不同农艺管理措施下双季稻田氮磷径流流失特征及其主控因子研究

选择湖南省长沙县典型中亚热带双季稻田长期定位试验小区,通过田间观测明确不同施肥、水分管理、秸秆还田、生物质炭农艺管理措施对氮磷径流流失的影响,采用冗余分析方法(RDA)探明稻田氮磷径流流失的主控因子。研究结果表明:早晚稻各处理田面水总氮浓度在施肥后(基肥、分蘖肥和穗肥)第1 d达到峰值,并在10 d后逐步恢复到平稳水平;早稻田面水总磷浓度在施基肥后第1 d迅速达到最高,晚稻在施肥后第5 d才达到峰值。早晚稻田面水氮磷浓度受农艺管理措施影响明显,在间歇灌溉条件下,施有机肥、秸秆还田与生物质炭比常规化肥处理分别降低总氮浓度34.05%、15.34%～19.76%和15.46%～17.47%;秸秆还田与生物质炭相对常规化肥处理分别降低田面水总磷浓度6.33%～8.76%和9.09%～13.66%。铵态氮和颗粒态磷是氮磷径流流失的主要化学形态,施肥后10 d内是氮磷径流流失风险窗口期,该期间总氮和总磷径流流失分别占稻季总流失量的82.53%～97.66%和6.73%～47.02%。冗余分析结果表明配施有机肥促进氮磷径流流失,施用生物质炭主要促进稻田氮素径流流失,秸秆还田主要减少稻田氮素径流流失。综合考虑氮磷径流流失防控潜力、实际效果和实施可行性,中亚热带双季稻田采取高效水分管理(尤其是流失风险窗口期)加秸秆还田是减少稻田氮磷径流流失的可行方式。     

麦-稻轮作系统中小麦施氮水平对后季直播水稻产量和氮肥利用效率的影响

【目的】研究华中地区麦—稻轮作系统中小麦季不同施氮水平对后季直播水稻生长发育、产量和氮肥利用效率的影响,探讨此系统中最佳的氮肥管理模式,为制定合理的氮肥管理方案提供理论依据和技术支持。【方法】采用裂区设计,主处理为小麦季3个不同氮处理(施N 0、105和210 kg/ha,分别记作WN0、WN105和WN210),副处理为后季水稻3个不同氮处理(施N 0、90和180 kg/ha,分别记作RN0、RN90和RN180),测定小麦和水稻不同生育期的株高、分蘖数、叶面积指数和生物量等指标,成熟期测定产量、产量构成因子及秸秆和籽粒氮含量。【结果】与其他施氮量相比,麦季施氮210 kg/ha对后季直播水稻的株高、分蘖数、生物量、产量和氮肥利用效率均有明显影响,其中WN210RN90处理的各项指标均较高,整体表现较好。在麦稻季均施氮的情况下,系统周年产量表现为WN210RN180>WN105RN180>WN210RN90>WN105RN90,前3个处理的系统周年产量均在13.50 kg/ha以上;结合小麦产量来看,WN210RN180和WN210RN90处理(3.55 t/ha)高于WN105RN180处理(2.79 t/ha)。【结论】小麦—直播水稻轮作系统中水稻生长季应充分考虑前季小麦的氮肥后效,适当降低后季直播水稻的施氮量。综合考虑产量和氮肥利用效率,麦季210 kg/ha和稻季90 kg/ha的施氮组合(WN210RN90)为华中地区小麦—直播水稻轮作系统的最佳氮肥管理模式。     

淹水条件下不同麦秸还田方式对田面水氮磷及COD浓度的影响

通过盆栽模拟淹水试验,设置秸秆不还田、仅秸秆泡田、覆盖、秸秆混施8 cm、秸秆混施16 cm、秸秆混施24 cm和秸秆混施30 cm共7个处理,研究在不同麦秸还田方式下,秸秆泡田耕作过程中0～60 h田面水氮磷及化学需氧量(COD)动态释放特征.结果表明,秸秆混施还田处理下,上覆水总氮浓度、硝态氮浓度和COD总体呈下降...     

