化肥減氮配施對洞庭湖區雙季稻產量和田面水氮磷流失風險的影響

袁沛 周旋 楊威,3 尹凌潔 靳拓,5 彭建偉 榮湘民 田昌,*

化肥減氮配施對洞庭湖區雙季稻產量和田面水氮磷流失風險的影響

袁沛1周旋2,*楊威1,3尹凌潔4靳拓1,5彭建偉1榮湘民1田昌1,*

(1湖南農業大學 資源學院/土肥高效利用國家工程研究中心，長沙 410128；2湖南省農業科學院 土壤肥料研究所，長沙 410125；3湖南生物機電職業技術學院，長沙 410127；4湖南省農情研究分析中心，長沙 410005；5農業農村部農業生態與資源保護總站，北京 100125;*通信聯系人，email: zhouxuan_123@126.com；chtian12@126.com)

【目的】探究化學氮肥減量配施穩定水稻產量，提高氮肥利用率，減少氮磷流失風險，為洞庭湖雙季稻區化肥減量施用提供科學依據?！痉椒ā坎捎么筇镄^試驗，設置不施氮肥(CK)、常規施肥(CF)、減氮20%配施硼硅肥(0.8CF+B/Si)、有機肥替代20%化學氮肥(0.8CF+0.2OM)、有機肥替代20%化學氮肥配施氮肥增效劑(0.8CF+0.2OM+N-serve)、有機肥替代20%化學氮肥配施硼硅肥和氮肥增效劑(0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve)共6個處理，研究化肥減氮配施對雙季稻產量、氮肥利用率和田面水氮磷流失風險的影響?！窘Y果】有機肥替代處理早稻產量較CF均有一定下降，而晚稻產量提高2.02%～5.03%。田面水中總氮、銨態氮、硝態氮濃度隨著氮肥施用量的增加而上升，氮素流失風險也增大。與CF處理相比，化肥減氮配施處理早晚稻季田面水總氮、銨態氮和硝態氮濃度分別降低8.08%～35.05%、5.88%～34.22%和5.02%～18.06%，有效降低田面水氮素流失風險，其中以0.8CF+0.2OM+N-serve處理效果最好。施氮肥后一周是氮素流失的高風險時期，隨后各處理田面水氮素濃度差異變小且流失風險降低。不施氮肥處理的早、晚稻田面水磷素濃度低于其他處理，而配施硼硅肥處理高于其他處理，田面水中磷素的流失風險增大。此外，配施有機肥、氮肥增效劑對磷素減排效果不明顯。施磷肥后9 d左右是磷素流失的關鍵時期，之后各處理磷素濃度趨于一致且變化平穩?！窘Y論】有機肥替代氮肥對雙季稻增產存在一定滯后性；氮肥增效劑與有機肥同時施用會削弱其延緩氮肥轉化的效果，影響養分吸收?；蕼p氮配施是降低雙季稻田面水氮素流失的有效方法，但配施硼硅肥會提高田面水磷素含量，應根據田間水肥管理酌情施用。

水稻；肥料配施；減氮；產量；田面水；氮磷流失

據國家統計局2022年數據，我國糧食已連續7年穩定在1.3萬億斤以上，雖然糧食豐產，但農業面源污染卻在不斷加劇，成為制約農村生態環境建設、經濟發展的主要原因。我國是化肥消耗大國，肥料用量持續高速增長。但化肥的不合理施用導致肥料利用率降低，大量養分流失進入水體，污染區域生態環境。張富林等[1]研究認為，稻田面源污染的直接來源是田面水中氮、磷。因此，掌握田面水氮磷動態特征是防控稻田氮磷污染的重要前提條件之一。

化肥用量直接影響田面水中氮磷的含量，過量施肥極易增加氮磷流失風險[1]。通過優化施肥量和改變肥料種類，可有效減少稻田氮素徑流損失[2]。李娟等[3]研究發現，施肥后一周內是田面水氮素流失的關鍵時期，通過減量施肥可降低田面水氮素含量。隨著施氮量的增加，田面水中氮濃度也會提高，尤其是總氮和銨態氮的含量明顯上升[4]。王強等[5]研究表明，不同氮肥類型和用量會直接影響田面水中銨態氮的含量；緩控釋肥和化肥減量后一次性施用不會增加稻田氮素徑流風險。綜上所述，氮肥施用急需確定一個兼顧糧食安全與環境安全的平衡點，其核心是確定農田適宜施氮量與其合理施用方法，這也是從源頭控制氮素污染的有效手段[6]。

李娟等[3]的研究表明，減氮20%能有效減少稻田氮素徑流和滲漏損失，還能保障水稻產量及提高氮肥利用率。此外，許多學者從田間水肥管理、耕作方式和新型肥料開發等方面對稻田農業面源污染進行研究[7]。有機肥施用能有效促進農田作物生產和保護耕地質量，但存在增產效應較低和生產成本增加的劣勢。肥料增效劑能減少養分損失，促進作物對養分的吸收，提高肥料利用率，減少施肥量，降低成本，減輕環境污染[8]。硅肥與氮肥配施可促進水稻生長，提高其產量和氮肥利用率，提高水稻光能利用率，以及增強水稻抗逆性等[9-10]。硼則能促進水稻生長，促進繁殖器官的正常發育[11]。因此，合理施用氮肥以及肥料優化配施有利于保障農作物的產量，提高氮肥利用率，同時減輕氮素損失及其對環境的污染[12-13]。

目前，關于化學氮肥與肥料增效劑、有機肥、硅肥、硼肥單獨配施的研究較多，但復合配施鮮有報道。本研究以洞庭湖區雙季稻田為研究對象，研究化學氮肥與氮肥增效劑、有機肥、硅肥和硼肥的配施對水稻產量、氮肥利用率和田面水氮磷流失風險的影響，以期為水稻優質高效生產，減少化學氮肥投入和損失，改善農村生態環境，實現農業可持續發展提供科學依據。

圖1 2018年試驗地溫度與降水量

Fig. 1. Temperature and precipitation at the test site in 2018.

