蓄雨后稻田氮、磷特征及對水稻生長的影響

葉 浩，黃必善，丁 偉，肖 斌，趙圣帥，張 萍

（1.天門市農田灌溉排水試驗站，湖北 天門 431700；2.天門市水利和湖泊局，湖北 天門 431700）

蓄雨灌溉是從稻田水管理角度提高蓄雨深度，從而降低氮、磷流失的風險，特別在稻田氮、磷流失關鍵期，恰逢強降雨多發時段，蓄雨可擴容、納污、降低排水污染物濃度，從而減少氮、磷排放，因此蓄雨灌溉對減輕農業面源污染具有重要的意義。為了減少稻田氮、磷流失，學者開展了大量的研究。從農藝措施角度看，施用不同肥料類型［1-3］、采用不同N和P配比［4］、減少肥料的施用量［5］以及不同的肥料施用方式［6］均可減少氮、磷排放；從灌溉方式來看，交替干濕灌溉較深水淹灌和常規灌溉更能減少氮、磷排放［7］，同時干濕交替條件下土壤水分的大幅波動和降雨的首次沖刷效應顯著影響氮素流失的數量和質量［8］；同時也有學者將灌溉方式與施肥結合進行研究，發現干濕交替灌溉與控釋肥組合能有效降低稻田氮素流失，減輕農業面源污染［9］；控灌中蓄及減量施肥可以提高氮肥利用率，降低氮素田面排水及滲漏濃度［10］；還有學者通過水位管理方式減少氮、磷排放［11，12］。目前關于蓄雨灌溉對節水減排效果的研究較多，但很少關注蓄雨灌溉后稻田田面水特征以及蓄雨后水環境對作物生長的影響。本試驗通過2年定位研究，調查了蓄雨后稻田氮、磷特征，一方面可以了解蓄雨納污潛力，另一方面可以了解蓄雨后對作物生長產生的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設施與水稻種植

試驗地點設在湖北省天門市農田灌溉排水試驗站。該試驗站地處江漢平原中部，地理坐標為東經113°19′、北緯30°39′，地面海拔高程28.5 m，氣候屬亞熱帶季風氣候區。本站歷年平均氣溫為16.2℃，平均蒸發量為1 061.5 mm，平均降雨量為1 102.3 mm，無霜期為209～254 d。試驗所在地地下水埋深受降水影響變幅較大（0.18～3.15 m），土壤質地為壤土，容重為1.37 g/cm3，田間持水量為28.01%，主要農作制度為中稻與小麥輪作、小麥與棉花連套兩熟。

2018—2019年，在可控制灌排的混凝土測坑中進行了水稻（OryzasativaL.）蓄雨灌溉試驗。測坑面積4 m2（2 m×2 m），土層厚度1.5 m，土壤質地為中壤，耕層堿解氮含量為38.4 mg/kg、有效磷含量為20.2 mg/kg、速效鉀含量為114.1 mg/kg、全氮含量為1.2 g/kg、全磷含量為0.3 g/kg、全鉀含量為9.2 g/kg。

水稻本田期的降雨量2018年（平水年）和2019年（枯水年）分別為371.5 mm和187.1 mm。試驗用的水稻品種為Y兩優1928，按當地習慣進行施肥管理。基肥為復合肥，N、P2O5、K2O含量均為15%，施用量為750 kg/hm2；追肥（分蘗肥）為尿素，用量75 kg/hm2。2018年和2019年水稻插秧時間分別為6月1日和6月8日，株、行距分別為16 cm和30 cm，2018年和2019年均在10月上旬收獲。

1.2 試驗設計

水稻蓄雨灌溉試驗從水稻插秧開始，在研究區域降水相對集中的6—8月進行。試驗以常規淺水勤灌為對照（CK，灌水下限和上限分別為10 mm和30 mm），并以淺水勤灌為基礎按蓄雨上限不同設3種蓄雨灌溉處理，分別為TR1（蓄雨上限100 mm）、TR2（蓄雨上限80 mm）和TR3（蓄雨上限60 mm）。上述試驗處理采取隨機排列方式，每處理重復3次。在試驗過程中，當雨前田面水層與降雨量疊加在一起超過設定的蓄雨上限時，通過測坑控制排水將多余的水量排出。

1.3 調查方案

1）水稻考種。水稻成熟后按處理取植株樣，每測坑取3穴代表性植株進行考種，主要農藝性狀指標包括株高、分蘗、有效分蘗、穗長、每穗總粒數、每穗實粒數、千粒重、產量。

2）水樣采集及分析。發生降雨且蓄雨達到預設深度后，在各測坑內用50 mL針筒采取6個點組成約250 mL的混合樣后，及時帶回實驗室測定氨氮、硝態氮、總氮、總磷濃度。其中，總氮（TN）濃度用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894—1989）測定；銨態氮（NH4+-N）濃度用納氏試劑分光光度法測定（HJ 535—2009）；硝態氮（NO3--N）含量用紫外分光光度法測定（HJ/T 346—2007）；總磷（TP）含量用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）測定。