短期不同秸秆还田与耕作方式对土壤养分与稻麦周年产量的影响

【目的】明确秸秆还田与耕作方式短期内对稻麦周年产量与土壤肥力的影响。【方法】在典型稻麦轮作区设置了2种耕作方式(旋耕与耕翻)和4种秸秆还田模式(稻秸还田、麦秸还田、稻麦秸双季还田与双季秸秆皆不还田)的裂区试验。【结果】短期内2种耕作方式对土壤养分含量都没有显著影响,旋耕处理有大于耕翻处理的趋势,但达不到显著水平。所有秸秆还田处理都可不同程度地提高0~20 cm土壤养分含量。在土壤全氮含量、总磷、碱解氮、速效磷、速效钾及有机质方面,都以秸秆双季还田处理最高,显著高于秸秆不还田处理,其中以全氮含量增加最多,达19.5%。秸秆单季还田处理在土壤总磷、碱解氮、速效钾、有机质含量与秸秆不还田处理间没有显著差异,而土壤全氮含量显著高于秸秆不还田处理。稻秸单季还田处理除了土壤速效磷显著高于麦秸还田处理外,在其它土壤养分含量间没有差异。稻麦周年总产以耕翻处理略高于旋耕处理,秸秆还田处理比不还田处理略减,各处理间产量均达不到显著差异。在短期内,秸秆还田有利于提高土壤养分含量,而2种耕作方式对土壤养分含量基本没有影响,秸秆还田与耕作方式皆不会显著影响稻麦周年产量。【结论】稻麦轮作区推广秸秆还田有利于培肥土壤,配合适当的耕作方式可以稳定稻麦周年产量。     

玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响

以云南大理洱海流域典型稻油轮作模式为研究对象,通过2年田间定位试验,研究生物炭(玉米秸秆制备)、玉米秸秆与化肥配施对我国稻油轮作模式农田磷流失风险的影响。田间小区试验包括常规施用化肥(NPK)、生物炭与化肥配施(NPK+C)、生物炭与化肥减半配施(1/2NPK+C)、玉米秸秆与化肥配施(NPK+S)四个处理,通过比较不同处理间土壤有效磷含量、作物产量、吸磷量和水稻生长期间土壤有效磷、田面水总磷、可溶性总磷的动态变化特征,分析施用玉米秸秆生物炭和直接施用玉米秸秆对土壤、作物和磷流失风险的影响。结果表明,与NPK处理相比,增施生物炭和玉米秸秆,可显著提高水稻和油菜产量,但对水稻季田面水磷浓度无显著影响;施用生物炭条件下减施化肥,短期内未造成水稻和油菜减产,却降低了水稻整个生育期内田面水总磷(TP)和可溶性总磷(TDP)浓度;各处理水稻季田面水TP和TDP浓度在栽秧后第1 d内达到峰值,4~5 d内浓度迅速降低,7 d之后浓度趋于稳定。在此过程中,田面水TP下降64.2%~79.1%,TDP下降63.1%~82.4%。上述研究结果表明,为降低稻油轮作农田磷流失风险,可以考虑在水稻季施用生物炭的条件下减施化肥磷,并且在水稻栽秧后7 d内控制田面水外流。     

