化肥是提高作物单产和保障粮食安全的重要物质基础。化肥施用在提升作物产量的同时，也为农业环境带来日趋严重的压力。2014年我国单位面积化肥施用量约是世界平均水平的3.9倍^[1]，氮肥利用率仅为30%~35%^[2]。据报道，太湖流域稻季经淋失和挥发损失的化肥氮素超过施入氮素的30%~50%，化肥氮素损失成为农业面源污染的重要来源^[3]。研究表明，应用新型肥料和氮肥减施增效技术能在不降低产量的前提下明显降低稻田的径流和氮素渗漏损失，达到减轻农业面源污染的目的^[4-6]。近年来，利用腐植酸、氨基酸、海藻酸等增效载体研制新型增效复合肥的技术快速发展，相关新型肥料产品生产与技术应用也迅速增加，有关增效载体与增效复合肥的提质增效作用越来越受到人们的关注^[7-10]。前人已在腐植酸、氨基酸、海藻酸复合肥对作物的生长、产量、品质、氮素吸收利用等方面进行了较多研究^[11-13]，表明此类新型增效复合肥均能不同程度促进作物生长发育、提高作物产量、改善农产品品质和促进氮素的吸收利用。目前的有关研究均围绕增效载体对土壤、作物和肥料的系统调控与增效复合肥减量施用技术的作物效应等方面，但关于腐植酸、氨基酸、海藻酸等新型增效复合肥减量施用对稻田氮素流失的影响未见系统报道。本研究从新型增效复合肥减量施用技术入手，探究新型增效复合肥减氮施用对稻田水体中不同形态氮素浓度及流失量的影响，为增效复合肥的环境效应评价提供理论依据，也为稻田面源污染防控提供技术和产品支持。

田间试验于2018年6—11月在江苏省句容市白兔镇稻麦轮作的田块（31°58′05″N，119°17′47″E）进行。试验地属于北亚热带季风气候区，四季分明，雨水充沛，年平均气温为15.5 ℃，年平均降雨量为1 099.1 mm，年平均日照1 999.3 h。供试土壤为下蜀黄土发育的爽水性水稻土，土壤质地为黏壤土，有机质含量11.9 g·kg⁻¹，全氮0.850 g·kg⁻¹，碱解氮76.7 mg·kg⁻¹，有效磷11.2 mg·kg⁻¹，速效钾86.1 mg·kg⁻¹，pH 5.21（土:水=1:2.5）。

试验设不施肥（CK）、不施氮（PK）、常规施肥（CF）、常规施肥减氮20%（CR）、腐植酸复合肥减氮20%（HR）、氨基酸复合肥减氮20%（AR）、海藻酸复合肥减氮20%（SR）共7个处理，每个处理3次重复。氮素分基肥、分蘖肥和穗肥施用，不同时期氮素施用比例为5:3:2，磷、钾肥全部用作基施；基肥以不同来源复合肥形式施用，追肥按比例施用尿素。具体处理与施肥量见表 1。小区面积12 m²，每小区土壤分20、40、60 cm深度埋设土壤水抽滤器收集渗漏水，用50 mL注射器插入抽液软管，手动采集不同深度的渗漏水样以及田面水样。2018年6月21日插秧，7月9日施分蘖肥，7月20—30日排水烤田，7月30日施穗肥，10月27日收获，水稻品种为杨宁1号，田间管理按照当地农民常规管理方式进行。

表 1 Table 1

表 1 不同处理养分投入量（kg·hm−2） Table 1 Nutrient input of different treatment(kg·hm−2)

表 1 不同处理养分投入量（kg·hm−2） Table 1 Nutrient input of different treatment(kg·hm−2)

每次施肥后的第2、3、5、7、14 d上午8：00—10：00采集田面水样250 mL，渗漏水样100 mL。水稻生长期间降水产生径流时，在各小区排水口收集径流水样约250 mL，并记录降雨量或烤田排水前的田面水深度。采集的水样立即放入-20 ℃冰箱中冷藏待测。用荷兰SKALAR San++连续流动分析仪测定水样中的硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）和总氮（TN）。

