2020, Vol. 52
2. 南京信息工程大学应用气象学院，南京 210044;
3. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所)，南京 210008;
4. 河南省煤炭地质勘查研究总院，郑州 450052
稻田是我国最主要的农业土地利用方式之一，我国65%以上的人口都是以稻米为主食[1]。为了确保水稻最大生产力，农民通常施用过量无机氮肥。未被作物吸收利用且超过土壤固定吸附的氮会通过氨挥发、淋溶、径流和硝化-反硝化等途径损失到环境中，引起环境质量下降[2-3]。其中氮淋失是农田氮素损失的重要途径之一，我国农田总氮平均表观淋失率为2.2%[4]。土壤氮淋失不仅降低稻田氮肥利用率，还会危害周围水体的环境质量[5]。近年来随着地表水和地下水质的恶化，稻田氮淋溶损失也一直是世界所关注的问题。
无机氮肥过量施用是导致农田土壤氮淋失的重要原因[6]。施入土壤的氮肥在土壤微生物的作用下，转化为硝态氮和亚硝态氮，因其不易被土壤所固定，且极易溶于水，因此易随土壤水分的迁移而移动，向下渗漏产生氮淋失。硝酸盐淋失是农田土壤氮素淋失的主要形式[7]。据统计，水田中
和无机肥相比，配施有机肥能够促进作物对氮的吸收，有效降低土壤氮淋失[10-11]。土壤氮淋失主要和田面水、土壤的氮含量有关。有研究认为配施有机肥能够降低田面水
田间试验于中国科学院常熟生态农业实验站(31°32′93″ N，120°41′88″ E)进行。该站位于太湖地区，属亚热带季风气候，年平均气温15.5℃，年平均降水量1 038 mm。供试土壤为湖积物发育的潜育型水稻土(乌栅土)，表层土(0 ~ 20 cm)基本性质：pH 7.35，有机质35 g/kg，全氮2.09 g/kg，全磷0.93 g/kg，阳离子交换量17.7 cmol/kg。
1.2 试验设计试验包括2014年和2015年两个水稻季，设有5个处理，分别为：①对照(CK)；②常规施肥(CT)；③减氮处理(RT)；④常规配施有机肥(CT+M)；⑤减氮配施有机肥(RT+M)。氮肥以尿素(含N 460 g/kg)形式施入，基肥、分蘖肥、穗肥的施肥比例为4:2:4，对照不施氮肥。磷肥为过磷酸钙(含P2O5 120 g/kg)，钾肥为氯化钾(含K2O 600 g/kg)，磷肥、钾肥和有机肥均作为基肥一次性施入，具体施肥见表 2。用于试验的有机肥为腐熟的菜籽饼肥(菜子饼与水混合，厌氧发酵30 d)，含水率为70%，含氮量(干重)为60.7 g/kg，含磷(干重)8.8 g/kg，含钾(干重)12.7 g/kg，有机碳(干重)含量为504 g/kg。
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表 2 不同土壤深度(30 cm和80 cm)下不同处理的土壤氮淋失量(kg/hm2) Table 2 N leaching loss under different treatments at 30 cm and 80 cm depths |
试验采用的水稻为南粳46，栽插株行间距为20 cm × 20 cm。试验小区面积为42 m2(6 m × 7 m)，随机区组排列，重复3次。小区之间设有田埂并用塑料薄膜包被，各小区设置独立的排灌沟，以防止串水、串肥。所有处理肥料均为表层均匀撒施，杂草和病虫害管理与当地常规管理一致。除烤田外，田间始终保持3 ~ 5 cm的田面水，直至收获前一周左右。水稻收获日期分别为2014年11月5日和2015年11月9日。
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表 1 稻季不同处理的施肥量(kg/hm2) Table 1 Fertilizer application under different treatments during rice season |
本研究利用陶瓷头提取器法采集土壤水溶液[16]。陶瓷头微孔直径约为2 μm，主体为圆柱体，高5 cm，内径2 cm，管中插入抽取水样的塑料软管，PVC管与土壤间灌入泥浆，以保证无缝隙。每个小区预先埋设一组多孔陶杯，深度分别为30 cm和80 cm。水稻生育期内，每隔10 ~ 20 d，利用真空泵采集不同深度的土壤水溶液1次，然后贮存于–20 ℃的冰箱内备测。通过土壤水分垂直渗漏量和土壤水溶液中的氮素浓度来估算土壤氮素淋溶损失量。在水稻生育期内淹水条件下，土壤水分垂直渗漏速率平均为5 mm/d[17]。利用靛酚蓝比色法测定土壤水溶液中NH4+-N的浓度，紫外分光光度法测定土壤水溶液中
淋溶水采集的同时收集田面水样品，用于田面水中