持续性秸秆还田配施化肥对油菜-水稻轮作周年氮磷径流损失的影响

【目的】探究秸秆还田对巢湖地区油菜-水稻两熟制农田径流氮磷流失的影响,为源头控制巢湖流域面源污染提供科学依据。【方法】开展连续3年(2017—2019年)的田间小区实验,设置无秸秆+无施肥(CK)、常规施肥(F)、秸秆还田+常规施肥(SF)和秸秆还田+常规施肥减15%(SDF)4个处理。通过测定油菜-水稻轮作下农田地表径流中氮磷浓度和流失量,油菜水稻作物收获时土壤养分、作物氮磷养分吸收和产量,探讨秸秆还田对农田径流养分流失规律及土壤养分含量的影响。【结果】秸秆还田配施化肥降低了农田径流中氮的质量浓度,增加了磷的质量浓度。SF较F处理油菜和水稻季总氮(TN)平均质量浓度减少15.6%和26.0%,总磷(TP)增加12.5%和8.1%。SF、SDF处理降低了油菜-水稻轮作农田氮磷流失量。2017—2019年F处理的油菜和水稻径流TN、TP的流失量分别为11.9—26.7、1.3—2.8和15.6—27.0和0.8—2.0 kg·hm-2,较F相比,SF处理的油菜和水稻季TN显著降低18.4%—29.7%和21.9%—28.1%,TP流失量则降低1.3%—4.0%和1.0%—6.6%。秸秆还...     

不同施肥模式对早稻季农田氮磷径流流失的影响

为探究湖南双季稻区早稻季防控稻田氮、磷养分流失污染的施肥模式,通过田间试验,设置了不施氮磷肥处理(CK)和常规施肥(CF)、有机肥替代(OM)、控释肥减施(CRF)、绿肥还田(GM)4种施肥模式,研究了不同施肥模式对稻田氮、磷养分径流流失的影响。结果表明:相较于常规施肥模式,有机肥替代、绿肥还田和控释肥减施模式稻田总氮径流流失量分别减少了12.80%、16.62%、28.55%,各施肥处理早稻总氮素流失率大小表现为:常规施肥有机肥替代绿肥还田控释肥减施,氮素流失形态主要以可溶性氮为主,占流失总氮的80.48%~91.96%,可溶性氮中以铵态氮为主。控释肥减施和绿肥还田模式均能减少稻田磷素径流损失量,与常规施肥模式相比,总磷径流流失量分别减少了6.26%和28.30%;有机肥替代模式稻田总磷径流损失量较常规施肥模式增加26.33%;各施肥处理早稻总磷流失率表现为:有机肥替代常规施肥绿肥还田控释肥减施,磷素流失形态前期以颗粒态磷流失为主,后期以可溶态磷为主。在4种施肥模式中,控释肥减施和绿肥还田模式能降低稻田氮磷径流流失量,在南方双季稻区推广这两种施肥模式可有效防控农田氮、磷流失污染风险。     

南方丘区两熟制稻田保护性耕作的稻田生态效应

本文针对四川省两熟制稻-麦（油）秸秆资源丰富,但处理难的现状,研究了在稻田保护性耕作技术体系下,秸秆还田种类（麦秸、油莱秸）和还田数量（全量、半量）的稻田生态效应。结果表明,麦秸、油莱秸全量还田增产效果明显,分别比对照增产4．84％、6．20％;秸秆还田节水效益不明显,麦秸水分生产效率未得到改善,油莱秸还田水稻水分生产效率增加,油全、油半处理灌溉水分生产效率、水分生产效率分别比对照高0．048、0．045、0．039、0．032;秸秆还田能有效培肥土壤,土壤全N、P、速效养分及微量元素含量显著提高,其中土壤速效氮麦全、麦半处理分别增加14．5、18．1mg／kg;此外,秸秆全量还田投入／产出值高,具有显著的经济效益。因此,稻田保护性耕作技术为秸秆的高效循环利用提供了有效途径。     

