楊世琦,韓瑞蕓,王永生,劉汝亮,謝曉軍,楊正禮,*

1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,北京 100081 3 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,CERN綜合研究中心, 北京 100101 4 寧夏農(nóng)林科學(xué)院, 銀川 750002 5 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院, 楊凌 712100

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基于秸稈還田條件下的黃灌區(qū)稻旱輪作土壤硝態(tài)氮淋失特征研究

楊世琦1,2,韓瑞蕓1,王永生3,劉汝亮4,謝曉軍5,楊正禮1,2,*

1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,北京 100081 3 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,CERN綜合研究中心, 北京 100101 4 寧夏農(nóng)林科學(xué)院, 銀川 750002 5 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院, 楊凌 712100

寧夏引黃灌區(qū)農(nóng)田面源污染較為嚴(yán)重,區(qū)內(nèi)大部分排水溝水質(zhì)為劣Ⅴ類,其主要污染物硝態(tài)氮與銨態(tài)氮。設(shè)置常規(guī)施肥(CK)、常規(guī)施肥條件下施用4500kg/hm2(T1,半量還田)和9000 kg/hm2(T2,全量還田)秸稈3個(gè)處理。利用樹脂芯法吸附10、20、30、60、90cm土層的硝態(tài)氮流失量。2009—2013年的試驗(yàn)結(jié)果表明：秸稈還田能夠減少土壤30cm土層的硝態(tài)氮淋失。與對(duì)照硝態(tài)氮淋失量(15.76 kg/hm2)相比,T1(13.76 kg/hm2)與T2(13.74 kg/hm2)均達(dá)到顯著差異(P<0.05),淋失量分別減少12.71% 和 12.84%,T1與T2沒有達(dá)到顯著差異。秸稈還田對(duì)土壤硝態(tài)氮淋失的影響效應(yīng)主要體現(xiàn)在30cm土層處,10、20、60與90cm土層處的處理與對(duì)照都沒有達(dá)到顯著差異。秸稈還田提高了30cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)與土壤總氮,與對(duì)照(13.78 g/kg)相比,T1與T2土壤有機(jī)質(zhì)分別提高0.89 g/kg和 1.24 g/kg;試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)照、T1和T2的總氮是達(dá)到0.64、0.66 和 0.69 g/kg,與對(duì)照相比,處理分別提高了2.76%和6.83%。秸稈還田有助于作物增產(chǎn),T1與T2的水稻平均增產(chǎn)9.24%和10.37%,小麥增產(chǎn)10.11% 和11.51%。

秸稈還田；黃灌區(qū)；稻旱輪作；土壤硝態(tài)氮；淋失

秸稈等有機(jī)物料的施用可以提高土壤有機(jī)質(zhì),減少土壤硝態(tài)氮流失[5-6],過量施用增加硝態(tài)氮流失[7-9]。經(jīng)過堆肥處理有機(jī)物料施用能夠減少硝態(tài)氮流失[10-11]。碳氮比較高的有機(jī)物料中的氮素釋放慢,施用畜禽糞便能夠調(diào)節(jié)土壤氮素代謝釋放速率[12]。施用化肥的土壤硝態(tài)氮流失是有機(jī)肥的4.4—5.6倍,有機(jī)無機(jī)混施介于中間[13-14]。大豆秸稈還田礦化的硝態(tài)氮流失貢獻(xiàn)為1/4,非豆科農(nóng)作秸稈還田礦化的硝態(tài)氮流失高于這一比例[15]。日本岐阜縣各務(wù)原1970—2000年關(guān)于有機(jī)肥、合理施肥和施用緩釋肥對(duì)比試驗(yàn)表明,有機(jī)肥能夠提高土壤吸肥力,在硝態(tài)氮流失控制方面顯示重要作用。施用有機(jī)肥提高C/N有利于控制微生物的發(fā)酵過程,減少氮素短期釋放,提高保肥性。歐洲每個(gè)生長(zhǎng)季的有機(jī)氮肥施入折合硝態(tài)氮為110—140kg/hm2,顯著減少硝態(tài)氮淋溶[16]。有機(jī)肥長(zhǎng)期大量的施用也會(huì)引起土壤中硝態(tài)氮的累積與淋溶,禽糞施用量不能超過11.2t/hm2[17]。堆肥能夠延緩有機(jī)氮向無機(jī)氮轉(zhuǎn)化從而降低土壤硝態(tài)氮流失[18]。Mamo等發(fā)現(xiàn)蔬菜田有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥能夠有效的降低硝態(tài)氮流失[19]。Brinton發(fā)現(xiàn)玉米田施用腐熟堆肥比未腐熟堆肥的硝態(tài)氮流失的少[20]。水稻秸稈堆肥還田情況下的10cm土層的硝態(tài)氮濃度比對(duì)照低,20cm土層比10cm土層的硝態(tài)氮濃度也要低很多[21]。流域調(diào)查中發(fā)現(xiàn)可溶性有機(jī)碳與硝態(tài)氮濃度表現(xiàn)典型負(fù)相關(guān),土壤有效氮富余總是與碳源虧空緊密相關(guān)[22]。施用有機(jī)物料能夠促進(jìn)微生物氮形成,降低土壤無機(jī)氮濃度[23]。在硝酸鹽敏感地區(qū)的農(nóng)田有機(jī)肥施用不應(yīng)超過175 N kg/hm2[24]。一般認(rèn)為,施用有機(jī)肥減少土壤硝態(tài)氮淋失的主要原因是通過增加土壤有機(jī)質(zhì)含量而改善土壤理化性狀和提高粘粒及團(tuán)聚體的含量,增強(qiáng)土壤束縛硝態(tài)氮性能,進(jìn)而限制硝態(tài)氮垂直移動(dòng)和減少淋失。

