有机肥控制稻田氮磷流失风险效果初步研究

来源:用户上传      作者: 吴美玲等

　　摘要：2012年6～10月在贵州省贵阳市红枫湖镇大冲村进行田间试验，通过对比分析施用有机肥与农户习惯施用尿素和磷肥的稻田水中氮和磷浓度变化，对有机肥控制稻田氮磷流失风险效果进行初步研究。结果表明，有机肥处理（M）下稻田水中最高总氮（TN）、总磷（TP）浓度为1.35 mg/L和0.28 mg/L，农户习惯施肥处理（CON）平均TN、TP浓度为3.26 mg/L和0.36 mg/L，同等纯氮肥下施用有机肥的稻田水中TN、TP浓度分别为0.58、0.20 mg/L。可见，与农户习惯施肥相比，施用有机肥能明显消减稻田水中TN、TP的残留量，可降低稻田水中氮和磷的流失风险。
　　关键词：有机肥；农户习惯施肥；稻田氮磷；产量；流失风险
　　中图分类号：S141；S158.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4328-05
　　“两湖一库”（红枫湖、百花湖、阿哈水库）是贵阳市的饮用水源，每天向贵阳市区提供55万t的水，占城市用水总量的68%，被誉为贵阳市的“三口水缸”。近些年来，为了提高作物产量而大量施用化肥，造成肥料利用率下降，氮磷大量流失，导致“两湖一库”汇水区域农业环境面源污染。自20世纪60年代以来，施肥后稻田氮磷元素的运移规律、动态变化及流失已成为世界各国学者最重要的研究课题之一[1-4]。许多研究表明，肥料施入稻田1周内，田面水中的氮磷浓度均处于很高的水平，如遇排水则会导致大量氮磷元素的损失[5-8]。为了减少稻田氮磷的流失，一些发达国家鼓励农民从常规种植向有机种植转换，并提出了一种不施农药、化肥等化学添加剂，依靠施用生物有机肥培肥土壤，采用物理、生物病虫害防治等不会对环境造成污染的有机种植模式[9]。本研究是通过对比分析施用有机肥与农户习惯施用尿素和磷肥稻田水中氮和磷浓度变化，对有机肥控制稻田氮磷流失风险效果进行初步研究，旨在为减少化肥施用、降低稻田排放水氮磷含量，为控制农业环境氮磷面源污染提供基础数据和理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验设计
　　本试验于2012年6月在贵州省贵阳市红枫湖镇大冲村进行，小区面积为16 m2（4 m×4 m），中间沟宽50 cm，田埂宽10 cm，田埂高30 cm，且用塑料薄膜相隔，独立灌溉排水。在水稻移栽前所有肥料均作基肥一次施入，共设M1（0 kg/hm2）、M2（3 000 kg/hm2）、M3（4 500 kg/hm2）、M4（6 000 kg/hm2）、M5（7 500 kg/hm2）5个有机肥处理和农户习惯施肥处理（CON），共计6个处理，均为干重，各处理重复3次，共18个小区（表1）。习惯施肥（CON）水稻种植为对照，其施肥量为尿素350 kg/hm2、过磷酸钙143.7 kg/hm2，折合纯氮（N）和纯磷（P2O5）率分别为46%和12%。试验所选用有机肥为微生物有机肥，其有效氮含量为4.15%，有效磷含量为1.63%，水分含量为17.06%。各个试验小区供试水稻品种均为当地品种黔优1385，生长期从移栽到收割时间为2012年6月18日至10月19日。试验田土壤基本理化性状为：pH 5.69、全氮5.30 g/kg、全磷1.22 g/kg、碱解氮155.80 mg/kg、速效磷21.63 mg/kg。
　　1.2 测定项目及方法
　　1.2.1 水样的采集及测定 水样分别在水稻的返青期、拔节期、孕穗期、抽穗期、成熟期5个时期进行采集，共采集水样90个。水样采回后立即加入适量的酸液，以抑制微生物的活动，并在48 h内测定。水样总氮（TN）采用过碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB/T11894-1989）测定，总磷（TP）采用过硫酸钾消解钼酸铵比色法测定[10]。
　　1.2.2 成熟期考种计产 分别在成熟期，从每个小区中心选择5 m2作为测产区，脱粒并晒干，风选清除杂质，先称量风干重，用烘干法测定样品水分含量，然后返回14%的吸湿水以计算水稻的产量。测产取样的同时，在方形测产区由对角线取9株作为考种样，考察水稻的产量构成。