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2018年4―11月在湖南省益陽市赫山區龍光橋鎮新月村進行。該區屬于中亞熱帶向北亞熱帶過渡的季風濕潤性氣候，年均氣溫16.9℃，年無霜期272 d，年日照1553.7 h，年雨量1432.8 mm。供試土壤理化性質：全氮2.24 g/kg，全磷0.29 g/kg，全鉀7.63 g/kg，有機質39.62 g/kg，堿解氮168.00 mg/kg，有效磷18.5 mg/kg，速效鉀186.93 mg/kg。

1.2 供試材料

供試水稻品種：湘早秈45號(早稻)和玉針香(晚稻)。供試肥料：普通尿素(N：46%)、鈣鎂磷肥(P2O5：12%)和氯化鉀(K2O：60%)；強湘牌有機肥(含有機質47%，N 2.26%，P2O52.33%，K2O 1.14%，湖南省湘暉農業技術開發有限公司生產)；硅肥(硅酸鈉，有效硅21%)；硼肥(有效硼15%，由長沙綠霸肥料有限公司生產)。

1.3 試驗設計

早、晚稻各設置6個施肥處理。早稻處理1：不施氮肥(CK)；處理2：常規施肥(CF)，純N 150 kg/hm2；處理3：減氮20%配施硼硅肥(0.8CF+B/Si)，純N 120 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2；處理4：有機肥代替20%化學氮肥(0.8CF+0.2OM)，純N 120 kg/hm2，有機肥30 kg/hm2(折合純氮)；處理5：有機肥代替20%化學氮肥配施氮肥增效劑(0.8CF+ 0.2OM+N-serve)，純N 120 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氫醌2.4 kg/hm2，雙氰胺5 kg/hm2，有機肥30 kg/hm2(折合純氮)；處理6：有機肥替代20%化學氮肥配施硼硅肥+氮肥增效劑(0.8CF+0.2OM+B/Si+ N-serve)，純N 120 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氫醌2.4 kg/hm2，雙氰胺5 kg/hm2，有機肥30 kg/hm2(折合純氮)。各處理的磷鉀肥總量一致：折合P2O575 kg/hm2，折合K2O 120 kg/hm2。晚稻處理1：不施氮肥(CK)；處理2：常規施肥(CF)，純N 180 kg/hm2；處理3：減20%化學氮肥配施硼、硅肥(0.8CF+B/Si)，純N 144 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2；處理4：有機肥代替20%化學氮肥(0.8CF+0.2OM)，純N 144 kg/hm2，有機肥36 kg/hm2(折合純氮)；處理5：有機肥代替20%化學氮肥配施氮肥增效劑(0.8CF+0.2OM+N-serve)，純N 144 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氫醌2.88 kg/hm2，雙氰胺6 kg/hm2，有機肥36 kg/hm2(折合純氮)；處理6：有機肥代替20%化學氮肥配施硼硅肥+氮肥增效劑(0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve)，純N 144 kg/hm2，硅肥75 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2，氨基酸肥料45 kg/hm2，氫醌2.88 kg/hm2，雙氰胺6 kg/hm2，有機肥36 kg/hm2(折合純氮)。各處理的磷鉀肥總量一致：折合P2O545 kg/hm2，折合K2O 120 kg/hm2。硼肥、硅肥、雙氰胺、氫醌、氨基酸肥料、有機肥均是與基肥混勻后一起基施。氮肥為尿素，鉀肥為氯化鉀，均按基肥∶分蘗肥為6∶4的比例施用；磷肥全部用作基肥。

各處理分別設置3次重復，采用隨機區組排列，小區面積為50 m2，插植密度為20 cm × 20 cm，區組內土壤肥力要求一致，試驗小區四周筑小田埂，并用塑料薄膜包覆，各小區單獨排灌，防止肥、水相互滲透。插秧前保持1～2 cm淺水，插秧后2～3 d灌水保持3～4 cm，維持7 d左右，后維持2～3 cm水層2周左右促分蘗，待每蔸水稻的分蘗數達15～20個時，停止灌水、開始曬田，曬田3～5 d后再上新水，保水2～3 d，再放水落干，保持干濕交替。水稻孕穗期間保持水層3～5 cm，抽穗期間保持水層2～3 cm，灌漿結實期后進行干濕交替間歇灌溉，進入黃熟階段排水落干。早稻于4月18日施基肥，次日移栽，4月28日追肥，7月13日收獲；晚稻于7月20日施基肥，次日移栽，7月30日追肥，11月3日收獲。其他按常規方式管理進行。

1.4 采樣與分析

水稻移栽后第1、2、3、5、7、9天和追肥后第1、2、3、5、7、9、11、13、15、19天取田面水樣，采樣時用100 mL醫用注射器抽取田面水，取樣時不擾動水層，按對角線取樣，每個小區取5個點，取田面水300 mL，測定田面水總氮、硝態氮、銨態氮、總磷、水溶性總磷含量。

