全 文 ：收稿日期：!""#$"%$%% 接受日期：!""#$"&$%’
基金项目：国家重点基础研究发展规划“()*”项目（!"")+,%"(*"#）；国家“十一五”科技支撑计划项目（!""-,./"&,"(、!""-,./!&,")、
!""-,./"!.%’）；中$日合作项目“环境保护型农业技术的开发与评价”资助。
作者简介：李冬初（%()(—），男，湖南祁东县人，硕士，助理研究员，主要从事农田生态系统养分循环研究。! 通讯作者 012345：26789:33;< 3:< :=
化肥有机肥配合施用下双季稻田氮素形态变化
李冬初%，徐明岗%!，李菊梅%，秦道珠%，八木一行!，宝川靖和!
（%农业部作物营养与施肥重点开放实验室，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 %"""#%；
!日本国际农业研究中心，日本筑菠 *"&$#-#-）
摘要：为揭示有机无机肥配合施用下稻田氮素的动态及迁移特征，在湘南双季水稻农作区第四纪红土发育的红黄
泥稻田上进行了连续 -年田间试验。通过比较不施氮肥（>?）、施用有机肥猪粪（@）、化肥（A>?）及有机肥化肥配合
（A>?@），研究稻田表层全氮、无机氮动态变化，不同层次（!&—*"、&&—-"、#&—(" :2）土壤溶液无机氮动态，耕层土
壤无机氮动态等。结果表明，ABC’ 1A是红壤双季稻田无机氮素存在的主要形态，施用化学肥料处理（A>?）施肥后 %
!* D表面水 ABC’ 1A浓度占全氮比例可达 "E&!"E(，有机肥处理（@）为 "E*左右。不同层次土壤溶液及其土壤氮
素浓度呈现一致的特征，即施肥后短期内出现浓度峰值随后迅速下降，且随着往下推移，氮素峰值出现时间延长，
表层水全氮及无机氮在施肥后 %!! D出现浓度高峰，耕层土壤及 !&—*" :2土壤溶液无机氮浓度高峰约在施肥后
*!& D。化肥有机肥配施有利于水稻稳产高产，年产量达 %!E! F G H2!，比不施氮肥的对照产量（)E* F G H2!）增加
-#I；土壤有机质 -年提升 %#E&I，显著高于化肥。施用有机肥（@）及有机无机肥配合（A>?@）显著降低了稻田表
层水全氮及不同层次土壤溶液和耕层土壤 ABC’ 1A峰值浓度，提高水稻产量和培肥土壤，有利于减少当前氮肥过量
施用带来的环境负荷。
关键词：稻田；氮素动态；有机无机肥配合
中图分类号：J%’)E*’；J%&*E- 文献标识码：. 文章编号：%""#$&"&K（!""(）"!$"*"*$"#
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植物营养与肥料学报 !""(，%&（!）：*"*$*%"
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氮肥形态显著影响稻田氮素循环及其转化利
用［6］。对于淹水稻田土壤，铵态氮是稻田土壤氮素
转化的主要氮素形态［E］。通常认为铵态氮容易在淹
水还原条件下的稻田土壤上向下渗漏，且随着土壤
F!的下降其移动速度增加；硝态氮则主要是在轻
质地砂性土壤上淋失［G］。氮肥施用后稻田表面水全
氮、铵态氮短期内达到高峰然后随着时间延长迅速
下降，施肥短期内是稻田氮素径流损失的主要时
期［GHI］。施氮后第 G!I 3，稻田表面水铵氮 J总氮比
可达到 K8I!K8L［I］。普通尿素施用后表层水总氮
素负荷及流失潜能随时间呈指数递减，而表层水
?MNI =?浓度及氨挥发潜能在施肥后约 9K !内随时
间呈指数增加，之后又随时间呈指数递减的趋势。
田间表面水全氮及 ?MNI =?变化可用一级动力学方
程来描述［O］。
红壤是我国南方 6I省（区）主要土壤类型，约占
全国土壤总面积的 O89:，是我国重要的粮食生产
基地。主要农作物为水稻，代表了我国最大的双季
稻作区。目前我国稻田氮肥利用率仅为 GK:左右，
土壤部分残留，其余大部分氮素以氨挥发、硝化—反
硝化、渗漏和径流等多种途径损失，成为农业面源污
染的主要来源［P］。
有机肥料是我国农业生产中的重要肥料。长期
以来，我国传统农业生产就是通过施用有机肥料来
培养地力和提高农作物产量［7］。随着我国农业集约
化程度的不断提高，化肥用量大幅度增加，有机肥施
用比重逐渐减少，其造成环境负效应越来越严峻。
有机肥尤其是有机无机肥配合施用下土壤氮素循
