本发明属于水稻的水肥管理技术领域，尤其涉及一种减少双季稻田氮素挥发损失的方法。
背景技术：
近年来，我国雾霾天气频发，引起社会各界的广泛关注。研究发现，在细颗粒物(pm2.5)的形成过程中，气态氨(nh3)对雾霾的形成起着关键性作用。一方面由于nh3作为大气中唯一的碱性气体，是大气pm2.5形成的重要前体；另一方面是细粒子的生成速度在nh3参与下会明显加快。可见，从源头上减少nh3的排放，可以降低大气环境中pm2.5浓度，实现环境空气质量的提升，提高社会效益。
我国施用化肥排放的nh3为3.55tg·nh3-n·yr-1，占全国每年nh3排放总量的61.5％。水稻是我国最重要的粮食作物，稻谷产量占全国谷物总产的40％以上。我国双季稻种植面积约占水稻种植面积的60％左右，双季稻区长期的连作种植模式，使其复种指数较高，肥料用量较大，肥料效应逐步下降，导致氮肥利用率仅30％-40％，损失率高达40％-60％。而氨挥发是稻田氮素损失的主要方式之一，农田氨挥发损失的氮素可占总施氮量的9％-40％；我国北方稻作系统中稻季氨挥发损失占总施氮量的30％-39％，南方太湖地区稻作系统稻季氨挥发损失占总施氮量的5％-18％；其他南方部分地区由于过量施用氮肥或施用碳酸氢铵，其氨挥发损失可超过40％。产生氨挥发的内在原因是稻田施用碳铵、尿素等易溶性氮肥后，田面水中氨及铵态氮含量快速升高，且田面水中ph值呈碱性，导致大量氮素以氨挥发形式损失。可见，农田减少氮素的氨挥发损失，可以保障作物产量，提高氮素利用率，有效防控农业面源污染，提高经济效益和生态效益。
目前，减少稻田氨挥发的措施主要包括：
(1)利用施肥技术：①粒肥定位深施技术，该技术对减少氮肥损失、提高氮肥增产效果的作用已经得到了广泛的证明。蒋能慧等模拟水田条件下尿素深施比表施减少氨挥发23.7％。②水肥一体化技术，该技术是借助压力灌溉系统，将灌溉与施肥融为一体，把可溶性固体肥料或液体肥料混配而成的肥液与灌溉水一起，均匀、准确地输送到作物根部土壤的农业新技术。③测土配方肥技术，该技术是根据作物需肥规律、土壤供肥性能与肥料效应，强调氮磷钾和微量元素适当用量、比例的施肥技术。配方肥技术的推广应用改变了盲目施肥、单一施肥的弊端，给作物定量、合理的提高养分元素。
(2)利用新型肥料技术：①包膜肥料技术，目前使用的包膜肥料有树脂包膜、硫包膜和有机肥包膜等，它们主要是通过控制氮素释放速度，使土壤或田面水保持较低的铵态氮水平，并长期供给作物吸收利用，从而减少氨损失和提高氮素利用率。但包膜肥料技术对降低氨挥发量的效果仅在基肥期比较明显，后期的效果不明显。②稳定性肥料技术，该技术是在肥料中添加脲酶抑制剂、硝化抑制剂，使肥料具有“长效、缓释、节能、环保”的特点，通过延长氮肥肥效，提高氮素利用率。含硝化抑制剂的尿素(dmpp)配施高c/n比的生物秸秆，可延缓尿素水解，增加尿素随水分运动渗入深层土壤的机会，可抑制氨挥发损失。
(3)使用表面分子膜，该技术能控制田面水蒸发，降低氨挥发速率。水稻田间试验中，使用16烷醇或18烷醇的乙醇溶液能显著降低田间尿素氨挥发量，对抑制氨挥发损失有很好的效果。但是这些表面膜不能长期维持，易被分解和飘移，而且酒精用量大，成本太高，缺乏实用价值。
(4)水分管理，控制灌溉稻田在由施肥时建立的薄水层变为无水层的过程中，肥料水解后产生大量的铵离子随水向土壤下层迁移，减少了表层土壤溶液中的铵离子，从而降低了氨分压和氨挥发。控制灌溉模式在节水的同时，减少了稻田的氨挥发损失，提高了氮肥利用率，有利于改善大气环境。从整体上来说，水分管理技术在能保证作物产量的情况下，减少氨挥发的作用效果不大，减少量一般在20％之内。
通过研究减少稻田氨挥发损失各种措施，减少稻田氮素损失对环境带来的风险，对促进我国农业的可持续发展具有十分重要的意义。以上措施中较常用和适用性广的是包膜肥料技术，以及水分管理技术，其单一实施的效果并不显著，将减量施用控释氮肥与水分管理结合，从而减少稻田氨挥发损失的研究，至今未见报道，值得进一步研究。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种既能保障双季稻籽粒产量、提高氮肥利用率，又能减少稻田氮素以氨挥发形式损失的方法，该方法可从根本上防控农业面源污染和降低雾霾风险。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种减少双季稻田氮素挥发损失的方法，包含稻田施肥控制措施和灌溉水分调节措施；