　　1.3 试验数据统计分析
　　所有试验数据均采用SAS9.0统计软件进行分析处理。
　　2 结果与分析
　　2.1 施用有机肥对水稻产量的影响
　　2.1.1 施用有机肥水稻产量及产量构成因素的变化 由表2可知，施用有机肥的各处理，实收产量随着有机肥施用量的增加产量呈现先增长后下降的趋势，且在施肥量为4 500 kg/hm2时达到最大值，这说明过量的施用肥料，水稻产量往往会降低；有机肥的种植模式下，千粒重和结实率均以M1处理0 kg/hm2施肥水平最高，M5处理7 500 kg/hm2施肥水平最低，其余几者之间的差异没有达到5%的显著水平。M3处理的有效穗数、结实率分别为220.50万穗/hm2、76.72%，略比CON处理低，但其实收产量和千粒重分别为10 722.60 kg/hm2、31.53 g，比农户习惯施肥处理（CON）的分别高12.04%、17.91%，均达到1%的极显著差异水平。
　　农户习惯施肥处理除了在返青期时稻田水中TN含量介于各个有机施肥水平间外，在拔节期、孕穗期、抽穗期、放水期均较高；在拔节期、孕穗期、抽穗期以及成熟期（放水期），有机肥处理中最高TN浓度分别比农户习惯施肥处理低15.79%、19.21%、12.61%和58.59%，各时期均达到1%的极显著差异水平。到水稻成熟期，有机肥处理（M）中最高TN浓度为1.35 mg/L，比农户习惯施肥处理（CON） 3.26 mg/L低58.59%，且达到1%的极显著差异水平。
　　2.3 不同有机肥施肥处理对稻田水TP含量的影响
　　由表4可知，稻田水TP浓度变化在0.11～0.48 mg/L，各个施肥处理稻田水中TP含量都以返青期最高；在水稻生育各个时期，均以M1处理的稻田水TP含量最低，且均与施用有机肥的处理达到1%的极显著差异水平；在返青期，稻田水中的TP含量在0.39～0.48 mg/L变化，但4个施肥水平间都没有达到5%的显著差异水平；在拔节期和孕穗期，4个施肥水平间稻田水TP含量的变化规律性不强，直到抽穗期稻田水TP含量随着施肥量的增大而增大，在M5处理下TP含量最高，并分别与其余3个施肥处理达到1%的极显著差异水平；在成熟期放水晒田时，稻田水TP含量也是随着施肥量增加呈上升趋势，但是M2、M3和M4 3个施肥处理间差异不显著，而M5施肥处理与前3个施肥处理均达到1%的极显著差异水平。 　　农户习惯施肥处理中，在返青期，有机肥施肥处理（M）下稻田水中TP含量最大值与农户习惯施肥处理（CON）基本相当，其余处理均小于农户习惯施肥处理（CON）；除返青期外，有机肥施肥处理（M）稻田水中最高TP含量分别比农户习惯施肥处理（CON）低45.65%、10.26%、10.71%和22.22%，且多数达到1%的极显著差异水平。在水稻排水晒田时，有机肥施肥处理（M）中最高TP含量为0.28 mg/L，而农户习惯施肥处理（CON）平均TP含量为0.36 mg/L，两者达到1%的极显著差异水平。
　　2.4 施用有机肥稻田水TN、TP含量与施N、P2O5量的关系
　　由图1可知，在水稻生长的各个时期稻田水TN、TP含量是随着有机施肥量的增加而逐渐升高的。鉴于稻田水TN、TP含量与有机施肥量之间的密切关系，故通过放水期稻田水TN、TP浓度变化与施N、P2O5量建立线性方程分别为：YN=0.004 7X-0.168 1（r=0.913 7*），YP=0.001 3X+0.112 7（r=0.955 7*），从以上方程可以得出稻田TN、TP含量与施入有机肥中的N、P2O5量均呈显著正相关。
　　2.5 同等养分条件下施用有机肥对稻田水氮磷消减效应
　　鉴于稻田水氮、磷含量与施N、P2O5量的密切关系，要想比较不同施肥处理下稻田水氮磷排放的消减程度，需把施用的有机肥量与农户习惯施肥量折算成等同量的纯氮和纯磷来进行比较。有研究表明，氮素与产量的相关系数较大，所以选择氮素这一标准来考虑。
　　本试验农户习惯施肥处理（CON）的氮肥和磷肥设为：尿素350 kg/hm2和过磷酸钙143.7 kg/hm2，分别折纯后为161.00 kg/hm2（N）和22.95 kg/hm2（P2O5）。大田试验数据分析结果表明，在水稻生长的放水晒田期稻田水中TN和TP含量分别为3.26 mg/L和0.36 mg/L。因为供本试验所使用的有机肥的全氮（N）和全磷（P2O5）含量分别为4.15%和1.63%，所以具有与CON处理同等氮素肥力的有机肥量为3 878.25 kg/hm2。
