全 文 ：太湖地区稻田土壤养分淋洗特征 3
连　纲 3 3 　王德建　林静慧　阎德智
(中国科学院南京土壤研究所 ,南京 210008)
【摘要】　通过排水采集器 (Lysimeter)模拟试验 ,研究了太湖地区不同施肥水平下稻季农田养分淋洗特点.
结果表明 ,施肥后田面水 NH4 + 2N 浓度升高很快 ,2～3d 达到峰值 ,最高值达 26. 2 mg·L - 1 ,随后下降很
快 ,这一周期约 7～10d. 渗漏水中 NH4 + 2N 浓度很低 ,稻季 NH4 + 2N 淋洗的氮仅占施肥量的 0. 008 %～0.
074 %. 渗漏液中 NO3 - 2N 含量随着氮肥用量的增加而增加 ,其浓度范围在 0～7. 14mg·L - 1 ,在土壤剖面
中呈上低下高的趋势 ,稻季氮素的淋洗仍以 NO3 - 2N 为主 ,净淋洗量在 3. 2～8. 3kg·hm - 2之间 ,占总施肥
量的 1. 40 %～2. 78 %. 田面水磷浓度在施磷肥后 1 d 即达最高值 ,随后下降 ,下层渗漏液中 T2P 含量很低 ,
几乎不受施肥量的影响 ,猪粪能促进磷的迁移.
关键词 　太湖地区 　稻季 　养分淋洗
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 11 - 1879 - 05 　中图分类号 　X592 　文献标识码 　A
Characteristics of nutrient leaching from paddy f ield in Taihu Lake area. L IAN Gang , WAN G Dejian , L IN
Jinghui , YAN Dezhi ( Institute of Soil Science , Chinese Academy of Sciences , N anjing 210008 , China) . 2Chin.
J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (11) :1879～1883.
In recent years , excessive nutrient loss in subsurface drainage from agricultural land is identified as a major source
of non2point source pollution , and has been attended globally. This study was conducted to determine the effect
of nutrient leaching from paddy field in rice2planting season under different fertilizer application levels on water
quality by using Lysimeter experiment . The results showed that the concentration of NH4 + 2N in surface water
raised quickly after fertilization , reached the highest in 2 or 3 days with the maximum value of 26. 2 mg·L - 1 ,
and then ,dropped quickly within 7 or 10 days. The concentration of NH4 + 2N in leachate was very low , only
accounted for 0. 008 %～0. 074 % of total fertilizer applied. The nitrate content in the solution and lossed from
leaching increased gradually with fertilizer application rate , with a range from 0 to 7. 14 mg·L - 1 . The nitrate
concentration in leachate over the soil profile was characterized by a gradual increase from the top to bottom. Ni2
trogen was leached away mainly in the form of NO3 - 2N in rice2planting season , and the net NO3 - 2N loss was
3. 2～8. 3kg·hm - 2 ,accounted for 1. 40 %～2. 78 %. Under the experiment level , nitrogen leaching may lead to
a potential pollution of underground water. The concentration of phosphorus in surface water reached the highest
in one day after fertilization , after then dropped. The concentration of phosphorus in lower depth was very low ,
almost not affected by the amount of fertilizer applied. Application of pig manure could increase the transfer of
phosphorus.
Key words 　Nutrient leaching , Paddy field , Taihu Lake area.3 中国科学院知识创新资助项目 ( KZCX2241326) .3 3 通讯联系人.
2003 - 02 - 04 收稿 ,2003 - 05 - 16 接受.
1 　引 　　言
由于农业与自然环境 (土壤、水体、大气及生物)
有着密切的联系 ,因而随着农业科学技术的不断发
展 ,农业与自然环境的矛盾也就越来越突出. 粮食和
水是人类生活的两大基本需求 ,而农业 (即粮食生产
)与水密切相关. 我国是一个农业大国 ,人口多 ,土地
资源有限 ,而人口不断增长增加了对食物和其它物
质的需求. 在耕地面积逐年减少的情况下 ,施肥是保
证和提高作物产量的重要措施之一 ,但是近年来化
肥过量施用带来的肥效降低以及对水环境的影响已
引起了人们的关注. 尤其近年来 ,过量使用氮肥对浅
层地下水硝酸盐污染和地表水富营养化的影响已引
起广泛关注[7 ,16 ,17 ] . 苏南太湖地区是我国粮食的高
产稳产地区之一 ,长期以来氮肥用量一直保持在较
高水平. 然而大量研究表明氮肥的当季利用率仅为
20 %～35 % ,过量施用氮肥 ,不但导致肥料利用率下
降 ,而且会对环境产生不利影响[6 ] .