所述稻田施肥控制措施是指减量施用控释氮肥；
所述灌溉水分调节措施是指采用轻干湿交替灌溉模式，包括以下具体步骤：水稻移栽后至第7天，保持田面水高度为20-30mm；从第7天起，每次灌水使田面水高度为20-30mm，待其自然落干至土壤水势为-15kpa，然后再灌20-30mm水层，再落干，依次循环直至水稻成熟；如遇降雨，待测得土壤水势为-15kpa时，再灌20-30mm水层，再落干。
上述稻田施肥控制措施和灌溉水分调节措施协同作用，使早晚稻氮素挥发损失量(以氨形式挥发的损失量)减少51.49％-73.94％，早晚稻氮素挥发损失率降低15.93-20.71个百分点。
一般来说，较高水分含量土壤的氨挥发通量峰值会提前于较低水分含量土壤。使用控释氮肥的氨挥发通量峰值一般出现在施肥后3-5天(部分其他控释材料的控释氮肥可能在施肥后的10天后出现)，且峰值后的一段时间内仍有比较高的氨挥发通量。本发明的方法，将减量施用控释氮肥与轻干湿交替灌溉模式相结合，根据控释氮肥的氨挥发峰值出现的时间规律，在水稻移栽后的第7天起，通过干湿交替灌溉的方式使得田面水时段明显减少，土壤水分含量显著降低，从而不利于氨挥发的产生，明显抑制施肥后首次氨挥发通量峰值后的其余氨挥发通量的产生，使氮素留在土壤中供水稻吸收。
本发明的方法，将土壤水势保持在0到-15kpa之间，可以有效保障水稻的产量和品质；而当土壤水势低于-15kpa时，水稻结实率、千粒重、产量将会下降，垩白米率、垩白度和消减值会相应降低。
本发明的方法，采用轻干湿交替灌溉的水分调节措施有利于水稻植株对氮素的吸收利用，在提升叶面积指数同时也提高了叶片的氮含量，进而使水稻产量得到大幅提升。轻干湿交替在分蘖期不会为水稻提供过多的水分，在水稻的分蘖盛期，水稻的生长和分蘖均较常规灌溉方式迟缓，且分蘖数相对减少，但是轻干湿交替发育的分蘖数均能发展成为有效分蘖。常规水稻灌溉方式在分蘖后期需要晒田，以控制无效分蘖，但轻干湿交替的灌溉方式不需要晒田来控制无效分蘖，操作更简单。同时，水分轻度干旱胁迫不仅不会降低植株对氮素的吸收利用能力，反而降低了植株中氮素含量，促使植株中的氮向籽粒中转移，有利于提高水稻产量。而合理的水分管理(轻干湿交替)配合氮肥管理，能减少氮素损失(氨挥发、氮素径流和渗漏等)，提高氮素利用率，提高水稻产量。
上述的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，优选的，施用所述控释氮肥中的纯氮用量为惯常施氮量的60％-100％。惯常用量是指根据该稻田土壤的理化性质确定的理论施氮量。
将氮肥施用量控制在本发明的范围内，一方面有利于保证水稻产量，另一方面，控释氮肥可以根据水稻生长的需肥规律，缓慢释放氮素养分，基本达到与作物养分吸收同步，减量施用后，作物更加充分吸收肥料释放的氮素养分，从而减少氮素在土壤中的残留和以氨形式挥发的损失；如果施用控释氮肥的纯氮量超过惯常用量的范围，在控释尿素释放期(一般为3个月)的后期氮素供应较足，水稻易贪青晚熟，导致产量下降、成本增加；且残留在土壤中的氮素量相对较多，易通过渗漏、硝化-反硝化等的途径增加氮素的损失；如果施用控释氮肥的纯氮量低于本发明的减量范围下限，由于氮肥过少，将导致产量大幅下降。
上述的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，优选的，所述减量施用控释氮肥是指，按每平方公顷稻田面积计算，早稻施用的控释氮肥中纯氮用量为90-150kg/hm2，晚稻施用的控释氮肥中纯氮用量为108-180kg/hm2。
上述的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，优选的，所述控释氮肥包括树脂包膜尿素、硫包膜、石蜡包膜、废弃物包膜中的至少一种，其施用方式为全作基肥施用。
上述的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，优选的，所述控释氮肥为树脂包膜尿素，其属于广谱型，相对经济实惠，效果好。
