一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法

摘要

本发明公开了一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，其步骤：A、试验田选择：选择测定稻田土壤；B、小区设置：根据试验处理数和重复数设置小区数量，；C、小区构建；D、渗漏管安装：监测不同深度渗滤液的氮磷淋失状况；E、小区施肥：田间试验小区建好后，将肥料和土壤混合；F、育秧和插秧：水稻品种选择，每个小区的株行距和从数相同；G、小区灌溉：小区灌溉时打开小区与主沟之间的小沟，向小区灌水；H、中耕和除草；I、病虫害防治；J、水稻收获；K、渗滤液取样；L、渗滤液氮磷测定：测定过滤液中的全氮、硝态氮、氨氮、全磷、无机磷含量。方法准确性高，可操作性强，实用性强，适合对各种类型稻田土壤氮磷淋失的实时测定。

说明书

技术领域

本发明涉及农业面源污染技术领域，更具体涉及一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的 监测方法，它适合于对各种类型稻田土壤氮磷淋失的实时监测。

背景技术

随着农业生产对肥料的依赖不当增加，长期施肥和过量施肥造成土壤氮磷流失导致的农 业面源污染日益严重，造成水体富营养化等生态环境遭到破坏。农田土壤中氮磷流失包括2 个途径，地表径流和地下淋失，农田氮磷随地表径流流失量易于取样监测，而由地下淋失造 成的氮磷流失量实时取样监测较为繁琐，特别是由于稻田的犁底层特征以及水稻生长期淹水 状态等均与旱地有显著差异，因此进行稻田土壤地下氮磷淋失的实时监测更加困难。早在 1995年英国洛桑试验站Heckrath等人在小麦连作试验地于地下65厘米处埋入管子，通过定 期取地下排水管中水测定其磷含量，分析不同施肥条件下磷的淋失状况。但该方法测定的问 题是工程量较大，施工难度大，费用较高。国内通常采用土壤溶液抽滤器采集耕地土壤地下 水样进行氮磷含量分析，即将陶土头埋入地下一定的深度，陶土头一端连接塑料引水管并延 伸到地面上，采用抽负压方式通过塑料引水管抽出地下水测定其氮磷含量。许晓辉等2013 年采用土壤溶液抽滤器方法测定了不施肥与施肥稻田土壤深度15、30、60和90厘米处水 溶液中氮磷淋失的变化。陆敏等2006年采用该方法研究了不施肥和施肥处理下稻田土壤深 度为20、40、60和120厘米处水溶液中氮素淋失状况。该方法存在的问题是，由于陶土管 容易被土壤胶体阻塞以及塑料管与沙土管连接处易脱落，导致抽不出地下水；另外由于采用 抽负压的方式采集地下水，得到的水样可能不完全是自由水，从而影响测定结果的可靠性； 同时该方法中采用陶土管价格高，此外，还需要抽负压的抽气泵价格也较贵。另外，也有一 些研究者采用塑料管（PVC管）制作渗漏装置来采集稻田地下水研究其氮磷淋失状况，如王 吉苹等2007年采用直径11厘米的塑料管埋设后采集1.5米—2.5米深处稻田和旱地土壤地 下水，研究耕地土壤硝态氮的淋失状况。袁嫚嫚等2011年采用底端封死的在底部侧壁上打 有5毫米小孔的直径为3厘米的塑料管采集稻田15厘米深处水样，分析其氮淋失状况。王 永生等2011年将底部密封的80—170厘米的塑料管打入稻田小区土壤中，在塑料管底部以 上20厘米处打孔，收集稻田渗漏液再用负压计抽取后分析其硝态氮淋失状况。但是这些方 法存在的问题，一是都需要采用抽取泵或者负压计抽取地下水样，不仅设备成本高，而且操 作繁琐，抽取渗滤液时极易造成阻塞，抽取泵和负压计取样系统不便于清洗；二是埋入塑料 取样管时易造成取样管周围土壤结构被破坏，影响正常渗漏液实际渗漏状况；另外，有些将 取样管底部密封后置于稻田土壤中收集渗滤液时，极易使渗滤液变质发臭，影响溶液中氮磷 的测定结果；还存在取样管上端不盖易造成雨水进入取样管，同样影响渗滤液中氮磷浓度的 测定。本发明建立了一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，能够准确地对不同施肥 条件下各种类型稻田土壤氮磷淋失状况进行实时监测，对于控制农业氮磷面源污染具有重要 的作用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，该方法准确 性高，可操作性强，实用性强，适合对各种类型稻田土壤氮磷淋失的实时测定。用于指导各 种类型稻田合理施用氮肥和磷肥，即可到达水稻高产，又可防止由于稻田氮磷淋失造成的环 境污染问题。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，是针对中国稻田土壤及水分和耕作管理 方式的特征，选择某种需要监测的施肥条件下主要类型稻田，采用稻田湿润泥土多次沉降筑 建小区田埂和人行道，以及采用加宽和采用防水材料覆盖小区田埂和人行道，以防止小区间 养分和水分串流，在小区内安装稻田渗滤液取样管，并采用主沟连小沟的小区灌溉方式，增 加各处理重复次数，各处理施肥量不断提高，对小区在区组中进行随机设置，确保各小区插 秧密度和禾丛数完全相同，施肥后在水稻生育期以及水稻收获后，定期采用取样器从取样管 中取渗滤液，室内分析各处理渗滤液氮磷含量等措施。为实地监测中国稻田土壤氮磷淋失提 供了有效的技术途径。

