全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 增刊
, , 一
稻田土壤中 的渗漏损失研究 ’
王 家玉 王 胜佳 陈 义 郑纪慈
浙江省农业科学院土壤肥料研究所 , 杭州 。。
【摘要 】 应用大型原状土柱渗漏计研究稻田 中 渗漏损失的基本规律及其机制 , 初步探
明硝态氮淋失是稻 田土壤中 淋失的重要形式之一 , 双季稻种植期间的硝态氮淋失量可
达 ·
一
, , 肥用量及品种对 淋失有明显影响 , 建议每季水稻的 肥用量不超过
· 一
,
关键词 氮素 硝态氮 钱态氮 淋失
, ,
‘ , 卿 ,
一 月户户 , , 一
弓一 ,
· 一
, 一
‘
一 一
,
, , ,
引 言
肥进入稻 田土壤后 , 除了被作物吸
收和土壤 固定之外 , 还有氨挥发 、 反硝化 、
径流以及渗漏淋失等损耗 研究表 明 , 损
失的主要形 态是 、 及 的气态
损失
·
川 但据报道 , 土壤 中 的淋失与
环境保护密切相关 土壤 中 的淋失不 只
涉及到施肥的经济效益 , 更为重要的是肥
料 的下淋产生过 量亚 硝胺和亚硝酞胺
等致癌物质而污染地下水及饮用 水 , 严重
威胁人类健康 为此 , 世界卫生组织规定 ,
饮 用 水 中硝 态 氮浓度 应 低 于
· ·
一‘ , 不得超过
· 一‘ 然而 , 我国某
些地 区地下水的硝态氮浓度竟高达 一
· 一‘闭 鉴 此 , 研究稻 田土壤 中
淋失的规律及机制具有重要实践意义
在 淋失研究中 , 渗漏计早就被人们
广泛应用川 但是 , 大多数渗漏计的体积 比
较小 , 而且多数采用 回填 扰动 土柱 , 从而
在相 当程度上影 响观测结果 , 根据渗漏计
的特点 , 在尽可能接近 田间 自然状况下模
拟土壤剖面的养分随渗漏水向下迁移的过
程 , 我们 自行设计建成了一组大型原状土
柱 渗漏 计 用 以 开 展 稻 田土 壤 淋失研
究
材料与方法
渗漏计的基本结构
本设施建于浙江省农业科学院农场稻 田 中 ,
为大型 、 有底 、 混凝土结构 的框体型渗漏池 , 共由
个同等大小的渗漏池组成 图 每个池的表面
积为 , 总高度 , 其中上部土柱框体为
, 浙江省自然科学基金资助项 目
年 月 日收到 , 月 日改回
增刊 王家玉等 稻 田土坡中 的渗漏损失研究
, 下部基座 包括渗滤层 , 由砾
石 、粗砂 、 细砂及透水硷组成 渗漏液采集管道在
浇铸前预先埋入 , 土柱中共埋设采样塑料管 外径
和 , 长度 和 根 , 排成 列
间距 层 间距 滤层与基座底部之
间预埋入 形多孔排水塑料管 每个池埋设 根
内径为 的 管
侧公断娜书脚洲娜目娜杯
一一上 竺 ,藕娜邃
侧比了神视图 毛 正面剖视图
吸 “
图 渗漏计的荃本结构示意图
走 ·
原状土柱 , 混凝土框体
, 透水硷 , 粗
砂 、 细砂层 , 砾石层
, 采液管 、 , 排水
管 , 作物 , 坑道 ,
排水沟 , 采液孔
, 排水孔
·
渗漏液的采样系统
通过预备试验 , 将原先设计的重力排水采集
法改为使用真空泵抽汲负压采集法 该采水系统
包 括真 空 泵 、 采水 多 孔 陶土头 外径 , 高
, 孔径 拜 和 渗漏 液 收 集 瓶 容
量 真空泵的一端与张力计相接 , 以检测其工作
压力 , 另一端通过缓冲瓶利用三通分别与各采样
瓶相连结 多孔陶土头用附加的外径 、 长
的 管导入土柱 内 , 陶土头入土深度
为 和 , 渗漏液通过该 管导入采样
