不同施肥处理稻田系统磷素输移特征研究

磷是水体富营养化限制性元素,近年来由于磷肥的过量施用,农田迁移的磷素已成为水体磷素的主要来源。本研究通过野外测坑定位试验,研究有机肥处理(OT)、混施肥处理(MT)和化肥处理(CT)3种施肥处理下,稻田中磷素的迁移流失特征及这3种处理对水稻产量和磷素利用率的影响,以探求稻田系统的最佳施磷方式。结果表明,CT、MT和OT 3种施肥方式的磷径流流失负荷分别为0.56 kg(P)·hm-2、1.13 kg(P)·hm-2和4.20 kg(P)·hm-2,渗漏流失负荷分别为0.42 kg(P)·hm-2、0.44 kg(P)·hm-2和0.45 kg(P)·hm-2;磷的径流流失占流失总量的56.86%~90.38%,是水稻田磷素流失的主要途径。磷的径流流失主要受施肥和降雨的影响,50%左右磷的流失发生在第1次径流过程;磷素渗漏流失特征不受施磷处理的影响,80%以上的流失发生在施肥后的前30 d。在磷素流失形态上,坑面水、渗漏水和径流水中磷素的主要形态均为可溶性磷;在土壤方面,MT处理和OT处理能保证土壤磷营养,CT处理的土壤有效磷和有机质含量则显著下降。3种施肥处理的水稻产量显著高于空白对照,且MT最高,为6 728.84 kg·hm-2;磷肥利用率CT和MT处理显著高于OT,CT和MT间差异不显著。综合比较,混施肥处理在磷素流失、土壤养分利用和水稻产量等方面更符合我国生态农业发展的要求。     

太湖地区稻田缓冲带在减少养分流失中的作用

选取苏南太湖地区宜兴市和常熟市的水稻田为试验点,研究了不同施肥水平下缓冲带降低稻田田面水、渗漏水、灌溉水中N、P浓度的效果,以及对水稻产量的影响。结果表明:缓冲带与施肥处理的水稻产量差异不显著;稻季缓冲带拦截N、P径流损失效果明显,总氮净拦截量在20.6~51.8 kg hm-2之间,占田面水中总氮的31.7%~50.9%,总磷净拦截量在4.7~5.1 kg hm-2之间,占田面水中总磷的1/2多,缓冲带对渗漏水中N、P的水平迁移具有同样明显的拦截效果,减少了N、P向水体的输入量;土壤剖面中N、P养分呈上高下低的趋势,稻田生态系统能净化灌溉水中的磷。     

稻田土壤养分的迁移规律及其环境风险

我国几乎所有大的湖泊均面临富营养化问题,究其原因主要是由于氮、磷的过量输入,而P又是内陆水体富营养化的限制因素[1~4]。有关资料表明[5],在排除工业点源污染后,太湖流域各种面源污染中每年从农田进入水体的磷素相对贡献率不足10%,而生活污水、人畜排泄物及淡水养殖业等的磷素相对贡献率达90%左右。稻田土壤是水网地区一种特定的土地利用方式,农田管理方式直接影响着周围水体的环境状况,因此有关稻田土壤的农田排水和径流损失方面也一直是环境学家关注的热点问题。目前有关稻田土壤磷素损失机制,磷素在稻田土壤中向下迁移的可能性及渗漏通量还没有比较明确的定论。本试验通过模拟高强度集中供磷状况下,稻田土壤氮、磷的     

长期施磷稻田土壤磷素累积及其潜在环境风险

应用常规化学分析法和数学统计方法,基于太湖地区13年的长期定位试验,研究长期不同施磷水平下[0(不施磷)、30 kg.hm 2.a 1(低磷)、60 kg.hm 2.a 1(适磷)、90 kg.hm 2.a 1(高磷)]稻麦轮作系统稻田土壤磷素累积规律及磷素流失引发的环境风险。在本试验区土壤环境条件下,可能发生稻田磷素淋溶及径流的土壤耕层(0~15 cm)Olsen-P临界值分别为26.0 mg.kg 1和24.8 mg.kg 1。连续13年适磷、高磷施肥,土壤耕层Olsen-P含量分别达到26.9 mg.kg 1和33.2 mg.kg 1,均高于临界值浓度,且已导致稻田田面水与30 cm渗漏水中总磷浓度显著升高,大大提高了稻田磷素淋溶及径流的风险。低磷施肥土壤Olsen-P长期稳定在(10.1±2.0)mg.kg 1水平,并且每年的稻麦产量与高磷、适磷处理相比并无显著差异,而长期低磷施肥土壤磷的流失风险也较小。因此,在太湖地区稻麦轮作体系下,磷肥不宜以常规适磷水平长期施用,建议以低磷水平(30 kg.hm 2.a 1)长期施用或以适磷水平(60 kg.hm 2.a 1)间歇式施用。     

