稻田径流侵蚀泥沙对氮素流失的影响

采用田间小区定位试验研究了自然降雨条件下稻田径流侵蚀泥沙对氮素流失的影响。结果表明:常规施肥(T0)条件下,稻季径流侵蚀泥沙量可达5113.63 kg hm-2,秸秆还田(T1)和还田减肥(T2)处理均显著降低侵蚀泥沙量达6.02%和7.18%。T1、T2和肥料运筹(T3)处理均能降低侵蚀泥沙全氮(TN)和速效氮(AN)平均浓度,分别达0.46%、6.46%、0.47%和5.57%、18.67%、13.98%。同时,就稻季侵蚀泥沙流失氮素总量而言,T0处理TN流失达14.24 kg hm-2,T1和T2处理均能显著降低侵蚀泥沙TN流失量,分别达7.58%和14.10%。同时,T1处理能够显著降低TN流失率7.58%,而T2处理则显著增加TN流失率7.37%。     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。     

稻田径流侵蚀泥沙对磷素流失的影响

采用田间小区定位试验研究了自然降雨条件下稻田径流泥沙流失规律及其对磷素流失的影响。结果表明:常规施肥(T0)条件下,稻季径流侵蚀泥沙量可达5 113.63kg/hm2,秸秆还田(T1)和还田减肥(T2)处理均显著降低侵蚀泥沙量,分别达6.02%和7.18%。T1、T2处理能降低侵蚀泥沙中全磷(TP)和速效磷(AP)的平均浓度,分别达6.23%,22.16%和3.99%,13.40%。同时,T0处理的稻季侵蚀过程中由泥沙流失的磷素总量达1 115.34g/hm2,T1、T2和T3(肥料运筹)处理均能显著降低侵蚀泥沙TP流失量,分别达18.14%,23.93%和15.21%,磷素流失率也显著地降低。     

太湖流域典型桃园土壤氮素径流流失特征

为探索协调水蜜桃优质高产与桃园养分合理投入的技术途径,以12年生晚湖景桃树为供试材料,通过野外大田小区试验(2012—2013年),研究了自然降雨条件下不同施肥及桃园管理模式对太湖流域典型水蜜桃园土壤氮素径流流失特征的影响。结果表明:农户习惯性施肥(T1)条件下,径流水TN浓度最高达87.72mg/L,且随生育期呈现总体降低趋势。减量施肥(T2)和生草模式(T3)显著降低全生育期内11次径流过程的平均TN浓度,且分别达26.16%和12.89%。桃园全生育期径流水TN流失总量达52.06kg/hm2,径流流失率达6.21%,主要分布于桃果座果期到果实成熟期和果实采收后的强台风季。生草模式(T3)显著降低TN径流流失量和流失率,且分别达7.41%和7.41%,减量施肥(T2)处理显著减少TN径流流失量,达26.96%,而流失率却增加3.99%,处理间差异不显著。同时,生草模式(T3)和减量施肥(T2)处理均可显著降低桃园土壤氮素偏流失率,降幅分别达9.51%和20.70%。     

不同耕作方式与秸秆还田对稻田氮磷养分径流流失的影响

为明确自然降雨条件下稻田田面水氮磷养分径流流失特征,寻求秸秆还田和耕作方式结合下较为有效的减排农艺措施,通过田间试验研究自然降雨条件下不同耕作方式和秸秆还田对稻田田面水氮磷养分径流流失的影响。结果表明:秸秆还田处理较秸秆不还田处理更能够有效减少稻田氮磷养分径流流失总量;秸秆不还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮径流流失量分别为6.78,8.50,11.09kg/hm2,总磷流失量分别为0.50,0.63,0.78kg/hm2;秸秆还田条件下,翻耕、旋耕、免耕总氮流失量分别为4.82,6.44,8.87kg/hm2,总磷流失量分别为0.39,0.51,0.70kg/hm2;整个稻季氮素径流流失率以免耕秸秆不还田为最高,达3.70%,翻耕秸秆还田为最低,仅为1.61%,磷素径流流失率也是免耕秸秆不还田最高,翻耕秸秆还田最低,分别为1.31%和0.65%。     