總氮(TN)：用堿性過硫酸鉀消解后，采用紫外分光光度法測定；硝態氮(NO3?-N)和銨態氮(NH4+-N)：水樣經0.45 μm濾膜過濾后，采用全自動間斷化學分析儀(Smart 200)測定。

總磷(TP)：用5%過硫酸鉀消解后，采用鉬銻抗比色法測定；水溶性總磷(DTP)：水樣經0.45 μm濾膜過濾后用5%過硫酸鉀消解，采用鉬銻抗比色法測定；顆粒磷(PP)=總磷(TP)?水溶性總磷(DTP)。

氮肥吸收利用率(NRE，%)=(施氮區地上部植株吸氮量?空白區地上部植株吸氮量)/施氮量×100；

氮肥偏生產力(NPFP，kg/kg)=施氮處理產量/施氮量；

氮肥農學利用率(NAE，kg/kg)=(施氮區產量?空白區產量)/施氮量。

1.5 統計分析

采用Microsoft Excel 201 6和SPSS 17.0數據分析軟件進行統計分析，處理間差異顯著性分析采用最小顯著差數(LSD)檢驗法。

2 結果與分析

2.1 雙季稻產量和氮肥利用率

由表1可知，CK處理稻谷產量顯著低于施氮肥處理。早稻季以CF處理稻谷產量最高，為7775.9 kg/hm2；0.8CF+B/Si處理略低(7710.7 kg/hm2)。0.8CF+B/Si稻谷產量顯著高于0.8CF+0.2OM和0.8CF+0.2OM+N-serve處理。晚稻季以0.8CF+B/Si處理稻谷產量最高，為6562.8 kg/hm2；0.8CF+0.2OM處理略低(6468.1 kg/hm2)。相比于CF，化肥減氮處理晚稻產量均有提高，增幅分別為2.09%～5.18%，以配施硼硅肥增產效果較好。

早稻季化肥減氮處理氮肥吸收利用率較CF處理提高6.84%～38.01%，處理間差異不顯著；晚稻季化肥減氮處理較CF處理提高7.16%～51.01%，0.8CF+B/Si顯著高于其他施氮肥處理。早稻氮肥偏生產力以0.8CF+B/Si處理最高，達顯著水平；0.8CF+B/Si和0.8CF+0.2OM+N-serve較CF分別提高23.92%和10.17%；晚稻化肥減氮處理比CF處理均顯著提高23.83%～50.87%。早、晚稻各施氮處理間氮肥農學利用率無顯著差異，化肥減氮處理普遍降低。

圖2 雙季稻田面水總氮濃度變化

Fig. 2. Changes in total nitrogen(TN) concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

2.2 雙季稻田面水氮濃度

2.2.1 總氮

如圖2所示，早稻施氮處理田面水總氮濃度于施基肥后第1天達到頂峰，其中CF的總氮濃度最高，為34.01 mg/L；其次為0.8CF+0.2OM，為33.94 mg/L，施氮處理較CF降低0.22%～17.26%；施追肥前各處理總氮濃度持續下降。施基肥后的前5 d，CF田面水總氮濃度高于其他處理；施基肥后第7天，0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve處理的田面水總氮濃度高于CF。施基肥后第1天和施追肥當天，田面水總氮濃度最高，各處理施追肥后總氮濃度峰值普遍低于施基肥后。

表1 雙季稻產量和氮肥料利用率

數據后標相同小寫字母者表示差異未達0.05顯著水平。CK、CF、0.8CF+B/Si、0.8CF+0.2OM、0.8CF+0.2OM+N-serve、0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve分別表示不施氮肥、常規施肥、減氮20%配施硼硅肥、有機肥代替20%化學氮肥、有機肥代替20%化學氮肥配施氮肥增效劑、有機肥替代20%化學氮肥配施硼硅肥+氮肥增效劑。

Data followed by the common lowercase letter indicate no significant difference at 0.05 level. CK, CF, 0.8CF+B/Si, 0.8CF+0.2OM, 0.8CF+0.2OM+N-serve, 0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve represent no nitrogen fertilizer, conventional fertilizer, 20% nitrogen reduction with borosilicate fertilizer, 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer, 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer with nitrogen synergist, 20% fertilizer combined with borosilicate fertilizer and nitrogen synergist, respectively.

晚稻施基肥后，施氮處理田面水總氮濃度在施基肥后第1天達到頂峰，其中CF處理最高，為50.83 mg/L；其次是0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve，為44.41 mg/L。追肥前各處理總氮濃度不斷下降；施基肥后的前7 d，CF的田面水總氮濃度一直高于其他處理，施基肥后第9天，各施氮肥處理田面水總氮濃度達到最低；施基肥后第1天，化肥減氮處理田面水總氮較CF降低12.64%～31.65%。各施氮肥處理田面水總氮濃度于追肥當天達到第二個峰值，較CF提高6.54% ～30.98%，之后逐漸降低；至第21天，田面水總氮濃度達到最低。

2.2.2 銨態氮

如圖3所示，早、晚稻田面水銨態氮濃度的變化趨勢與總氮濃度變化基本一致。早稻施氮處理田面水銨態氮濃度峰值出現在基肥后第2天，化肥減氮處理較CF銨態氮濃度降低4.14%～14.21%。施基肥后第7天，0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve處理田面水銨態氮濃度高于CF。施追肥當天，0.8CF+B/Si和0.8CF+0.2OM田面水銨態氮濃度出現第二次峰值，其峰值分別為25.79 mg/L、24.35 mg/L；施追肥第2天，CF、0.8CF+ 0.2OM+N-serve和0.8CF+0.2OM+B/ Si+N-serve出現第二次峰值，濃度分別為26.14 mg/L、21.37 mg/L和24.78 mg/L，追肥后第2天化肥減氮處理較CF低5.06%、7.52%、18.25%和5.23%，峰值后銨態氮濃度開始下降，至施追肥后第21天平穩。

圖3 雙季稻田面水銨態氮濃度變化

Fig. 3. Changes of NH4+-N concentration in surface water of double-cropping paddy fields.

