施磷对稻麦轮作农田磷流失影响及其磷投入阈值研究

摘要

农业作为我国的第一产业，不仅承担着粮食生产安全的重任，而且肩负着生态环境安全的艰巨使命。近年来，由于化学肥料的过量投入，巢湖流域农田土壤磷素日益累积，农业面源污染风险日益增大。磷是水体富营养化主要影响因素，研究农田合理磷肥投入量，对于减少磷素流失、保证环境安全具有重要意义。本研究在田间条件下，研究了巢湖流域不同施磷量下，小麦与水稻的产量变化及其田径流水、田面水、淋溶水和土壤中磷的特征，旨在得出巢湖流域稻麦轮作下的施磷量对农田磷流失的影响以及农田磷肥投入阈值。研究结果表明:
　　(1)水稻季施磷肥后，各处理的田面水总磷、可溶性总磷浓度均随着施磷量的增加而增加，但是整体上浓度随时间的推移呈现剧烈下降的趋势。在施入磷肥后的第一天，空白处理(T1)、优化施磷处理(T2)、优化施磷200％处理(T3)、优化施磷400％处理(T4)田面水总磷浓度出现峰值，分别为:0.798mg/L、1.574mg/L、2.755mg/L和7.133mg/L。T1-T4各处理处理的田面水中可溶性总磷的浓度最大值分别为:0.327mg/L、0.667mg/L、1.542mg/L、3.933mg/L。一周之后，各处理的田面水总磷、可溶性总磷浓度均趋于稳定，且浓度较低。因此，稻田施入磷肥后的一个星期是磷素发生流失的高峰期，也是控制土壤磷素发生损失的关键时期。
　　(2)小麦季和水稻季的产流系数分别为24.12％、28.65％，全年的产流系数为26.39％。水稻季的产流系数高于小麦季，但是差距较小。
　　(3)总磷径流流失量与施磷量呈现正相关，并且各施磷处理间呈现显著性差异。从整个监测周期来看，小麦季各施磷处理的总磷流失量为0.201-0.829kg·hm-2，总磷流失系数为0.112％-0.174％。水稻季各施磷处理的总磷流失量为0.294-1.148kg·hm-2，总磷流失系数为0.012％-0.316％。水稻季的总磷流失量大于小麦季，约占全年总磷流失量的52.9％。
　　(4)淋溶水总磷、可溶性总磷浓度随着土层深度的增加呈现递减的趋势。地下淋溶水中总磷、可溶性总磷浓度随着施磷量的增加而增加。20cm、40cm、60cm、90cm土层下的T1-T4各处理总磷浓度的范围分别是:0.090-1.381mg/L、0.067-1.263mg/L、0.051-1.020mg/L、0.019-0.516mg/L。可溶性总磷浓度的范围分别是:0.029-0.578mg/L、0.025-0.370mg/L、0.018-0.312mg/L、0.006-0.225mg/L。
　　(5)相对于不施用磷肥处理，各施磷处理的作物产量均有增加，但是各施磷处理之间的差异不显著。小麦季T2处理（磷投入90kg hm-2）产量最高，为3578.89kg hm-2;水稻季T3处理（180kg hm-2）产量最高，为8932.41kg hm-2。
　　(6)农田投入磷素可以显著提高作物的磷素吸收，作物秸秆和籽粒的磷素养分吸收量随着施磷量的增加呈现出增加的趋势。水稻磷素总养分吸收量大于小麦磷素总养分吸收量。小麦和水稻的籽粒磷素养分吸收量均大于秸秆的磷素养分吸收量，T1-T4各处理小麦磷素总养分吸收量范围是11.99-32.35kg hm-2。T1-T4各处理水稻磷素总养分吸收量范围是46.33-80.29kg hm-2。
　　(7)作物磷肥利用率随着施磷量的增加整体上呈现出不断减小的趋势，不同施磷量下小麦季的磷肥利用率为5.66％-8.74％，水稻季的磷肥利用率为12.58％-18.40％。水稻季磷肥利用率普遍高于小麦季。
　　(8)不同施磷处理农田土壤Olsen-P中，小麦季的Olsen-P含量大于水稻季。T1-T4各处理稻麦轮作下农田土壤Olsen-P含量随着施磷量的增加而逐渐减少。T1-T4各处理小麦季农田土壤Olsen-P含量范围是11.13-29.92mg/kg。T1-T4各处理水稻季农田土壤Olsen-P含量范围是8.87-21.73mg/kg。
　　(9)基于施磷量、产量、土壤Olsen-P、肥料利用率，综合考虑得出小麦季的优化磷肥投入量范围是87.49-185.38kg·hm-2，减排稳产的优化磷肥投入阈值是87.49kg/ha。土壤Olsen-P是15.94-20.99mg/kg、总磷流失总量是0.35-0.53kg hm-2。水稻季的优化磷肥投入量范围是74.97-153.78kghm-2，减排稳产的优化磷肥投入阈值是74.97kg/ha。土壤Olsen-P是12.56-16.30mg/kg、总磷流失总量是1.24-1.68kg hm-2。
　　本研究结果可为制定磷肥科学使用规程提供依据，从而为控制农业面源污染、减少环境风险提供指导作用。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1 文献综述

1．2．1 农田磷素的投入与累积

1．2．2 磷对农田面源污染的贡献

1．3 农田面源污染中磷环境阈值研究进展

1．3．1 施磷对稻麦产量的影响研究

1．3．2 农田面源污染中磷环境阈值研究进展

1．4 农田面源污染中磷的控制

1．4．1 源头控制措施

1．4．3 物理-化学技术

1．4．4 农业管理措施

2 引言

2．2 研究目的及意义

2．3 研究内容、方法及技术路线

2．3．1 研究内容

2．3．2 研究方法

2．3．3 技术路线图

3 材料与方法

3．2．1 试验设计

3．3 样品采集

3．3．1 径流水样的采集

3．3．2 淋溶水样的采集

3．3．3 田面水的采集

3．3．4 植株样的采集

3．4 样品的分析测定方法

3．5 计算方法

3．6 数据处理

4 结果与分析

4．1 施磷量对稻田田面水总磷浓度的影响

4．2 施磷量对稻田田面水可溶性总磷浓度的影响

4．3 施磷量对稻麦轮作下磷素地表径流损失的影响

4．3．1 地表径流情况

4．3．2 施磷量对稻麦轮作下磷素地表径流流失的影响

4．4 施磷量对稻麦轮作下农田土壤磷素地下淋溶损失的影响

4．4．1 施磷量对稻田土壤地下淋溶水中的总磷浓度的影响

4．4．2 施磷量对稻田土壤地下淋溶水中的可溶性总磷浓度的影响

4．5 稻麦轮作下施磷量对作物产量的影响

4．6 稻麦轮作下施磷量对作物磷素养分吸收量的影响

4．7 不同施磷量对稻麦轮作下农田土壤Olsen-P的影响分析

4．8 稻麦轮作下农田投入磷肥阈值研究

4．8．1 稻麦轮作下不同施磷量与作物产量之间的拟合关系研究

4．8．2 稻麦轮作下农田投入磷肥的环境阈值研究

5 结论与讨论

5．1 结论

5．2 讨论

5．3 不足与展望

参考文献

作者简介

研究生期间参加的国内学术会议

攻读硕士期间发表的论文

获奖情况