水稻成熟后，人工收割6 m2用以计产；另取一份考种样，烘至恒重后粉碎，测定其总氮含量。植株吸氮量为植株干重与总氮含量之积。作物生长期间以及作物收获后，利用对角线取样法，每个小区人工采集0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土层5点，混为1个样品，之后贮存于–20 ℃的冰箱内备测。测样时先将土样解冻，然后去除土壤样品中的植物根、石砾及其他杂质后混匀，称取6 ~ 10 g鲜土，用50 ml 2 mol/L氯化钾溶液振荡浸提1 h(振荡机转速 > 150 r/min)，之后过滤，用靛酚蓝比色法和紫外分光光度法分别测定土壤NH4+-N和
试验数据使用SPSS19.0分析，Origin 9.1作图。
2 结果与分析 2.1 不同施肥处理的土壤氮淋失量土壤氮淋失量随土壤深度的增加而减少，30 cm处氮淋失量高于80 cm处。土壤氮淋失以
对于土壤
土壤总氮淋失量结果与
以上结果表明，配施有机肥有助于降低土壤深层
田面水
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(图A为无机肥处理，包括空白处理；图B为包括配施有机肥的RT+M、CT+M处理在内的所有处理；其中方形数据点表示无机肥处理，三角形数据点表示配施有机肥处理；**表示在P < 0.01上显著相关)
图 1 2014年和2015年田面水 |
两年里CT+M处理田面水
水稻生育期，分别采集分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期和收获期(2015年灌浆期土样没有采集，而增加了基肥期土样采集)的土样，不同深度土壤的
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图 2 2014年(左)和2015年(右)不同处理0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土层的 |
对于0 ~ 20 cm土层，不同时期施肥处理的土壤
水稻收获后，不同处理土壤的SOM含量见图 3。与CK处理相比，两年里配施有机肥均显著提高了土壤SOM含量(P < 0.05)；无机肥处理土壤的SOM含量较CK处理有增加的趋势，但是二者之间的差异不显著(P > 0.05)。两年里CT+M处理土壤的平均SOM含量为38.0 g/kg，比CT处理提高6.7%。
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图 3 2014年和2015年水稻收获后不同处理土壤表层有机质含量 Fig. 3 Soil organic matter contents in 0–20 cm layer after rice harvest in 2014 and 2015 |
不同处理土壤的TN含量变化趋势和SOM含量类似，结果见图 4。两年里CT+M处理土壤的平均TN含量为2.26 g/kg，比CT处理提高5.1%。
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图 4 2014年和2015年水稻收获后不同处理土壤表层全氮含量 Fig. 4 Soil TN contents in 0–20 cm layer after rice harvest in 2014 and 2015 |
2014年由于受到台风影响作物发生倒伏，导致该年不同施肥处理之间的水稻产量差异并不显著(P > 0.05，表 3)。与无机肥处理相比，2015年配施有机肥处理显著提高了水稻产量(P < 0.05)。RT+M处理的平均水稻产量为9.3 t/hm2，较RT处理显著提高12%；CT+M处理的水稻产量平均为9.6 t/hm2，较CT处理显著提高13%。
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表 3 2014年和2015年不同处理的作物产量和吸氮量 Table 3 Rice yields and crop N uptake under different treatments during rice seasons of 2014 and 2015 |
两年里，配施有机肥处理的吸氮量均显著高于无机肥处理。RT+M处理的吸氮量平均值为169 kg/hm2，较RT处理提高19%；CT+M处理的吸氮量平均值为173 kg/hm2，较CT处理提高14%。
3 讨论施入土壤中的无机氮肥在脲酶的作用下很快发生水解，之后在硝化作用下产生
田面水
配施有机肥能够增加土壤有机质含量，提高土壤表层对
由于有机肥对土壤性质和养分转化的影响过程较为复杂，有机肥施用对土壤氮淋失的影响随有机肥质量和施用量的不同而不同。有研究表明，过量施用有机肥也可能增加养分淋洗损失[24-25]。例如，高懋芳等[25]认为长期大量施用有机肥会提高稻田土壤氮素水平，容易造成
配施有机肥有助于减少稻田土壤
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