全 文 ：中国生态农业学报 2012年 6月 第 20卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jun. 2012, 20(6): 728−733


* 环保公益性行业科研项目(201009020-03)和博士后科研创新项目(2011BH044)资助
** 通讯作者: 吴文良(1962—), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为生态农业。E-mail: wuwenl@cau.edu.cn
陈淑峰(1979—), 男, 博士, 主要研究方向为面源污染防治。E-mail: shufengchen@163.com
收稿日期: 2012-02-23 接受日期: 2012-03-27
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00728
东北典型稻区不同种植模式下稻田氮素
径流损失特征研究*
陈淑峰 孟凡乔 吴文良** 王 坤
(中国农业大学资源与环境学院 北京 100193)
摘 要 为了降低东北稻区稻田氮素径流损失, 选择东北典型水稻种植区盘锦市, 开展了不同栽培模式下水
稻生长季田间氮素径流监测试验, 试验设 5个处理: 对照(CK)、常规模式(TR)、稻蟹共生(CR)、有机水稻(OR)
和减量施肥(RR), 利用集水池收集各处理的地表径流, 并测定径流的硝态氮、铵态氮、总氮含量, 计算氮素流
失量。研究结果显示: 稻田地表径流损失的铵态氮远高于硝态氮; 稻蟹共生和常规模式处理田间排水铵态氮的
损失量相差不大, 减量施肥处理比常规模式处理低 26%, 有机水稻处理比常规模式低 73%。稻蟹共生处理比常
规模式处理排水中硝态氮的排放量少 23%, 减量施肥处理比常规模式处理减少 34%, 有机水稻处理比常规模
式处理低 67%。稻蟹共生和常规模式处理排水总氮排放量无显著差异, 分别为 6.15 kg·hm−2和 5.89 kg·hm−2; 减
量施肥处理显著低于常规模式处理, 总氮排放量为 4.76 kg·hm−2, 比常规模式处理低 19%; 有机水稻处理在各
水稻模式中总氮排放量最低, 仅为 1.93 kg·hm−2, 并且显著低于常规模式处理, 比常规模式处理低 67%。
关键词 东北典型稻区 稻蟹共作 有机水稻 氮素流失 地表径流
中图分类号: S19 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)06-0728-06
Nitrogen loss characteristics via runoff in typical rice planting area
in Northeast China under different planting managements
CHEN Shu-Feng, MENG Fan-Qiao, WU Wen-Liang, WANG Kun
(College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China)
Abstract A field experiment was carried out during 2011 rice growing season to investigate the effect of fertilizer management on
reducing nitrogen loss via surface runoff in a typical rice system in Northeast China. The field experiment in Panjin City included
five treatments: control (CK), traditional management (TR), rice-crab symbiotic management (CR), organic rice management (OR),
and reducing fertilizer management (RR). The amount of nitrogen loss was determined from collected surface runoff (using collec-
tion tank) for nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and total nitrogen contents under each treatment. The results showed that the
amount of ammonium nitrogen loss was significantly higher than that of nitrate nitrogen in paddy fields. The amount of ammonium
nitrogen loss under TR was not significantly different from that under CR. Compared with TR, however, the amount of ammonium
nitrogen loss under RR and OR dropped by 26% and 73%, respectively. Compared with ammonium nitrogen lost by drainage under
TR treatment, that under CR, RR or OR treatments dropped by 23%, 34% or 67%, respectively. With respect to total N content, no
significant change was noted between TR (5.89 kg·hm−2) and CR (6.15 kg·hm−2). Also compared with the amount of total nitrogen
loss under TR, that under CR (4.76 kg·hm−2) dropped by 19%. OR had the least total N content (1.93 kg·hm−2) among the treatments,
significantly lower (67%) than that of TR.
Key words Typical rice planting area in Northeast China, Rice-crab symbiotic farming, Organic rice, Nitrogen loss, Surface
runoff
(Received Feb. 23, 2012; accepted Mar. 27, 2012)
第 6期 陈淑峰等: 东北典型稻区不同种植模式下稻田氮素径流损失特征研究 729