晚稻施氮處理田面水銨態氮濃度峰值出現在施基肥后第1～2天，濃度為26.52 mg/L～ 39.94 mg/L；施基肥后7 d內，CF銨態氮濃度高于其他處理；第9天達到最低值。施追肥當天，CF、0.8CF+0.2OM、0.8CF+0.2OM+N-serve、0.8CF+ 0.2OM+B/Si+N-serve銨態氮濃度出現第二次峰值(20.30～41.61 mg/L)，施追肥后第1天0.8CF+B/Si銨態氮濃度出現第二次峰值，為24.83 mg/L，峰值后銨態氮濃度逐漸下降，至第21天達到平穩。

圖4 雙季稻田面水硝態氮濃度變化

Fig. 4. Changes of NO3?-N concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

圖5 雙季稻田面水總磷濃度變化

Fig. 5. Changes of total phosphorus(TP) concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

2.2.3 硝態氮

如圖4所示，早晚稻各處理硝態氮濃度在施肥后第1天最低，監測期內呈上升趨勢；施肥后第2天，CF田面水硝態氮濃度高于化肥減氮處理，CF增速最快。早稻施基肥后第16天(施追肥后第7天)，各處理田面水硝態氮濃度增幅減小，因此施基肥和追肥后一周是硝態氮濃度升高的關鍵時期。晚稻各處理田面水硝態氮在整個取樣期內濃度均未達到平穩時期，硝態氮濃度上升的趨勢依然明顯，晚稻田面水硝態氮流失的時間要長于早稻。

2.3 雙季稻田面水總磷濃度

2.3.1 總磷

如圖5所示，早稻在施肥后當天，各處理田面水總磷出現峰值，為0.46 ～2.30 mg/L，隨后逐漸下降；施肥后第5天，各處理總磷含量較接近(0.24 ～0.48 mg/L)；施肥后3 d內，0.8CF+B/Si、0.8CF+ 0.2OM+B/Si+N-serve總磷濃度高于其他處理，至施肥后第9天趨于平穩。晚稻田面水總磷濃度變化規律與早稻一致，施肥后第7天各處理的總磷濃度較為接近(0.11～0.18 mg/L)，至施肥后第9天總磷濃度趨于平穩。

2.3.2 顆粒磷

如圖6所示，早稻各處理田面水顆粒磷濃度在施肥后當天出現峰值，施氮處理田面水顆粒磷濃度均在1.00 mg/L以上，隨后逐漸下降；施肥后3 d內，0.8CF+B/Si、0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve處理田面水顆粒磷濃度高于其他處理；施肥后第9天，各處理田面水顆粒磷濃度趨于平穩。晚稻0.8CF+0.2OM田面水顆粒磷濃度于施肥后第1天出現峰值，其余處理于施肥后當天出現峰值，之后顆粒磷濃度逐漸下降，各處理峰值濃度為0.11～0.24 mg/L。峰值后顆粒磷濃度逐漸下降，施肥后3天內0.8CF+B/Si、0.8CF+0.2OM+ B/Si+N-serve處理的顆粒態磷濃度高于其他處理，施肥后第9天各處理田面水顆粒磷濃度趨于平穩。

Fig. 6. Changes of particulate phosphorus(PP) concentration in surface water in double-cropping paddy fields.

3 討論

3.1 化肥減氮配施對雙季稻產量和氮肥利用率的影響

大量田間試驗表明，適當比例的有機肥替代化肥后促進水稻增產。田昌等[14]研究指出，有機肥替代20%化肥氮處理中稻產量、氮磷肥農學利用率較常規施肥無顯著差異。孫志祥等[15]連續2年4季水稻產量結果表明，有機肥在早稻季施用，晚稻季表現出增產效應，且第二年的增產效果更為明顯。本研究中，0.8CF+B/Si處理早稻產量較CF處理無顯著差異，晚稻產量提高5.18%，說明配施硅硼肥對水稻能起到明顯的增產效果。而其他化肥減氮處理的早稻產量較CF處理均有所降低，晚稻產量較CF處理提高2.02%～5.03%。0.8CF+0.2OM處理及配施硅硼肥和氮肥增效劑早稻產量出現減產，而晚稻較CF均不同程度增產，可能是因為4－5月份溫度偏低且降雨偏多，導致有機肥肥效釋放緩慢，從而影響早稻產量，晚稻的增產說明有機肥替代化肥對水稻增產存在滯后性。

施用氮肥增效劑后水稻葉片光合功能期得到延長，能有效提高產量及氮肥利用率[16]。在0.8CF+0.2OM基礎上配施氮肥增效劑，早、晚稻產量、氮肥農學利用率及利用率較0.8CF+0.2OM無明顯差異，原因可能與施肥和氮肥增效劑的作用原理有關。本研究中施用氮肥增效劑為雙氰胺、氫醌，能延緩氮肥在土壤中的轉化，提高作物的養分吸收，而氮肥增效劑與基肥一同施用，當基肥有大量有機肥時，氮肥增效劑與氮肥的接觸面積會減少，在一定程度上減輕氮肥增效劑的作用效果[17]。

