連續(xù)施用豬糞有機肥的高產(chǎn)稻田氮磷鉀徑流流失特征

孫國峰， 張麗萍， 周 煒， 盛 婧， 陳留根

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心/農(nóng)業(yè)部種養(yǎng)結(jié)合重點實驗室，江蘇南京 210014)

隨著我國畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖程度的快速發(fā)展，畜禽糞便的集中排放量已高達3.2×109t/年[1]，成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源之一。同時，畜禽糞便中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，將其作為肥料進行農(nóng)田回用是畜禽糞便處理的主要途徑。據(jù)統(tǒng)計，江蘇省規(guī)模養(yǎng)殖的畜禽糞便排泄量高達5 300萬t/年，若能全部資源化利用，可為3.33×105hm2農(nóng)田提供肥料[2]，又可減少或避免規(guī)模養(yǎng)殖廢棄物的排放風(fēng)險，對促進農(nóng)牧結(jié)合系統(tǒng)良性循環(huán)具有重要的理論和實踐意義。雖然國內(nèi)外對有機肥施用后稻田養(yǎng)分徑流損失特征的研究已有較多的報道[3-6]，但這些研究主要針對等氮量有機肥或有機無機配施后氮磷徑流流失特征進行研究。結(jié)果表明，有機無機合理配施能夠提高水稻產(chǎn)量[7-8]、降低稻田氮磷徑流流失量[9-10]；而等氮量有機肥替代化肥初期會降低水稻產(chǎn)量[8，11]。另外，也有研究指出稻田磷素徑流流失量隨著有機肥施用量的增加而增加[8，12]，而連續(xù)施用高量豬糞有機肥的高產(chǎn)稻田氮磷鉀徑流流失特征鮮有報道。本試驗以稻麥兩熟制農(nóng)田為研究對象，旨在探討連續(xù)單施高量豬糞有機肥后，高產(chǎn)稻田氮磷鉀地表徑流流失特征、流失量及流失率，以期為長江三角洲地區(qū)高量有機肥施用技術(shù)推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗始于2010年11月，在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合試驗基地(32°29′N，118°36′E，海拔18 m)進行。該區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候溫和、四季分明，年平均溫度15.3 ℃，年平均降水量970 mm，年日照時數(shù)2 200 h，年平均無霜期215 d，該區(qū)主要為小麥-水稻兩熟制。試驗田土壤類型屬黃棕壤發(fā)育的馬肝土，耕層土壤質(zhì)地為重壤土。試驗前耕層(0～20 cm)土壤容重1.38 g/cm3，有機質(zhì)含量12.1 g/kg，全氮含量0.91 g/kg，全磷含量0.55 g/kg，速效鉀含量 105.6 mg/kg，pH值6.4[V(水)∶m(土)=2.5 ∶1]。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，分別設(shè)置(1)不施肥(CK)；(2)化肥(氮磷鉀，NPK)；(3)150%豬糞有機肥(150% PM)共3個處理，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2。選用水稻品種南粳44為供試材料，采用旋耕的耕作方式和人工移栽的插秧方式。常規(guī)化肥處理施肥量為純氮300 kg/hm2，氮磷鉀(N ∶P2O5∶K2O)施用比例均為1 ∶0.5 ∶0.5，氮肥按基 肥 ∶分 蘗肥 ∶穗肥比例4 ∶2 ∶4施用，磷肥于耕作前作基肥1次撒施，鉀肥作基肥、穗肥2次施用，每次50%。根據(jù)測定的豬糞有機肥(豬糞來源于江蘇省明天農(nóng)牧科技有限公司，位于江蘇省南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)金磁村；含N 1.66%、P2O52.66%、K2O 1.35%)養(yǎng)分含量，按氮含量計算150%豬糞處理的豬糞施用量(干質(zhì)量)為27.08 t/hm2，豬糞有機肥按基肥 ∶穗肥比例6 ∶4施用。基肥施用時間為6月20日，分蘗肥施用時間為7月2日，穗肥施用時間為8月9日。試驗田病蟲害及雜草防治均按當(dāng)?shù)匾话戕r(nóng)田管理方式進行。