樹脂芯法被認(rèn)為是測(cè)定土壤氮素礦化速率最優(yōu)的方法,是將上下兩端均開放管埋入土壤中,同時(shí)管子頂端和底端均放上離子交換樹脂袋。管子頂部的樹脂袋可防止其他離子進(jìn)入土壤,底端的樹脂袋可吸附從管芯中淋溶出來的離子。在借鑒離子交換樹脂研究硝態(tài)氮流失方法的基礎(chǔ)上[25-26],試驗(yàn)采用改進(jìn)樹脂芯法,研究黃灌區(qū)秸稈還田對(duì)土壤氮素流失的影響,通過觀測(cè)不同階段樹脂吸附硝態(tài)氮量,以估算農(nóng)田不同土層的硝態(tài)氮單位面積淋失負(fù)荷。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)區(qū)位于寧夏引黃灌區(qū)的靈武農(nóng)場(chǎng)(106°17′52″E,38°07′26″N),屬溫帶干旱區(qū),無霜期150—163d,干旱少雨,降水量193mm,蒸發(fā)量1763mm。雨季7—9月,占全年降雨的70%,冬季少雪。年均溫8.9℃。土壤類型灌淤土,養(yǎng)分含量低,表層土易積鹽,土壤pH高。稻旱輪作是最典型的種植模式。試驗(yàn)區(qū)農(nóng)田土壤主要理化性狀見表1。

表1 土壤主要理化性狀

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 樹脂管裝置示意圖Fig.1 A device of resin-core for soil nitrate loss determination

試驗(yàn)位于靈武農(nóng)場(chǎng),田間小區(qū)水泥埂隔開,沿埂開溝深120cm(地上高40cm,地下深80cm),溝內(nèi)壓塑料膜,以防小區(qū)相互干擾。試驗(yàn)3個(gè)處理,CK為無秸稈還田,T1為半量秸稈還田(4500 kg/hm2)、T2全量秸稈還田(9000 kg/hm2)。常規(guī)施肥處理,3次重復(fù)。小區(qū)面積200m2。水稻秸稈切碎5—10cm還田,翻深30cm。水稻試驗(yàn)施肥：尿素(純N)300 kg/hm2、磷酸鈣P2O5105 kg/hm2、氯化鉀肥(K2O)60 kg/hm2；全部的磷鉀肥與50%尿素做基肥于一次施入,剩余50%氮肥按3∶1∶1比例做追肥,分3次分別于苗期(5月下旬)、分蘗期(6月下旬)和孕穗期(7月下旬)施入。水稻行距30cm,株距10cm。水稻5月中旬插秧,9月下旬收獲,大田生長(zhǎng)期約120d。全生育期灌水量15,000m3/hm2,8月中旬停止灌水。小麥試驗(yàn)的施肥：尿素(純N)225 kg/hm2、磷酸鈣P2O5150 kg/hm2、氯化鉀肥(K2O)90 kg/hm2；全部的磷鉀肥與50%尿素做基肥于一次施入,剩余的50%氮肥按3∶1∶1比例做追肥,分3次分別于苗期(3月上旬)、拔節(jié)期(5月上旬)和孕穗期(6月上旬)施入。冬小麥生長(zhǎng)期冬灌1350 m3/hm2(10月下旬)、返青水900 m3(3月下旬),拔節(jié)期1050 m3(5月中旬)、抽穗期1,050 m3(6月上旬)。播種10月4日,收獲6月29日,全生育期269d。2010與2013年種植水稻,2011與2013年種植小麥。