紫云英翻压后稻田土壤可溶性有机氮迁移特性与损失风险

可溶性有机氮在氮素转化和生态环境安全方面具有重要的作用。在等氮磷钾条件下以单施化肥（CK）为对照,研究不同数量紫云英翻压后（CMV1,15 000 kg?hm-2;CMV2,30 000 kg?hm-2和CMV3,45 000 kg?hm-2）灰泥田土壤可溶性有机氮（SON）和溶解性有机氮（DON）的动态变化、迁移特征及损失量。结果表明,不同施肥处理20～40 cm和40～60 cm土层SON含量分别较0～20 cm土层降低了58.50%和78.47%;施用紫云英利于SON在灰泥田土壤剖面中累积,水稻生育期0～60 cm土层CMV1、CMV2和CMV3处理SON密度分别较CK处理提高5.57%、10.11%和21.39%;不同施肥处理DON总损失量介于18.33～58.55 kg?hm-2,占可溶性总氮的46.52%～50.16%,其中3.77～37.85 kg?hm-2（以N计,下同）随淹水层径流损失,14.5～18.02 kg?hm-2随渗滤液迁移损失,且DON在土层间的迁移具有一定的延迟性;每季水稻CMV1、CMV2和CMV3较CK可分别减少16.90、31.09和37.52 kg?hm-2的DON损失。上述结果表明DON是稻田土壤氮素损失的重要形态,施用紫云英后灰泥田DON的损失量低于施用等氮量尿素,可减少水田氮素面源污染。     

紫色土稻田磷素流失潜能及其水分管理研究

通过对紫色土稻田田面水和土壤样品磷素的分析,研究了水稻不同生育期田面水磷素含量和土壤磷素的含量特征。结果表明:田面水磷浓度随着施磷水平的提高而提高,水稻移栽后的2周内应禁止排水,这期间水稻的水分管理应采取浅水灌溉栽秧、浅水返青。田面水TP和DP浓度随时间(x)的变化呈极显著的对数(y=a.ln(x)+b)下降规律,可通过对数方程推算对环境影响小的排水时间。在水稻移栽后第36天和第86天总磷流失负荷分别为124～501g/hm2和40～211g/hm2。稻季施磷肥会造成对地下水体的污染,且田面水中磷浓度较高一直持续40天左右,稻田磷肥大量径流流失也主要发生在这一时期,要加强这期间的田间管理,并收集稻田的排水用于后期灌溉稻田。     

湖南双季稻田不同氮磷施用量的径流损失

研究双季稻田不同施肥量处理的氮磷降雨径流损失规律,对于指导双季稻合理施肥、保护水环境具有重要的现实意义。本研究采用田间试验结合径流小区监测方法,对湖南双季稻田不同氮、磷施用量的径流损失进行了研究。结果表明,单次径流事件中径流水的氮、磷含量随施肥量的增加而增大;基肥和追肥后10d内发生的3次径流事件中径流水的氮磷含量较高,其中总氮含量最高达10.880mg.L-1,总磷含量最高为0.202mg.L-1;铵态氮和硝态氮是稻田总氮径流损失的主要形态,水稻生长前期以铵态氮为主,后期则以硝态氮为主;可溶性磷占总磷比例为11.0%~94.0%;整个双季稻期间不同施肥量处理的总氮流失量为3.710~7.290kg.hm-2,流失系数为1.870%~3.771%,总磷流失量为0.200~0.320kg.hm-2,流失系数为0.327%~0.966%;氮、磷流失量与其施用量存在极显著的线性正相关,相关系数分别为0.978和0.997。氮、磷流失系数随氮、磷施用量增加而下降。适当减少双季稻田氮磷施用量能有效控制稻田的氮磷径流损失量,减小对地表水质的威胁。     