1.3 樣品采集與分析

于2013年6月至10月，采用微區(qū)收集的方法[13]，采集區(qū)域面積為400 mm×600 mm，出水口高度為75 mm。降雨期間記錄降水量及稻田排水量，并采樣。每次采集徑流水樣時，先測量徑流水深，用以計算徑流水量，再將徑流收集桶內(nèi)的水?dāng)嚢杈鶆颍總€徑流桶至少采集徑流水樣300 mL，帶回實驗室利用連續(xù)流動化學(xué)分析儀(skalar san++)及時測定徑流水中總氮、總磷濃度，總鉀濃度采用火焰光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

養(yǎng)分徑流流失率=(施肥區(qū)養(yǎng)分流失總量-不施肥區(qū)養(yǎng)分流失總量)/當(dāng)季養(yǎng)分投入總量×100%。

采用Office 2013和SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，用LSD法進行處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量與徑流水量變化

2013年稻季共產(chǎn)生3次徑流過程，分別為6月23日、6月24—25日、7月7—8日，其累計降水量分別為 64.0、80.5、120.5 mm；各處理間徑流水量基本一致，每次降水過程累計的徑流水量分別為30.5、73.1、67.2 mm，整個稻季累計徑流水總量為1 708 m3/hm2。

2.2 徑流水養(yǎng)分濃度變化

2.2.1 總氮濃度 不施肥處理(CK)徑流水的總氮濃度相對較低，其濃度范圍為0.67～0.95 mg/L，顯著低于常規(guī)化肥(NPK)和150%豬糞有機肥(150%PM)處理(圖1)。此外，6月20日基肥施用后，常規(guī)化肥與150%豬糞有機肥處理徑流水的總氮濃度基本相近，其濃度范圍在2.80～6.57 mg/L；7月2日分蘗肥施用后，常規(guī)化肥處理徑流水的總氮濃度有所增加，達9.01 mg/L，明顯高于150%豬糞有機肥處理，但處理間差異不顯著，主要是由于常規(guī)化肥處理施用分蘗肥(尿素130 kg/hm2)的緣故。

2.2.2 總磷濃度 稻季3次徑流水的總磷含量均以150%豬糞有機肥處理最高，其濃度范圍在1.61～3.23 mg/L，均顯著高于常規(guī)化肥和不施肥處理(圖2)。其中6月23日不同處理徑流水的總磷含量規(guī)律尤為典型，由高到低依次為150%豬糞有機肥、常規(guī)化肥、不施肥處理，分別為2.655、0.840、0.024 mg/L，處理間差異均達到顯著水平。此外，不施肥和常規(guī)化肥處理徑流水的總磷濃度均隨著水稻生育期呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，其中常規(guī)化肥處理徑流水的總磷濃度由0.84 mg/L降至0.016 mg/L，降低了51.5倍。

2.2.3 總鉀濃度 稻季3次徑流水的總鉀含量均以150%豬糞有機肥處理最高，其濃度范圍在14.55～15.78 mg/L，均顯著高于常規(guī)化肥和不施肥處理(圖3)。其中，常規(guī)化肥處理徑流水的總鉀含量略高于不施肥處理，但2個處理間差異不顯著。

2.3 養(yǎng)分徑流量變化

2.3.1 總氮徑流量 稻田地表徑流流失主要發(fā)生在水稻生育前期，特別是基肥、分蘗肥施用后強降雨引發(fā)稻田徑流養(yǎng)分流失尤為嚴重。具體來看， 不施肥處理總氮徑流流失量相對較少，為290.9～542.8 g/hm2，均顯著低于常規(guī)化肥和150%豬糞有機肥處理(圖4)。其中，基肥施用后，常規(guī)化肥與150%豬糞有機肥處理總氮徑流流失量相近，其值均在 1 972.7～2 156.0 g/hm2；隨后分蘗肥施用明顯增加了常規(guī)化肥處理的總氮徑流流失量，徑流流失量高達6 051.8 g/hm2，為150%豬糞有機肥處理的2.16倍。