降雨径流量用SCS-CN模型计算^[14]。

式中：P为总降雨量，mm；S为径流开始后的最大入渗量，mm；Q为径流损失量，mm；CN为径流曲线值，是反映降雨前流域特征的一个综合参数，它与流域前期土壤湿润程度、坡度、植被、土壤类型、土壤利用现状等有关。CN的取值范围为0~100，表示集水区径流产生的潜力，CN值越大，则径流损失量越大。

本研究根据SCS提供的基于土壤类型和土地利用CN值查表，并参考相关研究^[15-16]进行校正，CN值确定为82。试验区2018年稻季共产生4次径流，分别为6月28日、7月2日、8月3日3次降雨，对应的降雨量分别为107.5、103.6、62.6 mm；7月20日烤田排水1次，当日测得各试验小区淹水平均深度为5 cm。稻季淹水89 d。

（1）烤田排水期径流量=排水前淹水深度×小区面积

（2）氮素径流损失量=径流水氮素浓度×径流量

（3）氮素径流流失率=（施氮处理氮素径流损失量-不施氮处理氮素径流损失量）/施氮量×100%

（4）氮素渗漏损失量=渗漏水时间间隔加权平均浓度×渗漏水量^[17-18]

（5）渗漏水时间间隔加权平均浓度=（渗漏水氮浓度×采样间隔天数）之和/总采样天数

（6）渗漏水量=渗水速度×水稻生育期浸没天数

（7）氮素渗漏淋失率=（施氮处理氮素渗漏损失量-不施氮处理氮素渗漏损失量）/施氮量×100%

黄沈发等^[19]6 a的监测结果表明，黏壤土、轻壤土和砂壤土的稻季渗水速度为4、6、8 mm·d⁻¹，据此，取4 mm·d⁻¹作为本试验的渗水速度。

采用Microsoft Excel 2009对数据进行处理，利用Origin 8.5进行分析、绘图，使用SPSS 19.0进行单因素方法分析（Duncan多重比法）。

监测期内，各施肥处理田面水TN与NH₄⁺-N浓度的变化趋势基本保持一致（图 1），分别在施基肥、分蘖肥和穗肥后出现3个峰值。HR、AR、SR处理田面水TN与NH₄⁺-N浓度均在基施后的第2 d达到峰值，峰值分别维持在37.1~49.7 mg·L⁻¹和26.0~28.8 mg·L⁻¹，3种增效复合肥处理中以SR处理田面水TN与NH₄⁺-N浓度峰值最低，较CR处理峰值分别降低了38.4%、14.3%。各施肥处理的NO₃^--N浓度变幅较小，基施第2 d达峰值0.554~0.633 mg·L⁻¹，其中CR处理较HR处理降低了0.073 mg·L⁻¹，较AR、SR处理分别提高了0.054 mg·L⁻¹和0.112 mg·L⁻¹，各处理间NO₃^--N浓度峰值未见明显差异，随后各处理NO₃^--N浓度有降低趋势。施分蘖肥和穗肥后，田面水TN与NH₄⁺-N浓度均在第2~3 d内达到峰值，而NO₃^--N浓度在施肥后3~5 d内达到峰值（0.050~1.75 mg·L⁻¹），为同期NH₄⁺-N浓度峰值的1.20%~4.79%。从图 1中还可以看到，7月2日各施肥处理田面水NO₃^--N浓度在7月4日略有上升，以CF处理最高达1.01 mg·L⁻¹，这可能与降雨及田间除草扰动了土层有关。

图 1 不同施肥处理田面水TN、NH4+-N和NO3--N浓度的动态变化 Figure 1 Dynamic changes of TN, NH4+-N and NO3--N concentrations in field water treated with different fertilizers