水稻是我国的主要粮食作物, 种植面积约占全
世界的 18.8%[1], 稻田氮素利用率只有 20%~50%[2]。
氮肥施入稻田后, 通过气态挥发、淋溶和径流等途
径损失, 其中一部分随稻田径流损失进入地表水系
统[3−6], 导致水体污染; 另一部分流失的肥料氮转化
为气态氮, 例如 NH3、N2与 N2O 等[7−10], 引起大气
质量的恶化。因此, 稻田水体氮素污染问题已引起
国内外众多学者的关注[3,11−12]。
稻田生态养蟹是利用稻蟹共生系统调节能量和
物质向有利于水稻、河蟹生长的方向流动, 实现物质
和能量良性循环[13]。目前, 这种稻蟹共生模式在我国
北方地区蓬勃发展[14]。近十年来, 仅辽宁省稻蟹种养
面积已经发展到 80 000~100 000 hm2[15]。我国有机水
稻的生产面积已达到 3.4 万 hm2左右, 产稻谷 20~22
万 t, 精制有机大米 12~13 万 t 左右[16]。有机农业禁
止使用化学合成的肥料与农药, 具有较好的环境效
应, 尤其降低氮磷等营养元素进入水体[17]。在采用生
态种植模式的同时, 减量施肥也是农田面源污染控
制的主要途径, 相对常规施肥方式, 减量施肥可以大
幅降低稻田氮素进入地表水体[18]。
东北是我国重要的水稻种植区, 2011 年东北三
省水稻种植面积和产量分别达到 494万 hm2和 3 427
万 t, 较去年分别增加 11.47%和 15.67%。其中粳稻
种植面积占全国的 46%、产量达到 50%以上, 但是
针对东北地区稻田氮素流失控制的系统研究报道并
不多见。本研究选择东北典型水稻种植区盘锦市为
试验区, 针对有机水稻、稻蟹共生、减量施肥等水
稻栽培模式进行系统研究, 监测稻田氮素流失规律,
这对于指导东北稻田面源污染控制具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验地点
试验区选择在东北水稻重要种植区, 辽河下游
平原盘锦市。试验点布设在盘锦市的水稻种植大户
鼎翔农工建集团有限公司农场。试验点土壤为黏质
盐渍型水稻土, 耕层土壤有机质含量 23.89 g·kg−1、
全氮 g·kg−1、碱解氮 107.48 mg·kg−1、有效磷 16.86
mg·kg−1、有效钾 289.22 mg·kg−1、全盐 2.42 g·kg−1, 阳
离子交换量 21.42 cmol·kg−1、pH 7.9, 地下水埋深
0~1 m。
1.2 试验材料
供试水稻品种为“盐丰 47 号”, 供试肥料为有机
肥(有机质 24.02%、N 2.39%、P2O5 1.24%、K2O
1.57%)、尿素(N 46%)、复合肥(N 26%、P 12%、K 10%),
试验蟹种为中华绒螯蟹。
1.3 试验设计
试验田面积 2 000 m2, 用田埂分为 15 个小区,
埂宽 40 cm, 埂高 30 cm, 田埂之间设置 50 cm保护
行, 每小区面积为 100 m2(10 m ×10 m)。设 5个处理:
CK, 对照处理(control); TR, 常规模式处理(traditional
management); CR, 稻蟹共生处理(rice-crab symbiotic
management); OR, 有机水稻处理(organic rice mana-
gement); RR, 减量施肥处理 (reducing fertilizer
management)。各处理随机分布, 3次重复。在小区与
小区之间的保护行内, 给每个小区埋设 1 个体积为
250 L 的集水桶, 集水装置的示意图见图 1, 在水桶
上口处开凿 10 cm×15 cm的方形口, 该口的下沿比
小区田埂低约 23 cm, 在每个小区对应水桶凿口的
田埂处, 使田埂与凿口下沿对接, 保证每个小区水
深大于 7 cm时向集水装置排水。在水桶上面留有直
径 10 cm 的开口, 方便测量水深以及利用汽油机泵
排水。