麦秸还田下翻耕和不同水肥管理措施对稻田理化性质及水稻产量的影响

稻麦轮作系统中,还田麦秸腐解产生的毒害物质会对水稻产生不利影响。为有效减缓秸秆还田带来的负面影响,筛选适宜的耕作和水肥管理措施,通过设置翻耕（FS+PT）、泡田换水（FS+WR,2 d泡田后换水施肥）、延长泡田时间（FS+IP,施肥后泡田7d）、延长泡田时间并推迟施肥（FS+IP+FP,泡田7 d后再施肥）处理的田间小区试验,同时设置不施秸秆和化肥（CK）、单施化肥（F）、单施秸秆（S）以及施秸秆和化肥（FS）处理,比较在施用秸秆和化肥的基础上,翻耕和不同水肥管理措施对稻田理化性质及水稻产量的影响。结果表明：延长泡田时间的两个处理（FS+IP和FS+IP+FP）能有效降低稻田田面水酚酸含量;秸秆还田配合不同水肥管理措施处理稻田田面水氮磷含量明显低于F处理;合理的施用秸秆能有效促进水稻生长发育,特别是FS+PT处理,其水稻有效穗数比秸秆还田FS处理提高19.9%,其次为FS+WR处理,比FS处理提高15.2%。研究表明,翻耕、泡田换水、延长泡田时间等水肥管理措施均能有效减缓麦秸还田对水稻生长带来的负面效应,进而促进植物养分吸收及增加作物产量;考虑环境风险等综合效应,在麦秸还田时采用翻耕和延长泡田时间是较好的稻田田间管理措施。     

生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田氨挥发的影响

通过土柱模拟实验,研究了生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田田面水氮素转化、氨挥发排放以及水稻产量的影响。结果表明:生活污水尾水灌溉显著提高了稻田田面水NO_3~--N浓度和田面水pH,并显著提高了产量、植株吸氮量和土壤脲酶活性。与清水灌溉处理相比,不施氮肥时生活污水尾水灌溉可使秸秆还田稻田氨挥发累积排放量显著降低35%;正常施氮时生活污水尾水灌溉增加了秸秆还田稻田氨挥发排放总量,但由于显著增加了水稻产量,因此单位产量氨挥发排放量有所降低。由此可见,秸秆还田稻田利用生活污水尾水灌溉,不仅可消纳净化生活污水、替代部分氮肥,还可增加水稻产量、降低单位产量稻田氨挥发排放。     

成都平原农业废弃物施用下稻田田面水氮磷动态变化特征

为合理利用农业废弃物,设置不同量的废弃物还田处理,以期通过研究稻田田面水中氮素和磷素的动态变化探明废弃物施用下面源污染风险。结果表明:总氮(TN)、可溶性总氮(DTN)、铵态氮(NH+4-N)以及硝态氮(NO-3-N)在各施肥处理下均表现为先升后降的趋势,施肥后2~3 d达到峰值,之后迅速下降;各处理下各形态氮含量在施肥后21 d内差异趋同。总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)在施肥后1 d达最大,之后迅速下降,猪粪施用处理的田面水TP、DTP含量在施肥后5~7 d明显回升。与纯化肥相比,加施全量麦秆对田面水中各形态氮、磷含量及分配无显著影响;高量猪粪施用会显著降低田面水NH+4-N含量,降低氨挥发潜能,显著提高各形态磷含量,延长磷素流失风险期,增加磷素流失风险;废弃物施用对水稻产量及糙米磷含量无显著影响。综合考虑废弃物施用下的环境风险与粮食生产,成都平原麦秆全量还田模式下水稻季每667 m2田的猪粪承载量不宜超过3头猪0.5年的排泄量。     

亚热带低丘区氮磷流失浓度和形态的季节性变化特点*

为了解不同利用方式土地氮磷流失的规律,对位于亚热带低丘区的3种不同土地利用方式小沟谷中不同季节的溪流水样进行了动态分析。结果表明,地表径流中氮磷的化学形态和浓度因流域土地利用方式、地表径流强度和季节的不同有较大的变化。总磷(TP)浓度一般是旱地>水田>林地,非雨期(地表径流强度较低)地表径流磷主要以溶解态排出,雨期(地表径流强度较高)磷主要以颗粒态(PP)排出;地表径流中TP浓度：雨期>>非雨期,夏季>秋季>春季>冬季,TP的流失具冲刷型特征;可溶性总磷(DTP)：水田>旱地>林地,雨期略高于非雨期,夏、秋季>春季>冬季;PP／TP：雨期>非雨期。可溶性全氮(DTN)浓度：水田>旱地>林地,夏、秋季>春季>冬季,非雨期>雨期;有机氮(OM－N)浓度：水田>林地>旱地;NH₄－N占DTN的比例：水田>旱地>林地;NO₃－N占DTN的比例：旱地>林地>水田。     