稻田0~20、20~40、40~60 cm深度土壤渗漏液中TN浓度随土壤深度加深呈下降趋势（图 2），

图 2 稻田0~20、20~40、40~60 cm深度土壤渗漏液中TN浓度的动态变化 Figure 2 Dynamic change of TN concentration in soil seepage at 0~20, 20~40 and 40~60 cm depths in paddy water

0~20、20~40、40~60 cm土壤14次采样的TN浓度平均值分别为8.04、4.12、2.71 mg·L⁻¹。施入基肥的第2d，各处理0~20 cm土层渗漏液TN浓度达到峰值，其中SR处理TN浓度峰值为16.5 mg·L⁻¹，较CR、HR和AR处理分别降低了60.8%、50.1%和54.0%，CF处理TN浓度达48.7 mg·L⁻¹，较CR处理提高了16.1%，说明常规施肥加大了渗漏损失风险，减氮施肥尤其是新型增效复合肥减氮施用能有效降低氮素渗漏风险。稻田20~40 cm土壤渗漏液TN浓度仅在基肥施入后第2 d有明显提高，其他时期未见明显差异。稻田40~60 cm土壤渗漏液TN浓度各处理均未出现显著变化，基本维持在0.53~7.08 mg·L⁻¹，说明TN垂直迁移主要发生在40 cm以内土壤层次，且此深度渗漏液TN浓度受施肥量和肥料种类的影响最大。

如图 3所示，随深度（0~20、20~40、40~60 cm）增加，土壤各层渗漏液中NH₄⁺-N浓度呈下降趋势，14次采样各土层NH₄⁺-N浓度的平均值分别为3.50、2.06、1.29 mg·L⁻¹，其中0~20 cm到20~40 cm的土层渗漏液中NH₄⁺-N浓度下降幅度最大达1.44 mg·L⁻¹。施基肥后，与TN浓度变化一致，0~20、20~40 cm各施肥处理NH₄⁺-N浓度均在第2 d达到峰值，其中0~20 cm土壤渗漏液NH₄⁺-N浓度以CF处理最高达31.8 mg·L⁻¹，20~ 40 cm土壤渗漏液NH₄⁺-N浓度以HR处理最高达17.2 mg·L⁻¹，40~60 cm土壤渗漏液NH₄⁺-N浓度受施肥处理的影响不明显。

图 3 稻田0~20、20~40、40~60 cm深度土壤渗漏液中NH4+-N浓度的动态变化 Figure 3 Dynamic change of NH4+-N concentration in soil seepage at 0~20, 20~40 and 40~60 cm depths in paddy water

整个监测期内，稻田0~20、20~40、40~60 cm土壤渗漏液NO₃^--N浓度普遍较低（图 4），14次采样各土层NO₃^--N浓度的平均值分别为0.221、0.110、0.070 mg·L⁻¹，不同土层渗漏液NO₃^--N浓度随深度增加有降低趋势。施基肥和分蘖肥后，稻田0~20 cm土壤渗漏液NO₃^--N浓度有所提高，最高达到1.14 mg·L⁻¹，但各处理渗漏液NO₃^--N浓度均较低。施肥对稻田20~60 cm土壤渗漏液中NO₃^--N浓度未产生明显影响，NO₃^--N浓度均低于1.00 mg·L⁻¹，40~60 cm土壤渗漏液NO₃^--N浓度小于0.500 mg·L⁻¹，说明0~60 cm稻田土壤渗漏液中，氮素存在形态主要是NH₄⁺-N，硝化作用产生的NO₃^--N含量极少。

图 4 稻田0~20、20~40、40~60 cm深度土壤渗漏液中NO3--N浓度的动态变化 Figure 4 Dynamic change of NO3--N concentration in soil seepage at 0~20, 20~40 and 40~60 cm depths in paddy water