图 1 集水装置示意图
Fig. 1 Schematic diagram of water collecting device

1.4 田间管理
在水稻插秧前对稻田进行划区整地, 在有机水
稻处理各小区(100 m2)施入有机肥 60 kg。常规模式
处理、稻蟹共作处理、减量施肥处理各小区在泡田
后分别施复合肥 7.5 kg、7.5 kg、5 kg。2011年 5月
24日水稻插秧。在 6月 8日返青期, 常规模式处理、
稻蟹共作处理、减量施肥处理各小区分别追施复合
肥 5 kg、5 kg、3.5 kg, 有机处理各小区追施有机肥
40 kg。在 7月 18日, 常规模式处理、稻蟹共生处理、
减量施肥处理各小区追施尿素 2.5 kg、2.5 kg、1.75 kg。
在整个生育期灌水 15次, 灌水日期分别为: 5月
25日、6月 1日、6月 7日、6月 11日、6月 16日、
6 月 21 日、6 月 26 日、7 月 12 日、7 月 19 日、7
月 25日、8月 1日、8月 11日、8月 21日、9月 1
日、9月 11日, 每次灌水量约为 5 cm。
于 5 月 28 日在每个稻蟹共生处理的小区放入
60 只中华绒螯蟹(每只约 20 g), 在各小区四周设置
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高 30 cm 塑料布围栏, 防止螃蟹爬出。在整个水稻
生育期不用农药除草、除虫, 其他管理与常规处理
类似。
有机水稻处理的病虫害防治采用鼎翔农工建集团
有限公司的有机水稻生产章程, 用小檗碱 500 倍液和
苦参碱 500 倍液防治纹枯病、二化螟、稻纵卷叶螟、
稻水象甲、稻飞虱。除草采用人工拔草方法。
1.5 田间取样和分析方法
当集水桶水满时用小型汽油机泵排水, 记排水
量为 250 L; 在水不满时, 用米尺测量排水前后桶内
水深差, 计算排水量。2011 年水稻生长季, 共集中
排水 8次, 分别是 6月 3日、6月 12日、6月 17日、
7月 26日、8月 2日、8月 17日、8月 31日、9月
21 日。在排水的同时取各处理水桶内的水样, 及时
放置于−18 ℃下冷冻保存, 铵态氮和硝态氮含量统
一用连续流动分析仪测定; 总氮用过硫酸钾氧化−
紫外分光光度法测定。试验数据采用 Excel和 SPSS
10.0统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同种植模式稻田径流损失水量分析
在水稻生长季的 8次排水中 6月 12日、6月 17
日、7 月 26 日、8 月 2 日的 4 次排水量较大, 因 6
月 11日、7月 25日、8月 1日稻田刚刚灌水, 而又
遇上较强降水, 从而造成稻田径流较大损失, 因此,
稻田日常管理中应把稻田灌水安排和天气状况紧密
结合以减少人为原因造成的稻田径流损失(图 2)。
在 2011 年水稻生长季各种植模式下, 稻田排水
量相差不大, 以稻蟹共生模式最少, 为 7.58 m3, 这可
能是因为螃蟹在稻田的活动导致田埂渗水几率增加
等原因造成的。而有机水稻模式的排水量最大, 这与
有机水稻的水肥供应不同步有一定关联。在有机水稻
生育期内肥料相对水分而言更可能成为限制性因素,
从而导致作物对水分需求降低, 增加稻田排水量。


图 2 不同种植模式稻田各时段径流损失水量
Fig. 2 Water loss through surface runoff in rice fields under
different planting patterns in different periods
CK: 对照 Control; TR: 常规处理 Traditional management; CR:
稻蟹处理 Rice-crab symbiotic management; OR: 有机处理 Organic
rice management; RR: 减量施肥处理 Reducing fertilizer management.
下同 The same below.