Apparent variations in nitrogen runoff and its uptake in paddy rice under straw incorporation

Straw incorporation is a widespread practice to promote agricultural sustainability. However, the potential effects of straw incorporation with the prolonged time on nitrogen (N) runoff loss from paddy fields are not well studied. The current study addresses the knowledge gap by assessing the effects of straw incorporation on the processes influencing N runoff patterns and its impacts on crop yield, N uptake, total N (TN), and soil organic matter (SOM). We conducted field experiments with rice (Oryzasativa L.)–wheat (Triticumaestivum L.) rotation, rice–tobacco (Nicotianatabacum L.) rotation, and double-rice cropping in subtropical China from 2008 to 2012. Each rotation had three N treatments: zero N fertilization (CK), chemical N fertilization (CF), and chemical N fertilization combined with straw incorporation (CFS). The treatment effects were assessed on TN runoff loss, crop yield, N uptake, soil TN stock, and SOM. Results showed that TN runoff was reduced by substituting part of the chemical N fertilizer with straw N in the double rice rotation, while crop N uptake was significantly (P<0.05) decreased due to the lower bioavailability of straw N. In contrast, in both rice–wheat and rice–tobacco rotations, TN runoff in CFS was increased by 0.9–20.2% in the short term when straw N was applied in addition to chemical N, compared to CF. However, TN runoff was reduced by 2.3–19.3% after three years of straw incorporation, suggesting the long-term benefits of straw incorporation on TN loss reduction. Meanwhile, crop N uptake was increased by 0.8–37.3% in the CFS of both rotations. This study demonstrates the challenges in reducing N runoff loss while improving soil fertility by straw incorporation over the short term but highlights the potential of long-term straw incorporation to reduce N loss and improve soil productivity.     

Effects of Water Regime and Straw Application in Paddy Rice Season on N2O Emission from Following Wheat Growing Season

A split-plot experiment in a rice-winter wheat rotation system was performed to study theeffects of water regime and wheat straw application in rice-growing season on N2O emission from followingwheat growing season. Water regime in the rice-growing season was designed as the conventional irrigation(flooding/drainage cycle) and the permanent flooding. Wheat straw was incorporated with three rates of 0,225 and 450 g m-2 into the paddy soil for each water regime just before rice was transplanted. N2O emissionwas measured by static chamber-gas chromatograph method. Results from the variance analysis indicated thatthe permanent flooding in rice-growing season markedly enhanced N2O emission in following wheat growingseason (P=0. 003), and that the effect of straw application on N2O emission was distinguished between twowater regimes. Under the conventional irrigation, incoporation of wheat straw reduced N2O emission in thefollowing wheat growing season, while there were no significant differences in the emission for the straw appli-cation rates of 225 and 450 g m-2. No significant differences in N2 O emissions were observed among the threerates of straw application for the permanent flooding regime. In addition, the seasonal variation of N2O emis-sion was regulated by soil temperature and moisture. The daily N2O flux (Y, mgm-2 d-1) can be quantitativelydescribed by soil temperature (T, ℃ ) and moisture (W, WFPS %) as Y=A0+A1T+A2W+A3 W2 (n=23, R2≥0. 4159** )or Y=C0 +C1W+C2W2 (n=23, R2 ≥0. 4074**). Compared with the effect of soil temperature onN2O emission, soil moisture was an important factor regulating the seasonal pattern of N2O emission.     