上述的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，优选的，所述控释氮肥中还包括磷肥和/或钾肥。
上述的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，优选的，所述土壤水势通过真空表式土壤负压计监测。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的方法，将水分和氮肥这两个因子融为一体，相互作用、共同影响作物生长发育、产量品质形成过程以及植株对氮肥的利用率。在轻干湿交替灌溉的条件下，在惯常施氮量的基础上减量施用控释氮肥，既能使水稻增产提质，在一定程度上保证产量，又能使氨挥发损失量大大降低，提高氮素利用率，减少氨挥发引起的雾霾、氮素干湿沉降等造成的环境污染，从源头防控农业面源污染。
(2)本发明的灌溉水分调节措施采用轻干湿交替的灌溉模式，一方面可以为土壤提供更多氧气，使表层土壤的铵态氮浓度降低；另一方面，还可以提高水稻根系的活力，使其吸收更多养分，增加水稻产量，提高养分利用率，从根本上减少养分的损失。
(3)本发明的方法，运用了稻田施肥控制措施和灌溉水分调节措施相结合，这种优化水肥管理对减少稻田氨挥发损失，提高双季水稻的氮肥料利用率和籽粒产量的效果极好，相对于常规灌溉施用尿素的对照处理，采用本发明的方法早晚稻氮素氨挥发损失量(氮素挥发损失量)减少可高达75.45kg/hm2，早晚稻氨挥发损失率(氮素挥发损失率)降低高达20.71个百分点，损失率减少高达72.99％；早稻产量提高高达7.9％，晚稻产量提高高达13.4％；早稻氮肥利用率提高高达13.4个百分点，晚稻氮肥利用率提高高达14.26个百分点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的减少双季稻田氮素挥发损失的方法，该方法包含稻田施肥控制措施和灌溉水分调节措施；具体供试方案设计为：
试验时间：早稻为2016年3-7月，晚稻为2016年7-11月；
试验地点：湖南省浏阳市永和镇；
供试土壤基本农化性质：供试土壤为河流冲积物发育的潮沙泥，按每千克土壤计算，含有以下含量的组分：有机质16.62g·kg-1、全氮1.21g·kg-1、全磷0.54g·kg-1、全钾11.51g·kg-1、碱解氮48.93mg·kg-1、有效磷21.25mg·kg-1、速效钾155.68mg·kg-1，ph值为5.61；
供试水稻品种：早稻为中早39，晚稻为泰优390；
供试控释氮肥：树脂包膜尿素(金正大生态工程集团股份有限公司生产)，其氮含量为42％，控释期为3个月；
在田间小区试验，小区面积为20m2(4m×5m)，各小区间田埂(田埂上盖膜)隔开，试验设6个处理，每个处理三次重复，随机区组排列，插植密度为20cm×20cm，区组内土壤肥力一致，四周设置保护行：
ck1：常规对照处理，采用普通尿素施肥和常规灌溉模式相结合。普通尿素氮含量为46％，施用分基肥和追肥(基肥：追肥＝6：4)，翻地时施用基肥，移栽后第10天追肥(分蘖肥)；按每平方公顷稻田面积计算，施用的普通尿素中早稻纯氮用量为150kg/hm2，晚稻纯氮用量为180kg/hm2。常规灌溉模式包括以下具体步骤：返青期保持20-30mm水层，分薬后期晒田，黄熟期自然落干，其他时间内每周灌水一次，标准是灌至田面水高度为20-30mm。
ck2：采用控释氮肥施肥和常规灌溉模式相结合。基肥采用控释氮肥，翻地时施用，按每平方公顷稻田面积计算，施用的控释氮肥中早稻纯氮用量为150kg/hm2，晚稻纯氮用量为180kg/hm2。灌溉水分调节措施同ck1。
ck3：采用常规施肥和轻干湿交替模式相结合。常规施肥方式的试验参数和条件同ck1。所采用的轻干湿交替灌溉模式，包括以下具体步骤：水稻移栽后至第7天，保持田面水高度为20-30mm；从第7天起，每次灌水使田面水高度为20-30mm，待其自然落干后用土壤负压计(中国科学院南京土壤研究所产)监控土壤水势，测得土壤水势为-15kpa时，再灌20-30mm水层，再落干，如此循环直至水稻成熟；如遇降雨，待测得土壤水势为-15kpa时，再灌20-30mm水层，再落干。