樹脂芯法在用于草原或者表層土壤氮礦化量的測(cè)定,與直接采集土壤或測(cè)定土壤滲漏水的結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)采用改進(jìn)的樹脂芯法,由76mm(直徑)×0.82mm(管壁厚度)的不銹鋼管(高度根據(jù)需要調(diào)整)、60目尼龍網(wǎng)制作的8×8cm樹脂袋(內(nèi)裝有15g氯型,強(qiáng)堿性陰離子樹脂)和兩片直徑為74mm的鋁塑板(鋁塑板上打有13個(gè)直徑為3mm的小孔)組成,裝置見圖1。樹脂袋上下的兩片鋁塑板以防上下層土壤對(duì)樹脂袋的污染,鋁塑板設(shè)置小孔。為減少管內(nèi)外土壤環(huán)境差異,管壁上打孔。把手的功能是方便樹脂管提取。采用717#型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂,離子交換樹脂預(yù)處理方法采用 GB/T5476—1996。主要改進(jìn)之處體現(xiàn)在一是取樣深度增加,最深90cm；二是取樣頻次增加且不破壞土壤結(jié)構(gòu),基本上實(shí)現(xiàn)原為培養(yǎng)。樹脂管長(zhǎng)度有22、32、42、72、102cm共5個(gè)型號(hào),分別用于收集10、20、30、60、90cm土層的硝態(tài)氮淋失量。樹脂管成直線排列,間隔2m,每個(gè)小區(qū)沿對(duì)角線3組重復(fù)。樹脂管下端鍥型面10cm長(zhǎng),鋁塑板通過防滑軸固定與高于鍥面2cm處,蓋子與把手方便放置和提取樹脂管。試驗(yàn)開始,先將樹脂管打入土壤,再提出去掉鍥面及鍥面上2cm的土壤(收集起來回填),三是放入鋁塑板和樹脂袋(16g)并固定好,四是將樹脂管原位放入土壤中,五是培養(yǎng)一段時(shí)間后提出樹脂管,取出樹脂袋送回實(shí)驗(yàn)室冰箱保存,并放入新的樹脂袋開始下一階段培養(yǎng)。

離子交換樹脂吸附硝態(tài)氮用1mol/L KCL溶液浸提,硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定。不同土壤層次硝態(tài)氮淋失量用下面公式計(jì)算：

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19和Excel 2010,顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)采用單向方差分析法(ANOVA)。

3 結(jié)果

3.1 硝態(tài)氮淋失量

不同土層與不同處理下的土壤硝態(tài)氮淋失量見表2。30cm土層的處理與對(duì)照相比,硝態(tài)氮淋失量減少,除2011年的冬小麥試驗(yàn)結(jié)果,其它3a的水稻試驗(yàn)均達(dá)到顯著差異水平(P<0.05,下同),但T1與T2差異不顯著。稻田的硝態(tài)氮淋失量14.06 —18.12 kg/hm2,冬小麥田的淋失量0.83—11.95 kg/hm2。試驗(yàn)期內(nèi)在30cm以上土層,除了2012年與2013年的10cm土層,處理(T1和T2)與對(duì)照CK的硝態(tài)氮淋失量沒有達(dá)到顯著差異。30cm土層以下,處理與對(duì)照的硝態(tài)氮淋失量均未達(dá)到顯著差異。秸稈還田有效降低30cm土層的硝態(tài)氮淋失量,與對(duì)照(15.76 kg/hm2)相比,T1(13.76 kg/hm2)和T2(13.74 kg/hm2)達(dá)到了顯著差異,流失量分別減少12.71% 和 12.84%；然而處理之間沒有達(dá)到顯著差異。

表2 不同土層與不同處理下的硝態(tài)氮淋失量

Notes: a和b表示α=0.05的差異性

3.2 土壤硝態(tài)氮淋失特征

通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR法分析26例TSCC患者癌與癌旁正常組織中的PRKCI表達(dá)水平，我們發(fā)現(xiàn)，TSCC組織中PRKCI的表達(dá)水平顯著增加(P<0.01)(圖3A)。利用Spearman相關(guān)系數(shù)分析來觀察TSCC細(xì)胞中PRKCI和miR-219的關(guān)系。隨著miR-219表達(dá)升高，PRKCI的表達(dá)相應(yīng)下調(diào)，PRKCI的表達(dá)量與miR-219的表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)(r=-0.984，P<0.01)(圖3B)。