麦秸还田对水稻产量及地表径流N P K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。     

秸秆还田与水分管理对双季水稻氮素吸收及氮肥?利用率的影响

秸秆还田是促进农田养分循环的重要方式,也对提升农田地力有较好效果。以南方典型双季稻田为研究对象,设置三个秸秆还田水平和两种水分管理方式的两因子田间定位试验,于定位试验开展后的第5年通过测定早稻和晚稻季稻田土壤无机氮、微生物生物量氮动态、植株吸氮量动态以及收获期主要土壤肥力因子、水稻产量和植株各部分氮素累积量,分析秸秆还田与水分管理制度下水稻氮素吸收和氮肥利用率的特征及其影响因素。结果表明:秸秆还田提高了土壤有机碳和全氮含量以及土壤p H,长期淹水较之间歇灌溉降低了土壤有机碳、全氮和全磷含量。在氮肥用量一致条件下,早稻季秸秆还田降低了分蘖期土壤氮素有效性,导致水稻生育期内氮素吸收量显著下降,且显著降低水稻籽粒产量及氮肥利用率;氮肥利用率较对照下降2.0~7.6个百分点,且随秸秆还田量的增加而降低。晚稻季秸秆还田提高了生育期内土壤氮素有效性,显著提高了水稻生育期内氮素吸收量,增加水稻产量且显著提高氮肥利用率;氮肥利用率较对照提高8.6~13个百分点,且随秸秆还田量的增加而增加。研究表明,间歇灌溉和长期淹水灌溉两种水分管理方式对水稻氮素吸收、籽粒产量及氮肥利用率的影响差异不显著。早稻季秸秆还田配合长期淹水灌溉将加剧水稻产量和氮肥利用率下降。双季稻稻田实行间歇灌溉下的早稻季秸秆不还田、晚稻季秸秆全量还田(6 t/hm2)有利于获得较高水稻产量和氮肥利用率。     

我国主要粮食作物秸秆还田替代化学氮肥潜力

基于最新农业统计资料和文献数据,分析了2013—2017年我国不同省份和不同农区主要粮食作物秸秆氮养分资源量及还田当季替代化学氮肥的潜力,为秸秆还田条件下的化学氮肥替代和减施提供科学依据。结果表明,我国主要粮食作物种植区域水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为2.3亿、1.7亿t和3.9亿t,所含氮养分资源量分别为209万、108万t和356万t。三大粮食作物秸秆氮养分资源主要分布在华北、长江中下游和东北农区,分别占全国总量的31.6%、25.4%和24.2%。其中,水稻秸秆氮养分资源主要分布在长江中下游农区(120.9万t);小麦秸秆氮养分资源主要分布在华北农区(66.6万t),玉米秸秆氮养分资源集中分布于华北农区(142.1万t)和东北农区(132.5万t)。水稻秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份为江苏、湖北、浙江、湖南、辽宁和安徽,为34.6～46.5 kg·hm(~-2);小麦秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份为河南、河北、山东、安徽、江苏和新疆,为22.2～27.4kg·hm(~-2);玉米秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份有吉林、辽宁、内蒙古、宁夏、黑龙江、山东、江苏、新疆、湖南和安徽,为54.3～70.7 kg·hm(~-2)。在秸秆全量还田的情况下,我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季化学氮肥可替代总量分别为99万、54万t和192万t,化学氮肥可替代量分别为33.6、23.4 kg·hm(~-2)和51.2 kg·hm(~-2)。我国主要粮食作物秸秆氮养分资源量巨大,在秸秆还田化学氮肥替代潜力较大的地区,合理利用秸秆氮养分资源是实现化学氮肥减量的重要途径。     

太湖地区稻麦轮作农田有机和常规种植模式下氮磷径流流失特征研究

为探究不同种植模式对氮磷流失的影响,采用田间径流池法,在太湖地区稻麦轮作系统中,通过连续两年田间试验,研究比较了等氮投入条件下常规种植和有机种植模式农田径流水中氮、磷浓度特征,以及径流氮、磷流失量、流失系数。结果表明,稻季和麦季农田径流中总氮、可溶性氮、铵态氮和硝态氮平均浓度和总氮流失量均表现为:常规种植有机种植对照。与常规种植相比,有机种植模式能够有效减少稻麦轮作农田中氮的径流流失,且对麦季氮素径流流失的减少效果优于稻季;尽管有机种植模式下磷流失系数低于常规种植,但有机肥投入携带的高磷量会增加农田磷素径流流失量。