论文摘要
在提高氮肥利用效率和保证作物稳产高产条件下，减少农田氮素流失和对环境的压力，协调好粮食、资源和环境间的矛盾，是农业可持续发展面临的重要课题。宁夏引黄灌区水稻种植集约化程度高，因不合理施肥引起的农田面源污染较为严重。稻田淋洗损失是灌区氮素损失的主要途径，但稻田生态系统中氮素淋洗特征和过程控制技术研究尚未引起重视。因此，开展引黄灌区稻田退水污染特征与过程控制技术研究具有重要的科学价值和现实意义。2010-2012年，分别布置了两种类型试验。利用室内土柱模拟试验，研究了常规施肥(N300)、优化施肥(N240)和2倍施氮量(N600、N480)处理条件下氮素在灌淤土中的迁移和淋失特征，并对不同形态氮素的累积淋失过程进行了拟合。同时，针对灌区稻田施肥环节存在的关键问题，从“源头合理减量和肥料高效利用”两个方面切入，对稻田氮素淋失过程控制技术进行了系统研究。利用田间小区试验，以常规施肥为对照，研究了缓释肥侧条施肥（低肥、中肥和高肥）、控释氮肥育苗箱全量施肥（中氮和高氮）和氮肥后移（3-4次）对水稻产量、氮肥利用率、氮素淋失和氮平衡的影响特征。取得以下主要研究结果：（1）土柱模拟试验表明：不同施肥处理下淋洗液中NO3--N浓度呈先升高后降低的趋势，淋洗峰值出现时间随施氮量增加后移。N-240、N300、N480和N600处理NO3-N累积淋失量分别为68.37、86.22、146.26和170.68kg/hm2，占施氮量的比例分别为28.49%、28.74%、30.47%和28.45%。NO3--N是氮素淋洗损失的主要形态。NO3--N累积淋失量Yt与淋洗时间t（d）的拟合结果发现，N0、N240和N300处理以对数方程Yt=a+blnt的拟合效果最好（R2=0.897-0.915），随着施氮量增加，N480和N600处理则以幂函数方程lnYt=a+blnt的拟合效果最好（R2=0.917-0.913）。NH4+-N的淋失主要发生在淋洗前期。各施肥处理NH4+-N累积淋失量分别为18.60、25.07、37.77和45.96kg/hm2，占施氮量的比例分别为7.75%、8.36%、7.87%和7.66%。NH4+-N累积淋失量Yt与淋洗时间t（d）的拟合服从对数方程Yt=a+blnt（R2=0.898-0.966）。N240、N300、N480和N600处理总氮淋失量分别为94.53、128.02、222.06和268.6kg/hm2，占施氮量的比例分别为39.38%、42.67%、46.26%和44.77%。施入灌淤土的氮肥有33.76%～46.26%通过淋洗损失。各施肥处理总氮累积淋失也都服从对数方程Yt=a+blnt（R2=0.927-0.975）。NO3--N淋失占总氮淋失量的62.40%～66.87%，NH4+-N占15.45%～16.55%，约20%左右的氮素以溶解性有机态的形式淋失。淋洗结束后，NO3--N残留高峰在0～20cm土层，NH4+-N主要累积在20～40cm土体中。（2）田间小区试验表明：与常规施肥相比，侧条施肥、育苗箱全量施肥和氮肥后移处理下，施氮量降低20%～60%，水稻产量没有显著降低，但显著提高了氮肥生产效率和利用率。侧条施肥高肥处理（N176kg/hm2）氮肥偏生产力为49.3kg/kg，显著高于常规施肥处理的29.8kg/kg；育苗箱全量施肥高氮处理（N120kg/hm2）和氮肥后移N240/3（分3次施肥）处理的氮肥利用率分别比常规施肥处理提高了20.7%和8.0%。稻田氮素流失的关键控制期：以尿素为氮源，施肥后9d内是防止氮素流失的关键时期，侧条施肥处理30d内氮素都有流失的风险，育苗箱全量施肥田面水总氮浓度显著低于常规施肥处理，流失风险较低。常规施肥处理氮素的淋洗损失主要发生在水稻拔节期之前，侧条施肥、育苗箱全量施肥和氮肥后移处理淋失高峰后移至分蘖－开花期。NO3--N是氮素淋失的主要形态，常规施肥处理的NO3--N净淋失量占总氮流失量的66.3%。侧条施肥高肥处理、育苗箱全量施肥高氮处理和氮肥后移N240/3处理的总氮净淋失量分别比常规施肥处理减少了11.75、30.46和14.64kg/hm2，淋失率分别比常规施肥处理降低了44.5%、51.8%和52.5%。侧条施肥高肥处理、育苗箱全量施肥高氮处理和氮肥后移N240/3处理的总氮淋失量占施氮量的比例分别为7.93%、23.7%和6.74%，常规施肥处理平均比例为12.8%。（3）稻田氮素损失的途径分析：水稻收获后，土体中Nmin累积量显著低于播前水平，且向下淋洗趋势明显。常规施肥处理氮素表观损失量平均高达176.4kg/hm2，表观损失率为57.7%；侧条施肥处理氮素表观损失率为19.6%～35.1%，育苗箱全量施肥各处理表观损失率为30.8%～35.1%，氮肥后移各处理表观损失率为32.2%～49.0%。以尿素和缓控释肥为氮源，氮素淋失量占表观损失量的比例分别为20%和50%左右，其余以氨挥发和反硝化途径损失。综合考虑水稻产量和环境效益，侧条施肥高肥处理、育苗箱全量施肥高氮处理、氮肥后移N240/3处理可作为减少稻田氮素流失的控制技术。