欧美国家在旱地上对有关土壤中氮素淋洗的研
究较多. 根据作物、施肥量、土壤质地、降水和灌溉的
情况不同 ,因淋溶引起的氮素损失占施氮量的 5 %
～15 %[3 ,4 ,9 ] ,施氮量大 ,土壤透水性好 ,降水和灌溉
多 ,则氮素的淋洗就多 ,我国在这方面的研究较少 ,
有关太湖地区施肥对水环境的影响有过一些研究 ,
应 用 生 态 学 报 　2003 年 11 月 　第 14 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2003 ,14 (11)∶1879～1883
但对于不同施肥水平下 ,农田养分淋洗及对环境的
影响缺少深入研究 ,从而使有关太湖地区水体富营
养化来源的评估和治理措施缺少依据. 本研究选取
太湖地区具有代表性的土壤 —黄泥土 ,利用大型排
水采集器 (Lysimeter) 进行田间条件下模拟试验 ,研
究农田不同施肥水平下养分的淋洗特点 ,为合理施
肥与评估施肥对水环境的影响提供科学依据.
2 　研究地区与研究方法
211 　试验点自然条件
试验在太湖地区的中国科学院常熟农业生态实验站内
进行 (31°32. 93′N , 120°41. 88′E) . 站区所在地属亚热带北部
湿润季风气候 ,1998～2002 年的平均气温 16. 6 ℃,最高气
温 37. 7 ℃,最低气温 - 6. 1 ℃, ≥10 ℃的有效积温 4933. 7
℃,年降雨量 1316 mm ,年日照 1745 h ,年平均太阳总辐射量
4. 94 ×105 J·cm - 2 ,无霜期 231d. 站区地形属阳澄湖低洼湖
荡平原 ,海拔 3. 2 m ,地下水埋深 80 cm 左右. 试验选择太湖
地区有代表性的普通铁渗水耕人为土 (地方名 :黄泥土 Hy2
dromorphic paddy soil ,以下简称称黄泥土和 HP soil) 作为供
试土壤 ,该土属占苏州市水稻土面积的 42. 3 % ,其基本化学
性质见表 1.
表 1 　试验地土壤的性质
Table 1 Some properties of experiment soil
土 属
Soil pH
有机质
O. M
(g·kg - 1)
全氮
Total2N
(g·kg - 1)
全 磷
Total2P
(g·kg - 1)
碱解氮
Alkali2N
(mg·kg - 1)
速效磷
Available P
(mg·kg - 1)
速效钾
Available K
(mg·kg - 1)
CEC
(cmol·kg - 1)
黄泥土 5. 5 27. 8 1. 81 0. 668 97. 5 6. 8 72. 1 15. 0
HP soil
212 　试验设计
　　用于模拟试验的大型排水采集器 (L ysimeter) 为长 2m ×
宽 2m ×深 1m 的水泥池 ,池中为按发生层次填装入黄泥土 ,
已经 4 年稻麦轮作试验. 在每池 20、60 和 80cm 深的土层中
间埋置一 10cm ×15 cm 的渗漏水采集盒 ,通过侧向管收集盒
中的渗漏水. 太湖地区水稻田渗漏速度一般为 4～10 mm·
d - 1 ,本试验的土壤经水田渗漏仪实地观测 ,渗漏速度在4. 86
～5. 58 mm·d - 1 ,在本实验研究中 ,通过底层控制的渗漏速
度为 5mm·d - 1 . 试验设 5 个处理 ,3 次重复 (表 2) .
　　所用肥料品种为尿素、过磷酸钙及氯化钾 ,氮肥的运筹
表 2 　排水采集器养分试验处理
Table 2 Fertilizer treatments of lysimeter experiment ( kg·hm - 2)
处理
Treatment
稻季 Rice2planting season
N P2O5 K2O 有机肥 Straw
or manure
CK 0 0 0 -
C1 + M 3 225 45 90 15000
C2 300 60 120 -
C3 375 75 150 -
C2 + S 300 60 120 2250
NPK比例 1∶0. 2∶0. 4
Ratios of N P K3 M2鲜猪粪 Fresh pig manure ,S :麦秆 Wheat straw.
为 :水稻基肥占 50 %(6 月 22 日施用) ;分蘖肥 30 %(7 月 11
日施用) ;穗肥 20 %(8 月 17 日施用) . 氯化钾则基肥、穗肥各
占一半 ,过磷酸钙以基肥施入. 采用撒施施肥方式.