一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，包括下列步骤：

A、试验田选择。根据省、市、县土壤调查资料，选择需要测定某种主要类型稻田土壤， 试验田应选择在总面积达5—10公顷或10公顷以上的连片稻田之中，试验田应远离房屋、 公路、古树和墓地等，交通要便利，有利于试验材料和样品搬运进出试验田，试验田块面积 要求达到1000—2000平方米，要求一年四季灌溉水源充足，田面高于排水渠80厘米以上， 便于排水，田块四周100米内无高压电线塔或者山坡，光照条件好。

B、小区设置。根据试验处理数和重复数设置小区数量，通常田间试验处理数为5—9 个，试验重复数为3—4次，那么田间小区总数为15—36个。小区长5—6米，宽4—5米， 小区面积为20—30平方米。所有小区设置于稻田中间，区组外四周为保护行。小区与小区 之间做高25—35厘米、宽30—50厘米的田埂，区组间设2个高25—35厘米、宽30—50 厘米的田埂，2个田埂之间为深25—35厘米、宽25—30厘米的主沟，区组与保护行之间设 高25—35厘米、宽0.5—1米的人行道，在主沟与小区之间开深25—35厘米、宽20—25厘 米的小沟，主沟和小沟连通用于小区内灌溉和排水。

C、小区构建。选择好合适的试验田后，对稻田灌水深3—5厘米，3—4天后用翻耕机 耕田2—3次，使整块稻田土壤均匀。然后放水使稻田水深1—2厘米。根据区组和小区大小 和数量，在各区组、小区、田埂、主沟和人行道的顶角处各打入直径3—4厘米、高0.8－1.2 米的桩，在桩与桩之间拉纱线，线距地面20—40厘米，标记出小区、田埂、主沟和人行道 的位置。沿田埂和人行道线人工用锄头将泥做第一次小田埂，第一次做完后让泥土沉降0.5 —1天后再人工用锄头进行第二次加宽，第二次加宽后再使泥土沉降0.5—1天，然后进行第 三次加宽，如此循环3—6次，直到新做的小区田埂和人行道达到宽度为0.3—1.0米、高度 为25—35厘米。在做田埂和人行道时，同时开挖主沟，将开挖主沟的泥土正好用于做田埂 和人行道。然后在主沟与小区之间挖小沟。做好后的田埂高高25—35厘米、宽30—50厘 米，主沟深15—25厘米、宽25—30厘米，人行道高25—35厘米、宽0.5—1米，主沟深 25—35厘米、宽25—30厘米，小沟深25—35厘米、宽20—25厘米。待新做的小区田埂和 人行道干后5—7天，在田埂和人行道上铺彩条布或者塑料膜，以防止各小区间水肥串流， 同时可保护田埂和人行道，避免杂草滋生，便于操作人员在小区间行走和进行试验。