施用鸡粪后土壤中磷的淋溶损失特征研究

采用室内土柱淋溶模拟试验,研究了施用鸡粪的华南水稻土中各形态磷的淋失特征。结果表明:①总可溶性磷(TDP)占总磷(TP)的比例高达59.2%~77.6%,总可溶性无机磷(DIP)占TDP的比例为61.4%~83.0%。可见研究土壤中磷主要以总可溶性磷形态向下迁移淋失,可溶性无机磷是迁移总可溶性磷的主要组分。②随着淋洗次数的增加,各处理淋洗液TP浓度逐渐下降,而TDP、DIP和总可溶性有机磷浓度(DOP)浓度则呈现下降-增加-下降的特点。③各土层淋洗液TP、TDP、DIP及DOP浓度随着鸡粪用量的增大而提高。因此,在生产中一次性施用鸡粪量不宜过大,否则会增加磷素淋失的风险。④适量添加沸石或硫酸亚铁能有效降低土壤中磷素向下迁移淋失。⑤各土层TP、TDP和DIP淋失风险大小顺序为25-50 cm土层0-25 cm土层50-75 cm土层。表明可溶性磷在0-50 cm土壤剖面中有较强向下迁移的能力,但50 cm以下迁移能力较弱。     

江汉平原地区潮土水稻田面水磷素流失风险研究

通过监测田面水磷素含量和形态的动态变化来研究稻田磷素流失风险.结果表明:从环境角度、经济效益和水稻生长出发,用线性 平台施肥模型得到该地区水稻的最佳施磷量为66 kg P2O5/hm2;施磷后田面水各形态磷浓度呈现急剧下降-缓慢下降-平稳的过程,但在施磷后7天内田面水磷素浓度仍然较高,是磷素流失的高危险期;用对数模型模拟田面水中各形态磷素含量与施肥时间的关系(可溶性有机磷SOP除外),其相关系数r为0.715 1～0.963 9,在P＜0.05水平下达到极显著水平,应用模型预测常规施肥下田面水的安全排放期时为施肥后24天;除P0处理外,其余各处理中田面水磷的形态以可溶性无机磷SIP为主,随着施磷量的增加,颗粒态磷PP在田面水中的浓度呈现增大的趋势,因此,在评价田面水排放或者稻田径流对水体富营养化的贡献时,颗粒态磷PP的影响也不容忽视.     

磷肥减施对集约化露天菜地周年磷损失削减效果评价

集约化菜地因高量施肥以及大水漫灌导致其在农田磷污染排放中的占比最高,目前已成为种植业磷损失的优先阻控对象。在定量评估菜地周年磷损失量的基础上,明确蔬菜合理的磷肥投入阈值范围,通过源头控制菜地磷的迁移、流失,对于有效降低中国农业面源污染造成的环境压力具有重要意义。以太湖流域露天菜地为研究对象,设置农民习惯施磷(对照)和减量施磷处理(减施20%、30%、50%和100%),通过为期一年的蔬菜轮作试验,明确土壤磷素环境阈值及磷素周年径流流失特征。结果表明,菜地磷环境阈值为78.9 mg·kg^-1,所有处理土壤表层有效磷(Olsen-P)含量均超过环境阈值。随施磷量的减少,菜地总磷(TP)径流损失浓度降低,并主要以可溶性磷(DP)流失形态为主,DP/TP比例为50.1%～63.1%。磷径流损失负荷呈现出明显的季节性特征,夏秋季磷素流失量为1.93～3.26 kg·hm^-2(以P计),占全年磷素流失通量的59.2%～63.2%。结构方程模型结果表明,当季施磷量直接且极显著影响TP流失浓度,并且TP流失浓度对TP流失负荷存在极显著的正向影响,影响系数为0...     

佛山市湿地松林地表径流中可溶解性氮和磷的流失特征

研究了佛山的湿地松林地表径流及可溶解性氮和磷流失的特点.结果表明,湿地松林的年径流量为16.7 mm,集中在夏季.林分的地表径流量和降雨量的关系按照二项式方程变化.地表径流中氮浓度与径流量之间存在着对数关系.湿地松林的地表径流中可溶解性氮输出量为221g/(hm2·a),春季和夏季为氮流失高峰期,占可溶解性氮年流失量的80%以上.湿地松林地表径流中可溶解性磷流失量为7.0g/(hm2·a),2008年5月和6月为湿地松林的地表径流中可溶解性磷流失高峰,占该年流失量的59%.     