瓶内 , 由真空泵抽取土壤渗漏液 为在较短时间内
采集到足够数量的渗漏液样 , 真空泵 的工作负压
应在 一
·
土柱渗漏量的调整
尽管本项设施采用原位原状士柱与基座分别
浇铸再用 “ 拉曳移位法 ”使之合拢的工艺 , 但是在
拉曳合拢过程中仍有可能造成土柱的变形 同时 ,
当土柱处于干燥情况下就会在土柱与混凝土框壁
之间形成垂直裂隙 此外 , 土壤动物的活动也会在
犁底层造成空洞或裂隙 为此 , 采取泥浆灌注 混
土 和犁底层镇压作业 , 将 个土柱的渗漏量均一
调整到接近 田间状况 即 ·
一
, 左右 ,
试验土壤和处理
供本设施的土壤属典型江河冲积母质发育的
粉砂粘壤质水稻土 , , 有机 · 刁 , 全
· 一
, , 碱解 ·
一
, , 速效
一 一 ·‘ 一 , , 交换性 · 反
一‘ , 非交
换性
, · 一
, ,
一
, 土
一 年分别在早 、晚季稻田进行连续
试 验 , 共 个处理 不施 , 对 照 ,
尿 素 一
‘
, , 尿 素
· 一
, , 尿素 ·
一
,
,
碳钱 · ” , 碳按
血 ·
一
, 区重复 次 , 其它处理区重复
次 , 其中 个重复不种稻 早稻的移栽及施肥 日
期分别是 年 月 日和 月 日 , 年
月 日和 月 日 , 晚稻的移栽和施肥 日期分
别是 年 月 日和 月 日 , 匀 年 月
日和 月 日
渗漏液采样与分析
本设 施 的土柱 采水 深度 为 、 、 、 、
现 以 深度作为土壤表层 , 以 作
为脱离作物根系影响的底土层 为此 , 在试验中主
要采集 和 种深度的渗漏液样 采样
从施肥后 天开始 , 最迟到水稻齐穆结束 , 间隔
一 天或更长 每种深度为 个重
、
复 个平行的
采样管中选 个抽水 同时 , 在水稻生长季节定
期测量计算每个渗漏池的每季总渗漏水量 , 并测
定渗漏液样 品 中 才一 靛酚 兰法 及 马一
法 的浓度
结果与讨论
渗漏液中 才一 浓度的动态变化
由图 、 可见 , 肥施入稻 田土壤后 ,
可以使表层渗漏液 中的 才一 浓度很快
升高 , 其峰值二般 出现在施肥后 一 天 ,
浓度可达 一 ·
一
, 此后 , 很快下降 ,
同时还观察到水稻对 才一 浓度有重要
影响 , 如 深度渗漏液中的 才一 浓
度 , 种稻 区平均为 ·
一‘ , 而不种稻
区平均为 ·
一
,
一应 用 生 态 学 报 卷
梦二︺·匕二乙
施 后天数 ” 一 《川
图 不同尿紊用量对 和 深度渗漏液中 才
浓度的影响 年晚稻 ·
三 才一 ,
,
深 度 , , 深 度 , 贾
深度 , 深度
卜
一”
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, 、 口 ,
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施 后天数 山 ” , 一 , 一
图 不同 肥 品种对 和 深度 渗诵液
中 才一 浓度的影响 年早稻
才一
,
肥用量对表层渗漏液 中 才一 浓
度有直接影响 图 , 其浓度变化几乎随
肥用量而呈 比例增长
、
用量越高其淋
失量愈大 不同 肥品种区也表现 出明显
的消长特征 , 深度渗漏液中的 才
浓度变化 , 在碳钱区呈现 陡峭的渐降曲
线 , 而尿素区则表现为平缓的渐降曲线 图
,即尿素区的表层渗漏液中始终维持较
高的 才一 水平 , 这与尿素的农化性质
有关川
·
由此可知碳铁会有较多的 淋失
·