3.2.1 稻田與麥田硝態(tài)氮淋失的差異

稻田與麥田土壤剖面(10、20、30、60、90 cm)的硝態(tài)氮流失在30cm土層以上均達(dá)到顯著差異(表2的年均值,代表作物間的差異),稻田的硝態(tài)氮淋失量大于麥田；60cm土層差異性特征不明顯。冬小麥田30cm土層處硝態(tài)氮淋失量是稻田的74.64%,表明通過擴(kuò)旱壓稻能夠減少灌區(qū)土壤硝態(tài)氮流失。3a水稻試驗(yàn)結(jié)果沒有顯著差異,表明了試驗(yàn)具有較好的重復(fù)性。

3.2.2 不同土層差異

由表2可以看出,30cm土層硝態(tài)氮淋失與其上層及下層土壤的硝態(tài)氮淋失量達(dá)到了顯著差異；10cm與20cm、60cm與90cm均未達(dá)到顯著性差異。這一結(jié)果表明,30cm土層能夠反映耕作層土壤硝態(tài)氮淋失的情況及特征,其主要原因是30cm是耕作層與犁底層的分界線。

3.2.3 全生育期土壤硝態(tài)氮淋失特征

樹脂與土壤取樣時(shí)間基本固定5、6、7、8、9月下旬。從圖2看出,稻田30cm土層以上,接近80%的硝態(tài)氮流失量發(fā)生在6月下旬之前；30cm土層以下,50—60%的硝態(tài)氮流失量發(fā)生在6月下旬之前。冬小麥田,差不多80%的硝態(tài)氮流失量也發(fā)生在6月之前,如果把冬小麥?zhǔn)斋@之后的4個(gè)月流失量計(jì)算在內(nèi),也差不多占到了70%。由此看來,硝態(tài)氮淋失主要發(fā)生在水稻與冬小麥的生育前期,除了施肥量較大因素外,作物根系小、養(yǎng)分的需求小,土壤硝態(tài)氮吸收利用率較低也是重要原因；水稻進(jìn)入分蘗期與冬小麥進(jìn)入抽穗期以后,由于作物吸收土壤養(yǎng)分量增加,土壤硝態(tài)氮淋失量顯著降低。

圖2 試驗(yàn)期作物在全生育期不同階段土壤硝態(tài)氮淋失比例變化Fig.2 The ratio of nitrate leaching loss during the whole growth period in 4 years

4 討論

4.1 秸稈還田與土壤硝態(tài)氮濃度的變化

土壤硝態(tài)氮濃度是硝態(tài)氮淋失的主要原因。稻田30cm土層硝態(tài)氮濃度高值出現(xiàn)在5月與6月,與其它時(shí)段相比達(dá)到了顯著差異；冬小麥田的硝態(tài)氮重點(diǎn)流失時(shí)期在4月,土壤硝態(tài)氮濃度顯著高于其它月份。土壤硝態(tài)氮淋失發(fā)生程度與土壤硝態(tài)氮濃度高度吻合,濃度高則淋失量大。稻田的處理(T1和T2)與對(duì)照相比,土壤硝態(tài)氮濃度在4月、5月和6月達(dá)到顯著差異(2012年T1的5月份例外),T1和T2在7月與8月沒有達(dá)到顯著差異(2010年與2013年7月的T2例外),但處理的土壤硝態(tài)氮濃度高于對(duì)照。2010年的9月,處理的硝態(tài)氮濃度高于對(duì)照,但T1與T2沒有達(dá)到顯著差異。在水稻生長(zhǎng)初期,秸稈還田可能有利于降低土壤硝態(tài)氮濃度,但是在中后期不影響或稍增加土壤硝態(tài)氮濃度。這個(gè)推斷需要在長(zhǎng)期試驗(yàn)中再予以證實(shí)。對(duì)于冬小麥而言,處理(T1與T2)與對(duì)照相比,只有4與5月份達(dá)到顯著差異,T1與T2達(dá)到了顯著差異。汪軍等研究表明,稻田秸稈還田能夠顯著降低土壤硝態(tài)氮濃度,而且與秸稈還田量負(fù)相關(guān)[27],而楊振興等在北方半干旱區(qū)的16a秸稈還田試驗(yàn)表明土壤0—200cm土層的土壤硝態(tài)氮明顯累積[28]。土壤無機(jī)氮?dú)埩袅枯^高時(shí), 可選擇碳氮比較高的秸稈, 在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)有利于微生物對(duì)土壤氮素的固定, 減少氮素?fù)p失；土壤無機(jī)氮?dú)埩袅枯^低時(shí), 碳氮比較低的秸稈能被微生物較快地礦化釋放氮素供給下季作物前期的生長(zhǎng)[29]。