环、作物产量效应及其环境效应等研究引起广泛重
视［7HL］。为综合评价有机无机肥配合施用下南方红
壤双季稻田氮素转化及其经济环境效应，从 6LL7年
开始，开展了连续 O年的田间定位试验，研究了施用
常规尿素、单施有机肥（猪粪）及有机无机肥（猪粪 N
化肥）配合施用稻田氮素形态及运移，氮素去向，氮
素循环利用等。本文主要讨论不同施肥措施下稻田
表面水全氮、无机氮（?MNI =?，?Q=G=?）的动态，不同层
次土壤溶液、耕层土壤无机氮浓度的动态变化。
) 材料与方法
)*) 试验地点及其土壤基本性状
试验在中国农业科学院祁阳红壤实验站稻田上
进行。该站地处湖南省南部红壤丘陵地区（EORI9S
GOT?，666R9ES6ETF），属于典型亚热带季风湿润气
候，多年平均降雨量为 6I9I 22（6LL6!EKKK年），年
日照 6OEK !，年平均温度 678OU。供试稻田土壤为
第四纪红土发育的红黄泥，质地较粘重，粘粒、粉粒、
砂粒含量分别为 I689:、I787:和 L8O:。试验前耕
层土壤容重 68EO # J 12G，有机质 EI8G # J V#，全氮 6897
# J V#，速效磷 P8P 2# J V#，交换性钾 P62# J V#，>MO87
（水土比 6 W6）。
)*+ 试验设计
试验于 6LL7年早稻布置，EKKG年晚稻结束。设
I个处理：6）磷钾对照（+,，不施氮，施磷、钾化肥，
用量为 +EQ9 6KK89 V# J !2E，,EQ 6KL89 V# J !2E）；E）
氮、磷、钾化肥（?+,，施化肥氮 ? 69K V# J !2E，磷、钾
肥同处理 6）；G）有机肥（@，猪粪，氮、磷、钾用量同
处理 E）；I）有机无机配施（?+,@，有机肥化肥各一
半，氮、磷、钾用量同处理 E，一半来自有机肥猪粪，
一半来自化肥）。小区面积 9 2 X 9 2，重复 I次，拉
丁方设计，共 6O 个小区，小区之间用水泥埂隔开。
根据测定的猪粪养分含量（含 ? K8O:、+EQ9 K8I:、
,EQ K8II:）计算有机肥处理猪粪施用量为 E9KKK
V# J !2E。所用化学肥料为尿素、过磷酸钙和氯化钾。
每年种植早、晚两季水稻，移栽规格为 EK 12 X EK
12。早稻大田生育期一般在 I 月底 9 月初至 P 月
底，晚稻大田生育期一般在 P 月底到 6K 月中下旬。
所有肥料于插秧前作基肥一次撒施。各处理其它田
间管理措施均相同。
)*, 样品采集与处理
施肥后每隔 9!P 3 采取耕层新鲜土壤，测定
?MNI =?、?Q=G=?浓度。
施肥后每天下午 I：KK!9：KK取表层水样（不
扰动土层小心取样）测定全氮、?MNI =?、?Q=G=? 浓度
及 >M值。取样间隔为施肥后 6、E、G、9、P、6K、69、EK
3，直到施肥处理氮浓度接近对照处理。
试验开始前一年冬季分别于土层 E9—GK、99—
IKG 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 69卷
!"、#$—%" &’处埋设 $ &’长陶瓷管，两端塞上纱布
包裹洗净的石英砂以防止泥土浆堵塞，中部钻孔引
出管道直至地面以上，采用微型真空泵抽取土壤水
分。施肥后每天下午 (：""—$：""抽取不同层次土
壤水分，测定 )*+( ,)、)-,.,) 浓度和 /* 值，取样间
隔为施肥后 0、.、$、1、0"、0(、2"、.$、$"、1" 3。
!"# 测定及计算方法
水样经过滤后，用过硫酸钾氧化紫外分光光度
法测定全氮含量，44. 流动分析仪测定 )*+( ,)、
)-,.,)含量。土壤自田间采回后，立即采用 0 ’56 7 8
9:6浸提，44. 流动分析仪测定 )*+( ,)、)-,.,) 含
量，同时测定水分含量。/*采用 /*计直接测定。
采用 ;<&=5>5?@ AB&C6 2"".软件进行数据结果计
算，DEDD00F$ 软件进行结果的统计分析。
$ 结果分析
$"! 稻田表面水无机氮动态
图 0看出，施用化学肥料的 )E9及 )E9;处理
田间表面水 )*+( ,)浓度在施肥后 0!2 3内达到高
峰，然后迅速下降，1!0" 3后下降至对照水平。由
于氮素形态不同，施猪粪（;）处理，其主要氮形态为
有机态氮，其氮素进入稻田后无机态氮逐渐释放，其
表面水 )*+( ,)浓度显著低于 )E9和 E9;处理（!