D、渗漏管安装。将直径为250毫米或者315毫米、高度为40—50厘米的塑料管，插 入耕作好的小区中央的耕作层土壤中，深度为15—20厘米直至犁底层，塑料管上端高出田 面20—30厘米，用水瓢将塑料管内水取出弃于管外，并适当取出1—2厘米厚的稀泥浆。然 后用直径为44—46毫米的麻花土钻钻一个直径为48—50毫米、深为80—120厘米洞（深 度根据稻田的地下水平位确定，以钻到地下水位出为止），取直径为49—51毫米的塑料管 （PVC管），长度根据洞深确定为110—150厘米，小心轻轻旋转PVC管插入上述钻好的洞中， PVC管上端高出稻田田面30厘米以上，PVC管上端倒置套装1个直径为60—80毫米的去瓶 颈塑料瓶，并用塑料胶带将去瓶颈塑料瓶固定于PVC管上，以防止雨水进入到PVC管中。 每个小区安装1个渗漏管。也可以在1个小区中安装多个渗漏管（2—15个渗漏管），其深 度分别为20或者40或者60或者80或者100或者120厘米，监测不同深度渗滤液的氮磷 淋失状况。

E、小区施肥。田间试验小区建好后，各小区灌水深度达到2—4厘米后，关闭小区与主 沟之间的小沟。根据随机原则，将处理随机分设每个区组的小区中，每个小区插标识牌，处 理可以是不施肥或者施NPK或者NK+猪粪或者施1倍猪粪或者2倍猪粪或者4倍猪粪或者6 倍猪粪或者8倍猪粪等，处理也可以是不施肥或者施NPK或者K+2倍N+2倍P或者K+4倍 N+4倍P或者K+6倍N+6倍P或者K+8倍N+8倍P等。施肥后人工将肥料和土壤适当混合。

F、育秧和插秧。水稻品种可选择超级杂交稻H1518或者Y两优3218，浸种、催芽后播 种于育秧田中，待秧龄长至30—35天时移植至试验小区。插秧时调节小区田面水深至1—2 厘米，采用牵线后插秧的方法，使株行距为11—13厘米×18—21厘米，每丛1—2苗，每个 小区的株行距和从数相同，整齐一致。

G、小区灌溉。小区需要灌溉时打开小区与主沟之间的小沟，即可向小区灌水，灌水后 关闭小沟。水稻生长期的灌溉方式为：插秧后至分蘖后期采样间隙灌溉法（参照杨玉凤等 2005年《农村经济与科技》第4期36页的方法），分蘖后期排水晒田控制分蘖，孕穗期至 抽穗期和灌浆期灌水，成熟后期排水晒田以便收获。

H、中耕和除草。插秧后15—25天人工进行中耕，结合中耕除去小区内杂草，此后15 —20天再中耕除草一次。试验中要特别注意除去禾丛中的稗草，经常检查和观察，随时发 现稗草随时除去，以免影响水稻的生长。

I、病虫害防治。根据小区水稻生长期虫害发生情况，每666.7平方米稻田用70—90毫 升40.7%毒死蜱乳剂兑水40—50公斤后茎叶喷雾、或者每666.7平方米稻田用20—24毫升 25%吡呀酮悬浮剂兑水40—50公斤后茎叶喷雾、或者3000—5000倍2%阿维菌素乳油茎叶 喷雾，防治二化螟或者稻飞虱或者稻纵卷叶螟等害虫。根据水稻病害发生情况，每666.7平 方米稻田用50—100克20%三环唑可湿性粉剂兑水40—50公斤后茎叶喷雾、或者每666.7 平方米稻田用100—150克5%井冈霉素可湿性粉剂兑水50—75公斤喷雾，防治穗颈瘟或者 纹枯病。