213 　水样采集与分析
　　稻季采集表层水 (田面水)与 20、60 和 80cm 深的渗漏水
样 ,采样时间为施肥后 1、3、5、7d (即每 2d 取一次样) 连续 4
次采样 ,之后每 7d 取一次样. 所采水样经过滤处理后 ,立即
分析 NH4 + 2N、NO3 - 2N 和 T2P 的含量. 水样中 NH4 + 2N 测
定采用靛酚蓝比色法 ,NO3 - 2N 采用紫外分光光度法 , T2P
采用过硫酸钾氧化2钼蓝比色法.
3 　结果与讨论
311 　渗漏液中 N H4 +2N 浓度的动态变化
　　水稻移栽后正处于高温季节 ,尿素施入稻田土
壤后 ,很快转化为 N H4 +2N. 由图 1、图 2 可见 ,表层
水 (即田面水) N H4 +2N 浓度很快升高 ,施肥后 2～
3d 达到峰值 ,最高值达 26. 2mg·L - 1 . 随后 ,浓度很
快下降 ,从施肥到峰值 ,再回落到低浓度水平 ,这一
周期约 7～10d. 从图 1 可以看出 ,对照的曲线比较
平缓 ,而所有的施肥处理 ,其表层水 N H4 +2N 浓度
远远高于对照 ,尤其是在施肥后的一段时期内. 在水
稻生长中后期 ,即 7 月 19 日以后 ,田面水 N H4 +2N
浓度降到很低 ,与对照相近. 氮肥用量对田面水浓度
有直接的影响 ,不同施肥处理 ,其 N H4 +2N 浓度随
氮肥用量的增加而增加.
　　N H4 + 2N浓度在土壤剖面中也有显著差异 ,呈
图 1 　稻季不同处理间表层 NH4 +2N 浓度变化
Fig. 1 Change of NH4 +2N concentration in surface water in rice2planting
season.
图 2 　同一处理不同层次 NH4 +2N 浓度变化
Fig. 2 Change of NH4 +2N concenrtation in different depth in same treat2
ment .
0881 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
现出上层浓度高而下层浓度低的特点 ,显然受到施
用氮肥的影响. 以 C2 处理为例 ,田面水 N H4 +2N 的
浓度远高于其他 3 个层次 (图 2) ,在水稻生长初期 ,
即基肥和分蘖肥时期 ,在 20cm 深的渗漏水样中 ,
N H4 +2N 浓度远低于田面水 ,但较 60 和 80cm 深的
渗漏水要高 ,而 60 和 80cm 的渗漏水中 ,其 N H4 +2N
浓度差异不大 ,与对照相比 ,也无甚大差异. 这与其
离子的电荷性状有关 ,N H4 +2N 带正电 ,易被土壤胶
体吸附 ,不易随水淋洗 ,N H4 +2N 在随水下渗的过程
中被土壤不断吸附 ,从而使其在剖面中所占浓度不
断降低.
　　虽然施肥后田面水 N H4 +2N 浓度很高 ,但下层
浓度较低 ,因而施肥后氮肥以 N H4 +2N 淋洗损失很
少. 本试验最大淋洗量的 C2 + S 处理为 0. 38 kgN·
hm - 2 ,而无肥处理的淋洗量也有 0. 15 kgN·hm - 2 ,
不同施氮量的处理中 ,以 N H4 +2N 形态损失的氮仅
占氮肥用量的 0. 008 %～ 0. 074 % ,表明土壤中
N H4 +2N 的淋洗极少 ,可以忽略不计 ,与已有的研究
结果一致[10 ,13 ,18 ] .
312 　渗漏液中 NO3 - 2N 浓度的动态变化
　　不同层次渗漏液 NO3 - 2N 含量如表 3 ,其浓度
范围在 0～7. 14mg·L - 1 ,在土壤剖面中呈上低下高
的趋势 , 20、60 和 80cm 土层渗漏液的平均浓度分
别为 0. 54、0. 88、1. 21mg·L - 1 ,最高浓度出现在底
层. 呈现向下递增的分布特征 ,可能与淹水条件下不
同土层氧化还原特性与 NO3 - 2N 离子不易为土壤
吸附特性有关. 稻田在淹水条件下 ,田面水与土表宜
与溶氧接触 ,Eh 较高 ,因而氮易被氧化成 NO3 - 2N ;
在表土以下的耕层土壤由于残茬与有机肥的施用 ,
土壤 Eh 较低 ,氮素不易转化为 NO3 - 2N ;而在耕层
以下的土层 Eh 相对要高 ,土体中 N H4 +2N 易被氧
表 3 　不同层次渗漏液 NO3 - 2N的浓度范围
Table 3 Nitrate in leachate at different depth
采样层次
Layer (cm)
范围
Range (mg·L - 1)
平均
Average (mg·L - 1)
0 0. 14～5. 08 1. 12
20 0～2. 51 0. 54
60 0～5. 56 0. 88
80 0～7. 14 1. 21
化 ,并受渗透水自上向下不断淋洗 ,NO3 - 2N 向下聚
积.另外 , 0～20cm 也是作物根系密集区 ,作物对
NO3 - 2N 吸收利用 ,也是其浓度低的原因之一.
