摘要
为探究优化施肥对作物产量和稻田径流水中氮磷流失动态变化的影响,通过定位监测试验,研究了主因子优化处理、综合优化处理和常规处理3种施肥模式下油菜-水稻轮作田中氮磷浓度变化、径流水中氮磷累积流失量以及作物产量。结果显示:整个生育期径流水中全氮、硝态氮、总磷和可溶性磷含量呈先增加后下降然后趋于稳定的趋势,而油菜生长期铵态氮含量一直处于较低状态。与常规处理相比,主因子优化处理径流水中全氮、铵态氮、硝态氮的平均含量分别下降31.44%、45.45%、28.84%。常规处理全氮、铵态氮、硝态氮累积流失量分别为10.92、0.37、9.16 kg/h
关键词
不同地区、不同作物以及不同的施肥习惯导致我国化肥的施用量严重超
有机肥能提高土壤的透气性,改善土壤保水、保肥性能,减少养分损失。研究表明,有机肥能够提高土壤肥力和肥料利用率,实现养分高效利用,从而达到增产效
试验于 2019年11月-2020年11月在江西省余江县邓家埠水稻原种场进行。试验田地处东经116°41′~117°09′,北纬28°04′~28°37′,属于亚热带湿润季风气候,气候温和,雨水充沛,日照充足,年均气温17.6 ℃,年均降水量1 788.8 mm,其中4-6月份平均降水量844.8 mm,7-9月份平均降水量降低至350.9 mm。年均日照时数1 739.4 h,无霜期258 d。试验地田地平整,多为泥沙淤积土,少数为红壤土,土质肥沃,偏微酸性,试验前土壤基本的农化性状为:pH 5.67,有机质33.56 g/kg,全氮1.72 g/kg,全磷0.56 g/kg,全钾21.96 g/kg,碱解氮85.21 mg/kg,速效磷47.38 mg/kg,速效钾 147.36 mg/kg。试验油菜品种为丰油730,水稻品种为籼型常规水稻美香占2号。
试验设置常规、主因子优化、综合优化3个处理。3次重复,共9个小区。每个小区长10 m,宽3 m,单向排列。试验区四周设置保护行,保护行宽度为3 m。常规处理: 油菜和水稻均采用当地常规田间管理方法和施肥量;主因子优化处理:在常规施肥基础上采用化肥减量施肥方法,其他措施均同常规处理;综合优化处理: 水稻采用减量施肥和秸秆还田,油菜采用减量施肥和追施谷壳灰,其他措施同常规处理。处理中施用的氮肥为尿素(N 46%)、磷肥为钙镁磷肥(P2O5 12%),钾肥为氯化钾(K2O 60%),具体施肥情况见
作物 Corp | 处理 Treatment | N | P2O5 | K2O |
---|---|---|---|---|
油菜 Rapeseed |
主因子优化处理 Principal factor optimization | 120 | 90 | 150 |
综合优化处理 Integrated optimization treatment | 120 | - | - | |
常规处理 Conventional treatment | 135 | 105 | 150 | |
水稻 Rice |
主因子优化处理 Principal factor optimization | 180 | 90 | 150 |
综合优化处理 Integrated optimization treatment | 150 | 82.5 | 150 | |
常规处理 Conventional treatment | 207 | 112.5 | 180 |
注: 油菜主因子优化处理:施谷壳灰替代磷钾肥,施谷壳灰7 500 kg/h
水稻磷肥和钾肥全部作基肥施用:氮钾肥按6∶4作基肥和追肥施用(30%做蘖肥,10%做穗肥)。基肥于移栽前最后一次耙田时施下,移栽后寸水反青,浅水分蘖,够苗80%时及时断水搁田。并采取2~3次轻搁田,齐穗后以湿润灌溉为主到成熟。油菜施肥方法:磷肥和磷肥全部作基肥施用,氮钾肥按3∶7做基肥和追肥施用(40%做苗肥,30%做薹肥),基肥在移栽前施入行间(移栽线沟),移栽后做好开沟排水工作及时中耕除草、培土,追施苗肥。
油菜2019年11月25日施苗肥,12月23日施薹肥,2020年5月4日油菜收割;6月15日水稻秸秆还田,6月22日施基肥,6月24日移栽,6月30日施追肥,9月9日施穗肥,10月9日水稻收割。试验小区除人工整地外,其他管理措施完全按照当地种植习惯实施,种植小区之间用水泥加固好,防止雨天小区间雨水串灌。