G "F"0）。上述这种变化趋势除与水稻氮素吸收，土
壤颗粒吸附等因素有关外，与施肥后田间表面氨挥
发强度有关；田间表面水 )*+( ,)浓度是导致挥发
损失的氮素直接来源［00］。氨挥发速率高时带走大
量氮素，从而迅速降低了田间表面水氮浓度。李菊
梅等［00］报道，有机肥施用能显著减低稻田氨挥发损
失，并得出田间表面水氨挥发速率与表面水 )*+( ,)
浓度存在显著正相关关系。
晚稻期间表面水 )*+( ,)浓度高峰要显著高于
早稻，但是早稻生育期间表面水 )*+( ,)高峰持续时
间比晚稻要稍为延长。)E9和 )E9;处理，早稻表
面水 )*+( ,)最高浓度分别达到在 !"!!!和 (1!!$
’H 7 8；晚稻要显著高于早稻，其最高 )*+( ,)浓度分
别在 %#!00(和 $"!!% ’H 7 8。施肥后短时期内 ;
处理表面水 )*+( ,)浓度要显著低于 )E9和 )E9;
处理，略高于对照处理但无显著差异。
由于稻田长期处于淹水还原环境，整个水稻生
育期表面水 )-,.,)浓度均处于较低水平（图 2）。有
机肥处理在第 $ 3 左右出现微弱峰值，约为 "F!
’H 7 8，其他各处理基本上保持在 "F( ’H 7 8以下，整
个时期各处理间表面水 )-,.,)浓度无显著差异。
图 ! 施肥后早稻及晚稻生育期间田间表面水 %&’# (%浓度
)*+,! %&’# (% -./-0/1231*./ */ 45263-0 73102 36102 6021*8*931*./ :52*/+ 1;0 +2.71; <02*.: .6 0328= 3/: 8310 2*-0
$"$ 稻田表面水全氮动态
施肥后田间表面水全氮浓度即发生显著变化
（图 .）。凡施氮肥的处理均显著高于对照，在施肥 0
!2 3内达到高峰，随后迅速下降，0" 3后各处理下
降到与对照之间无显著差异。施肥后短期内各处理
全氮浓度基本表现为：)E9 I )E9; I ;。E9处理
表层水中只有少量的氮，这些氮素主要来自降水、灌
溉水、大气非共生固氮以及土壤有机氮矿化、溶液之
间的相互渗透、扩散和交换，整个水稻生育期表面水
全氮浓度无显著变化。
由于受降雨，田间表面水温度、水深等不同因素
影响，早稻生育期间田间表面水全氮浓度显著低于
晚稻，)E9 处理早稻表面水全氮最高浓度为 00!
’H 7 8，显著高于 )E9;和 ;处理（! G "F"0），后两者
最高浓度分别为 #! 和 #( ’H 7 8；晚稻施肥后，)E9
处理全氮浓度最高达到 2$( ’H 7 8，显著高于 )E9;
$".2期 李冬初，等：化肥有机肥配合施用下双季稻田氮素形态变化
图 ! 施肥后早稻及晚稻生育期间田间表面水 "#$%$"浓度
&’()! "#$%$" *+,*-,./0.’+, ’, 12/30*- 40.-/ 03.-/ 3-/.’5’60.’+, 72/’,( .8- (/+4.8 9-/’+7 +3 -0/5: 0,7 50.- /’*-
图 % 施肥后早稻及晚稻生育期间田间表面水全氮浓度
&’()% ;+.05 " *+,*-,./0.’+, ’, 12/30*- 40.-/ 03.-/ 3-/.’5’60.’+, 72/’,( .8- (/+4.8 9-/’+7 +3 -0/5: 0,7 50.- /’*-
和 !处理（! " #$#%），后两者最高浓度分别为 %&#
和 %’’ () * +（图 ,）。施用有机肥（!）及有机无机肥
配合（-./!）处理，早稻田间表面水全氮最高浓度较
化肥（-./）处理分别下降了 ’01和 ’&1，晚稻则分
别下降了 ’21和 3’1。由此可知，用有机肥（猪粪）
代替化学肥料能显著降低田间表面水全氮浓度，减
少稻田氮素流失的潜在危险。早晚稻期间各施肥处
理全氮浓度高峰期主要集中在 %!’ 4内，到第 , 4
即显著下降。如 -./处理早晚稻期间第 , 4全氮浓
度较最高浓度分别下降了 56和 %,3 () * +。由此可