太湖地区种植结构及农田氮磷流失负荷变化

太湖地区是我国农业最发达区域,近年来随着经济利益的驱动,太湖地区稻田改为果园、菜地、茶园现象突出,该地区种植结构的变化趋势和分布特征以及种植结构改变前后的氮(N)、磷(P)肥投入量、径流流失负荷量尚缺乏研究。本研究基于农业统计年鉴和文献调研数据,通过2002—2017年太湖地区主要城市(常州、无锡、苏州、湖州)果菜茶和水稻种植面积、N和P养分投入量、农田N和P流失负荷研究分析,为该地区农业面源污染防治和治理提供科学依据。得出如下结论:2002—2017年太湖地区果菜茶种植面积显著增加,尤其是果园(增加2.852×104hm2)和茶园(增加1.892×104hm2),而稻田种植面积下降显著(下降1.985×105hm2);2002—2010年间种植结构变化速率远高于2010—2017年,且果菜茶种植面积增加主要集中在武进、南浔、宜兴、苏州市区、长兴等临湖地区。2002—2017年太湖地区N、P肥投入量分别降低25.26%和9.59%, N流失量显著下降34.66%, P流失量仅下降1.84%。现今太湖地区稻田、果园、菜园和茶园的N流失负荷分别为10 200t、670 t和10 100 t、250 t, P流失负荷估算量分别为290 t、400 t、3 000 t和50 t。随着种植结构的改变,太湖地区稻田种植体系已不是农田N、P流失的最大来源,果菜茶来源的N、P流失总和已排在第一位,成为了目前农田N、P流失的优先控制对象。建议下一阶段太湖地区农业面源污染防治应侧重于优化果菜茶与水稻种植结构,同时强化P污染防治技术研究,最终实现太湖地区种植业的清洁可持续发展。     

不同施肥类型对稻田氮素流失的影响

采用田间试验探究了不同施肥处理对稻田氮素流失的影响,其中不同施肥包括对照(CK)、常规施肥(CT)、有机肥替代(BS)和炭基肥(CB)4个处理。结果表明:CB和BS组对降低稻田氮素径流流失的效果显著(p<0.05),其中稻田铵态氮的径流流失总量CT组(20.08 kg/hm^2)>BS组(15.53 kg/hm^2)>CB组(12.68 kg/hm^2)>CK组(0.63 kg/hm^2)。通过估算不同深度土壤的铵态氮与硝态氮淋溶流失量可知,BS和CB组对降低稻田氮素淋溶流失的效果有限。CT、BS和CB组中无机氮的表面径流流失总量占施氮量的5.30%~8.30%,淋溶流失总量占施氮量的0.21%~0.27%,说明氮素流失以径流为主。各施肥处理(CT、BS、CB)分别增产18.3%,28.4%,24.9%,达显著水平(p<0.05)。研究结果说明施用炭基肥和有机肥可显著减少稻田的氮素流失。     

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/hm2)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4 5.66%。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3 8.47%～64.87%(P0.05)。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。     

不同氮肥用量与施肥时期对冷浸田单季稻 生长及农学效率的影响

冷浸田为福建省主要低产田类型之一。基于福建省浅脚烂泥田、青泥田与锈水田主要冷浸田类型,通过田间3个点试验研究不同氮肥用量(105、150与195 kg/hm~2)与施用时期(基蘖肥︰穗肥=10︰0与基蘖肥︰穗肥=7︰3)运筹组合对单季稻生长的影响。结果表明,增施氮肥促进了各类型冷浸田水稻分蘖期分蘖生长速率。不同氮肥组合的锈水田、青泥田与浅脚烂泥田水稻籽粒产量分别较不施肥(CK)增幅14.5%~45.5%、9.4%~13.5%和10.4%~15.9%,但在105 kg/hm~2用量基础上再进一步增施氮肥,籽粒增产效果明显放缓。施用氮肥显著增加了成熟期水稻有效穗数,但对每穗实粒数及千粒重影响不明显。105、150、195 kg/hm~2 3种氮肥用量下各类型冷浸田的农学效率均值分别为17.4、13.3与12.8 kg/kg。除浅脚烂泥田施用穗肥的秸秆产量有显著差异外,其余氮肥不同施肥时期的籽粒与秸秆产量均无显著差异。增施氮肥有提高籽粒氮的趋势,但同时降低了籽粒钾含量。鉴于冷浸田土壤氮素水平较高,单季稻氮肥经济用量宜控制在105~150 kg/hm~2中低水平,超过150 kg/hm~2,农学效率递减,且无明显增产效果。另从人工成本及效益考虑,宜选择基蘖肥︰穗肥=10︰0的施氮方式。     

杉木人工林皆伐对林地径流水化学特征的影响

杉木人工林皆伐前后径流水化学特征研究结果表明，杉木人工林皆伐后引起林地土壤养分大量流失，皆伐后2年内土壤N素、P素、盐基离子（K^ ,Na^ ,Ca^2 ,Mg^2 ）的可溶性盐分的流失增量分别为20.54kg/hm^2、0.817kg/hm^2、42.67kg/hm^2和774.44kg/hm^2，表晨杉木人工林具有一定的调节、富集和保持土壤养分的能力。     

