不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究

不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究内容摘要：

水 第 15 卷 第 3 期 2004 年 5 月 　　 科 学 进 展 ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol115 ,No13 　 May , 2004 　 不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究 崔远来1 , 李远华2 , 吕国安3 , 沙宗尧1 (11 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 , 湖北 武汉 　430072 ; 21 中国灌溉排水发展中心 , 北京 　100053 ; 31 华中农业大学 , 湖北 武汉 　430007) 摘要 : 针对不同的水肥处理 , 采用15N 示踪方法 , 观测分析了氮素在稻田的时空分布及运移规律 、挥发及淋失损失 规律 、氮素在水稻植株中的分布特征 、稻田氮量平衡等 。结果表明 : 不同灌溉方式下 , 由于稻田水分状况的差异导 致土壤养分时空分布不同 , 从而影响其对作物的有效性 ; 由于节水灌溉稻田水分相对较少 , 基质浓度较高 , 挥发损 失高于淹灌 。虽然节水灌溉下稻田渗漏液 NH4+ 及 NO3- 浓度较淹灌高 , 但由于此时总渗漏量显著减少 , 氮的总淋失 较淹灌条件少 ; 节水灌溉下 , 适当增加追肥次数 , 有利于减少各种氮素养分的损失 , 提高氮肥利用率 ; 节水灌溉下 水稻对氮素的吸收利用率高于淹灌 , 且有利于氮素养分向稻谷转移 。 关 　键 　词 : 水稻 ; 氮 ; 运移与转化 ; 节水灌溉 中图分类号 : S271 ; S14311 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 100126791 (2004) 0320280206 20 世纪 80 年代以来 , 国内外相继开展了稻田水或肥高效利用的研究 , 但这些研究一般是在一定施肥措施 下研究水的高效利用 [1 ,2 ] , 或者以充分灌溉为前提 , 研究肥的高效利用[3 ,4 ] , 而对稻田水肥的综合高效利用研 究不足 。近年来 , 一些学者进行了不同水分状况下稻田氮肥利用及渗漏损失的研究[5～8 ] , 但往往只涉及氮素平 衡的某一方面 , 没有考虑施肥方式的影响 。由于土壤肥料养分的变化及有效性与土壤水分关系十分密切 , 在节 水灌溉条件下 , 随着稻田水分状况的改变 , 稻田土壤肥力 、水稻吸收肥料养分的能力以及水稻生长发育及产量 必然发生变化 。目前各种肥料的施用方法 、施用量和施用时期都是根据淹灌条件下提出的 , 节水灌溉条件下 , 随着稻田水分状况发生变化 , 合理的肥料养分管理措施也必然不同于淹灌 。为了探讨不同水肥条件下水稻氮素 养分运移与转化规律 , 笔者于 2001 至 2002 年在湖北漳河灌区团林灌溉试验站针对中稻开展了专项试验研究 。 1 　试验方法及处理 试验在大型钢制圆形蒸渗器及测坑中进行 , 蒸渗器直径 01618 m , 高 018 m , 下设 15 cm 厚滤层 , 底部设侧 向排水 , 平时关闭 , 定时排水 , 器内填 55 cm 厚原状土 , 采用地埋双套筒方式安在近田边 , 上设活动防雨棚 。 测坑面积 2 m ×2 m , 深度及原状土深同测筒 。 安排节水灌溉 ( 间歇灌溉 W1) 和长期淹灌 ( W2) 2 种水分处理 ; 3 种施氮肥水平 : N0 ( 不施肥) , N1 ( 折合尿素 267 kg/ hm2) , N2 ( 折合尿素 534 kg/ hm2 ) ; 4 种施肥方式 : F1 、F2 、F3 、F4 , 含义见表 1 。共计 12 个处理 。测筒 每处理 3 次重复 , 测坑处理不重复 。其他农业措施处理保持一致 。为区分源于土壤中及源于化肥中的氮对土壤 及水稻中氮的吸收利用等的贡献 , 分别在 N1 水平下的 4 个处理中运用15 N 进行了示踪 , 4 个处理分别为 W1N1F1 、W2N1F1 、W1N1F2 、W2N1F2 。 氮素观测方法为 , 土壤及植株全氮用硫酸催化剂法 , 土壤及其溶液中 NH4+ 分别用康维皿法及碱解扩散法 , 收稿日期 : 2003201220 ; 修订日期 : 2003206210 基金项目 : “863”计划资助项目 (2001AA24203224 ; 2002AA2Z4331) 作者简介 : 崔远来 (1966 - ) , 男 , 江西武宁人 , 武汉大学教授 , 博士生导师 , 主要从事节水灌溉理论与技术及水资源管理方 面研究 。E2mail : cuiyuanlai @2631net 　第 3 期 崔远来等 : 不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究 281 NO3- 用酚二磺酸比色法 , 氨挥发用改进半密闭法 ,15N 用质谱仪测定 。 