深度的渗漏液浓度变化大体相似 图
、
从剖面深度的 才一 分布来看 , 其
含量分布形式呈明显的上高下低的倒三角
形 , 如在 、 、 即每季施
尿素 、 、 一 ·
一‘ 处理区 ,
深度渗漏液中的 才一 平均浓度为
一 · 一‘ , 而 深度的平均浓度
仅为 一 ·
一‘ 由此看来 , 在稻
田土壤 的 渗漏损失中 , 才一 的淋失
不可能是其主要形式
渗漏液中 亏一 浓度的动态变化
一 年的试验结果表明 , 不 同
剖面深度渗漏液中 玉一 浓度的分布呈
相同趋势 , 即 深度的 一 仅为痕
量 接近检测极限 , 而 深度的 马
浓 度 呈 富 集 状 态 最 高 可 超 过
马一 显然 , 来源于上层渗漏液中
的 才一 通过硝化作用形成的 亏一 ,
基本上不能被土壤表层所吸持而迅速随渗
漏水流移向剖面下层 , 而在 处 由于
脱离了作物根系的影响 , 大部分随渗漏进
入地下水 , 即同 才一 含 量的剖面分布
相反 , 马一 含量的分布呈上低下高的正
三角形 由此说 明 , 马一 淋失是 稻 田土
壤中 淋失的主要形式 , 同旱地土壤中的
情形相 同
肥品种对 深度渗漏液中 马
浓度变化有 明显影响 图 , , 无论
早稻或晚稻 , 始终是碳钱区高于尿素区 , 其
平均浓度分别为 和 早稻 、
和 ·
一
晚稻 由此表明施用碳
按将会 比施用尿素有更多的 淋失 如前
所述 , 由于碳按遇水直接释 出 才一 , 除
增刊 王家玉等 稻 田土坡中 的渗漏损失研究
一部分为作物吸收和表层土壤 固定外 , 余
下部分则迅速被硝化为 玉一 而很快下
移 , 以致会有更多的 玉一 进入剖面下层
渗漏水中 而尿素则需在脉酶参与下逐步
水解为 才一 , 该过程又与土壤腺酶活性
有关 , 其硝化进程相对缓慢 , 渗漏淋失量也
相对较少、
一 尸 二
产尸犷 二
一 十 凡忿
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了、
施 后天数 、 ” 一 ￡ 一 ”
图 不 同 肥 品 种对 深度渗漏液 中 亏一 浓
度的影响 一 年早稻 , 年晚稻
丘一
,
,
,
深度渗漏液中 一 浓度变化
为早稻高于晚稻 , 平均高出 且其
消 长 趋 势 也 不 同 , 早稻 呈 渐 升 曲线 图
, 晚稻 则为渐降曲线 图 可 以认
为 , 早稻渗漏液中的 一 来源于冬季和
当季 冬季土壤处于 良好的干燥通气状态 ,
有大量的 马一 形成 而早稻期间气温及
土温是 由低到高呈渐升趋势 , 硝化过程也
随之逐渐加速 所以 , 早稻期间渗漏液的平
均 马一 浓度 比较高且呈上升趋势 与此
相反 , 晚稻期间的气温及土温则 呈 由高到
低的渐降趋势 , 与此相应土壤 中的硝化作
用强度逐渐减弱 这种渗漏液中 习一 浓
度变化的季节性差异在茶园土壤中也可观
察到 〕
种稻期间 一 淋失量的估算
根据 一 年水稻生长季节 中
对渗漏液 一 浓度及渗漏量的定期监
测 , 测知 渗漏液中 一 的平均浓
度为 一 叱
· 一‘ , 而峰值浓度可达
· 一
, 仅以尿素区 为例 , 早稻
的 玉一 总淋失量为
, 一 · 一 , , 晚
稻为 ·
一‘ , 两季稻合计为
,
· 一‘ 表 考虑到施用碳铁会有更多的
玉一 淋失 , 再加上 冬作 期 间 心土 层 的
云一 淋失 , 预计全年的 于 淋失总
量可达 ·
一‘ 按每年施入 ·
一
, 计算 , 肥料 的表观淋失率约为
显然 , 该项估算同前人报道的相 比是较低