总体来看, 不同种植模式对稻田排水的影响有
限, 稻田排水的主要影响因素还是灌溉和降水, 尤
其是在灌溉和降水搭配不合理的情况下, 稻田径流
损失会更加严重。
2.2 不同种植模式稻田径流氮素含量分析
氮素在水稻田的水土体系中的存在形态有多种,
除包括溶解的无机态和有机态 , 还存在气态的氮 ,
各种形态的氮在一定条件下可相互转化。图 3A结果
表明, 2011年 6月 3日第 1次排水中铵态氮的含量较
高 , 其中常规模式和稻蟹共生模式相近 , 分别为
13.46 mg·L−1和 14.71 mg·L−1, 有机水稻模式铵态氮
含量和对照处理接近, 仅为 3.28 mg·L−1。在其后的 7
次排水中, 各处理铵态氮的含量整体上呈下降趋势,
常规模式和稻蟹共生模式在 7月 26日的排水中铵态
氮含量略有上升, 这可能是与 7月 16日追施尿素有
一定关系; 减量施肥模式和有机水稻模式则一直呈
下降趋势。在水稻生育期末 9月 21日的排水中, 减
量施肥模式与有机水稻模式类似, 而常规模式与稻



图 3 不同种植模式稻田各时段径流中铵态氮(A)和硝态氮(B)的含量
Fig. 3 Ammonium nitrogen (A) and nitrate nitrogen (B) contents in surface runoff water in rice fields under
different planting patterns in different periods
第 6期 陈淑峰等: 东北典型稻区不同种植模式下稻田氮素径流损失特征研究 731



蟹共生模式类似。纵观整个水稻生长季, 稻蟹共生
模式排水中铵态氮的含量前 4 次均比常规模式高,
这主要是因为螃蟹的活动导致水体溶解氧含量下降,
从而阻滞铵态氮转化硝态氮过程, 该结果已被许多
研究所证实[14]。
图 3B结果表明, 各水稻种植模式稻田排水硝态
氮的含量比铵态氮含量低许多。最高值是 6月 12日
第 2 次排水时的常规模式, 为 3.84 mg·L−1, 其他依
次为减量施肥模式、稻蟹共生模式、有机水稻模式。
在 8 月 2 日取样之后这种次序发生了改变, 稻蟹共
生模式排水中的硝态氮含量逐步升高, 超过了常规
模式, 这一现象是由于螃蟹的生长前期降低了溶解
氧, 减少了硝态氮转化, 在后期由于螃蟹的田间扰
动和稻田水位下降等因素导致硝态氮转化量更大。
从整个水稻生长季来看, 常规模式、稻蟹共生模式
和减量施肥模式在水稻生育后期, 排水中硝态氮含
量均降至较低水平, 这是因为水稻中后期需肥较多,
也说明多次追肥的重要性。
各水稻种植模式田间排水总氮含量总体上呈下
降趋势。最高值出现在常规模式 6月 3日的排水中,
达 19.10 mg·L−1, 最低值出现在对照处理。稻蟹共生
模式 6 月 12日、6月 17 日、8月 2 日到 9月 21日
的排水总氮含量均高于常规模式, 这表明稻蟹共生
模式田间排水的环境风险相对常规模式有所增加。
减量施肥模式排水中的总氮含量低于常规模式和稻
蟹共生模式, 这是由于相对其他 2 个模式, 减量施
肥模式的肥料供应相对较少, 田间排水的总氮含量
自然降低。有机水稻模式 8 次排水中的总氮含量均
较低, 而且总体呈下降趋势, 这符合有机肥中的氮
素释放规律, 稳定而且递减(图 4)。
2.3 不同种植模式稻田径流损失氮素分析
2011年水稻生长季各水稻种植模式田间排水中


图 4 不同种植模式稻田各时段径流中总氮含量
Fig. 4 Total nitrogen content of surface runoff water in rice
fields under different planting patterns in different periods