J、水稻收获。水稻成熟时，选择晴天进行收获，人工将各小区水稻分别割下，用小型 脱粒机脱粒，得到每个小区的毛稻，分别装袋并放入标签，然后按小区毛谷分别置于晒谷场 晒3—4天，用FC—01型电动稻谷风车除去空扁谷，对所得精谷称重，得到每个小区的稻谷 产量。

K、渗滤液取样。小区水稻施肥后3—7天开始第1次采集渗滤液样品，此后每隔10— 20天采样一次，在水稻生长前期采样间隔时间要求短些（10—15天），后期至水稻收获后， 采样间隔时间可适当长些（15—20天）。采用自制采样器进行渗滤液采样，将医用输液管二 端剪去后，用胶带将其固定到直径12—15毫米的铝塑管上，输液管下端高于铝塑管5—8 毫米，输液管上端连接1个40—100毫升的一次性注射器。取样前一天用采样器将渗漏管内 的渗滤液抽去，24小时后再用采样器抽取渗滤液，置于编好号的100—400毫升的乐扣保鲜 盒（汕头市格派塑胶实业有限公司产）中，取完一个渗漏管中样品后，采样器要用随带的蒸 馏水清洗，再用下一个渗漏管中的渗滤液清洗后，方可用于进行下一个样品采集。

所述的采样器由的铝塑管（直径12—15毫米、长度1.2—1.8米）、40—100毫升的一次 性注射器和医用输液管组成。将输液管一端与注射器连接，再将输液管和注射器用透明胶纸 固定在铝塑管上，输液管下端高于铝塑管下端5—8毫米，注射器上端与铝塑管上端对齐。

L、渗滤液氮磷测定。采集的渗滤液样品应立即带回室内进行分析，先将渗滤液用双层 慢速定量滤纸进行过滤，过滤后立即采样SKALAR连续流动分析仪（荷兰产）测定过滤液中 的全氮、硝态氮、氨氮、全磷、无机磷含量。

所述的施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法包括：试验田选择，小区设置，小区构 建，渗漏管安装，育秧和插秧，小区灌溉，中耕和除草，病虫害防治，水稻收获，渗滤液取 样，渗滤液氮磷测定。

本发明具有以下优点：

1.该施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，安装渗滤液取样管对稻田土壤结果影响小， 能够获得准确的稻田土壤渗滤液氮磷测定结果。

2.由于渗漏管设计合理，可有效避免渗滤液在管内变质发臭，并且可避免雨水进入其中， 从而提高了渗滤液氮磷测定结果的准确性。

3.该方法渗漏管和采样器结构简单，成本低，操作方便，采样器易于清洗，可有效防止不 同深度和不同浓度渗滤液之间相互影响。

4.渗漏液中氮磷含量采样流动注射仪自动分析，分析测试人员易于控制，测定结果的准确 度高，并可以用于测定低氮磷含量的渗滤液。

5.实用性广，适合各种类型稻田土壤不同施肥条件下氮磷淋失的实时监测，在确保稻田合 理施用氮磷肥料到达水稻高产基础上，同时防止稻田氮磷流失造成水环境污染。

附图说明

图1为一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失监测方法的示意图。

图2为一种稻田土壤渗滤管的示意图。

图3为一种稻田土壤渗滤液取样器示意图。

图4不同施肥条件下稻田土壤氨氮淋失状况。

图5不同施肥条件下稻田土壤有效磷淋失状况。

具体实施方式

实施例1：

一种施肥条件下稻田土壤氮磷淋失的监测方法，包括下列步骤：

A、试验田选择1。根据试验稻田选择要求，实例选择的试验稻田位于湖南省湘阴县白 泥湖乡夹河村1组，地理坐标为北纬28°44′41.6″、东经112°50′51.5″，试验田周围有连片稻 田20公顷以上，试验田面积为1200平方米，距离公路500米，距离农户住房200米，排 灌条件好，光照充分。土壤为湖积物母质形成的潴育性水稻土，为洞庭湖区典型代表性水稻 土类型。