保护性耕作与平衡施肥对巢湖流域稻田氮素径流损失及水稻产量的影响研究

采用田间小区试验,连续2年研究了巢湖流域保护性耕作与平衡施肥对稻田氮素径流流失特征和水稻产量的影响。结果表明,巢湖流域水稻田在传统耕作条件下径流液中TN的浓度范围是0.73～15.33mg·L-1,DN是氮素径流流失的主要形态,约占TN的74%～92%,NH4＋-N和NO3--N所占比例差异比较大,主要与径流-施肥时间间隔以及作物的不同生育期有关。氮素径流损失量年际差异比较大,2008年和2009年分别是2.91kg·hm-2和6.23kg·hm-2,分别占施氮量的1.62%和3.46%。由于降雨事件的偶然性,平衡施肥对氮素径流损失量的影响具有很大不确定性,径流流失风险仍难以控制;保护性耕作能有效地降低氮素径流流失负荷,使得氮素流失潜能大大减小。与T（传统耕作）处理相比,TS（传统耕作＋秸秆还田）处理、BF（平衡施肥）处理和NTS＋BF（少免耕＋秸秆还田＋平衡施肥）处理水稻产量平均增产幅度分别为9.97%、13.60%和23.18%,产量差异达到显著水平。因此,保护性耕作可以作为源头控制稻田氮素流失的较好措施之一加以推广。     

保护性耕作与氮肥后移对巢湖流域麦田磷素流失的影响

农田磷素随地表径流向水体迁移可导致磷肥利用率降低、生产成本上升和环境污染风险增加,源头控制农田磷素流失对于治理巢湖水体富营养化具有重要意义。采用野外定位观测结合室内分析的研究方法,对2009—2010年冬小麦生长期间的径流、泥沙和磷素进行了监测与测定分析,研究了保护性耕作和氮肥后移对巢湖流域麦田P素径流损失及其对环境的影响。结果表明,相对于传统耕作处理（T）,传统耕作＋秸秆还田处理（TS）、氮肥后移处理（NFP）和少免耕＋秸秆还田＋氮肥后移（NTS＋NFP）径流量分别减少了20%、10%和22%,泥沙量分别减少了30%、14%和38%,表现出显著的水土保持作用。各处理径流液总磷（TP）浓度范围是0.095～0.360mg·L-1,其中,颗粒态磷（PP）是磷素随地表径流迁移的主要形式,约占TP的51%～69%。长期的保护性耕作提高径流液中溶解态磷（DP）的浓度,降低了PP的浓度,但TP浓度难以看出明显的变化规律,而氮肥后移降低了径流液中各形态磷的浓度。各处理TP流失量在0.060～0.079kg·hm-2之间,约占当季施磷量的0.2%。处理TS、NFP和NTS＋NFP与处理T相比,TP流失量分别减少了20%、21%和24%。作物生长情况显著影响土壤磷素的流失,地上部分生物量、地上部分吸磷量与径流TP的迁移量呈负相关关系。因此保护性耕作和氮肥后移可以作为源头控制农田磷素流失的较好措施加以推广。     

有机肥施用对菜地磷素径流流失及磷素表观利用率的影响

采用田间小区定位试验(2011—2012年)研究了自然降雨条件下有机肥施用对太湖流域典型蔬菜地磷素径流流失、蔬菜产量及磷素表观利用率的影响。结果表明:冬瓜种植季内菜地径流水量可达1 800~3 528m~3/hm~2,且与降雨量呈显著线性正相关关系。单施化肥(T1)处理条件下,菜地磷素(TP)径流流失量和流失系数分别达3.45kg/hm~2和1.08%,有机肥施用(T2、T3)显著增加TP径流流失量达14.79%和115.36%,而流失系数却降低39.63%(P0.05)和9.11%(P0.05)。从冬瓜产量角度考量,较T1处理而言,有机肥施用(T2、T3)条件下,虽然经济产量和废弃物产量分别提高1.41%~2.88%和4.17%~6.20%,但冬瓜经济系数却稍有下降,但处理间差异不显著。同时,虽然有机肥施用(T2、T3)显著增加冬瓜磷素吸收量达27.27%和46.18%,但磷素表观利用率却显著降低36.79%和61.22%(P0.05)。有机肥施用显著增加菜地磷素盈余,T2、T3处理条件下,盈余量高达238.44~496.28kg/hm~2,分别达T1处理的2.60倍和5.42倍。     

