cè)條施肥技術(shù)可有效降低地表徑流氮流失量, 提高氮素利用率。

2)土壤氮素數(shù)據(jù)表明側(cè)條施肥技術(shù)在確保水稻產(chǎn)量、降低肥料投入的情況下, 對保持或增加土壤肥力水平起到積極的作用。

3)由于農(nóng)田是面源污染的重要來源, 側(cè)條施肥技術(shù)可減少稻田氮素的投入和降低氮素流失, 從而降低面源污染的風(fēng)險。

稻田氮素轉(zhuǎn)化不僅有物理化學(xué)的過程, 以微生物介導(dǎo)的生物地球化學(xué)過程一直以來是稻田土壤氮素轉(zhuǎn)化的研究重點。側(cè)條施肥技術(shù)改變了傳統(tǒng)施肥方式中肥料分布和擴散的方式, 是否存在“微際肥域”[14]效應(yīng)及其對微生物氮素轉(zhuǎn)化過程的影響值得我們進(jìn)一步開展相關(guān)研究工作。

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Effects of different fertilization modes on rice yield and nitrogen loss in paddy soils under double cropping rice*

DUAN Ran1, TANG Yuefeng2, WANG Yanan1, WANG Weizheng2, BAI Lingyu1, WU Cuixia1, WEN Jiong2, ZENG Xibai1**

(1. Institute of Agricultural Environment and Sustainable Development, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 2. Yueyang Agricultural Sciences Institute, Yueyang 414000, China)

To ensure food security, there has been an extravagant use of nitrogen (N) fertilizer in paddy fields. Both the increase in N fertilizer efficiency and reduce in N loss in paddy soils are important in agricultural management and environmental protection. Here, we investigated the effects of side bar fertilization on paddy yields, N use efficiency and N loss in paddy soils and to provide reference for improvement of rice N utilization. Six fertilization treatments were used in the study ― control (T1), common fertilizers with conventional fertilization method (T2, N 280 kg?hm-2, P2O5165 kg?hm-2, K2O 120 kg?hm-2), slow-release fertilizer with conventional fertilization method (T3, N 230 kg?hm-2, P2O5165 kg?hm-2, K2O 120 kg?hm-2), high slow-release fertilizer plus side bar application (T4, 230 kg?hm-2, P2O5138 kg?hm-2, K2O 120 kg?hm-2), medium slow-release fertilizer plus side bar application (T5, N 180 kg?hm-2, P2O5123 kg?hm-2, K2O 120 kg?hm-2) and low slow-release fertilizer plus side bar application (T6, N 140 kg?hm-2, P2O5123 kg?hm-2, K2O 120 kg?hm-2). The study was done in one cropping calendar at the Agricultural Environmental Sciences Observation Station in Yueyang City, Hunan Province, China. The results showed that combined application of slow release N fertilizer and side bar application method increased rice yield, promoted N utilization rate and reduced N loss in paddy fields. Particularly for T4, yields of both early and late rice increased respectively by 13.17% and 4.72%, and decreased rice planting density and applied N amount, compared with T2. The yields of both early and late rice under T4 treatment were 7.27% and 1.74% higher, respectively, than that of T3 treatment. Side bar fertilization significantly reduced N loss by 0.466–0.673 kg(N)×hm-2due to surface runoff decreasing by 3.54%–29.36%, compared with T2 treatment. Side bar fertilization significantly increased N use efficiency. N use efficiency under T4 treatment was 1.70 and 1.22 times that of T2 and T3 treatments, respectively. High slow-release fertilizer plus side bar application was the best fertilization mode in the study area. Our results were beneficial for improving productivity efficiency in agricultural, resources and environmental protection.

Rice; Slow release fertilizer; Side bar fertilization; Nitrogen use efficiency; Nitrogen loss; Surface source loss rate; Dongting Lake

, E-mail: zengxb@ieda.org.cn

May 8, 2017;

Jun. 21, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.170420

S511; S606

A

1671-3990(2017)12-1815-08

曾希柏, 主要研究方向為退化及污染農(nóng)田修復(fù)。E-mail: zengxb@ieda.org.cn

段然, 主要研究方向為農(nóng)業(yè)面源污染防控。E-mail: duanran@caas.cn

2017-05-08

2017-06-21

* This study was supported by the National Key R&D Project of China (2016YFD0300902).

* 國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFD0300902)資助