加氣對水稻泡田期田面水質(zhì)的影響

潘艷川，李 江，繳錫云,2,3，胡偉鈺

(1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)工程學(xué)院，南京 210098；2.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程國家重點試驗室，南京 210098；3.河海大學(xué) 水安全與水科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210098)

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2019年7月14日-7月29日在河海大學(xué)江寧校區(qū)節(jié)水園區(qū)進行。供試土壤取自節(jié)水園區(qū)試驗田內(nèi)的0～20 cm耕作層土，風(fēng)干、剔雜、磨細和過篩5 mm，土壤基本理化性質(zhì)為：TN 0.828 g/kg，TP 0.35 g/kg，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)2.6%。試驗地采用稻麥輪作的種植方式，供試秸稈為小麥秸稈，經(jīng)風(fēng)干、粉碎至3～5 cm，基本養(yǎng)分含量為TN 3.8 g/kg，TP 0.66 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用盆栽試驗，如遇降雨則采取雨棚遮雨避免雨水的干擾，盆栽載體為長66 cm，寬45 cm，高35.5 cm的塑料土箱，箱體四周及底部進行嚴實密封(圖1)。土壤按容重1.2 g/cm3分層裝入土箱內(nèi)，土層總厚度為25 cm，每層厚5 cm，各層裝入箱內(nèi)進行平整、拋毛。秸稈按照7.0 t/hm2定量混施至土箱10 cm土層內(nèi)，模擬秸稈翻埋還田。向每個盆栽內(nèi)進行灌水，每個土箱內(nèi)保持8 cm的淹水層。

本試驗考察秸稈還田耕作方式下，水稻移栽前泡田期內(nèi)的氮磷釋放情況，共設(shè)2個處理，即不加氣組(O0)和加氣0.5 h組(O0.5)，每個處理3次重復(fù)。加氣設(shè)備選用ACO-018A型加氣設(shè)備，排氣量為200 L/min，每日上午10時對O0.5組進行加氣。采用虹吸方式抽取盆栽內(nèi)表層水，取樣周期為3 d，同時對盆栽進行不定期補水。

1.3 測定內(nèi)容

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

試驗所測數(shù)據(jù)采用Excel 2018進行整理統(tǒng)計，采用Origin 9.1進行曲線繪制與模擬，統(tǒng)計分析采用SPSS 22.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 田面表層水濃度變化

表1 不同時刻田面表層水濃度 mg/LTab.1 concentration in the field surface water

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

圖2 田面表層水濃度Fig.2 concentration in the field surface water

2.2 田面表層水濃度變化

圖3 田面表層水濃度Fig.3 concentration in the field surface water

表2 不同時刻田面表層水濃度 mg/LTab.2 concentration in the field surface water

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.3 田面表層水TP濃度變化

表3為表層水TP濃度隨時間變化結(jié)果，結(jié)果顯示TP濃度在O0.5處理、O0處理條件下分別于第6 d和第9 d達到峰值濃度，峰值過后TP濃度開始持續(xù)下降。兩處理條件下TP濃度15 d內(nèi)差異均達到顯著水平(P<0.05)。

表3 不同時刻田面表層水TP濃度 mg/LTab.3 TP concentration in the field surface water

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

圖4為TP濃度隨時間變化趨勢。淹水后，TP濃度變化趨勢均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。淹水初期，表層水TP濃度不斷升高，這可能是因為水體中微生物分解利用秸稈，產(chǎn)生一部分含磷物質(zhì)，第3 d O0.5處理下的TP濃度比O0處理下TP濃度高76.73%，說明此時加氣促進了微生物活動，分解出較多的含磷物質(zhì)。

圖4 田面表層水TP濃度Fig.4 TP concentration in the field surface water

淹水第6 d，O0.5處理條件下TP濃度出現(xiàn)峰值，比O0處理下的峰值提早出現(xiàn)了3 d，原因是嫌氣環(huán)境下，分解秸稈產(chǎn)生磷素的微生物活動較為緩慢，致使TP濃度持續(xù)上升時間較長，峰值出現(xiàn)時間較晚，且O0處理條件下TP濃度的峰值比O0.5處理條件下高了29.84%。峰值過后，微生物自身代謝消耗了部分磷素，加之土壤吸附作用，TP濃度逐步下降。

結(jié)果顯示，對秸稈還田后淹水條件下的稻田表層水進行加氣，可以縮短水體中TP濃度上升至峰值的時間，且明顯降低TP濃度的峰值。淹水后9 d內(nèi)是監(jiān)測O0.5處理TP濃度的關(guān)鍵時期，而O0處理15 d內(nèi)均要重點監(jiān)測TP濃度，這與楊志敏[5]研究得出TP污染防治時間為淹水后1～3周一致。相關(guān)研究顯示，淹水中后期上覆水磷濃度持續(xù)時間長，最大濃度出現(xiàn)時間越晚，對水質(zhì)污染風(fēng)險越大[2]。因此，O0.5處理能使稻田表層水TP濃度上升較快且峰值濃度較低，一定程度上減輕了稻田表層水的磷污染。

2.4 田面表層水溶解氧與兩氮動態(tài)變化關(guān)系分析

表4為表層水溶解氧溶度隨時間變化結(jié)果，結(jié)果顯示在淹水第6 d，表層水溶解氧含量達到峰值，此后，O0處理表層水含氧量開始下降，O0.5處理含氧量在第12 d時陡然上升，兩處理在第3 d和第12 d差異達到顯著水平(P<0.05)，同時可看出O0.5處理較O0處理可以在淹水初期和后期使水體保持含氧量較高的環(huán)境，但持續(xù)時間不長，這可能是因為采用的加氣設(shè)備氣泡粒徑是mm級，對水體表層水直接加氣，氣泡粒徑大、逸出快，使得水體好氧環(huán)境持續(xù)時間不長。

表4 田面表層水溶解氧濃度動態(tài)變化 mg/LTab.4 Dissolved oxygen concentration in the field surface water

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

表5 田面表層水溶解氧濃度濃度濃度的相關(guān)系數(shù)Tab.5 Correlation coefficient among dissolved oxygen, concentration in the field surface water

注：*表示相關(guān)性達到P<0.05。

圖5 不加氣處理田面表層水溶解氧與兩氮動態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of dissolved oxygen and nitrogen in the field surface water without aeration

圖6 加氣處理田面表層水溶解氧與兩氮動態(tài)變化Fig.6 Dynamic changes of dissolved oxygen and nitrogen in the field surface water under aeration

3 結(jié) 語

(3)加氣可以使得秸稈還田后泡田期田面表層水體維持好氣環(huán)境，提高田面水溶解氧濃度，加強水體的硝化反應(yīng)，從而為后期水稻提供良好的生長發(fā)育的環(huán)境。