3.2 化肥減量配施對稻田田面水氮素流失風險的影響

氮肥施用可明顯提高田面水含氮量，田面水的總氮、可溶性總氮、銨態氮濃度的變化趨勢一致，但隨施氮量的增加而增加[4-5]。本研究中，早、晚稻季田面水總氮濃度在施基肥后第一天和追肥當天總氮濃度均達到峰值，與前人研究結果相符[5]。施肥后9天是氮素流失的關鍵時期。相比于CF處理，早稻季化肥減氮處理總氮平均濃度降低14.77%～ 27.56%，晚稻季降低8.08%～35.05%。其中，0.8CF+ 0.2OM+N-serve處理田面水總氮濃度最低，主要是由于脲酶與硝化抑制劑能有效抑制硝化作用與反硝化作用，從而降低田面水氮素的流失風險[18]。0.8CF+B/Si處理降低氮素流失風險的效果次之，可能是硼、硅肥降低田面水總氮濃度[19]。張雪麗等[20]研究指出，有機肥替代50%化學氮肥會延長氮素的流失高峰時期。本研究結果表明，0.8CF+0.2OM處理由于有機肥的營養元素主要是有機態，養分釋放速率十分緩慢，只有少部分養分溶解到田面水中，從而降低氮素流失風險[14-15,21]。復合處理雖然配施氮肥增效劑、有機肥、硼硅肥等多種調理劑，但降低氮素流失風險的效果不如單個措施效果好。

研究表明，田面水中的氮素以銨態氮為主，占總氮的比例隨著施氮量的增加而增加[22-23]。本研究結果表明，施氮肥處理田面水銨態氮濃度占總氮濃度的70%以上。相比CF，早稻季化肥減氮處理田面水銨態氮濃度降低6.92%～23.33%，晚稻季降低5.88%～34.22%。石敦杰等[24]研究表明，施用控釋氮肥減氮20%后，田面水硝態氮濃度遠低于總氮和銨態氮，施肥后硝態氮濃度緩慢上升，在追肥后第9天左右穩定。本研究中，田面水硝態氮濃度遠低于銨態氮、總氮的濃度，在施肥后硝態氮濃度一直緩慢上升，施基肥前3 d各處理濃度較為接近，隨后CK與其他處理差距增大。相比于CF，化肥減氮處理早稻季田面水硝態氮濃度分別降低5.02%～18.06%，晚稻季降低5.70%～14.87%，其中0.8CF+0.2OM+ N-serve處理硝態氮濃度最低，主要與氮肥增效劑作用有關。

3.3 化肥減量配施對稻田田面水磷素濃度的影響

夏小江等[25]研究表明，稻田田面水總磷濃度在施肥后第1天達到最高峰，隨后呈下降趨勢，到第8～9天濃度趨于穩定。謝學儉等[26]研究發現，施肥之后，徑流水中磷素濃度與磷素流失量呈遞減趨勢。本研究中，稻田總磷濃度在施肥后第1天達到峰值，隨后濃度開始下降，施肥后前5 d下降速率最快，第9天濃度趨于平穩，但仍呈下降趨勢，距離施肥時間越長總磷濃度下降速率越慢。晚稻季田面水的總磷濃度整體上低于早稻季，可能與磷肥施用量有關。CK的總磷濃度低于其他處理，而配施硼硅肥處理高于其他處理，主要是由于硅能活化土壤中的磷，減少磷在土壤中的固定，導致土壤中釋放出來的磷素溶解在田面水中。在未減磷的情況下配施有機肥、氮肥增效劑對減少田面水磷素流失風險的效果不明顯。

易均等[27]研究表明，磷素徑流損失量與濃度會隨著磷肥施用量的增加而提高，距離施肥時間越久，田面水中總磷、顆粒磷的損失量和濃度越小。本研究結果表明，田面水顆粒磷濃度的變化規律與總磷濃度的變化規律一致，顆粒磷的峰值出現在施肥后第1天，隨后濃度開始下降。CK顆粒磷濃度最低，而配施硼硅肥處理高于其他處理，與總磷原因相同。早稻顆粒磷平均濃度占總磷平均濃度50%以上，晚稻顆粒磷平均濃度占總磷平均濃度的36%～46%，早晚稻田面水顆粒磷平均濃度占總磷平均濃度有差異，可能與施磷量有關，晚稻磷肥施用量比早稻減少40%，晚稻磷肥溶解更加充分。

4 結論

有機肥替代化肥后對水稻增產的效應具有一定的滯后性，第一季的晚稻增產效果較早稻好；氮肥增效劑作為基肥與有機肥一同施用時，其效果會大幅降低。早、晚稻季田面水中總氮、銨態氮、硝態氮濃度隨著氮肥用量的增加而升高?；蕼p氮處理較常規施肥處理均能不同程度降低田面水氮素濃度，降低氮素流失風險，以減氮20%配施氮肥增效劑的效果最好。配施硼硅肥會提高田面水磷素濃度，增加磷素流失風險。氮肥施用后一周和磷肥施用后9 d分別是氮、磷流失的關鍵時期，應加強田間水肥管理。

[1] 張富林, 吳茂前, 夏穎, 翟麗梅, 段小麗, 范先鵬, 熊桂云, 劉冬碧, 高立. 江漢平原稻田田面水氮磷變化特征研究[J]. 土壤學報, 2019, 56(5): 1190-1200.