施用包膜尿素对水稻生长和氮磷流失的影响

施用新型肥料是减少养分径流损失的重要途径。采用田间试验研究了施用包膜尿素对水稻生长和径流氮磷损失的影响,试验设置CK(习惯施肥)、PU1(减磷41%、减氮20%、施普通尿素)、PU2(PU1基础上减氮13%)、UR1(PU2基础上施包膜尿素)和UR2(UR1基础上减氮13%)5个处理。结果表明:PU1和UR1处理水稻氮磷含量与CK处理相近,PU1成熟期氮、磷总积累量比CK增加11.21,2.69kg/hm~2。PU1和UR1处理成熟期地上部生物量和籽粒产量高于CK处理,籽粒产量分别提高7.68%,5.77%。PU1、PU2、UR1和UR2处理径流总磷含量和累积流失量比CK处理低,减少13.18%~21.51%。施用包膜尿素(PU1、PU2)处理径流总氮、铵氮和硝氮含量低于施用普通尿素(CK、UR1、UR2)处理;稻田径流总氮、铵氮和硝氮累积流失量分别减少12.90%~26.91%,54.52%~49.38%和4.03%~15.95%,其中包膜尿素处理铵氮累积流失量显著(P0.05)小于普通尿素处理。施用包膜尿素和优化施肥能促进水稻对氮磷养分的吸收,提高水稻籽粒产量,显著减少稻田氮磷流失量,值得在水稻生产中推广应用。     

基因组学在作物抗逆性研究中的新进展

自然环境中各种生物和非生物胁迫是影响作物产量的巨大威胁。随着现代分子生物学的发展,从分子水平研究作物抵御逆境的机理已成为生态农业研究的一个重要任务,分子遗传学与生态学的整合诞生了生态基因组学即用基因组学的技术和手段研究生态学领域的问题。基因组学按其研究内容分为功能基因组学、结构基因组学和比较基因组学,本文从这3方面分别阐述了作物抵抗生物胁迫和非生物胁迫的生态基因组学研究进展,总结了基因组学在植物抗逆性研究中的一些新技术和新手段,特别是基于近几年发展起来的二代深度测序所带来的一系列高通量的检测方法与结果。①功能基因组学包含转录组学、表观遗传学、蛋白组学、相互作用组学、代谢组学和表型组学,本文侧重从植物抗逆的功能基因表达水平上的研究展开,重点探讨了转录组学和表观遗传学在植物抗逆研究的新进展,介绍了一些转录组学和表观遗传学研究技术,如基因芯片技术、RNA测序技术、SAGE、cDNA-AFLP、SSH、亚硫酸盐法、ChIP-Chip、ChIP-seq等;例举了一些转录因子基因家族在植物抗逆反应中的作用,总结其作用共性,结果表明不少抗逆基因受到胁迫后基因转录激活上有一定相关性,大多受激素信号转导途径所调控,很多抗逆途径最终都涉及到ABA信号传导通路并与衰老相关;植物的抗逆性受多个信号通路调控,对同一逆境响应常常需要不同的转录因子共同参与,而同一转录因子也有可能参与2个以上的不同抗逆反应;表观遗传学则指在不改变基因序列前提下,对DNA甲基化修饰、组蛋白翻译后修饰及小RNA介导的信号传导等,有证据表明其存在遗传印记作用。②结构基因组学主要利用QTL定位和DNA测序技术,确定植物基因组的遗传图谱和物理图谱,二代深度测序平台的建立使许多植物的全基因组测序成为可能。迄今为止,已有超过40种植物完成全基因组测序,越来越多的植物全基因组计划正在实施中或预计实施。③比较基因组学是基于功能基因组学和结构基因组学进而比较不同物种或不同群体间的基因组差异和相关性的研究,可分析逆境响应相关基因在进化过程中及在地理位置分布中的作用和意义,也同时为QTL定位及功能基因组学研究提供丰富信息。此外,还简要介绍并列举了一些网络共享作物抗逆的生物信息资源数据库。虽然基因组学在如何正确处理海量数据等问题上还存在瓶颈,但它提供的大量作物抗逆方面的基因组信息已为植物抗逆研究提供了众多线索与依据,为今后改良作物抗逆性的遗传育种工作带来了新启示。     

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。