B、小区设置2。实例稻田施肥处理数为9个，每个处理重复3次。小区长5米，宽4 米，小区面积为20平方米。所有小区设置于稻田中间，区组外四周为保护行。小区与小区 之间做高25—35厘米、宽30—50厘米的田埂，区组间设2个高25或28或32或35厘米、 宽30或33或50厘米的田埂，2个田埂之间为深25或28或33或35厘米、宽25或28或 30厘米的主沟，区组与保护行之间设高25或27或31或33或35厘米、宽0.5或0.8或1 米的人行道，在主沟与小区之间开深25或28或32或35厘米、宽20或23或25厘米的小 沟，主沟和小沟连通用于小区内灌溉和排水。

C、小区构建3。选择好合适的试验田后，对稻田灌水深3或4或5厘米，3或4天后 用翻耕机犁田和耙田各2或3次，使整块稻田土壤均匀。然后放水使稻田水深1或2厘米。 根据区组和小区大小和数量，在各区组、小区、田埂、主沟和人行道的顶角处各打入直径3 或4厘米、高1米的桩，在桩与桩之间拉纱线，线距地面20或25或30或35或40厘米， 标记出小区、田埂、主沟和人行道的位置。沿田埂和人行道线人工用锄头将泥做第一次小田 埂，第一次做完后让泥土沉降0.5或1天后再人工用锄头进行第二次加宽，第二次加宽后再 使泥土沉降0.5或1天，然后进行第三次加宽，如此循环3或4或5或6次，直到新做的小 区田埂和人行道达到所需的宽度和高度。在做田埂和人行道时，同时开挖主沟，将开挖主沟 的泥土正好用于做田埂和人行道。然后在主沟与小区之间挖小沟。做好后的田埂高高25或 28或33或35厘米、宽30或33或37或42或46或50厘米，主沟深15或18或23或25 厘米、宽25或28或30厘米，人行道高25或28或32或35厘米、宽0.5或0.8或1米， 主沟深25或28或33或35厘米、宽25或28或30厘米，小沟深25或28或32或35厘米、 宽20或23或25厘米。待新做的小区田埂和人行道干后5或6或7天，在田埂和人行道上 铺彩条布或者塑料膜，以防止各小区间水肥串流，同时可保护田埂和人行道，避免杂草滋生， 便于操作人员在小区间行走和进行试验。

D、渗漏管安装4。将直径为250毫米或者315毫米、高度为40—50厘米的塑料管，插 入耕作好的小区中央的耕作层土壤中，深度为15—20厘米直至犁底层，塑料管上端高出田 面20—30厘米，用水瓢将塑料管内水取出弃于管外，并适当取出1—2厘米厚的稀泥浆。然 后用直径为44—46毫米的麻花土钻钻一个直径为48或49或50毫米、深为80或90或100 或110或120厘米洞（深度根据稻田的地下水平位确定，以钻到地下水位出为止），取直径 为49或50或51毫米的塑料管（PVC管），长度根据洞深确定为110或120或130或140 或150厘米，小心轻轻旋转PVC管15插入上述钻好的洞14中，PVC管上端高出稻田田面 30厘米以上，PVC管上端倒置套装1个直径为60或70或80毫米的去瓶颈塑料瓶13，并用 塑料胶带将去瓶颈塑料瓶固定于PVC管上，以防止雨水进入到PVC管中。每个小区安装1 个渗漏管。也可以在1个小区中安装多个渗漏管（2-15个渗漏管），其深度分别为20或者 40或者60或者80或者100或者120厘米，监测不同深度渗滤液的氮磷淋失状况。

E、小区施肥5。田间试验小区建好后，各小区灌水深度达到2或3或4厘米后，关闭 小区与主沟之间的小沟。根据随机原则，将处理随机分设每个区组的小区中，每个小区插标 识牌，处理分别包括不施肥（CK）或者施NPK化肥（NPK）或者NK+猪粪（NK+M）或者施 1倍猪粪（1M）或者2倍猪粪（2M）或者4倍猪粪（4M）或者6倍猪粪（6M）或者8倍 猪粪（8M），具体施肥处理见表1。其中，氮肥采用尿素，磷肥采用过磷酸钙，钾肥采用氯 化钾；猪粪采自规模化养殖场，以烘干猪粪重量计，猪粪全氮（N）含量为4.22%、全磷（P） 含量为3.67%、全钾（K）含量为1.56%。施肥后将肥料和土壤充分混合。