　　不同处理地表水与渗漏水 NO3 - 2N 含量变化
表明 (图 3、图 4) ,渗漏液中 NO3 - 2N 含量随着氮肥
用量的增加而增加 ,尤其在 60 和 80cm 的渗漏水
中 ,这一趋势尤为明显 ,对照 CK的渗漏液中 NO3 - 2
N 含量一直很低 ,浓度变化幅度不大. 在水稻不同生
长期施用的肥料 ,其 NO3 - 2N 淋洗浓度也不相同 ,
在生长初期 ,其淋洗浓度较高 ,即基肥 > 分蘖肥 > 穗
肥 ,随着下渗深度的增加 ,这种差异表现的越为明
显 ,而且前两次施肥的淋洗浓度要远远高于穗肥的
淋洗浓度. 究其原因 ,一是与施肥量有关 ,基肥、分蘖
肥与穗肥分别占总施肥量的 50 %、30 %与 20 % ,而
NO3 - 2N 的淋洗一般与施肥量正相关 ;再者与水稻
的生长状况有关 ,在生长初期 ,作物对养分的吸收利
用较少 ,到穗肥时期 ,作物根系发达 ,不仅对肥料氮
的吸收量和吸收速率较大 ,而且也能充分吸取土壤
氮素 ,所以向下淋洗量就很少.
图 3 　稻季田面水 NO3 - 2N 浓度变化
Fig. 3 Change of NO3 - 2N concentration in field surface water in rice2
planting season.
图 4 　80cm 处渗漏水 NO3 - 2N 浓度变化
Fig. 4 Change of NO3 - 2N concentration in leachate at 80cm depth.
　　从图 3、图 4 分析可以看出 ,前两次施肥 (即 6
月 22 日及 7 月 11 日)后 ,无论是田面水还是渗漏水
中的 NO3 - 2N 浓度都有一个逐渐上升 ,然后下降的
趋势. 这是因为尿素施入稻田后到以 NO3 - 2N 渗漏
前 ,连续有水解和硝化两个作用过程. 据蔡贵信
等[1 ]研究 ,尿素施用 4～5 d 后 ,铵态和氨态氮浓度
达到高峰. 此外还可看出 ,NO3 - 2N 渗漏主要发生在
6 月下旬到 7 月底之间一个多月内 ,约占整个生育
期间 NO3 - 2N 渗漏量的 80 %～90 %. 这一期间就是
主要施肥时期 ,而且 NO3 - 2N 浓度随施肥时期阶段
性变化 ,每次施肥都引起 NO3 - 2N 渗漏浓度的增
加. 每次施肥后 8～9 d 内 ,渗漏浓度均较其他时间
大 ,减少氮素渗漏损失应在这一阶段内进行.
　　虽然水稻处在淹水条件下 Eh 较低 ,但其氮素
淋洗仍以 NO3 - 2N 为主 ,这与旱地土壤中的情形相
188111 期 　　　　　　　　　　　　　　　连 　纲等 :太湖地区稻田土壤养分淋洗特征 　　　　
同. 在本试验中 ,稻季 NO3 - 2N 的净淋洗量在 3. 2～
8. 3kg·hm - 2之间 ,占总施肥量的 1. 40 %～2. 78 % ,
与国内外同类研究结果相比[5 ,8 ,14 ] ,所测值偏小 ,可
能与所处地域土壤性质、施肥水平、水肥控制管理等
有关. 但就太湖地区相关研究而言 ,试验结果基本一
致[2 ] . 稻季大田土壤的氮素淋洗特点与田间模拟试
验结果相似 ,但渗漏液中的 NO3 - 2N 浓度比模拟试
验低 ,且变化幅度小 ,2001 年常熟生态站稻田试验
渗漏液测定结果表明 ,氮肥用量为 315、360 kgN·
hm2 的处理 ,渗漏液的 NO3 - 2N 含量范围在 0～2. 1
mg·L - 1 ,关于两者之间的相关性正在做进一步研
究.