如表 2所示，不同施肥处理对径流损失、渗漏损失和稻田水氮素损失总量影响明显。各处理稻田水氮素损失总量在7.14~20.81 kg·hm⁻²，所有氮素减施处理，稻田水氮素损失总量明显降低，其中SR处理氮素损失量最低达13.92 kg·hm⁻²，较CF处理降低了33.1%，较CR处理降低了22.8%，且SR处理与CR处理之间存在显著差异（P＜0.05），HR和AR处理与CR处理之间差异不显著。稻田水氮素损失途径上不同处理存在明显差异，不同处理氮素径流损失量占稻田水氮素总损失量的比例为42.6%~54.4%，渗漏损失量占比为45.6%~57.4%。试验条件下，施肥处理的氮素流失率大小顺序依次为CF>CR>HR>AR>SR。其中CF处理稻田氮素径流损失量最高为11.33 kg·hm⁻²，流失率达3.17%，SR处理氮素径流损量最低为6.22 kg·hm⁻²，氮素流失率为1.30%。SR较CF处理氮素流失率降低了1.87个百分点，较CR处理降低1.83个百分点，降幅分别达59.0%和58.5%，和其他施肥处理之间差异显著（P＜0.05）。试验条件下，施肥处理的氮素淋失率大小顺序依次为AR>CF>CR>HR>SR。除AR处理外，增效复合肥HR与SR处理的氮素淋失率明显低于常规肥CF和CR处理，其中以SR处理表现突出，较CF和CR处理TN淋失率分别降低了0.460个百分点和0.310个百分点，降幅分别达24.7%和18.1%。不同施肥处理的氮素渗漏损失量也表现出明显差异，添加增效载体的3种新型复合肥氮素减施处理较常规施肥CF处理均明显降低氮素渗漏损失量，以SR氮肥减施处理最为明显，渗漏损失量为7.70 kg·hm⁻²，其次是HR和AR，但3种增效复合肥处理间的氮素渗漏损失量差异不显著。

表 2 Table 2

表 2 不同施肥处理氮素损失量 Table 2 Nitrogen loss under different fertilization treatments

表 2 不同施肥处理氮素损失量 Table 2 Nitrogen loss under different fertilization treatments

稻田氮素损失量与稻田水氮素浓度有关。本研究表明，施氮量与肥料种类对稻田田面水氮素浓度影响明显。施基肥2~3 d，各施肥处理田面水TN与NH₄⁺-N浓度均达到峰值，其中CR处理田面水TN与NH₄⁺-N浓度较CF处理的峰值分别降低了16.5%、33.7%，表明稻田减氮施肥明显降低田面水氮素浓度，这与前人研究结果类似^[20]。3种添加增效载体的新型复合肥对稻田田面水TN与NH₄⁺-N浓度峰值影响明显，在减氮施用条件下，SR处理的田面水TN与NH₄⁺-N浓度峰值最低，较同样减氮的常规复合肥CR处理分别降低了38.4%、14.3%，表明添加海藻酸的新型增效复合肥较常规肥能明显降低施肥后田面水中TN与NH₄⁺-N的浓度峰值，这可能和海藻酸通过与尿素结合形成稳定的结构或抑制了土壤脲酶的活性，增加了复合肥料中尿素态氮的缓释性有关^[21-22]。各处理TN、NH₄⁺-N浓度动态变化趋势相似，在每次施肥后的第2~3 d内达到峰值，随着植株的吸收、土壤的吸附、氨挥发、N₂O排放等，一周后田面水氮素浓度逐渐下降并趋于稳定，施肥一周内是控制田面水氮素流失的关键时间节点，这与前人^[23-26]研究报道一致。田面水NO₃^--N浓度在整个水稻生育期内较低，均小于1.20 mg·L⁻¹，可能与稻田长期控制淹水深度有关，硝化作用较弱，NH₄⁺-N是稻田氮素存在的主要形态^{[20, 23]}。本研究中，不同深度稻田渗漏水氮素形态以NH₄⁺-N为主，这与李娟等^[23]得出的稻田渗漏水以NO₃^--N为主的研究结果有所不同，主要原因可能与监测期间稻田长期控制淹水深度有关，一方面抑制了NH₄⁺-N的硝化过程，另一方面又增强了NH₄⁺-N向下迁移的能力。另外，不同地区土壤类型、施肥种类和用量、作物生长环境、气候类型、灌溉方式等也导致了氮素不同形态浓度的差异^[27]，目前在稻季渗漏水中氮素主要存在形态方面尚无统一的结论。