表1稻田施肥小区试验处理

*猪粪以烘干重量计。

F、育秧和插秧6。水稻品种可选择超级杂交稻H1518或者Y两优3218，浸种、催芽后 播种于育秧田中，待秧龄长至30—35天时移植至试验小区。插秧时调节小区田面水深至1 或2厘米，采用牵线后插秧的方法，使株行距为11—13厘米×18—21厘米，每丛1—2苗， 每个小区的株行距和从数相同，整齐一致。

G、小区灌溉7。小区需要灌溉时打开小区与主沟之间的小沟，即可向小区灌水，灌水 后关闭小沟。水稻生长期的灌溉方式为：插秧后至分蘖后期采样间隙灌溉法，分蘖后期排水 晒田控制分蘖，孕穗期至抽穗期和灌浆期灌水，成熟后期排水晒田以便收获。

H、中耕和除草8。插秧后15或18或21或23或25天人工进行中耕，结合中耕除去小 区内杂草，此后15或17或19或20天再中耕除草一次。试验中要特别注意除去禾丛中的 稗草，经常检查和观察，随时发现稗草随时除去，以免影响水稻的生长。

I、病虫害防治9。根据小区水稻生长期虫害发生情况，每666.7平方米稻田用70或80 或90毫升40.7%毒死蜱乳剂兑水40或45或50公斤后茎叶喷雾、或者每666.7平方米稻田 用20或22或24毫升25%吡呀酮悬浮剂兑水40或45或50公斤后茎叶喷雾、或者3000或 3500或4000或4500或5000倍2%阿维菌素乳油茎叶喷雾，防治二化螟或者稻飞虱或者稻 纵卷叶螟等害虫。根据水稻病害发生情况，每666.7平方米稻田用50或80或100克20%三 环唑可湿性粉剂兑水40或45或50公斤后茎叶喷雾、或者每666.7平方米稻田用100或130 或150克5%井冈霉素可湿性粉剂兑水50或55或60或65或70或75公斤喷雾，防治穗颈 瘟或者纹枯病。

J、水稻收获10。水稻成熟时，选择晴天进行收获，人工将各小区水稻分别割下，用小 型脱粒机脱粒，得到每个小区的毛稻，分别装袋并放入标签，然后按小区毛谷分别置于晒谷 场晒3或4天，用FC—01型电动稻谷风车除去空扁谷，对所得精谷称重，得到每个小区的 稻谷产量。

K、渗滤液取样11。小区水稻施肥后3或5或7天开始第1次采集渗滤液样品，此后每 隔10或14或18或20天采样一次，在水稻生长前期采样间隔时间要求短些，后期至水稻 收获后，采样间隔时间可适当长些。采用自制采样器进行渗滤液采样，将医用输液管二端剪 去后，用胶带18将输液管17固定到直径12或13或15毫米的铝塑管19上，输液管下端 高于铝塑管5或7或8毫米，输液管上端连接1个40或60或80或100毫升的一次性注射 器16。取样前一天用采样器将渗漏管内的渗滤液抽去，24小时后再用采样器抽取渗滤液， 置于编好号的100或200或300或400毫升的乐扣盒中，取完一个渗漏管中样品后，采样 器要用随带的蒸馏水清洗，再用下一个渗漏管中的渗滤液清洗后，方可用于进行下一个样品 采集。

L、渗滤液氮磷测定12。采集的渗滤液样品应立即带回室内进行分析，先将渗滤液用双 层慢速定量滤纸进行过滤，过滤后立即采样SKALAR连续流动分析仪（荷兰产）测定过滤液 中的全氮、硝态氮、氨氮、全磷、无机磷含量。