　　由表5可知，具有与CON处理同等氮素肥力下稻田水中TN、TP浓度分别为0.58、0.20 mg/L；同时结合本文2.1.2节，在有机肥最佳施用量下放水晒田期稻田水中TN、TP浓度分别为0.71、0.21 mg/L。由此可见，无论哪种有机肥施用量下，放水晒田期稻田水中TN、TP浓度均比农户习惯施肥处理低：①施用具有与CON处理同等氮素肥力的有机肥水稻成熟期稻田水中TN、TP浓度分别比农户习惯施肥处理低82.21%、44.44%；②在施用最佳的有机肥量情况下水稻成熟期稻田水中TN、TP浓度分别比农户习惯施肥处理低78.22%、41.67%。因此，施用有机肥能明显消减稻田水中TN、TP的残留量，能有效控制稻田水氮磷的流失，减少农田面源污染。
　　3 结论与讨论
　　3.1 结论
　　1）试验设置的有机肥施肥处理（M）中，以M3处理的产量最高，其实收产量为10 722.60 kg/hm2，比农户习惯施肥处理（CON）的高12.04%，且差异达到1%的显著水平。
　　2）稻田水TN浓度与有机施肥量呈显著正相关；除返青期外，有机肥施肥处理（M）最高TN含量分别比农户习惯施肥处理（CON）的低15.79%、19.21%、12.61%和58.59%，各时期的差异均达到极显著水平。
　　3）稻田水TP含量与有机施肥量呈显著正相关；除返青期外，有机肥施肥处理稻田水中最高TP含量分别比农户习惯施肥处理（CON）的低45.65%、10.26%、10.71%和22.22%，且差异多数达到1%的显著水平。
　　4）施用有机肥能明显降低放水晒田期稻田水TN、TP浓度，消减稻田水中TN、TP的残留量。
　　3.2 讨论
　　施肥是农田面源污染的主要污染源之一。不同肥料对环境的污染程度不同。一般化学肥料都具有速溶性，而有机肥则具有缓效性。化肥一旦施入土壤便很快溶解。就氮肥而言，除一部分被作物吸收外，大部分以氨的挥发、流失、反硝化作用而逸失到大气、湖泊或河流中，使得氮肥的当季利用率仅为35%。磷肥除大部分被土壤固定外，还有一部分随水迁移到湖泊或河流中，使得磷肥的当季利用率仅为20%。稻田土壤氮磷养分流失量一般比旱地更为突出，施入稻田的氮肥和磷肥若遇大雨或暴雨则使氮磷养分随雨水流出稻田，而径流水中的氮磷含量与田面水中的氮磷含量的变化密切相关[11，12]。
　　要想控制氮磷的流失风险，其中最有效的方法之一就是施用有机肥。当然，也不是说只要施用有机肥就不怕氮磷的流失问题了，农作时要依据农作物吸收情况和土壤养分情况等来确定使用量。有机肥虽具有养分释放缓慢的特点，但是随着有机肥施用量的增加，稻田水体氮磷含量会随着有机肥施用量的增加而不断增加，同时随着水稻的生长发育而不断减少，这在研究结果中得到了体现，并且与金洁等[2]、王强等[6]和崔玉亭等[13]的研究结果相一致。
　　要确切比较施用有机肥和农户习惯施用化肥对稻田水体氮磷的消减效应，必须是在两种肥料同等养分投入的情况下加以比较。为此，根据氮素与产量的相关系数较大的特点，计算出了同等氮素肥力状况下施用有机肥和农户习惯施用化肥处理中稻田水的氮磷含量变化。比较结果表明，施用有机肥能明显消减稻田氮磷残留量。看来稻田施用有机肥对降低其水体中的总氮和总磷具有明显的效果。
　　氮磷肥在作物产量形成过程中起着关键性作用，很多农民凭经验种田，氮磷素肥料施用普遍较高，这不仅导致生产成本的增加，而且还会引起农业环境污染。施用有机肥在促进水稻生长、提高作物产量上起到明显的作用，本试验研究结果表明，随着有机肥施用量的不断增加，产量呈先上升后下降趋势，产量与施肥量呈二次抛物线关系，最佳施肥量为4 521.75 kg/hm2，同时施用有机肥各处理中，除单位面积有效穗数略比习惯施用化肥处理低外，其余各产量构成因素均较高。原因可能是施用有机肥料能提高作物茎鞘贮藏物质转运率，使千粒重和结实率增加，从而提高水稻单产。也有可能是磷对产量的影响较大，或是本试验农户习惯施肥处理中磷的施用量设计得过低等原因。这些问题都还有待于进一步研究证明。 　　参考文献：
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