的 国外在水 田土壤及旱地土壤上测得的
肥料 淋失率通常在 左右 , 高的可达
一 幻 应用 啊 示 踪 法测得玉米
水稻种植体系中肥料 的淋失率为 一
尽管如此 , 所测得的渗漏液 三一
表 双季稻期间 卜 淋失 估算 区为例
琢 一 七
一
参 数 种植季节 名卜 扁小军 了’,
工
早 稻 晚 稻移
七
渗漏速率 。
日渗漏量 · 卜
一
,
伴
季渗漏量 ·
·
,
渗漏液 云一 气
一
,
丘一
季硝态氮淋失总量
一
一
卜
早稻 实测为 · 一 , , 晚稻实测为 ·
一
,
二 · 一
· 一
, 生长季节天数 , 早稻为
天 , 晚稻为 夭 。
一 叼 一 根据定积分方程的计算
结果
浓度峰值接近安全极限 ·
一‘ , 全
年总排失量也接近最大允许排失量
· 一‘图 为此 , 建议每季水稻 的肥料
施用量不要超过 ·
一
,
, 即全年 季
总施 量不超过 ·
一‘ , 与此
能
·
应 用 生 态 学 报 卷
一
一 ‘ 一一一 一 一 奋
提出的农地全年最大允许施
量相接近 本项研究估算结果同以往得 出
的三熟制最佳施
’
量相吻 合 , 即在年产
· ”的前提下 , 每季水稻的最佳施
量为 ·
一‘ , 其施肥效益和增产效率
为最佳 在我国南方稻区 , 过量施用 肥
的现象十分普遍 , 有的每季施 量超过
· 一‘ , 可以预料如果长期过量施
必然会对地下水乃 至饮用水造成严重的
亏一 污染 , 应予高度重视
结 论
土壤剖面渗漏液 中 才一 主要 集
中分布在稻 田土壤表层 , 因而 以 亡一
形态的 淋失可能性非常小
稻 田土壤渗漏水中的 伐 一 绝大部
分分布在脱离作物根系影 响的心土层 , 因
而 一 淋失是稻 田土壤中 琳失的主
要形式
渗漏液中 玉一 浓度呈现明显的季
节性变化 , 推测在冬季形成的大量 马一
会在来春迅速下淋 , 加上温度状况的季节
性差异 , 因而早稻浓度水平明显高于晚稻
肥用量和品种对渗漏液 马一 浓
度有较大影响 , 肥用量高则 马一 淋失
多 碳 按 的释 放 速 率 明 显 高 于 尿 素 , 其
云一 淋失强度也明显高于尿素 , 碳按的
玉一 淋失强度也明显高于尿素
心土渗漏液中 云一 平均浓度在
一 · 一‘ , 而早稻峰值超过
· ‘ ,
接近安全临界浓度 双季稻种植期间 马
淋失量可达 ·
一‘ , 建议每季水稻
施 量不超过 ·
一
公
致谢 参加工作的还有李超英 、度福珍 、计小江 ,
一并致谢
参考文献
王家玉等 稻 田多熟制适宜施肥 的研究 土
城通报 , 一
李 良漠 土 壤硝化作用研究 土城学进展 ,
一
张福珠等 土镶作物系统中氮素淋失的动态
研究及 防 治 见 土壤作物系 统 中污染 的生态学研
究 科学出版社 , 北京 , 。一
奚振邦等 试论碳酸氮铁的农化性质 土壤学
报 , 一
吉野实等 玻 垅保全 日本土壤肥料学雄苏 ,
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人 州口 ,
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盯 段 ,
一
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通召溯。期口
,
·
,
·
, 一
·
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