　　从渗漏液 NO3 - 2N 浓度来看 ,各处理含量均低
于 10 mg·L - 1 ,低于 WHO、USEPA、EC 等组织规定
饮用水中 NO3 - 2N 浓度 10 mg·L - 1的最大允许值 ,
而我国生活饮用水卫生标准 ( GB5749285)为 20 mg·
L - 1 . 然而 ,在本试验设计施肥水平下 ,水稻生长期
间 NO3 - 2N 净淋洗量高达 8. 3 kg·hm - 2 ,长期下去 ,
势必对地下水造成潜在污染.
313 　渗漏液中 T2P 浓度的动态变化
　　磷素在土壤中主要靠扩散作用而移动 ,磷肥施
到土壤后易被固定 ,移动很困难[15 ] . 英国洛桑试验
站 100 多年的旱地长期试验表明 ,磷的移动每年不
超过 0. 1～0. 5mm ,它只能从施肥点向外移动 1～
3cm 的距离[11 ] .
　　由于渗漏液中磷的浓度很低 ,各处理之间 T2P
的浓度变化趋势基本一致. 以施用磷肥最高的 C3
处理为例 (图 5) ,渗漏液中 T2P 含量在施肥初期 ,以
表层水浓度最高 ,施肥后 1 d 即达最高值 ,随着时间
的推移 ,表层水中 T2P 的浓度迅速减小 ,最终与其
它层次浓度相近. 下层渗漏液中 T - P 含量变化不
大 ,几乎不受施肥量的影响 ,不同施磷量处理的曲线
变化趋势基本一致. 由此表明 ,磷肥施入土壤后 ,易
被固定 ,随水流向下迁移极少.
　　不同施磷水平的田面水与 80cm 渗漏液 T2P 浓
度变化如图 6、图 7 所示 ,所有化肥处理之间 , T2P 浓
度差异不大 ,但 C1 + M 处理 (化肥 + 猪粪) ,与其他
处理相比 ,具有以下几个特点 : (1) 磷素释放持续时
间较长 ,化肥处理 ,施肥后 T2P 浓度迅速下降 ,而增
施猪粪后 ,虽然整体趋势也是逐渐减小 ,但在很长时
期内都可检测到较高 T2P 浓度 ; (2) 磷素迁移能力
较强 ,其他处理 ,除在施肥初期田面水 T2P 浓度有
所变化外 ,其后浓度很低 ,与对照相近 ,而增施猪粪
图 5 　同一处理不同层次 T2P 浓度变化
Fig. 5 Change of T2P concentration in different depth in same treat2
ment .
图 6 　不同处理不同层次 T2P 浓度变化
Fig. 6 Change of T2P concentration in field surface water in different
treatment .
图 7 　80cm 处渗漏水 T2P 浓度变化
Fig. 7 Change of T2P concentration in leachate at 80cm depth.
后 ,磷素迁移能力增强 ,尤其在 20cm 处的渗漏水
中 ,其 T2P 浓度远远高于其它处理 ,甚至在 60 和
80cm 处也可检测到较高的磷含量. 以前也有研究表
明 ,有机磷在土壤剖面中向下移动明显 ,厩肥中的磷
可下移到 60cm[12 ] .
4 　结 　　论
411 　N H4 +2N 主要集中分布在稻田土壤表层 ,易被
土壤胶体所吸附 ,稻季淋洗量极少 ,仅占施肥量的
0. 008 %～0. 074 % ,对环境影响小.
412 　NO3 - 2N 浓度在土壤剖面中呈现上低下高的
分布特征 ,NO3 - 2N 是稻田氮素淋淋的主要形态 ,其
淋洗量随着施肥量的增加而增加 ,在水稻生长期中 ,
苗期淋洗最多 ,稻季总淋洗量占施肥量的 1. 40 %～
2. 78 % ;虽然稻季渗漏液 NO3 - 2N 含量没有超标 ,
但其累计淋洗量不小 ,对地下水存在潜在威胁.
413 　磷肥施入土壤后 ,易被固定 ,迁移能力很小 ,但
配施猪粪 ,延长磷素释放时间 ,促进磷的迁移.
2881 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
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作者简介 　连 　纲 ,男 ,1977 年生 ,在读硕士 ,主要从事生态
环境方面的研究 Tel : (025) 6881253 , E2mail : frank. lian @
263. net
388111 期 　　　　　　　　　　　　　　　连 　纲等 :太湖地区稻田土壤养分淋洗特征