施氮对水稻田氮流失影响及水稻氮阈值研究

摘要

农业面源污染中，氮肥的高量施用形成了利用率低，损失严重的情况，使得氮素的污染情况较为突出。我国长期欠合理地大量使用化肥，使得土壤的物理结构性能下降、土地板结，土壤肥力降低，农作物产量下降，氮的利用率远远低于发达国家平均水平。农业面源污染还造成了我国湖泊水体的富营养化，在我国的各大水系中，水质总体已达到中度污染程度，个别湖泊污染相现象严重。
　　大量化肥农药的施用，在增产的同时也导致巢湖负荷的加重，水体富营养化不容忽视。为研究巢湖流域稻麦轮作农区稻田施氮量与氮损失途径的关系，控制农田氮素流失，减少农田氮素向环境的排放，本研究采用大田试验，在巢湖市炯炀镇西宋村设置试验小区，设置不同的施氮水平，并对应建设径流池。采集每次施肥后一周的稻田氨挥发、田面水、淋溶水，每次降雨后的径流水以及水稻收获后的籽粒秸秆、表层土，通过分析氨挥发通量、田面水和0-90cm淋溶水浓度、经流水量及浓度、水稻产量等，研究了稻田田面水浓度变化规律、稻田氨挥发日动态变化规律及氨挥发损失占施氮量的比重，径流流失量及流失系数，20cm，40cm，60cm和90cm土层氮的淋溶规律，以及基于粮食安全和环境安全的稻田合理氮投入量，对氨挥发量和农田径流损失量对施氮量的响应进行拟合得出巢湖流域稻麦轮作农区稻田的施氮量阈值。
　　主要的研究结果如下:
　　(1)稻田表层水中各处理氮的浓度在肥料施入后随即到达峰值，除对照处理浓度的2.74mg/L外，其他处理36.49-58.55mg/L之间，均达到地表水劣V类。一周之后降至对照水平。田面水氮浓度与施氮量显著正相关，且浓度大小为:基肥＞分蘖肥＞穗肥。对照处理田面水氮浓度始终维持在较低水平，其他处理田面水氮浓度则为高氮处理要显著高于低氮处理。因此，施肥后一周是控制稻田田面水氮素浓度，防治氮流失的重要时间。
　　(2)氮肥的施用会不同程度地增大稻田氨挥发损失的风险，显著增大氨挥发量，稻田氨挥发总量随施投入量的增加而增加，且不同氮投入量处理氨挥发的总量存在着显著的差异(P＜0.05)。各个施氮处理(N0-N5)氨挥发损失总量为28.62-155.32kg/hm2，损失率为34.5％-49.4％。相较于径流和淋溶损失，氨挥发损失量较大，占施氮量比重较高，氨挥发损失是该区域氮素损失的最主要途径。三次肥料施入后氨挥发量基肥＞分蘖肥＞穗肥。不同施氮量处理(N0-N5)氨挥发动态规律相似，均在施肥后第3-4天内到达最大值，然后逐渐降低，至第7天与对照水平接近。肥料施入后一周是控制稻田氨挥发损失的重要时期。
　　(3)稻田径流中氮素的流失量随着氮投入量的增长而增长。稻田各处理(N0-N5)总氮流失量为3.4-13.86kg/hm2，流失率为0.42％-2.32％;各处理(N0-N5)硝态氮流失量为2.13-7.15kg/hm2，流失率为0.61％-1.11％;各处理(N0-N5)铵态氮流失量为0.16-2.54kg/hm2，流失率为0.02％-0.53％。稻田径流中氮素的流失以硝态氮为主要形式，硝态氮损失量占总氮的52％-77％。
　　(4)施氮肥显著增加淋溶水中各形态氮的浓度，其规律表现为随着施氮量的增加淋溶水中三态氮浓度随之增加。各形态氮的淋溶深度有差别:NH4+-N在20～40cm土层中浓度较大，越往下浓度越低;硝态氮则被淋溶到较深土层，90cm土层中浓度较大，由上到下浓度增加。因此，稻田淋溶损失的氮以硝态氮为主要形式。每次施肥后五天左右总氮的浓度达到最大值，之后开始降低。三次施肥淋溶水中氮浓度为:基肥＞分蘖肥＞穗肥。
　　(5)施氮肥能显著提高水稻的产量。水稻产量与施氮量水平显著相关，但并不是随着施氮量的增加一直增长，而是随着施氮量的增加先增加，到达一个顶点之后又下降。本实验中各处理水稻产量大小为150％N＞125％N＞100％N＞200％N＞75％N＞N空白，150％N（即当氮施肥量为337.5kg/hm2时）处理产量最高，为10478kg/hm2。拟合氮投入量与产量关系方程得施氮量为316.625kg/hm2时，得到水稻产量的最大值，为9923.14kg/hm2。过量氮投入不但未能按预期使水稻产量增加，反而会使产量降低。
　　(6)当水稻氮投入量超过225.75kg/hm2时，氨挥发总量激增，基于粮食安全与氨挥发的环境要素，巢湖流域稻麦轮作稻田氮肥投入生态阈值为225.75-229kg/hm2。
　　(7)研究得当氮投入量为195kg/hm2时，径流损失氮最小，对环境危害最小，此时水稻对应的产量为9328.57kg/hm2。施氮量195kg/hm2为基于农田径流氮素流失量的稻田环境安全施氮量。

目录

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致谢

摘要

插图和附表清单

文献综述

1．1 我国农田中氮肥的施用及利用概况

1．2 农田环境(土壤)中氮的损失途径及影响因素

1．2．1 农田土壤中氮损失的途径及影响因素

1．2．2 控制氮素流失的措施

1．3 农业生产中氮阈值研究

1．3．1 氮素投入阈值的概念

1．3．2 氮素投入与作物产量及品质关系

1．3．3 氮素阈值相关研究

引言

2．1 选题依据与背景

2．2 研究目的与意义

2．3 研究内容及技术路线

2．3．1 研究内容

2．3．2 技术路线

材料与方法

3．2 试验设计

3．3 样品采集与分析方法

3．3．1 径流水样的采集

3．3．2 淋溶水样的采集

3．3．3 氨挥发及田面水水样的采集

3．3．4 土壤样品的采集与测定

3．3．5 植株样品采集与测定

3．3．6 产量的测定

3．4 样品测定与计算方法

3．5 数据处理与计算

结果与分析

4．1 不同施氮量对稻田田面水浓度的影响

4．2 不同施氮量对稻田氨挥发的影响

4．2．1 不同施氮水平下氨挥发通量的日动态

4．2．2 不同施氮水平下稻田累积氨挥发总量

4．3 不同施氮量对稻田氦径流损失的影响

4．3．1 农田地表径流发生情况

4．3．2 农田径流氮浓度及形态分布

4．4 不同施氮量对稻田淋溶水中氮浓度的影响

4．4．1 不同施氮量对稻田淋溶水中总氮浓度的影响

4．4．2 不同施氮量对稻田淋溶水中铵态氮淋溶浓度的影响

4．4．3 不同施氮量对稻田淋溶水中硝态氮淋溶浓度的影响

4．5 水稻产量对施氮量的响应

4．6 水稻氮肥施用的环境阈值研究

4．6．1 基于稻田氨挥发损失量的氮肥投入阈值

4．6．2 基于稻田径流损失量的氮肥投入阈值

讨论与结论

5．1 讨论

5．2 结论

5．3 本文创新点

参考文献

个人简介

在读期间发表的学术论文