麦秸还田对水稻产量及地表径流NPK流失的影响

在大田试验条件下,以水稻品种运2645为供试材料,设置常规处理（A）、麦秸还田（B）、麦秸还田减肥（C）、肥料运筹（D）和旋耕（E）5个处理组合,研究不同处理对水稻产量及农田地表径流NPK流失的影响。结果表明：（1）麦秸还田使水稻产量比常规处理增加3.0%左右;（2）试验年度稻季农田总地表径流水量为4.3×103m3·hm-2;（3）麦秸还田减肥和麦秸还田处理比其处理明显降低农田地表径流水体NPK流失量,不同处理地表径流总N流失量由低到高依次为麦秸还田减肥、麦秸还田、常规处理、肥料运筹和旋耕,不同处理地表径流总P和K的流失量由低到高依次为麦秸还田减肥、麦秸还田、肥料运筹、常规处理和旋耕;（4）麦秸还田能够降低稻田地表径流NPK的流失率,但麦秸还田减肥处理由于流失量减小幅度远低于肥料施用量的减小幅度,其NPK流失率均表现为最高;（5）麦秸还田使水稻产量略有增加,使稻田地表径流水体NPK流失量和流失率均明显降低。     

自然降雨下玉米秸秆堆沤还田对滇中小流域坡耕地氮素流失的影响

为探究自然降雨下不同堆沤方式秸秆还田对小流域坡耕地径流泥沙及氮素流失的影响,以滇中二龙潭流域坡耕地为研究对象,设置9种不同玉米秸秆堆沤方式,分别为CK及8种处理,各处理包括2种秸秆还田量(0.75,1.5 kg/m^2)、2种秸秆粒度(1,5 cm)、2种秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤),研究烤烟坡耕地产流产沙及氮素流失特征。结果表明:(1)在4场具有典型产流的降雨中,施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒秸秆(5 cm),均可有效减少坡耕地产流产沙量(10.06%~38.60%和10.07%~38.60%);(2)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒秸秆(5 cm)及未添加尿素堆沤的秸秆径流TN、NO3--N浓度低于施用高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)、细颗粒秸秆(1 cm)及添加尿素堆沤的处理(1.96%~32.79%和3.97%~40.89%);(3)各处理下NO3--N/TN、NH4+-N/TN、PN/TN分别为63.64%~86.18%,5.31%~13.86%和5.33%~25.80%,表明坡耕地地表径流氮素主要流失形式为NO3--N,溶解态氮是径流中的主要氮素污染物;(4)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒(5 cm)秸秆、未加尿素堆沤的秸秆,泥沙TN流失浓度降低(16.87%~48.15%);(5)施用较高秸秆还田量、粗颗粒秸秆及未添加尿素堆沤可有效降低滇中坡耕地氮素的流失风险(0.32%~35.05%和54.52%~77.23%)。TN径流和泥沙流失中,以径流输出为主,占TN流失量的50.09%~71.67%。为了减少该流域氮素流失量,可选择施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒(5 cm)秸秆,并依据烤烟不同生长期的吸收情况和土壤养分情况等选择少量或不添加尿素堆沤进行秸秆还田。     

不同施肥模式对菜—稻轮作农田土壤磷素径流损失与表观平衡的影响

采用田间小区定位试验(2015—2016年)研究了自然降雨条件下农户习惯性施肥(T1)、减量施肥(T2)及优化施肥(T3)不同施肥模式对太湖流域菜—稻轮作农田土壤磷素径流流失特征和磷素表观平衡的影响。结果表明:菜—轮作农田地表径流排水主要分布于强降雨(梅雨季、台风季)集中的水稻生长季,与降雨量呈显著线性正相关关系。磷素径流流失也集中在水稻季,各处理条件下,其流失量占周年流失总量的比例达74.75%~81.46%。农户习惯性施肥模式(T1)处理条件下,蔬菜季径流总磷平均浓度(0.55mg/L)显著高于水稻季(0.29mg/L),但磷素径流流失量(0.49kg/hm^2)却显著低于水稻季(2.13kg/hm^2)。减量施肥(T2)和优化施肥(T3)模式处理可显著降低蔬菜季、水稻季径流磷素浓度和菜—稻周年磷素径流流失量。较T1处理,T2和T3处理显著降低菜—稻周年TP径流流失量分别达22.48%和45.66%。菜—稻轮作农田土壤磷素盈余量呈现显著的施肥模式差异和季节差异,周年盈余量高达260.90kg/hm^2,且主要集中在蔬菜生长季(70.63%)。较T1处理,T2、T3处理显著降低周年磷素盈余量达38.47%~64.87%(P<0.05)。同时,虽然蔬菜产量在T2、T3处理下均显著下降,但较T2处理,T3处理对蔬菜、水稻及周年产量均无显著影响。可见,菜—稻轮作种植模式下,蔬菜季施用适量生物炭,稻季不施磷具有磷素减排、维持作物稳产和磷素表观平衡的协同效应。     