铵态氮的含量以常规模式最高(3.60 kg·hm−2), 其次
为稻蟹共生模式(3.43 kg·hm−2)、减量施肥模式(2.65
kg·hm−2)和有机水稻模式(0.96 kg·hm−2)。稻蟹共生模
式比常规模式低 0.17 kg·hm−2, 和常规模式的排放量
相差不大; 减量施肥模式比常规模式低 26%, 这表
明减量施肥可以有效降低稻田铵态氮的排放; 而有
机水稻模式较常规模式低 73%, 有机水稻模式环境
效应较好, 对于田间排水铵态氮的损失控制较理想
(图 5A)。
各水稻种植模式中, 常规模式的田间排水中硝
态氮含量最高, 为 1.28 kg·hm−2, 稻蟹共生模式和减
量施氮模式相差不大, 分别为 0.98 kg·hm−2 和 0.85
kg·hm−2, 有机模式仅为 0.42 kg·hm−2。稻蟹共生模式
比常规模式的硝态氮排放量低 23%, 稻蟹共生模式
可以明显降低稻田硝态氮的排放; 减量施肥模式比
常规模式低 34%, 降低稻田排水中硝态氮含量的效
果明显; 有机水稻模式较常规模式低 67%(图 5A)。
稻田地表径流损失的铵态氮远高于硝态氮。在
常规模式中铵态氮的损失量是硝态氮的 2.8 倍; 稻蟹



图 5 不同种植模式稻田径流中铵态氮、硝态氮(A)和总氮(B)的损失量
Fig. 5 Loss amount of ammonium, nitrate nitrogen (A) and total nitrogen (B) in surface runoff water of rice fields under
different planting patterns
不同小写字母表示处理间 0.05水平上差异显著 Different small letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level.
732 中国生态农业学报 2012 第 20卷



共生模式铵态氮的损失量是硝态氮的 3.5 倍; 减量施
肥模式的铵态氮损失量是硝态氮的 3.1 倍; 有机水稻
模式铵态氮的损失量是硝态氮的 2.28倍。稻蟹共生
模式由于螃蟹的生命活动影响了稻田排水中铵态氮
和硝态氮的排放比例, 稻蟹共生模式排放的铵态氮
比例最高, 这也与其他研究结果类似[13]。而在有机
水稻模式中铵态氮和硝态氮排放的比例相对差距较
小, 这可能与有机肥的施用有一定关系(图 5A)。
图 5B结果表明, 各水稻种植模式中田间排水总
氮排放量以稻蟹共生模式最高, 为 6.15 kg·hm−2, 其
次为常规模式 (5.89 kg·hm−2)、减量施肥模式 (4.76
kg·hm−2)、有机水稻模式(1.93 kg·hm−2)。稻蟹共生模
式和常规模式排水中总氮排放量无显著差异, 前者
比后者高 0.26 kg·hm−2, 这可能是稻蟹共生模式投入
螃蟹饲料等原因导致的; 减量施肥模式显著低于常
规模式, 其总氮排放量比常规模式低 19%; 有机水
稻模式显著低于常规模式 , 降低了总氮排放量的
67%, 对于稻田总氮损失控制效果明显。
3 讨论与结论
稻田排水中铵态氮和硝态氮的含量受到多种因
素的影响, 如施肥、温度、降水、灌溉、作物需肥
特性、田间微生物等影响, 在南方地区开展的水稻
排水研究中, 地表径流中铵态氮的含量远大于硝态
氮含量[19−22], 但是有些在北方地区的研究如叶洁琼
等[23]的报道中, 2009年和 2010年稻田铵态氮和硝态
氮的含量情况截然相反, 这也表明了北方稻田相对
南方稻田生态系统的差异, 因此关于南方稻田的研
究可以供东北水稻借鉴研究, 但是北方稻田也有其
特殊性。
相关研究证实稻田养蟹可以有效降低稻田排水
总氮的损失量[13−14], 但是在该研究中稻蟹共生模式
对于降低稻田排水总氮的损失量效果有限, 造成这
种差异的原因很可能与不同年份的降水和试验制定
灌溉制度有一定关联, 因此值得进一步研究分析。
本研究表明, 相同灌溉管理条件下, 有机水稻
模式田间排水量最大。但是稻田排水的主要影响因
素是灌溉和降水, 尤其是在灌溉和降水搭配不合理
的情况下, 稻田径流损失会更加严重。
稻蟹共生模式田间排水中铵态氮含量和常规
模式相比在生育期的前期略高; 减量施肥模式田间
排水中铵态氮含量总体小于稻蟹共生模式和常规
模式, 但是大于有机水稻模式。稻蟹共生模式田间
排水硝态氮含量在生育前期小于常规模式和减量
施肥模式, 但后期在各模式处理中最高; 有机水稻
模式田间排水中硝态氮含量总体小于常规模式、稻
蟹共生模式和减量施肥模式。田间排水中总氮含量
表现为常规模式和稻蟹共生模式较接近; 减量施肥
模式总体小于常规模式和稻蟹共生模式, 但是大于
有机水稻模式。
稻田地表径流损失的铵态氮远高于硝态氮。常
规模式和稻蟹共生模式田间排水铵态氮的损失量相
差不大, 减量施肥模式比常规模式低 26%, 有机水
稻模式比常规模式低 73%。稻蟹共生模式比常规模
式排水中硝态氮的排放量低 23%, 减量施肥模式比
常规模式低 34%, 有机水稻模式比常规模式低 67%。
稻蟹共生模式和常规模式排水总氮排放量无显著性
差异; 减量施肥模式显著低于常规模式, 其总氮排
放量比常规模式降低 19%; 有机水稻模式显著低于
常规模式, 其总氮排放量降低 67%。
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中国科学院遗传与发育生物学研究所
农业资源研究中心研究生教育简介

