洱海流域环境友好型种植模式及作用机理研究

摘要

本研究针对洱海流域小春作物种类单一、施肥过量所引起的农田生物多样性下降和农田面源污染问题,采用实地调查与田间试验相结合的方法,系统研究了当地作物种类、作物根系构型、株型分布、养分需求特性、经济效益与环境风险,以种间互促性、经济可行性、环境友好性为依据,筛选适合洱海流域兼顾经济与环境效益的环境友好型种植模式,阐明其种间竞争互惠机制,合理确定间作参数,为从源头控制氮磷肥料用量、提高氮磷肥料利用效率,减少农田面源污染提供科技支撑。主要研究结论如下:
　　 (1)农田养分平衡及养分累积特性,洱海流域10种主要种植模式的农田养分平衡均处于盈余状态。其中,大蒜-水稻模式氮磷养分投入量最高,农田养分盈余、土壤硝态氮和铵态氮残留量显著高于豆科-水稻、粮食-水稻、油料-水稻和牧草-水稻等模式。因此,优化种植模式,调节农田养分平衡状况,可望提高养分利用效率,降低环境风险。
　　 (2)农田氮磷流失风险,农田田面水对沟渠水存在明显的氮、磷增荷作用,大蒜-水稻种植模式农田田面水总氮浓度及流失量显著高于其他种植模式,农田氮磷流失量与施肥量呈显著正相关,不同时期农田田面水氮、磷浓度变幅大,追肥期是氮、磷流失的关键阶段；可溶性氮、颗粒态磷分别是氮、磷流失的主要形态。
　　 (3)环境友好型种植模式筛选,采用模糊数学方法综合评价光、热、水、肥利用以及经济效益和环境效应后知,大蒜||蚕豆模式(大蒜带宽与蚕豆带宽之比为3／1,以下用大蒜||蚕豆表示)综合得分最高,为0.70,是兼顾经济和环境效益的环境友好型种植模式。
　　 (4)环境友好型种植模式的经济与环境效益,田间试验结果表明,大蒜||蚕豆模式能增加后期干物质累积量,提高大蒜叶绿素含量,提高作物生长后期光合利用效率,促使大蒜和蚕豆的根系向下生长,提高蚕豆根瘤菌数目和重量,促进根瘤固氮,土地当量比为1.15,具有明显间作优势；大蒜||蚕豆种植模式还能显著提高氮、磷吸收利用能力,降低土壤无机氮残留量和速效磷含量,较大蒜单作优化施肥处理可减少无机氮残留量10％以上,较大蒜单作习惯施肥处理减少无机氮残留量50％以上；因此,大蒜||蚕豆种植模式可降低农田氮磷流失风险。
　　 (5)环境友好型种植模式对微生物量碳、氮的影响,大蒜||蚕豆与大蒜、蚕豆单作相比,可提高土壤微生物量碳、氮(SMB-C、SMB-N)含量。大蒜||蚕豆模式下,不同土层微生物量氮、碳存在显著差异,且随土层深度的增加逐次递减,而大蒜和蚕豆单作模式下不同土层微生物量氮、碳无显著差异。大蒜||蚕豆模式0-20cm土层中,大蒜带微生物量氮显著低于交际带和蚕豆带。20-40cm土层中,交际带最高,蚕豆带最低。20-40cm土层间作模式中交际带微生物量碳显著高于大蒜和蚕豆条带,而大蒜和蚕豆带无显著差异；不同种植模式之间土壤微生物量碳／微生物量氮比值无显著差异,但随土层深度的增加逐次递减。另外,本研究发现,土壤总氮和速效磷与微生物量碳、氮密切正相关。
　　 (6)环境友好型种植模式下作物氮素利用与氮素转移,氮肥施入后,残留于土中的比例最大。间作在一定程度上能提高氮肥利用率6.54％以上,降低氮肥的残留6.74％以上,降低氮肥损失量3.06％以上。氮肥残留随着土层的深度逐步递减。不同种植模式之间存在差异,大蒜单作模式氮肥残留量显著高于其他模式,大蒜||蚕豆模式最低。大蒜||蚕豆模式下作物对氮肥的吸收利用量显著高于单作模式；间作模式提高氮肥利用率,具有明显间作优势的原因与作物间氮素转移有关,在大蒜||蚕豆模式中蚕豆能向大蒜转移氮素,田间微区、盆栽等不同试验条件下氮转移量存在显著差异,转移率在10.18％～15.76％之间。