不同施肥模式对菜地氮素径流损失与表观平衡的影响

采用田间小区定位试验(2014—2015年)研究了自然降雨条件下农户习惯性施肥、减量施肥及减量施肥配施生物炭等不同施肥模式对太湖流域蔬菜地氮素径流流失、蔬菜产量及氮素表观平衡的影响。结果表明:甘蓝种植季内菜地径流水量达1 729.20m~3/hm~2,且与降雨量呈显著线性正相关关系。农户习惯性施肥(T1)处理条件下,菜地TN径流流失量达47.66kg/hm~2。减量施肥(T2)和减量施肥配施生物炭(T3)处理显著减少了氮素径流流失量,分别达13.95%和23.68%。与T2相比,配施生物炭(T3)可显著降低菜地氮素径流流失量达11.31%。菜地径流氮素以NO_3~-—N损失为主,各处理条件下,其流失量占TN的比例达81.11%~85.94%。菜地氮素平衡盈余量达158.24kg/hm~2,且随着氮素输入量的减少,氮素盈余量显著降低。T2、T3处理条件下,盈余量显著降低29.03%~39.81%。同时,T2、T3处理显著降低甘蓝叶球产量达16.12%~19.11%,而球形指数则显著增加6.17%~7.41%,氮素偏生产力也显著提高24.39%~28.98%。与T2相比,配施生物炭(T3)处理可小幅提高甘蓝产量及氮肥偏生产力,但处理间差异不显著。     

稻麦秸秆全量还田的产量与环境效应及其调控

秸秆还田是一项土壤培肥、实现农业可持续发展的重要措施,但稻秆还田经济效益低、增产效应不显著以及一些环境负效应,影响了该措施的推广。本文结合本课题组研究工作,综述了国内外近期的相关研究进展,就稻麦秸秆全量还田的产量效应、秸秆腐解特性与环境效应及其调控进行了分析。研究表明,秸秆还田能提高土壤肥力,增加稻麦产量,且增产效应随还田时间延长而增加;稻季麦秸/油菜秸的腐解率在50%~66%,其N、P、K养分释放率分别为42%~58%、55%~68%和92%~98%;秸秆还田能显著提高农田碳固定、减少径流损失,但也增加了稻田甲烷排放、氨挥发以及渗漏的养分损失。提高秸秆还田效益的调控措施有:增加稻麦前期氮肥施用比例,适当减少总的氮肥、磷肥用量,大幅减少钾肥用量;秸秆尽量在麦季还田、稻季采用湿润灌溉可减少甲烷排放。     

水稻机械化播栽对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

为探明高产栽培条件下水稻机械化播栽对稻麦两熟农田稻季甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放的影响,以超级稻南粳44为材料,于2011年和2012年在麦秸还田和不还田两种条件下对机械直播、机械栽插、常规手栽3种水稻播栽方式的稻田CH4和N2O排放量和水稻产量进行了比较研究。结果表明,稻季CH4和N2O排放主要集中在水稻生育前中期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占稻季总排放量的76.49%~91.13%,有效分蘖临界叶龄期至拔节N2O累积排放量占稻季总排放量的33.56%~49.41%。麦秸还田显著提高稻季CH4总排放量(P0.05)、降低N2O总排放量(P0.05),机械栽插的稻季CH4总排放量较常规手栽略减3.25%~9.50%(P0.05),机械直播显著低于机械栽插和常规手栽(P0.05):2011年,麦秸不还田条件下机械直播较机械栽插和常规手栽稻季CH4分别减排15.69%和18.43%,麦秸还田条件下分别减排14.54%和22.66%;2012年,麦秸不还田条件下机械直播较机械栽插和常规手栽稻季CH4分别减排26.63%和32.12%,麦秸还田条件下分别减排30.51%和36.75%。机械直播较常规手栽显著增加稻季N2O总排放量0.16~0.97 kg/hm2(P0.05),机械栽插和常规手栽的差异不大(P0.05)。机械直播的产量水平显著低于常规手栽(P0.05),减产8.43%~10.79%,机械栽插较常规手栽产量降低1.27%~3.49%(P0.05)。稻季的全球增温潜势主要由排放CH4产生,麦秸还田显著提高全球增温潜势(P0.05),机械直播的全球增温潜势显著小于机械栽插和常规手栽(P0.05)。麦秸还田条件下,2011年和2012年机械直播的"单位产量的全球增温潜势"较常规手栽分别减少12.02%和28.71%(P0.05)。上述研究表明,在长江下游稻麦两熟区采用机械直播有利于减少稻季CH4排放,麦秸还田条件下机械直播替代常规手栽能减少稻田排放CH4和N2O产生的综合温室效应。     