3）數據處理及制圖。采用SPSS 21軟件進行方差分析，利用Excel 2016軟件進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 各處理田面水特征

2.1.1 各處理田面水硝態氮濃度比較 由圖1可知，在平水年4種處理田面水硝態氮濃度逐漸下降，其中硝態氮平均濃度由大到小依次是CK、TR1、TR3、TR2；試驗期間蓄雨TR2與蓄雨TR3硝態氮濃度差異較小且均較低，可知在土壤性質、降雨量、施肥量一致情況下，蓄雨上限80 mm和60 mm硝態氮濃度較低，TR1可能被雨水擾動較大，硝態氮濃度高于TR2和蓄雨TR3。由圖2可知，枯水年4種處理田面水硝態氮濃度總體呈下降趨勢，各處理不同蓄雨深度硝態氮濃度均較低，各處理間差異較小。綜上所述，平水年和枯水年各蓄雨模式田面水硝態氮濃度總體均呈下降趨勢，在平水年（2018年），蓄雨60 mm和80 mm硝態氮濃度較低，但與其他處理差異均不顯著（P＞0.05）；在枯水年（2019年），蓄雨深度對硝態氮濃度也無顯著影響（P＞0.05）。

圖1 2018年各處理田面水硝態氮濃度比較

圖2 2019年各處理田面水硝態氮濃度比較

2.1.2 各處理田面水銨態氮濃度比較 由圖3可知，2018年（平水年）各處理銨態氮濃度總體呈下降趨勢，其中TR3、TR2下降幅度較大，試驗結束時TR2銨態氮濃度最低。由圖4可知，2019年（枯水年）CK和TR2處理銨態氮濃度先下降后升高，TR1和TR3處理先上升后下降再上升，其中蓄雨TR2和TR3處理在整個試驗期間銨態氮濃度均較接近，TR1銨態氮濃度變化幅度較大。經方差分析，2018年和2019年各處理間差異均不顯著（P＞0.05）。

圖3 2018年各處理田面水銨態氮濃度比較

圖4 2019年各處理田面水銨態氮濃度比較

2.1.3 各處理田面水總氮濃度比較 由圖5可知，2018年各處理測坑田面水總氮濃度逐漸降低，其中CK濃度較低，TR1、TR2和TR3比較接近。由圖6可知，2019年各處理測坑田面水總氮濃度隨處理時間呈先下降后升高趨勢，但各處理濃度均較低。經方差分析，2018年和2019年各處理間差異均不顯著（P＞0.05）。

圖5 2018年各處理田面水總氮濃度比較

圖6 2019年各處理田面水總氮濃度比較

2.1.4 各處理田面水總磷濃度比較 由圖7可知，2018年各處理總磷濃度呈先下降后微升再下降趨勢，總體為下降趨勢，其中以CK濃度最低，TR1、TR2和TR3差別較小。由圖8可知，2019年各處理總磷濃度總體呈下降趨勢，CK總磷濃度后期略高，TR1、TR2和TR3差別較小。綜合來看，2018年和2019年各處理總磷濃度總體呈下降趨勢，2018年CK總磷濃度最低，2019年CK總磷濃度略高，無論2018年還是2019年TR1、TR2和TR3差別均較小。經方差分析，各處理總磷濃度差異均不顯著（P＞0.05）。

圖7 2018年各處理田面水總磷濃度比較

圖8 2019年各處理田面水總磷濃度比較

2.2 水稻農藝性狀分析

由表1可知，2018年和2019年不同蓄雨模式下水稻各農藝性狀無顯著差異（P＞0.05），結合2018年和2019年本田期降雨量分析，降雨疊加常規灌溉能達到蓄雨次數僅3～4次，大部分時間為常規淺水灌溉，因此最終對各指標無顯著影響。

表1 2018年和2019年各處理下水稻農藝性狀分析

3 小結與討論

在施肥量、灌溉水質、溶質一致條件下，各蓄雨處理田面水的硝態氮、銨態氮、總氮、總磷濃度在0.05水平均無顯著差異，并隨時間后移田面水各物質濃度逐漸下降。可能有以下幾個原因：一是試驗設置的蓄雨深度梯度較小，差異沒有被放大；二是施肥后一般在3 d內各氮、磷濃度達到峰值，10 d后濃度趨于穩定［13，14］，取樣時間間隔較長差異不顯著；三是采取自然降水蓄雨，并未人工灌溉蓄水，達到蓄雨上限次數較少，大部分灌溉是淺水勤灌，沒有充分體現處理效果。

綜合2年試驗結果可見，在本試驗條件下，不同蓄雨灌溉模式對水稻主要農藝性狀無顯著影響，這與郭相平等［13］、袁靜［15］、陳朱葉等［16］的研究結果一致。有研究指出，只是在雨后多蓄，而非長期深淹水，對水稻生長發育及產量并無明顯影響［17］。本試驗年份僅涉及平水年和枯水年，對于豐水年蓄雨后稻田氮、磷特征以及對水稻生長的影響還有待研究。