1 概况
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称中心)的前身为始建于 1978年的中国科学院石家
庄农业现代化研究所。中心拥有中国科学院院士 1人, 研究员 17人, 引进中国科学院“百人计划”人才 3名。在读硕
士和博士研究生 80人。
中心沿北纬 38度带分别在河北省元氏县、栾城县和南皮县建立了 3个野外试验台站, 形成了具有不同生态类型的
山地丘陵区—山前平原区—滨海平原区农业科学研究基地。其中栾城农业生态系统试验站已于 2005年晋升为国家野外
试验台站, 同时也是中国科学院生态网络台站成员和国际 GTOS成员。中心拥有中国科学院农业水资源重点实验室、
河北省节水农业重点实验室和中国科学院小麦转基因研究试验基地。
自 2002年进入中国科学院知识创新工程以来, 中心面向国家水安全、粮食安全、生态环境安全的重大战略需求和农
业资源与生态学前沿领域, 以农业水资源高效利用为重点, 在节水理论与技术、农业生物技术、生态系统及信息管理等领
域, 开展应用基础研究, 集成创新资源节约型现代农业模式, 为区域农业持续发展做出了基础性、战略性、前瞻性贡献。
2 招生与培养
2.1 招生
每年秋季招收 1次生态学博士、学术型硕士和生物工程全日制专业学位硕士研究生。每年 8月左右开展免试生接
收工作。通过中心复试并获得拟接收资格的免试生, 若最终未获所在校外推指标者, 只要统考成绩通过中心的复试线,
可免复试直接录取。
2.2 培养与就业
中心十分注重培养质量, 改善人才成长环境, 努力提高学生的综合素质。每年有多位学生荣获中国科学院和中国科
学院遗传与发育生物学研究所的各种冠名奖学金。学生毕业后赴国内外大学和科研院所等企事业单位就职或从事博士
后研究工作。近 5年毕业生就业率达 96.59%, 其中 2010年毕业生就业率达 100%, 按期毕业率达 96%。
2.3 学生待遇
学生在学期间不仅不收取任何学费, 还享有相应的研究助理薪金, 硕士生奖/助学金 25000 元/年左右, 博士生 35000
元/年左右。优秀学生每年除可获得中国科学院研究生院奖学金、冠名奖学金等奖励外, 还可享有研究所设立的“振声奖
学金”和“益海嘉里奖学金”等。
学生拥有宽敞明亮并备有单独卫生间的住宿(两人间)环境和价位适中的学生食堂。
热忱欢迎地球科学、生物学、农学和林学等相关专业有志青年踊跃报考及推免！
3 联系方式
单位网址: http://www.sjziam.ac.cn 电话: 0311-85801050 传真: 0311-85815093
联系人: 王老师 E-mail: yzb@sjziam.ac.cn 邮政编码: 050022