Zhang F L, Wu M Q, Xia Y, Zhai L M, Duan X L, Fan X P. Xiong G X, Liu D B, Gao L. Changes in nitrogen and phosphorus in surface water of paddy field in Jianghan Plain[J]., 2019, 56(5): 1190-1200. (in Chinese with English abstract)

[2] Xue L H, Yu Y L, Yang L Z. Maintaining yields and reducing nitrogen loss in rice-wheat rotation system in Taihu Lake region with proper fertilizer management[J]., 2014, 9(11): 115010- 115020.

[3] 李娟, 李松昊, 鄔奇峰, 祝小祥, 吳建軍. 不同施肥處理對稻田氮素徑流和滲漏損失的影響[J]. 水土保持學報, 2016, 30(5): 23-28+33.

Li J, Li S H, Wu Q F, Zhu X X, Wu J J. Effects of different fertilization treatments on runoff and leaching losses of nitrogen in paddy field[J]., 2016, 30(5): 23-28, 33. (in Chinese with English abstract)

[4] 柳云龍, 盧小遮, 龔峰景, 趙永才. 稻田施肥后田面水氮素動態變化特征[J]. 江蘇農業科學, 2017, 45(21): 268-271.

Liu Y L, Lu X Z, Gong F J, Zhao Y C. Dynamic changes of surface nitrogen in paddy field after fertilization[J]., 2017, 45(21): 268-271. (in Chinese with English abstract)

[5] 王強, 姜麗娜, 潘建清, 馬軍偉, 葉靜. 一次性施肥稻田田面水氮素變化特征和流失風險評估[J]. 農業環境科學學報, 2019, 38(1): 168-175.

Wang Q, Jiang L N, Pan J Q, Ma J W, Ye J. Dynamic variation and runoff loss evaluation of nitrogen in the surface water of paddy fields as affected by single basal fertilizer application[J]., 2019, 38(1): 168-175. (in Chinese with English abstract)

[6] 張亦濤, 王洪媛, 劉申, 劉宏斌, 翟麗梅, 雷秋良, 任天志. 氮肥農學效應與環境效應國際研究發展態勢[J].生態學報, 2016, 36(15): 4594-4608.

Zhang Y T, Wang H Y, Liu S, Liu H B, Zhai L M, Lei Q L，Ren T Z. A bibliometrical analysis of status and trends of international researches on theagronomic and environmental effects of nitrogen application to farmland[J]．，2016，36(15): 4594- 4608. (in Chinese with English abstract)

[7] 陶春, 高明, 徐暢, 慈恩. 農業面源污染影響因子及控制技術的研究現狀與展望[J]. 土壤, 2010, 42(3): 336-343.

Tao C, Gao M, Xu C, Ci E. Research status and prospect on influential factors and control technology of agricultural non-point source pollution: A review[J]., 2010, 42(3): 336-343. (in Chinese with English abstract)

[8] 周旋, 吳良歡, 戴鋒, 董春華. 生化抑制劑組合與施肥模式對黃泥田稻季田面水及滲漏液氮素動態變化的影響[J]. 土壤, 2019, 51(3): 434-441.

Zhou X, Wu L H, Dai F, Dong C H. Effects of combined biochemical inhibitors and fertilization models on nitrogen dynamics in surface water and leachate from yellow clayey paddy field[J]., 2019, 51(3): 434-441. (in Chinese with English abstract)

[9] 潘韜文, 陳俁, 蔡昆爭. 硅肥和氮肥配施對優質稻植株養分含量、產量和品質的影響[J]. 生態與農村環境學報, 2021, 37(1): 120-126.

Pan T W, Chen Y, Cai K Z. Effect of nitrogen and silicon fertilizer on plant nutrient content, yield and quality of high quality rice[J]., 2021, 37(1): 120-126. (in Chinese with English abstract)

[10] 趙海成, 李紅宇, 陳立強, 赫臣, 鄭桂萍. 硅氮配施對寒地水稻產量品質及抗倒性的影響[J]. 上海農業學報, 2018, 34(4): 7.

Zhao H C, Li H Y, Chen L Q, He C, Zheng G P. Effect of combined application of silicon and nitrogen on yield and lodging resistance of cold-region rice[J]., 2018, 34(4): 7. (in Chinese with English abstract)

[11] 李進前, 李有清, 楊立年, 周定邦, 魏麗, 蔡明清. 硼肥對水稻生長和產量的影響[J]. 中國稻米, 2018, 24(3): 108-110.

Li J Q, Li Y Q, Yang L N, Zhou D B, Wei L, Cai M Q. Effects of boron fertilizer on growth and yield of rice[J]., 2018, 24(3): 108-110. (in Chinese with English abstract)

[12] 張興昌, 鄭劍英, 吳瑞浚, 翟連寧, 馬炳召. 氮磷配合對土壤氮素徑流流失的影響[J]. 土壤通報, 2001, 32(3): 110-112.

Zhang X C, Zheng J Y, Wu R J, Zhai L N, Ma B Z. Effects of nitrogen and phosphorus combination on soil nitrogen runoff loss[J]., 2001, 32(3): 110-112. (in Chinese with English abstract)

[13] 李菊梅, 徐明崗, 秦道珠, 李冬初, 寶川靖和, 八木一行. 有機肥無機肥配施對稻田氨揮發和水稻產量的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2005, 11(1): 51-56.

Li J, Xu M G, Qin D Z, Li D C, Yasukazu Hosen, Kazuyuki Yagi. Effects of chemical fertilizers application combined with manure on ammonia volatilization and rice yield in red paddy soil[J]., 2005, 11(1): 51-56. (in Chinese with English abstract)

[14] 田昌, 周旋, 楊俊彥, 石敦杰, 榮湘民, 謝桂先, 彭建偉. 化肥氮磷優化減施對水稻產量和田面水氮磷流失的影響[J]. 土壤, 2020, 52(2): 311-319.

