不同施肥方式下稻田氮磷流失特征

采用大田小区试验,研究3种不同施肥方式下稻田系统氮(N)、磷(P)流失特征。实验结果表明,施用尿素和缓释肥的混施处理(MT)田面水中总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度均为最高,分别为24.01和3.78mg/L,降雨产生径流时的N、P流失风险最大。整个水稻季,MT处理的N、P径流流失负荷分别为23.91和2.67kg/hm2,均为3种施肥处理中最高;MT处理的N、P渗漏流失负荷也为最高,分别为9.19和1.79kg/hm2。相对于MT处理,施用尿素和BB肥的无机处理(CT)及施用有机肥的有机处理(OT)能分别减少14.69%和29.18%的N总流失负荷及61.85%和68.97%的P总流失负荷。N、P的径流流失是稻田N、P流失的主要途径。     

不同施肥条件对稻田温室气体排放特征的影响

采用静态箱-气相色谱监测体系研究了上海郊区3种不同施肥条件下稻田系统温室气体(GHGs)排放特征及其全球增温潜能(GWP)。研究结果表明:施肥能显著增加稻田系统CO2的排放通量,但不同施肥条件对其影响差异不显著;施用有机肥能显著增加稻田系统CH4的排放通量,同时也能显著降低稻田N2O排放通量。整个水稻生育期,不施肥CK处理的GWP最低,为14 852 kg CO2·hm-2。相较于CK处理,施用尿素的CT处理、有机无机混施的MT处理和施用有机肥的OT处理分别增加了86.9%、111.5%和134.3%的稻田GWP,表明施肥会增加稻田土壤GHGs的GWP。     

节水灌溉条件下稻田氮素径流与渗漏流失特征研究

采用测坑定位试验的方法研究不同灌溉条件下稻田系统氮素流失特征。结果表明:与常规淹灌(W1)处理相比,间歇灌溉(W2)和湿润灌溉(W3)等节水灌溉处理可分别减少4.37%和8.88%的灌水量、35.74%和5.98%的径流排水量以及2.01%和17.28%的渗漏排水量;整个水稻季,W1处理的总氮(TN)径流和渗漏流失负荷均为最高,分别为11.69、3.40kgN·hm-2;与W1处理相比,较低的排水量导致W2处理和W3处理分别减少了52.01%和38.24%的TN径流流失,以及15.88%和42.06%的TN渗漏流失;W2处理和W3处理还分别提高了10.83%和5.46%的水稻籽粒产量。研究表明节水灌溉不仅能有效控制稻田氮素流失,并能在一定程度上提高水稻产量。     

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。     

不同水稻种植模式对氮磷流失特征的影响

过量施用化肥造成的氮、磷流失已成为农业面源污染的主要污染源。为探究不同种植模式对氮、磷流失的影响,采用大田试验,研究比较了常规种植、绿色蛙稻和有机蛙稻3种水稻种植模式下稻田生态系统的田面水氮、磷浓度特征规律,以及径流、渗漏的氮、磷流失特征和产量差异。结果表明,3种水稻种植模式中,田面水总氮(TN)平均浓度为:常规种植绿色蛙稻有机蛙稻,分别为18.87 mg-L-1、8.98 mg-L-1和8.20 mg-L-1。与常规种植模式相比,绿色蛙稻模式和有机蛙稻模式在整个水稻季中的TN总流失负荷分别减少15.27%和25.76%。径流流失负荷为:绿色蛙稻常规种植有机蛙稻,氮的主要形态为铵态氮(NH4+-N);渗漏流失负荷为:常规种植绿色蛙稻有机蛙稻,氮的形态以硝态氮(NO3--N)为主。田面水总磷(TP)平均浓度为:有机蛙稻绿色蛙稻常规种植,分别为0.82 mg-L-1、0.64 mg-L-1和0.37mg-L-1。总磷(TP)总流失负荷为:有机蛙稻绿色蛙稻常规种植,总流失负荷占施磷量的比例为:绿色蛙稻常规种植有机蛙稻,并且以溶解性磷(DP)为主。3种模式下水稻产量为:常规种植有机蛙稻绿色蛙稻,与常规种植模式相比,绿色蛙稻模式和有机蛙稻模式分别减产19.33%和8.51%。研究结果表明,有机蛙稻和绿色蛙稻模式能够有效地控制水稻田中氮、磷流失,但会造成水稻减产。由于有机蛙稻模式要求种、养条件更高,因此有机蛙稻模式下的产品往往品质最好,经济效益最高。     

水稻种植模式对水稻籽粒离子组的影响

亚细胞、细胞、器官乃至有机体内所有矿质元素的组合称为离子组。离子组是植物化学元素指纹,能够定量、精准地反映环境因子驱动下植物体产生的无机化学响应。为探求不同种植模式对水稻籽粒离子组的影响,采用大田试验,研究比较了长期常规种植、绿色蛙稻和有机蛙稻3种水稻种植模式水稻籽粒中矿质元素含量的差异和元素间的相关关系,并探讨了土壤中可利用态元素向水稻籽粒中的转移效率。21种元素含量通过高通量元素分析电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定,并利用主成分分析和方差分析等统计方法分别对数据进行综合分析和各元素处理间差异分析。结果表明,各元素在水稻籽粒中的浓度顺序为:KPMgCaMnZnFeCuRbNaBaMoBNiSrAsCrCdSeCoCs。主成分分析结果表明,不同水稻种植模式对水稻籽粒离子组有显著影响,第1主成分占总变量的32.7%,区分了有机和绿色种植模式;第2主成分占总变量的27.1%,将常规种植模式和另外两种模式区分开。不同水稻种植模式对水稻籽粒离子组有显著影响。与常规种植相比,绿色蛙稻模式下籽粒第1主族元素K、Na、Cs、Rb含量显著增加21%、31%、59%、72%,Mn、Cd的含量显著增加23%、441%,B和Cr的含量显著降低63%和51%;有机模式下水稻籽粒中Co、Ni和Cd含量分别增加60%、286%和488%,而Ca、B、Mo、Sr和Cr的含量显著降低38%、60%、20%、27%和96%,而同主族元素间的竞争并未发现。因此,从水稻必需元素吸收角度出发,绿色蛙稻种植模式优于有机和常规种植模式;但绿色和有机蛙稻种植模式对一些非必需元素的吸收也为水稻食品安全带来隐患。因此,科学的养分管理和合理种植结构的调整对保证水稻食品的安全有非常重要的意义和价值。