2019年11月至2020年10月,统计全年降雨过程发生径流次数,降雨后通过集流池内水位刻度的变化利用体积法求得径流量,将径流池内水搅匀后用500 mL的取样瓶取样。为保证测试结果的准确度,水样采集后立即置于4 ℃冷藏保存,在48 h内完成测试;油菜和水稻收割后计算每个小区的实际产量。
全氮含量采用碱性过硫酸钾-紫外分光光度法测定;铵态氮、硝态氮含量采用0.45 μm滤膜过滤-流动分析仪测定;全磷含量采用过硫酸钾消煮-钼酸铵分光光度法测定;水溶性磷采用0.45 μm滤膜抽滤-过硫酸钾消煮-钼酸铵分光光度法测定。
降雨产生径流后,田间的氮、磷流失量的计算公式为:
式中:Qi为产流后氮、磷流失量,kg/h
整个油菜季不同处理径流水中全氮和硝态氮含量呈缓慢上升趋势。水稻季,施入基肥3 d后主因子优化处理和综合优化处理含量达到最大值随后下降,而常规处理全氮和硝态氮含量在施入追肥2 d后继续增大到5.17 mg/L和4.46 mg/L,随后下降保持相对稳定(

图1 径流水中全氮、硝态氮和铵态氮含量的变化(2020年)
Fig.1 Changes of total nitrogen, nitrate nitrogen and ammonium nitrogen contents in runoff water in 2020
同一日期柱状图上的不同小写字母表示处理之间差异达到显著水平(P<0.05)。下同。Different lowercase letters in the same column(the same date) indicate significant differences between treatments at 0.05 level.The same as follows.
在油菜季,铵态氮含量水平整体偏低, 没有太大变化;在水稻季,施入追肥2 d后铵态氮含量变化明显(
由

图2 径流水中全磷和水溶性磷含量的变化(2020年)
Fig.2 Changes of total phosphorus and water-soluble phosphorus contents in runoff water in 2020
从
处理 Treatment | 全氮 Total N | 铵态氮 NH | 硝态氮 NO | 全磷 Total P | 可溶性磷 Dissolved P |
---|---|---|---|---|---|
主因子优化处理 Principal factor optimization | 1.81c | 0.06c | 1.53b | 0.32a | 0.29a |
综合优化处理 Integrated optimization treatment | 2.05b | 0.09b | 1.52b | 0.29a | 0.24ab |
常规处理 Conventional treatment | 2.64a | 0.11a | 2.15a | 0.24ab | 0.21b |
由

图3 2019年11月-2020年10月降雨量情况
Fig.3 Rainfall collection from November 2019 to October 2020
作物 Crop | 降雨时间/h Rainfall time | 生育阶段 Growth stage | 降雨量/mm Rainfall | 降雨类型 Rainfall patterns | 径流量/L Volume of runoff |
---|---|---|---|---|---|
油菜 Rapeseed |
3月4-5日(38) March 4th to 5th |
花期 Flowering stage | 215.6 |
暴雨 Rainstorm | 2 305.1±55.8 |
3月30-31日(34) March 30th to 31th |
花期 Flowering stage | 201.2 |
暴雨 Rainstorm | 2 075.6±41.2 | |
5月7-8日(25) May 7th to 8th |
成熟期 Maturation stage | 120.7 |
大雨 Heavy rain | 1 028.2±20.3 | |
水稻 Rice | 6月25-26日(32)June 25th to 26th |
幼苗期 Seedling stage | 193.4 |
暴雨 Rainstorm | 2 118.4±35.9 |
7月2-3日(30) July 2nd to 3rd |
分蘖期 Tillering stage | 162.5 |