知，施肥 , 4内表面水全氮浓度较最高浓度可下降
3#1左右。稻田表面水迅速下降其原因已有相关文
献报道［0］。水稻吸收，土壤颗粒吸附，降雨灌溉，淋
溶径流等均有可能引起稻田表面水全氮浓度下降，
其下降速度快慢，取决于各因素综合影响的结果。
综合图 %!图 ,可知，-785 9-是稻田表面水无
机氮存在的主要形态，是肥料氮施入后稻田氮素周
转的关键物质［’，5］。田间表面水 -785 9- 状况影响
稻田氮素的挥发淋溶损失，其与全氮表现相同的变
化趋势。因此施肥后短期内（约 3!6 4）是控制氮素
径流损失的关键时期，以后随着水稻吸收，土壤吸附
以及挥发，表层氮素营养水平迅速下降。施肥后 %
!, 4是稻田氮素浓度高峰期，-./处理 -785 9-占
全氮的比例最高可达 #$3!#$2，!处理约为 #$,左
右。
!<% 不同层次土壤溶液无机氮动态
-785 9-是肥料氮素进入土壤的最初分解产物，
是无机氮素在上层水田土壤中的主要存留形态［%］。
图 5表明，减少无机氮用量，施用有机肥及有机无机
肥配合能显著降低土壤溶液中 -785 9-浓度。不同
层次（’3—,#、33—0#、&3—2# :(）土壤溶液中 -785 9
-浓度 -./处理均显著高于 !及 -./!处理（! "
#$#%），即施用有机肥或有机无机肥配合能显著降低
土壤溶液 -785 9-浓度，由此可能减少由于施肥而造
成的环境效应。
早稻期间不同层次土壤溶液中 -785 9-浓度略
高于晚稻，这可能是由于早稻期间稻田水分供应相
0#, 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %3卷
对较大，增加氮素向下迁移的数量。与田间表面水
!"#$ %! 浓度变化趋势相比，施氮处理（!&’、(、
!&’(）土壤不同层次 !"#$ %!浓度其高峰值出现时
间略为滞后，且随着深度的增加，高峰期出现越晚。
无氮处理（&’）不同层次土壤溶液 !"#$ %!浓度变化
较为平缓，这与有关研究结果基本一致［)*］。
!+%*%!是土壤迁移和转化过程最活跃的氮素形
态。土壤不同层次 !+%*%!浓度（图 ,）出现峰值时间
比 !"#$ %!晚，浓度比 !"#$ %!低。由图 $!图 , 可
知，不同层次土壤溶液仍以 !"#$ %!为主，根据土壤
深度不同，!"#$ %! 与 !+%*%! 比例也略有不同，-,—
*. /0土层 !+%*%!所占比例基本上在 ,1以下，,,—
2.及 3,—4. /0土层 !+%*%!所占比例大都在 ).1左
右，高的可达 -.1以上。
!"# 耕层土壤（$—!$ %&）无机氮动态
耕层土壤是作物吸收氮素的主要场所，肥料氮
施入土壤最初转化为 !"#$ %!被水稻吸收，剩余部分
在一定氧化还原条件下可转化为 !+%*%!。试验表明，
图 # 施肥后早稻及晚稻稻田不同层次土壤溶液 ’()# *’浓度
+,-.# ’()# *’ %/0%102342,/0 ,0 5/,6 5/672,/0 ,0 8,9913102 64:135 49213 9132,6,;42,/0 ,0 1436: 408 6421 3,%1
图 < 施肥后早稻生育期间稻田不同层次土壤溶液中 ’=*>*’浓度
+,-.< ’=*>*’ %/0%102342,/0 ,0 5/,6 5/672,/0 ,0 8,9913102 64:135 49213 9132,6,;42,/0 873,0- 2?1 -3/@2? A13,/8 /9 1436: 3,%1
5.*-期 李冬初，等：化肥有机肥配合施用下双季稻田氮素形态变化
施用有机肥及有机无机肥配合能降低耕层土壤
!"#$ %!浓度峰值，减少环境负荷。图 & 看出，早稻
期间耕层土壤 !"#$ %!浓度峰值高低顺序为 !’( )
!’(* ) * ) ’(。其中施氮处理显著高于对照，*
处理显著低于 !’( 处理（! + ,-,.）。晚稻 !"#$ %!
