稻麦两熟农田径流养分循环利用模式的能值分析与生态补偿标准测算

为探讨稻麦两熟农田径流养分循环利用模式的运作可持续性和生态补偿标准,应用生产-生态系统能值测算方法,综合分析其环境安全性和运作持续性;结合生产运营实践,深入分析了基于生命周期过程的物能投入与输出,提出生态补偿依据;并基于能值收益差异估算出其持续运行的生态补偿标准。结果表明,与传统模式相比,径流养分循环模式的环境负载率降低39.62%,而能值可持续发展指数和环境安全性指数分别提高64.89%和36.73%。径流养分循环模式的生物辅助能投入增加42.16%,而污染产能降低了70.09%。养分循环模式的氮磷养分环境排放量分别降低34.85%和30.43%。同时,循环模式的净能值收益比传统模式低2.15×1016Sej·hm-2·a-1。研究表明,径流养分循环模式提高了环境安全性但降低了经济效益,其生态补偿标准应不低于4 153.78元·hm-2·a-1。     

稻田消解沼液工程措施的水环境风险分析

为研究稻田消解沼液的能力及消解沼液过程中潜在的水体环境污染风险,该文通过田间定位试验,采取工程措施,监测并分析了稻田主要生育期消解沼液过程中田面水及不同深度下渗水总氮、铵态氮和硝态氮质量浓度变化情况。结果表明:1)稻田消解沼液的关键时期是施灌后的前3 d,总氮降解幅度达46.67%~78.36%,铵态氮降解幅度达47.52%~85.27%,且穗肥期消解速率大于基蘖期。施灌后3 d内若产生径流造成周边水体富营养化的环境风险较大,可采取封闭大田排水口或增加小区田埂高度5~10 cm等田间工程措施,控制地表径流产生量和产生时间,确保安全消解,实现农业面源污染源头减量减排。2)沼液消解量在200%BS处理(沼液氮量为常规施肥氮量的2倍,即沼液量705.88 t/hm2)以上,基蘖期和穂肥期对周边水体潜在的污染风险均高于常规施肥处理,100%BS处理(沼液氮量为常规施肥氮量的1倍,即沼液量352.94 t/hm2)与常规施肥处理相比潜在的环境污染风险稍低。因此,稻田工程措施消解沼液应采取少量多次的消解方式。3)稻田工程措施消解沼液对下渗水的污染风险主要集中在基蘖期,以铵态氮污染风险为主,硝态氮污染风险较小,污染程度因下渗水深度不同而有所差异。研究表明基蘖期稻田每次沼液消解量应控制在211.76 t/hm2以内,穗肥期稻田消解沼液能力较强,污染风险较小,单次消解量低于423.53 t/hm2在该试验的一个稻米生长周期内可视为安全的。该研究结果可为稻田沼液安全消解技术及农业面源污染源头减量减排技术提供理论支撑。     

氮肥施用方式对油菜生长季氧化亚氮排放的影响

氮肥深施(条施、穴施)有利于提高肥料利用率和作物产量,但其对农田氧化亚氮排放的影响尚不明确.以不施氮肥为对照,研究了氮肥撒施、条施和穴施对水稻-油菜轮作系统油菜生长季氧化亚氮排放、氮肥利用率和产量的影响.结果表明:氮肥的施用改变了油菜生长期间N2O排放通量的季节变化规律,不施氮对照除在油菜移栽后第10 d N2O排放通量较大外,其余时间排放均较为微弱.氮肥撒施、氮肥条施和氮肥穴施均在油菜移栽后第10d和第117d出现N2O排放小高峰,排放最大高峰出现在移栽后第100 d.氮肥深施显著提高油菜生长季N2O总排放量、氮肥利用率和产量.与氮肥撒施相比,氮肥条施和氮肥穴施分别增加N2O总排放量37.2％和19.3％,提高氮肥利用率72.3％和59.3％,增产28.8％和25.8％,而单位产量N2O排放量与氮肥撒施无显著差异;氮肥条施的单位产量N2O排放量显著低于氮肥穴施.研究表明,在获得相同产量的前提下氮肥撒施并无减排N2O的优势,水稻-油菜轮作系统油菜生长过程中在氮肥深施时采用条施有利于N2O减排.     

水葫芦富集水体养分及其农田施用研究．

采用自然水体养殖及农田施用试验方法,对水葫芦（Eichhorniacrassipes）的N、P、K吸收能力及其在农田施用效果进行了研究。结果表明,在研究试验条件下,水葫芦对N、P、K的富集系数分别达到N6641倍、P16667倍、K6560倍,42d对N、P、K的吸收量可高达40．57、6．95和81．14g·m^-2。与常规施肥处理相比,施用水葫芦处理（等量的N、P投入）的土壤速效N除了苗期显著降低外,其他各时期无显著差异,而速效P和速效K从苗期开始一直表现为不同程度的升高,说明施用水葫芦可促进土壤速效P、K的增加。但要获得较高的产量水平,应适当增加前中期氮肥施用水平。采用水葫芦控制性种养既可实现养分在水体与农田间的循环,还可减少农田化肥的施用量和农业面源污染,是一种良性的循环模式。     