Chang T, Zhou X, Yang J Y, Shi D J, Rong X M, Xie G X, Peng J W. Effects of reducing nitrogen and phosphorous fertilizers on rice yield, nitrogen and phosphorus losses in paddy field[J]., 2020, 52(2): 311-319. (in Chinese with English abstract)

[15] 孫志祥, 李敏, 韓上, 卜容燕, 王慧, 程文龍, 李佩, 唐杉, 武際, 朱林. 有機肥部分替代化肥和秸稈還田對雙季稻產量、養分吸收及土壤肥力的影響[J]. 安徽農業大學學報, 2020, 47(6): 1012-1016.

Sun Z X, Li M, Han S, Bu R Y, Wang H, Cheng W L, Li P, Tang B, Wu J, Zhu L. Effects of organic partial replacement of inorganic fertilizers and inorganic fertilizers with straw returning on yield, nutrient absorption and soil fertility of double-cropping rice[J]., 2020, 47(6): 1012-1016. (in Chinese with English abstract)

[16] 帥鵬, 楊宙, 胡蘭香, 束愛萍, 肖宇龍, 孫明珠, 何虎. 氮肥增效劑對水稻葉片保護酶活性、葉綠素含量及產量的影響[J]. 江西農業學報, 2022, 34(5): 121-126.

Shuai P, Yang Z, Hu L X, Shu A P, Xiao Y L, Sun M Z, He H. Effects of nitrogen fertilizer synergist on leaf protective enzyme activity, chlorophyll content and yield of rice[J]., 2022, 34(5): 121-126. (in Chinese with English abstract)

[17] 石柱, 張丹, 楊奇志, 楊勇. 不同氮肥增效劑對水稻產量和養分利用率的影響[J]. 作物研究, 2016, 30(1): 14-17.

Shi Z, Zhang D, Yang Q Z, Yang Y. Effects of different nitrogen fertilizer synergists on yield and nutrients use efficiency in rice[J]., 2016, 30(1): 14-17. (in Chinese with English abstract)

[18] Xu X K, Boeckx P, van Cleemput O, Kazuyuki I. Mineral nitrogen in a rhizosphere soil in standing water during rice (L.) growth: Effect of hydroquinone and dicyandiamide[J]., 2005, 109(1): 107-117.

[19] 熊麗萍, 蔡佳佩, 朱堅, 彭華, 李嘗君, 紀雄輝. 硅肥對水稻-田面水-土壤氮磷含量的影響[J]. 應用生態學報, 2019, 30(4): 1127-1134.

Xiong L P, Cai J P, Zhu J, Peng H, Li C J, Ji X H. Effects of silicon fertilizer on nitrogen and phosphorus contents in the rice-surface water-soil of paddy field[J]., 2019, 30(4): 1127-1134. (in Chinese with English abstract)

[20] 張雪麗, 董文怡, 劉勤, 王洪媛, 嚴昌榮, 劉宏斌, 陳保青, 劉恩科. 有機肥替代化肥氮對水稻田面水和土壤中氮素含量的影響[J]. 中國農業氣象, 2018, 39(4): 256-266.

Zhang X L, Dong W Y, Liu Q, Wang H Y, Yan C R, Liu H B, Chen B Q, Liu E K. Effects of organic fertilizer substituting chemical nitrogen fertilizer on nitrogen content in the surface water and soil of paddy field in the erhai lake basin[J]., 2018, 39(4): 256-266. (in Chinese with English abstract)

[21] 黃卉, 王波, 朱利群, 劉春曉, 曹陽, 卞新民. 稻田處理養殖場糞便的氮磷動態效應與污染風險研究[J]. 農業環境科學學報, 2009, 28(4): 736-743.

Huang H, Wang B, Zhu L Q, Liu C X, Cao Y, Bian X M. Nitrogen and phosphorus dynamics and pollution risk of potted rice treated with manure from livestock farm[J]., 2009, 28(4): 736-743. (in Chinese with English abstract)

[22] 呂亞敏, 吳玉紅, 李洪達, 雷同, 呂家瓏. 減肥措施對稻田田面水氮、磷動態變化特征的影響[J]. 生態與農村環境學報, 2018, 34(4): 349-355.

Lü Y M, Wu Y H, Li H D, Lei T, Lü J L. Effects of dynamic changes of nitrogen and phosphorus concentrations in surface water of paddy field under different fertilizer rate[J]., 2018, 34(4): 349-355. (in Chinese with English abstract)

[23] 施澤升, 續勇波, 雷寶坤, 劉宏斌. 洱海北部地區不同氮、磷處理對稻田田面水氮磷動態變化的影響[J]. 農業環境科學學報, 2013, 32(4): 838-846.

Shi Z S, Xu Y B, Lei B K, Liu H B. Dynamic changes of nitrogen and phosphorus concentrations in surface waters of paddy soils in the northern area of Erhai Lake[J]., 2013, 32(4): 838-846. (in Chinese with English abstract)

[24] 石敦杰, 楊蘭, 榮湘民, 謝勇, 唐麗, 田昌, 謝桂先, 宋海星, 張玉平. 控釋氮肥和氮磷減量對水稻產量及田面水氮磷流失的影響[J]. 江蘇農業科學, 2018, 46(11): 44-47.