浓度峰值分别为 !’( ) !’(* ) * ) ’(（! + ,-,/），
施用有机肥降低土壤 !"#$ %!浓度，主要是减少了无
机氮肥的供应和施用有机肥增加了土壤碳源，刺激
土壤微生物活动，增加了土壤对矿质氮素的固定。
晚稻期间田间土壤温度相对较高，微生物活动强烈，
也是有机肥施用晚稻期间土壤 !"#$ %!浓度峰值差
异较早稻要明显的一个重要原因。
土壤 !0%1%!是土壤氮素较为活跃的主要形态，
其通过硝化反硝化损失恶化大气环境，通过淋失增
加地下水硝酸盐含量。氮肥的过量施用常被认为是
地下水硝酸盐含量增高的重要原因。在稻田长期淹
水还原环境下，土壤 !0%1%!含量也较 !"#$ %!低，施
用有机肥及有机无机肥配合（*和 !’(*处理），土
壤 !0%1%!浓度峰值较化肥处理（!’(）略有降低，但
是各处理之间未达到显著差异，最高在 /-,!/-.
23 4 53之间（图 6）。
图 ! 施肥后早稻及晚稻生育期间耕层（"—#"$%）土壤 &’() *&浓度
+,-. ! &’() *& $/0$102342,/0 ,0 2,554-1 6/,5（"7#"$%）48213 8132,5,942,/0 :;3,0- 2<1 -3/=2< >13,/: /8 1435? 40: 5421 3,$1
图 @ 施肥后早稻及晚稻生育期间耕层（"—#" $%）土壤 &A*B*&浓度
+,-.@ &A*B*& $/0$102342,/0 ,0 2,554-1 6/,5（"7#" $%）48213 8132,5,942,/0 :;3,0- 2<1 -3/=2< >13,/: /8 1435? 40: 5421 3,$1
#CD 化肥、有机肥及其配合施用对水稻产量及其产
量构成的影响
由表 /可知，连续 &年不同施肥下，各处理平均
生物产量 !’(*、!’(、*和 ’(处理分别为 7/16,、
7,8/.、7,766和 /7.&$ 53 4 927。通过对 & 年产量比
较，化肥有机肥配施水稻稳产性要高于单施有机肥，
显著高于化肥和对照（表 7）。化肥有机肥配合，一
方面通过有机肥直接补充了稻田系统中的土壤养
分，同时又通过调节土壤与化肥养分的释放强度和
速率，使水稻各生育阶段得到更为均衡的矿质营养，
从而提高了水稻产量［/$］。
各处理年平均子粒产量为 !’(*!!’(!* )
:,1 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 /.卷
表 ! 不同施肥的水稻年平均产量及产量构成（!""#!$%%&）
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处理
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生物量
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稻谷产量
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产量构成 5)#34 6*&7*+)%)*’
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每穗粒数
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结实率
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有机肥配施最高，比不施氮肥增产 EJB。
& 讨论
>ST< @>是稻作体系无机氮素的主要存在形
态［0，:<］，水稻为喜氨作物，稻田系统不同层次上较高
>ST< @>浓度，有利于水稻对氮素的吸收利用；同时，
氮素又是最为活跃的营养元素，过多将导致氮的挥
发、硝化反硝化、淋失等造成对环境的污染，过少则
不利于作物生长。因此保持土壤作物体系适量的氮
素供应是维持作物高产稳产的环境友好型农业生
产。有机肥化肥配合施用，与单施化学肥料相比显
著降低了稻田水体及耕层土壤的氮素浓度峰值，减
少了氮肥的环境负荷［DUE，:D］。同时，有机肥化肥配合
施用，增加了田间碳源，有利于积累稻田土壤有机
质，提高土壤的保水保肥性能。单施有机肥料，由于
有机肥料的大量投入，施入后短时间内微生物活动
增加，消耗碳源的同时增加了对田间矿质氮素的固
定，有可能造成水稻苗期氮素供应不足而生长缓慢。
在施用等量磷钾肥和每季 > :D; ,- . /&0 条件
下，化肥有机肥配施有利于土壤均衡供给作物不同
矿质养分，各处理水稻产量均达到较高水平。与单
施化肥相比，有机无机肥配施水稻产量较高，稳产性
能增强，土壤养分积累较快，有利于减少氮素损失带
来的环境负荷［DUE，:E］，这与前人研究结果一致［:G］。
单施有机肥由于其氮素后期矿化释放，有可能造成
水稻前期缺氮，后期氮素供应过量，易引起贪青晚
熟，从而为水稻增产带来一定的风险。因此，对于南
方红壤双季稻地区，有机肥化肥配合施用模式，能有
效降低农业面源污染和减少环境负荷，是一种简单
易行的环境保护型施肥技术。
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