ck4：空白对照处理，不施氮肥对照，磷钾肥用量同其他处理，在结果中只用于氮肥料利用率的计算。
t1：采用本发明的控释氮肥施肥和轻干湿交替灌溉的模式相结合。将控释氮肥全作基肥，翻地时施用，按每平方公顷稻田面积计算，施用的控释氮肥中早稻纯氮用量为150kg/hm2，晚稻纯氮用量为180kg/hm2。采用的轻干湿交替灌溉模式，包括以下具体步骤：水稻移栽后至第7天，保持田面水高度为20-30mm；从第7天起，每次灌水使田面水高度为20-30mm，待其自然落干后用土壤负压计(中国科学院南京土壤研究所产)监控土壤水势，测得土壤水势为-15kpa时，再灌20-30mm水层，再落干，如此循环直至水稻成熟；如遇降雨，待测得土壤水势为-15kpa时，再灌20-30mm水层，再落干。
t2：采用本发明的控释氮肥施肥和轻干湿交替灌溉的模式相结合。其试验条件和参数同处理t1，区别在于，按每平方公顷稻田面积计算，施用的控释氮肥中早稻纯氮用量为120kg/hm2，晚稻纯氮用量为144kg/hm2。
t3：采用本发明的控释氮肥施肥和轻干湿交替灌溉的模式相结合。其试验条件和参数同处理t1，区别在于，按每平方公顷稻田面积计算，施用的控释氮肥中早稻纯氮用量为90kg/hm2，晚稻纯氮用量为108kg/hm2。
各处理中磷钾肥用量相同，测试各处理对氨挥发损失量及损失率、水稻籽粒产量、氮肥利用率的影响，试验结果见表1-3。
表1各处理对早晚稻氨挥发损失量和损失率的影响
由表1可知，经ck1处理后，早晚稻氨挥发损失量为102.04kg/hm2，占氮肥施用量的26.10％；经ck2处理后，早晚稻氨挥发损失量为66.65kg/hm2，占氮肥施用量的15.37％，较ck1减少氨挥发损失34.7％；经ck3处理后，早晚稻氨挥发损失量为85.64kg/hm2，占氮肥施用量的21.18％，较ck1减少氨挥发损失16.07％；经本发明的方法优化处理后氨挥发损失量、损失率显著降低，其中经t1、t2和t3优化处理后，早晚稻氮素氨挥发损失量分别为49.50kg/hm2、44.54kg/hm2和26.59kg/hm2，分别占氮肥施用量的10.17％、7.05％和5.39％，均极显著低于对照处理。与常规灌溉施用尿素的对照处理ck1相比，本实施例中早晚稻氨挥发损失量减少可达51.49％-73.94％，早晚稻氨挥发损失率降低可达15.93-20.71个百分点；其中t2可减少氨挥发损失量67.50kg/hm2，损失量减少66.15％，损失率降低19.05个百分点，损失率减少72.99％。
表2各处理对水稻籽粒产量的影响(kg/hm2)
由表2可知，经ck1处理后，早稻籽粒产量为5839.0kg/hm2，晚稻籽粒产量为6614.2kg/hm2。施用控释氮肥而不改变水分管理模式后，早、晚稻产量有所提高，ck2的早稻产量为5998.5kg/hm2，晚稻产量为7144.2kg/hm2。轻干湿交替灌溉模式而不改变施氮方式，早、晚稻产量也有所提高，ck3的早稻产量为6002.9kg/hm2，晚稻产量为7191.0kg/hm2。与ck1、ck2及ck3相比，优化处理t1、t2的产量明显提升，其中早稻产量分别为6301.5kg/hm2、6113.5kg/hm2，晚稻产量分别为7498.3kg/hm2、7298.6kg/hm2。优化处理t3由于氮肥用量太少，早晚稻产量明显降低，且晚稻产量降低达到极显著水平。与常规灌溉施用尿素的对照处理ck1相比，本实施例中早稻产量提高高达7.9％，晚稻产量提高高达13.4％。
表3各处理对水稻氮肥利用率的影响(％)
由表3可知，经ck1处理后，早稻氮肥利用率为28.34％，晚稻氮肥利用率为25.06％，均显著低于优化处理t1、t2和t3。其中优化处理t2的早稻氮肥利用率高达41.74％，晚稻氮肥利用率高达39.32％，较常规施肥灌溉处理ck1的氮肥利用率分别提高13.4和14.26个百分点，较仅施用控释氮肥处理ck2的氮肥利用率分别提高11.76和8.68个百分点，较采用轻干湿交替灌溉模式处理ck3的氮肥利用率分别提高9.64和9.81个百分点，对提高水稻氮肥利用率方面有明显的效果。
从以上试验结果可以得出，本发明的减少双季稻田氮素挥发损失的方法可以明显提高氮肥利用率，有效减少稻田氮素的氨挥发损失，在一定程度上还能使水稻增产。