高养分富集植物凤眼莲的农田利用研究

研究不同凤眼莲施用量条件下土壤养分变化以及小麦生长情况的结果表明:当凤眼莲施用量低于8.1kg·m-2,小麦出苗数不受影响;但当凤眼莲施用量超过8.1kg·m-2时,小麦出苗率显著降低。凤眼莲施用量为13.5kg·m-2时,尽管小麦出苗率显著降低,但由于具有较多的分蘖数和较高的每穗粒数,小麦最终产量与常规单施化肥处理间无显著差异。不同凤眼莲施用处理的土壤速效氮苗期差异显著,但分蘖期后处理间无显著差异;而速效磷和速效钾总体表现为随凤眼莲施用量增加而升高。此外,凤眼莲施用还可促进小麦茎秆对N、P、K的吸收和籽粒粗蛋白含量的增加。由此可见,凤眼莲是一种经济有效的农田有机肥料,其施用量以10.8～13.5kg·m-2为宜,施用后土壤N、P、K、有机质含量较高,且对产量影响不大,当季还可节约施用化学N141.75kg·hm-2、P36～45kg·hm-2,K可免施。     

水葫芦的生物学特征

长期观测水葫芦的生长情况,以探明水葫芦的生物学特征。结果表明,水葫芦在适宜条件下属无限生长型,每生长1张叶片平均需要有效积温52.0℃,在有效积温达544.4℃时叶片衰老死亡;单株水葫芦的分株生长与叶龄存在n-3的同伸关系,群体分株生长随有效积温的增加呈多项式曲线型增长;水葫芦从幼苗至第1次开花需要至少13张叶片的基本营养生长期,营养生长低于13张叶片时水葫芦不开花,花后植株在经过一段时间营养生长后,条件适宜时会再次开花。     

南京夏季不同叶位凤眼莲叶片光合作用的日变化及其生态因子分析

利用Li-6400便携式光合作用系统,在南京夏季(2010年6-8月)晴天,分别选取人工种养凤眼莲的倒1叶、倒3叶和倒6叶,测定不同叶位叶片一天中不同时间净光合速率(Pn)等光合参数的变化,并将外界光强和气温与叶片的光合参数进行相关性分析.结果表明:凤眼莲不同叶位叶片Pn的日变化6月呈典型的单峰曲线,但是7月,8月呈现典型的双峰曲线,整个夏季凤眼莲叶片都出现了明显的中午光合作用的抑制现象——光合“午睡”现象,显示了凤眼莲为C3植物的光合特征.其中气孔导度(Gs)的日变化与Pn的日变化相似;蒸腾速率(Tr)的日变化在6月与Pn基本相似,但是7月,8月的Tr与Pn不同,呈现出单峰曲线,在15:00出现峰值;胞间CO2浓度(Ci)的日变化则与Pn的相反;而其不同叶位的Pn也存在一定差异,相对而言,倒6叶的Pn均明显低于倒1叶和倒3叶,而倒3叶的光合能力最强.相关性分析表明,不同月份影响光合的生态因子有差异.     

不同覆盖度水葫芦对水体环境的影响

通过设置不同覆盖度放养水葫芦的处理试验,分析其综合的环境效应,结果显示:在水面固定的情况下,水葫芦生物净产量和水体水分蒸腾量随放养覆盖度的增加而显著增加,但单位生物净产量随放养覆盖度的增加显著减少;水体沉积物、pH值、溶解氧及叶绿素含量均随放养覆盖度的增加而降低;综合考虑各因素水葫芦放养以水面的1/3覆盖度较为合理.     

江苏地区凤眼莲叶片光合作用对光照度和温度的响应

为太湖地区凤眼莲高产栽培技术提供技术支持,以江苏地区人工围养生长的凤眼莲群落为研究对象,在8月份其旺盛生长季节,采用LI-6400光合作用测定系统,以开放式气路测定了其不同叶位的净光合速率,以及功能叶片在不同光照度和温度时的光合曲线。结果发现,倒3~倒6叶都是成熟的光合功能叶片,其中倒4叶的最大光合速率(Pmax)、光补偿点(LCP)和表观量子效率(AQE)分别为(34.50±0.72)μmol/(m2.s)、(20.25±3.6)μmol/(m2.s)和0.053 2±0.001 4,均显著高于水稻和玉米;凤眼莲光饱和点为(2 458±69)μmol/(m2.s),也明显高于水稻,与玉米接近。认为江苏地区光合有效辐射和大气温度是限制凤眼莲生物量的重要环境因子。     

水葫芦富集水体养分及其农田施用研究

采用自然水体养殖及农田施用试验方法,对水葫芦(Eichhornia crassipes)的N、P、K吸收能力及其在农田施用效果进行了研究.结果表明,在研究试验条件下,水葫芦对N、P、K的富集系数分别达到N6641倍、P16 667倍、K6 560倍,42 d对N、P、K的吸收量可高达40.57、6.95和81.14 g·m~(-2).与常规施肥处理相比,施用水葫芦处理(等量的N、P投入)的土壤速效N除了苗期显著降低外,其他各时期无显著筹异,而速效P和速效K从苗期开始一直表现为不同程度的升高,说明施用水葫芦可促进土壤速效P、K的增加.但要获得较高的产量水平,应适当增加前中期氮肥施用水平.采用水葫芦控制性种养既可实现养分在水体与农田间的循环,还可减少农田化肥的施用量和农业面源污染,是一种良性的循环模式.