水肥耦合管理对稻田生源要素碳氮磷迁移转化的影响

【摘要】农业生态系统生源要素碳、氮、磷的迁移转化过程与归宿及其循环的净结果(即“源”或“汇”)密切影响着健康生态系统的维持及其生态功能的发挥。目前,农田面源氮磷养分流失对水环境恶化(如富营养化)有着十分显著的贡献。在我国,化肥的过量施用及不合理的水肥管理方式导致的水肥利用率不高是造成农田氮磷大量流失的主要原因。本研究于2010和2011年在太湖苕溪流域集约化水稻种植区开展田间小区试验,研究了两种灌溉模式(常规连续淹灌和干湿交替节灌)和四种氮肥管理(不施氮、常规尿素、控释BB肥和树脂包膜尿素)下稻田田面水和渗漏水氮、磷的动态变化和流失特征,水稻生长、产量和水肥利用效率,水稻碳氮磷吸收、积累、分配和碳氮磷化学计量比,以及稻田土壤理化性状和微生物学特性,以期为水稻种植系统节水省肥、农业面源污染减排以及区域水肥高效利用提供科学依据。主要研究结果如下：1.田面水和渗漏水pH平均分别介于6.0～8.4和5.8～6.7,均受施肥、降雨和土壤pH的综合影响。常规尿素和控释BB肥(含30%速效氮)在施肥后第1d田面水TN、NH4+-N和N03–N浓度即达到峰值,而树脂包膜尿素施用后第5d田面水TN和NH4+-N浓度才达到峰值。各处理渗漏水TN、NH4+-N、NO3–N(PCU处理除外)和NO2–N浓度均在施肥后10d内达到峰值。田面水和渗漏水氮素以无机形态存在,NH4+-N是水样氮素的主要形态,占TN60%～70%,NO3–N占TN13%～19%,NO2–N占TN1.3%～2.2%。与淹灌相比,节灌处理田面水和渗漏水氮素浓度略有提高,但其田间灌溉量减少28.0%～41.9%,径流量下降19.1%～57.9%,渗漏量降低14.2%～21.9%,稻田TN径流流失量和渗漏淋失量分别降低51.6%(2010)和9.4%(2011)。施氮显著增加了田面水和渗漏水的氮素浓度及TN径流和渗漏损失量。控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素显著降低了田面水和渗漏水的氮素浓度及TN径流和渗漏损失量。2.田面水TP和DP浓度变化趋势相同,均在施肥后1d达到峰值；渗漏水TP和DP浓度变化趋势也相同,均在施肥后7d达到峰值。PP是田面水磷素的主要形态,DP是渗漏水磷素的主要形态。与淹灌相比,节灌处理小幅降低了田面水和渗漏水磷素浓度,但对水样DP/TP影响不大,同时节灌处理稻田TP径流流失量降低24.7%～57.4%,渗漏淋失量降低21.0%～25.3%。施氮显著增大了田面水和渗漏水磷素浓度及TP径流和渗漏损失量。与常规尿素相比,控释BB肥提高了而树脂包膜尿素降低了田面水和渗漏水的磷素浓度及TP径流和渗漏损失量。3.节灌较淹灌处理、施氮较不施氮处理均显著提高了水稻干物质积累量、产量和水肥利用效率。控释BB肥与常规尿素处理水稻上述指标相差不大,均显著低于树脂包膜尿素处理。水肥交互效应对水稻干物质量、产量和氮肥利用率影响不显著,但对水分利用率影响显著。干湿交替节灌与树脂包膜尿素相结合的水肥管理较常规水肥管理显著提高了水稻产量、水分和氮肥利用率。4.水稻植株碳氮磷浓度、积累量、分配比例和化学计量比均随组织部和生育期的不同而变化。不同水肥管理对植株碳氮磷吸收、积累、分配和化学计量比有较大影响,但水肥交互效应的影响几乎均未达到显著水平。两种灌溉处理植株碳氮的浓度和积累量相差不大,植株C：N比相当,但节灌显著降低了水稻末期植株磷的浓度和积累量,植株N：P比和C：P比显著提高。施氮显著提高了植株氮浓度、小幅提高了植株磷浓度但对植株碳浓度影响不大,因而显著提高了植株N：P比,降低了植株C：N比和C：P比。水稻各组织内部和组织之间的C：N：P化学计量比高度相关。应用N：P比解析了本地区常规施肥水平下水稻生长受氮磷的共同限制。5.水稻移栽后稻田土壤pH、TN、TP、NH4+-N和N02–N含量以及土壤脲酶和磷酸酶活性均为先增加后下降；N03-N含量为先下降后上升；SOC含量为先下降后上升之后再下降。2011年收获期各处理的SOC和TP含量以及施氮处理的TN含量较2010年实验前均有不同幅度的提高,呈积累趋势,而不施氮处理土壤TN含量显著降低,出现了耗损。稻田土壤无机氮仅占全氮0.44%～2.27%。NH4+-N占无机氮80.6%～97.8%,N03–N占无机氮2.1%～19.3%,N02–N占无机氮不足0.5%,可忽略不计。与淹灌相比,节灌降低了土壤pH、SOC和NH4+-N含量,但提高了土壤TN、TP、NO3–N和N02–N含量,增大了土壤脲酶和磷酸酶活性以及微生物量碳氮磷。施氮显著降低了土壤TP含量,但显著提高了土壤的其他指标。树脂包膜尿素较控释BB肥和常规尿素处理土壤养分含量更高,微生物学性状更优。6.综上,干湿交替节灌与树脂包膜尿素施用相结合的水肥管理对稻田节水、水稻增产、水肥利用效率提高、土壤肥力改善以及农业面源污染减排可发挥积极作用,能够作为流域内经济适用的水稻水肥管理方式加以大规模推广运用。
【作者】叶玉适；
【导师】梁新强；
【作者基本信息】浙江大学，环境工程，2014，博士
【关键词】节水灌溉；控释氮肥；氮磷流失；水稻产量；水肥利用效率；土壤质量；

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