《JSFA reports》：Nitrogen rates shaping rice yield and groundwater nitrate in the Jamuna River basin of north central Bangladesh
编辑推荐：
本文通过田间试验系统研究了不同尿素施用量（对照、75%推荐施肥量、100%推荐施肥量、125%推荐施肥量）对孟加拉国贾穆纳河流域水稻生长、产量及地下水硝酸盐污染的影响。研究发现，125%推荐施肥量处理获得了最高的水稻籽粒产量和秸秆产量，但同时也导致了最严重的地下水硝酸盐淋失，其浓度在每次分次施肥后第5天达到峰值。相比之下，75%推荐施肥量处理在保证水稻产量与100%推荐施肥量处理无显著差异的同时，显著降低了地下水中的硝酸盐浓度。研究结论指出，过量施用氮肥会加剧该洪泛区生态系统的地下水硝酸盐污染，而采用75%推荐施肥量能在水稻产量表现和地下水污染风险之间取得最佳平衡，为区域农业可持续发展和环境保护提供了重要科学依据。
引言
孟加拉国是一个以农业为主的国家，农业是其最大的就业部门。水稻是该国的主要作物，种植面积占可耕地的75%，是全国人口的主食。然而，孟加拉国的水稻平均产量约为3.12吨/公顷，远低于中国、日本和韩国等主要水稻生产国。提高水稻产量对于确保国家粮食安全至关重要。氮肥是提高水稻产量的关键因素，但尿素作为主要的氮肥来源，其利用率低于40%，过量施用不仅增加生产成本，还会导致地下水污染。在孟加拉国农村地区，地下水是主要的饮用水源，农业活动中过量施用氮肥等人为活动导致地下水中硝酸盐含量上升，对人类健康和环境质量构成严重威胁。因此，评估不同尿素施用量对水稻生长、产量及硝酸盐淋失的影响，对于确定既能最大化农艺性能又能最小化硝酸盐损失的优化氮肥施用量至关重要。本研究旨在量化尿素处理稻田土壤中的硝酸盐浓度，确定在保持最高水稻产量的同时最大限度减少硝酸盐淋失的尿素用量，并为孟加拉国中北部贾穆纳河流域的稻田土壤确定最有效的氮肥施用率。
材料与方法
试验于2023年12月至2024年4月在孟加拉国锡拉杰甘杰县的Paikortoli进行。试验地点属于活跃的布拉马普特拉河洪泛区和贾穆纳河洪泛区，土壤为粉壤土，排水良好。供试水稻品种为BRRI dhan28。试验采用随机区组设计，设置四个处理：对照、75%推荐施肥量、100%推荐施肥量、125%推荐施肥量。100%推荐施肥量的氮施用量为180公斤/公顷，尿素分三次等量施用。每个处理设三次重复。在每个小区中心安装测压管，用于收集根区以下渗漏的地下水，监测硝酸盐淋失情况。除尿素外，其他肥料均在整地时均匀施入。在水稻生长期间，记录株高、穗长、分蘖数、有效分蘖数、每穗实粒数、千粒重等生长和产量构成指标。在每次分次施肥后的第1、3、5、7和10天采集测压管中的水样，测定硝酸盐浓度。植物样品和水分样品均采用标准方法进行氮、磷、钾、硫等养分含量的测定。数据采用Statistics10软件进行方差分析，并用Tukey检验进行显著性比较。
结果
不同氮肥施用量对水稻生长和产量构成特性有显著影响。与对照相比，所有施肥处理均显著提高了水稻的株高、穗长、总分蘖数、有效分蘖数和每穗实粒数。125%推荐施肥量处理获得了最高的籽粒产量和秸秆产量，但与75%和100%推荐施肥量处理无显著差异。在养分浓度方面，施肥处理显著提高了水稻籽粒和秸秆中的氮浓度，其中125%推荐施肥量处理下秸秆的氮浓度最高。对磷、钾、硫浓度的影响因组织部位不同而异。
地下水硝酸盐浓度受施肥量和采样时间的显著影响。在所有处理中，硝酸盐浓度均在每次分次施肥后的第1天最低，在第5天达到峰值，随后逐渐下降。125%推荐施肥量处理下的硝酸盐浓度始终最高，在三次分次施肥后的第5天，其峰值浓度分别达到6.8 ppm、9.4 ppm和12.2 ppm。相比之下，75%推荐施肥量处理下的硝酸盐浓度显著降低。
讨论
氮肥的高效利用对于提高作物生产力、改善氮素利用效率和减少氮素损失至关重要。本研究结果表明，施肥处理显著改善了水稻的生长和产量构成性状，这与前人研究结果一致。氮作为植物生长的基本大量元素，是合成氨基酸、蛋白质和核酸所必需的，并能促进旺盛的营养生长。所有氮肥处理均显著提高了水稻的籽粒和秸秆产量，这主要归因于氮肥施用所刺激的生长参数的改善。然而，尽管125%推荐施肥量获得了最高产量，但也导致了最严重的地下水硝酸盐污染风险。较高的氮肥施用量也提高了水稻组织中的氮浓度，这可能是由于氮素可用性增加促进了细胞水平的代谢活动。施肥处理对地下水硝酸盐浓度有显著影响，硝酸盐淋失随着施肥量的增加而增加，这与其他研究结果一致。硝酸盐浓度在施肥后第5天达到峰值，随后下降，这反映了土壤剖面中硝酸盐积累的短暂性。75%推荐施肥量在保持较高产量的同时，显著降低了硝酸盐淋失，表明适度的氮肥用量可以在优化生产力的同时尽量减少环境影响。
结论
施肥处理显著提高了水稻的籽粒和秸秆产量，125%推荐施肥量处理获得了最高产量。施肥也导致植物组织中氮浓度的升高。地下水中的硝酸盐积累受施肥量和采样时间的显著影响，浓度在每次分次施肥后第5天达到峰值。尽管较高的氮肥施用量提高了产量，但也增加了硝酸盐淋失，可能导致饮用水污染并带来环境和公共健康风险。在本研究中，施用75%推荐施肥量的氮肥被发现是最有效的措施，它在显著提高水稻产量和产量构成性状的同时，最大限度地降低了地下水中的硝酸盐浓度。研究表明，过量施用氮肥是孟加拉国中北部贾穆纳河流域地下水硝酸盐污染的潜在贡献者。为了更好理解硝酸盐在这些系统中的环境行为和转化，有必要进一步研究河流流域中的氮库和动态。