表 1 　试验施氮肥处理设计( 施氮肥用尿素) Table 1 Nitrogen treatments 水处理 肥水平 施肥方式 W1 W2 W1 W2 W1 W2 W1 W2 W1 W2 W1 W2 N0 N0 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N2 N2 N2 N2 F0 F0 F1 F1 F2 F2 F3 F3 F1 F1 F2 F2 施肥总量 / (kg・ hm - 2) 0 0 267 267 267 267 267 267 534 534 534 534 基肥 0 0 267 267 187 187 80 80 534 534 374 374 分期施肥量/ (kg・hm - 2) 分蘖肥 拔节肥 0 0 0 0 80 80 80 80 0 0 160 160 0 0 0 0 0 0 80 80 0 0 0 0 保花肥 0 0 0 0 0 0 27 27 0 0 0 0 2 　结果及分析 2 11 　不同水肥处理下氮素养分在稻田的时空分布及运移规律 (1) 不同处理土壤及土壤溶液中 NH4+ 的变化 　不同处理土壤及土壤溶液中 NH4+ 的浓度见表 2 及表 6 。可 见土壤及土壤溶液中 NH4+ 的含量在开始较高 ,然后迅速下降 ,到拔节孕穗期 ( 7 月 6 日) 以后呈缓慢降低 。节灌 处理的 NH4+ 浓度在抽穗开花前 ( 8 月 5 日) 均大于淹灌 , 这是因为生长初期节灌通气性好 , 土壤处于好气环境 , 使土壤有机质易于分解而释放 NH4+ , 在后期 , 水溶液的交换平衡以及节灌下水稻根系较强吸附和氨挥发较多 等 , 使 NH4+ 低于淹灌 。施肥水平对 NH4+ 的浓度影响表现在前期 N2 水平显著大于 N1 , 但后期不同施肥水平 NH4+ 浓度逐渐接近 。追肥方式主要影响 NH4+ 浓度在生育期的变化过程 , 适当多追肥可使 NH4+ 变化平稳 , 有 利于水稻吸收利用 。 表 2 　不同处理土壤 NH4+ 的含量 Table 2 NH4+ concentration in soil under different treatments 处理 W1N0F0 W1N1F1 W1N1F2 W1N1F3 W1N2F1 W1N2F2 W2N0F0 W2N1F1 W2N1F2 W2N1F3 W2N2F1 W2N2F2 6月8日 34130 53141 57158 39139 67151 62131 29116 54189 55166 37114 72140 63104 6 月 20 日 13183 18119 21119 21108 17183 35111 13115 17115 22135 19114 30153 36185 6 月 30 日 11113 19171 11123 18172 21133 27185 9167 9108 24196 15164 20188 21105 取 　样 　时 　间 7月6日 11135 17140 11130 15188 15141 24148 10114 12167 10163 12167 14115 16133 7 月 24 日 9136 19120 10167 23120 16117 18166 9113 13194 8186 27100 12123 12168 mg/ kg 8月5日 9100 15105 9103 20150 13105 15104 10109 15114 10132 20195 12107 12193 8 月 25 日 6182 10110 7192 19144 8183 10166 7196 12172 11117 18116 11191 15125 ( 2) 不同处理土壤及土壤溶液中 NO3- 的变化规律 　不同处理土壤及土壤溶液中 NO3- 的含量分别见表 3 及 表 7 , 可见无论是土壤还是土壤溶液 , 节水灌溉条件下 NO3- 的浓度均明显大于淹灌 。淹灌处理在晒田复水后 , NO3- 含量逐渐减为零 。不同施肥水平及追肥方式 NO3- 含量的差异不明显 。 ( 3) 不同处理下15N 在土壤及土壤溶液中的分布 　表 4 表明 , 在 4 个处理中 , 溶液中15N 百分超高于土壤 , 即氮肥施入后首先溶解在溶液中 , 然后才会通过离子交换作用被土壤吸附 。节灌下 , 土壤上层的15N 百分超在 2 种施肥方式下均高于淹灌 , 而下层土壤在施肥方式 F1 下前 3 次取样高于淹灌 , 后又低于淹灌 , 可见淹灌对化 水 282 科 学 进 展 表 3 　不同处理土壤 NO3- 的含量 　　Table 3 处理 W1N0F0 W1N1F1 W1N1F2 W1N1F3 W1N2F1 W1N2F2 W2N0F0 W2N1F1 W2N1F2 W2N1F3 W2N2F1 W2N2F2 NO3- concentration in soil under different treatments 6月8日 01029 4 01041 8 01037 0 01037 6 01051 5 01046 1 01032 4 01041 8 01037 0 01032 4 01052 7 01047 6 6 月 20 日 01071 0 01078 0 01105 0 01091 2 01101 0 01125 0 01028 0 01035 7 01028 0 01027 5 01028 0 01031 0 取 　样 　时 　间 7月6日 01078 0 01078 0 01081 8 01074 2 01076 7 01088 1 010 010 010 010 010 010 6 月 30 日 01090 1 01085 8 01094 3 01088 7 01085 1 01096 5 010 01022 7 01034 8 01027 0 01026 2 01029 1 7 月 24 日 01066 7 01062 4