暴雨 Rainstorm | 1 268.6±19.4 | |
7月9-10日(35) July 9th to 10th |
分蘖期 Tillering stage | 180.6 |
暴雨 Rainstorm | 1 601.7±20.7 | |
9月11-12日(26) September 11th to 12th |
灌浆期 Pustulation stage | 175.8 |
暴雨 Rainstorm | 1 524.8±26.7 | |
9月18日(21) September 18 |
蜡熟期 Dough stage | 80.8 |
大雨 Heavy rain | 748.4±12.4 |
注: 根据气象部门规定的降雨强度标准(按12 h计,小雨≤5.0 mm,中雨5.0~14.9 mm,大雨15.0~29.9 mm,暴雨 ≥30 mm)。Note: According to the rainfall intensity standard stipulated by the meteorological department (12 h, light rain≤5.0 mm, moderate rain 5.0-14.9 mm, heavy rain 15.0-29.9 mm, rainstorm ≥ 30 mm).
由
处理Treatment | 全氮Total N | 铵态氮NH | 硝态氮NO | 全磷Total P | 可溶性磷Dissolved P |
---|---|---|---|---|---|
主因子优化处理 Principal factor optimization | 7.49c | 0.21b | 6.32b | 1.19a | 1.08a |
综合优化处理 Integrated optimization treatment | 8.41b | 0.36a | 6.43b | 1.09ab | 0.92ab |
常规处理 Conventional treatment | 10.92a | 0.37a | 9.16a | 0.89b | 0.81b |
从
作物 Crop | 品种 Cultivar | 处理 Treatment | 产量 Yield |
---|---|---|---|
油菜 Rapeseed |
丰油 730 Fengyou 730 |
主因子优化处理 Principal factor optimization | 1 868.5±26.25b |
综合优化处理 Integrated optimization treatment | 1 954.6±19.05a | ||
常规处理 Conventional treatment | 1 865.2±23.25b | ||
水稻 Rice |
美香占2号 Meixiangzhan 2 |
主因子优化处理 Principal factor optimization | 6 135.8±53.71b |
综合优化处理 Integrated optimization treatment | 6 375.5±39.15a | ||
常规处理 Conventional treatment | 6 323.9±46.25a |
氮素和磷素流失指由于作物生长季土壤中的氮磷肥随水向下移动导致作物根系无法吸收造成的氮磷素损失的现象,尤其是水稻需水量大,在雨季或灌溉期更容易发生氮磷流失导致环境污染。
全氮和硝态氮含量在油菜季的变化趋势基本相同,随生育期缓慢增加(
径流水中总磷和可溶性磷含量变化趋势基本一致,只是幅度相对较小。在油菜收割后3 d达到第1次顶峰,而后呈下降趋势,施追肥3 d后全磷和可溶性含量持续升高,施穗肥2 d后达到第2次顶峰,说明施用追施会激发磷素的释放,加速促进磷素的流
有机肥含有植物必需的大量元素、微量元素和丰富的有机养分,能够有效地改善土壤理化状况和生物特性,提高肥料的利用率,有利于作物吸
综合优化处理下油菜和水稻产量比常规处理分别增产4.79%和0.81%,表明有机肥部分替代无机肥施用能提高作物产量。研究表明有机肥可以通过缓控释肥来降低氮素流
本研究结果表明,稻田养分的流失与施肥量(类型、时间)、降雨量(大小)、地表径流量和径流发生时间等因素有关。降雨是自然因素,降雨越大对地表的冲刷越大,增加养分流失风险,应尽量避免下雨天气施肥以降低稻田氮磷素流失。
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