麦稻两熟地区不同埋深对还田秸秆腐解进程的影响

为探讨稻麦两熟地区还田秸秆的腐解进程,用尼龙网袋法研究了麦稻秸秆不同埋深(0、7、14.cm)对还田秸秆腐解及C/N比的影响。结果表明,在麦田,埋深14.cm的秸秆腐解速度最快,覆盖在表层较慢。稻田由于有水层的作用和高温高湿的环境,秸秆腐解比麦田快,覆盖在表层比埋入土中的略慢。麦季稻秸覆盖还田一季后秸秆残留率在60%左右,埋入土中的残留率在40%左右;稻季麦秸覆盖还田一季后秸秆残留率在25%左右,而埋在土中的残留率在20%左右。随着还田秸秆的腐解,秸秆含氮量逐渐增加,全碳含量下降,秸秆C/N比降低。麦季稻秸覆盖C/N比较高,而稻季麦秸覆盖的C/N比较低。一季后麦田稻秸的C/N比平均在30左右,稻田麦秸在15以上,比土壤腐殖质的C/N比高,说明种植一季作物后,还田的秸秆尚未完成腐殖化过程。     

稻麦轮作下秸秆还田对稻麦产量和稻田可溶性有机碳含量的影响

为阐明稻麦轮作体系下秸秆还田对作物产量与稻田可溶性有机碳（DOC）的影响,通过连续2年盆栽试验研究了两种典型土壤（壤土和黏土）在无秸秆还田、半量秸秆还田、全量秸秆还田3种处理下稻麦产量和稻季土壤溶液DOC浓度的动态变化。结果表明,秸秆还田显著增加了两种土壤大多数处理的水稻产量,增幅1.6%~11.9%,其中全量秸秆还田的增产效果大于半量秸秆还田（第1年不显著,第2年显著）。秸秆还田对小麦产量的影响因土壤类型而异,壤土中小麦产量显著增加7.2%~10.6%（第1年）或增产不显著（第2年）,但全量秸秆还田和半量秸秆还田处理之间没有显著差异;黏土中小麦显著减产（5.0%~9.3%）,其中第2年的全量秸秆还田减产效应显著大于半量秸秆还田。秸秆还田及土壤类型显著影响水稻前期（烤田之前）的土壤溶液DOC浓度,全量秸秆还田、半量秸秆还田分别比无秸秆还田处理平均增加141.7%、61.9%,壤土比黏土平均增加89.6%;间歇淹水之后,所有秸秆还田处理及土壤类型的DOC浓度均迅速降低。总体上,秸秆还田对两种土壤的水稻增产都有利,但对黏土小麦增产不利,秸秆还田显著增加了稻田前期的DOC浓度,间歇淹水可以迅速降低稻田DOC浓度。     

Effects of Straw Incorporation Methods on Nitrous Oxide and Methane Emissions from a Wheat-Rice Rotation System

The incorporation of straw with a microbial inoculant (a mixture of bacteria and fungi, designed to accelerate straw decomposition) is being increasingly adopted within the agricultural sector in China. However, its effects on N and C trace gas emissions remain unclear. We conducted a field experiment to investigate the effects of different straw incorporation methods (with and without microbial inoculant) in the wheat season on nitrous oxide (N₂O) and methane (CH₄) emissions from a wheat-rice rotation system in China. The treatments comprised N, P, and K fertilizers only (NPK), NPK plus rice straw (NPKS), NPKS plus Ruilaite microbial inoculant (NPKSR), and NPKS plus Jinkuizi microbial inoculant (NPKSJ). Rice straw incorporation before wheat sowing significantly decreased N₂O emissions during the wheat season and stimulated N₂O and CH₄ emissions during the subsequent rice season. Compared with the NPKS treatment, the NPKSR and NPKSJ treatments decreased N₂O emissions during the wheat season, but had no effect on N₂O or CH₄ emissions during the subsequent rice season. Annually, the two treatments were comparable regarding N₂O emissions. Although the global warming potentials of the NPKSR and NPKSJ treatments were lower than that of the NPKS treatment during the wheat season, no significant differences were observed during the subsequent rice season, or over the entire rotation cycle. The annual greenhouse gas intensity was slightly lower in the NPKSR and NPKSJ treatments than in the NPKS treatment. Overall, these results suggest that the incorporation of rice straw with a microbial inoculant in the wheat season was the best strategy tested for managing straw resources within the wheat-rice rotation system.