稻田氮素损失与稻季径流、渗漏损失关系密切。其中径流损失受诸多试验条件和径流测定方法的影响，不同试验条件结果差异较大，有报道表明，稻田氮素损失变幅在0.5~54.3 kg·hm⁻²之间^[28-29]。本研究运用SCS-CN模型计算稻田降雨径流量，影响模型计算结果的关键参数是CN值，Im等^[15]和Jung等^[16]运用SCS-CN模型时发现，稻作条件下CN值的确定取决于稻田淹水深度。基于Im等^[15]的研究结果，试验小区的淹水深度控制在50 mm左右，综合考虑本试验区的其他因素，确定模型关键参数CN值为82用于计算径流量。模型结果表明，施氮肥处理的氮素径流损失量均处在相关研究结果的数值变幅范围内，一定意义上说明此模型可以用于该区域降水径流量的计算，模型精度的提高还需要进一步试验验证和模型参数修正。

此外，农田氮素渗漏损失作为氮素损失的重要组成部分，对农业面源污染的影响不容忽视。稻季不同施肥处理（P、K除外）TN淋失率为1.40%~1.94%，略低于Qiao等^[30]研究报道的1.86%~4.96%，而胡玉婷等^[31]的研究认为水田中TN表观淋失率平均为2.19%，这可能与气候条件、土壤质地、作物类型、耕作方式、施肥管理措施等不同有关，导致不同试验的氮素渗漏损失量有所差异^[31-32]。

从不同处理稻田水氮素损失总量看，增效复合肥减氮处理明显降低了稻田水氮素损失。和常规复合肥CR处理相比，SR处理显著降低了稻田水氮素损失量（P＜0.05），试验条件下，海藻酸增效复合肥减氮明显，降低了化肥氮素损失风险，有效降低了农业面源污染压力。究其原因，首先与海藻酸增加了尿素态氮的稳定性和缓释性有关^[21-22]；其次是海藻酸本身含有的多聚糖、多酚、甘露醇等生物活性成分和植物生长调节物质（生长素、赤霉素、脱落酸、细胞分裂素等）能刺激作物生长，提高作物对肥料养分的吸收和利用能力^[33]，同时还能够改善土壤的物理、化学和生物学性质^{[10, 34-35]}，增加土壤对化肥氮素的保蓄能力。

（1）增效复合肥减氮施用能有效降低田面水和渗漏水中氮素浓度，减少氮素流失的风险。减氮施用条件下，海藻酸增效复合肥降低了田面水TN和NH₄⁺浓度峰值。渗漏水中TN浓度峰值同样以海藻酸复合肥降低最为明显。渗漏液中氮素形态以NH₄⁺-N为主。

（2）稻田水TN和NH₄⁺-N浓度动态变化趋势相似，施肥7 d内，田面水氮素浓度较高，随后逐渐下降，至一周后降至峰值的15%以下并趋于稳定，施肥后一周是控制氮素径流损失的关键时期。

（3）减氮施肥降低了稻田水氮素的径流和渗漏损失，以海藻酸复合肥减氮效果最显著。减氮条件下，海藻酸复合肥较常规复合肥减氮处理稻田水氮素损失总量降低了22.8%，氮素流失率降低了58.5%，氮素淋失率降低了18.1%。增效复合肥尤其是海藻酸增效复混肥减氮施用是控制稻田氮素损失的重要技术途径，其控制稻田氮素损失的过程和作用机制还需要进一步深入研究。