2.3.2 總磷和總鉀徑流量 不同處理總磷和總鉀地表徑流流失量由高到低依次為150%豬糞有機肥、常規(guī)化肥、不施肥處理，總磷徑流量均值分別為1 418.0、98.7、9.0(圖5)。總鉀徑流量均值分別為8 585.5、1 032.2、889.9 g/hm2(圖6)。其中，150%豬糞有機肥處理總磷、總鉀徑流流失量均顯著高于常規(guī)化肥和不施肥處理。

2.4 養(yǎng)分徑流流失總量及流失率

2.4.1 養(yǎng)分徑流流失總量 由圖7可知，稻田總氮徑流流失總量由高到低依次為常規(guī)化肥、150%豬糞有機肥、不施肥處理，其總氮徑流流失總量分別為10.07、6.96、1.29 kg/hm2。其中常規(guī)化肥和150%豬糞有機肥處理總氮徑流流失總量均顯著高于不施肥處理。稻田總磷和總鉀徑流流失總量由高到低依次為150%豬糞有機肥、常規(guī)化肥、不施肥處理，總磷徑流流失總量分別為4.25、0.30、0.03 kg/hm2，總鉀徑流總量分別為25.76、3.10、2.67 kg/hm2。其中150%豬糞有機肥處理總磷、總鉀徑流流失總量均顯著高于常規(guī)化肥和不施肥處理。

2.4.2 養(yǎng)分徑流流失率 在計算農(nóng)田養(yǎng)分徑流流失率時，本研究基于不施肥處理，僅考慮稻田肥料氮、磷、鉀(化肥或豬糞有機肥)投入，未將由灌溉水、雨水、種子等帶入氮、磷、鉀計算在內(nèi)。從圖8可以看出，稻田總氮徑流流失率以常規(guī)化肥處理較高，達 2.93%；150%豬糞有機肥處理次之，達1.26%；而稻田總磷、總鉀徑流流失率均以150%豬糞有機肥處理較高，分別為 0.79%、8.33%，顯著高于常規(guī)化肥處理。

2.5 水稻產(chǎn)量

不施肥處理水稻產(chǎn)量為3 184.9 kg/hm2，常規(guī)化肥、150%豬糞有機肥處理均顯著增加了水稻產(chǎn)量，分別為 9 501.4、10 098.0 kg/hm2。其中，150%豬糞有機肥處理水稻產(chǎn)量較常規(guī)化肥處理增加了6.28%。豬糞有機肥施用量達到常規(guī)施氮量1.5倍時可實現(xiàn)有機水稻高產(chǎn)。

3 結(jié)論

稻田地表徑流水總量為1 708 m3/hm2。常規(guī)化肥處理稻田地表徑流流失氮、磷、鉀總量分別為10.07、0.30、3.10 kg/hm2，徑流流失率分別為2.93%、0.18%、0.28%。150%豬糞有機肥處理稻田地表徑流流失氮、磷、鉀總量分別為6.96、4.25、25.76 kg/hm2，徑流流失率分別為1.26%、0.79%、8.33%。即150%豬糞有機肥處理較化肥處理降低了稻田氮素地表徑流流失總量和流失率，同時，顯著增加了磷、鉀地表徑流流失總量和流失率，分別達常規(guī)化肥處理的 14.4、8.3倍和4.4、29.3倍。此外，150%豬糞有機肥處理水稻產(chǎn)量高達10 098.0 kg/hm2，較常規(guī)化肥處理增加了6.28%。在本研究條件下，豬糞有機肥施氮量達到常規(guī)化肥的1.5倍時可實現(xiàn)有機水稻高產(chǎn)，但會顯著增加稻田地表徑流磷鉀總量。