Shi D J, Yang L, Rong X M, Xie Y, Tang L, Tian C, Xie G X, Song H X, Zhang Y P. Effects of controlled release nitrogen and reduction of nitrogen and phosphorous on rice yield and nitrogen and phosphorus loss in paddy fields[J]., 2018, 46(11): 44-47. (in Chinese with English abstract)

[25] 夏小江, 胡清宇, 朱利群, 陳長青, 卞新民. 太湖地區稻田田面水氮磷動態特征及徑流流失研究[J]. 水土保持學報, 2011, 25(4): 21-25.

Xia X J, Hu Q Y, Zhu L Q, Chen C Q, Bian X M. Study on dynamic changes of nitrogen and phosphorus in surface water of paddy field and runoff loss in Taihu Region[J]., 2011, 25(4): 21-25. (in Chinese with English abstract)

[26] 謝學儉, 陳晶中, 宋玉芝, 湯莉莉. 磷肥施用量對稻麥輪作土壤中麥季磷素及氮素徑流損失的影響[J]. 農業環境科學學報, 2007, 26(6): 2156-2161.

Xie X J, Chen J Z, Song Y Z, Tang L. Effects of phosphorus application rates on surface runoff losses of soil nitrogen and phosphorus during wheat season in rice- wheat rotation field[J]., 2007, 26(6): 2156-2161. (in Chinese with English abstract)

[27] 易均. 磷肥減量施用對雙季稻田磷素損失及水稻磷肥利用效率的影響[D]. 長沙: 湖南農業大學, 2016: 10-19.

Yi J. Effects of reduced phosphorus fertilizers om phosphorus loss of double cropping field rice and phosphorus use efficiency[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2016: 10-19. (in Chinese with English abstract)

Effects of Combined Application of Chemical Fertilizers and Nitrogen Reduction on the Yield of Double-cropping Rice and the Risk of Nitrogen and Phosphorus Loss in Field Water in Dongting Lake Area

YUAN Pei1, ZHOU Xuan2,*, YANG Wei1,3, YIN Lingjie4, JIN Tuo1,5, PENG Jianwei1, RONG Xiangmin1,TIAN Chang1,*

(College of Resources, Hunan Agricultural University / National Engineering Research Center for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer, Changsha 410128, China; Institute of Soil and Fertilizer, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic, Changsha 410127, China; Hunan Agricultural Research and Analysis Center, Changsha 410005, China; Agricultural Ecology and Resource Protection Station of Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125, China; Corresponding author, email: )

【Objective】It is very important to explore chemical nitrogen fertilizer reduction and rationing to stabilize rice yield, improve nitrogen use efficiency, reduce the risk of nitrogen and phosphorus loss, and lay a scientific basis for fertilizer reduction in the Dongting Lake double-cropping rice area. 【Method】The field plot experiment was conducted, and six treatments were set, including no nitrogen fertilizer (CK), conventional fertilizer (CF), 20% nitrogen reduction with borosilicate fertilizer (0.8CF+B/Si), 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer (0.8CF+0.2OM), 80% chemical fertilizer+20% organic fertilizer with nitrogen synergist (0.8CF+0.2OM+N-serve), and 20% organic fertilizer combined with borosilicate fertilizer and nitrogen synergist (0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve). Yield, nitrogen use efficiency, and the risk of nitrogen and phosphorus loss in field water of double-cropping rice were analyzed. 【Result】The yield of early rice was reduced as compared with CF, while the yield of late rice was increased by 2.02%to 5.03%. The concentrations of total nitrogen, ammonium nitrogen, and nitrate nitrogen in surface water increased with the increase in nitrogen application rate, and the risk of nitrogen loss also increased. Compared with CF treatment, the chemical fertilizer nitrogen reduction and rationing treatment reduced total nitrogen, ammonium nitrogen, and nitrate nitrogen concentrations in early and late rice seasonal field water by 8.08% to 35.05%, 5.88% to 34.22%, and 5.02% to 18.06%, respectively, and 0.8CF+0.2OM+N-serve treatment was the most effective in mitigating the risk of nitrogen loss from field water. One week after nitrogen application was the peak period of nitrogen loss, and then the difference in nitrogen concentration in surface water of each treatment decreased, as did the risk of nitrogen loss. The phosphorus concentration of early and late rice surfaces without nitrogen fertilizer was lower than that of other treatments, while the phosphorus concentration of early and late rice surface water with borosilicate fertilizer was higher than that of other treatments, which aggravated the risk of phosphorus loss in rice surface water. In addition, the combined application of organic fertilizer and nitrogen fertilizer synergists had no obvious effect on phosphorus emission reduction. About 9 days after the application of phosphorus fertilizer was the key period of phosphorus loss, after which the phosphorus concentration of each treatment tended to be consistent and changed smoothly. 【Conclusion】The substitution of organic fertilizer for nitrogen fertilizer has a lag effect on rice yield. The simultaneous application of nitrogenous synergists with organic fertilizers will weaken the effect of nitrogen synergists in retarding nitrogen fertilizer conversion. Chemical fertilizer nitrogen reduction and rationing is an effective method to reduce nitrogen loss in the surface water of double-cropping rice fields, but its combination with borosilicate fertilizer can increase phosphorus content in the surface water, so it should be applied according to water and fertilizer management.

rice; fertilizer application; nitrogen reduction; yield; surface water; nitrogen and phosphorus loss

10.16819/j.1001-7216.2023.221003

2022-10-17；

2023-03-02。

國家自然科學基金區域創新發展聯合基金資助項目(U19A2050)；國家重點研發計劃資助項目(2018YFD0800500)；湖南省教育廳重點項目(20A250)。