4.2 土壤滲濾液的硝態(tài)氮濃度變化

秸稈還田處理的土壤滲濾液濃度低于對(duì)照,其濃度隨生育期呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。T1和T2與對(duì)照相比,沒有達(dá)到顯著差異(除5月)。Gollany等研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田能夠顯著降低土壤滲濾液硝態(tài)氮濃度和減少硝態(tài)氮淋失[30- 32],江永紅等發(fā)現(xiàn)秸稈還田能夠降低稻田田面水及滲濾液硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮濃度,可能是秸稈與作物爭(zhēng)氮,降低無機(jī)氮濃度[33],Keeney發(fā)現(xiàn)秸稈還田能增加有機(jī)碳,固定土壤無機(jī)氮[34],刁曉林等發(fā)現(xiàn)秸稈還田降低土壤滲濾液硝態(tài)氮濃度,水稻生長(zhǎng)后期與對(duì)照前期的濃度接近,但亞硝態(tài)氮濃度增加[35],Beaudoin等認(rèn)為土壤亞硝態(tài)氮濃度增加是由于硝態(tài)氮被秸稈固定[36],Zhu等則認(rèn)為秸稈降解產(chǎn)生的有機(jī)酸抑制了亞硝態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變[37]。張靜等研究結(jié)果卻是秸稈還田使土壤無機(jī)氮增加[38],崔思遠(yuǎn)等在南方稻田發(fā)現(xiàn)秸稈還田初期可能導(dǎo)致更多的硝態(tài)氮流失[39]。

4.3 土壤TN的變化

2013年試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定,10cm土層,對(duì)照、T1和T2的TN分別是0.86、0.89、0.90 g/kg,處理與對(duì)照相比提高了3.25% 和4.31%；20cm土層是0.78、0.82、0.89 g/kg,處理與對(duì)照相比提高了4.83% 和13.89%；30cm土層是0.64、0.66、0.69 g/kg,處理與對(duì)照相比提高了2.76%、6.83%。秸稈還田有利于提高土壤TN。土壤總氮提高有利于減少硝態(tài)氮淋失,由于土壤氮素主要以有機(jī)態(tài)氮的形式存在, 無機(jī)氮僅占總氮的1%, 大多數(shù)氮素必須經(jīng)過微生物的分解和礦化才能轉(zhuǎn)化為礦質(zhì)氮[40]。微生物對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化與被降解底物的碳氮比有關(guān), 如果添加物的碳氮比超過微生物的碳氮比, 微生物需吸收土壤中的無機(jī)氮維持代謝活動(dòng)；如果添加物質(zhì)的碳氮比小于微生物的碳氮比,微生物將通過礦化作用釋放氮素增加土壤無機(jī)氮含量[41]。

4.4 土壤有機(jī)質(zhì)變化

試驗(yàn)結(jié)束期(2013年9月下旬)測(cè)定30cm土壤有機(jī)質(zhì),與對(duì)照(13.78 g/kg)相比,T1 和 T2的土壤有機(jī)質(zhì)分別增加0.89 g/kg 與1.24 g/kg。處理T1和T2的大團(tuán)聚體分別提高7.4% 與 12.8%。秸稈還田提高有機(jī)質(zhì),有助于促進(jìn)大團(tuán)聚體形成,而大團(tuán)聚體能夠保持養(yǎng)分與減少流失[42]。連續(xù)8年的定位試驗(yàn)表明玉米秸稈還田促使土壤有機(jī)質(zhì)提高4.9 g/kg[43]。秸稈還田提高氮素供應(yīng)率,顯著減少氮肥施用量和氮素?fù)p失量, 減少農(nóng)田氮的面源污染[44]。我國(guó)農(nóng)田秸稈還田率不足50%, 與歐美國(guó)家相比差距約為40多個(gè)百分點(diǎn)[45]。

4.5 作物產(chǎn)量

秸稈還田提高了作物產(chǎn)量,與對(duì)照相比,2010年水稻的T1與T2分別增長(zhǎng)7.79%和14.56%；2011年冬小麥的T1與T2分別增長(zhǎng)10.11%和11.51%;2012年水稻的T1與T2分別增長(zhǎng)8.17% 和10.35%；2013年水稻的T1與T2分別增長(zhǎng)9.45% 和 9.26%；水稻3年平均增產(chǎn)9.24%和10.37%。2012年在試驗(yàn)地附近開展了秸稈還田推廣示范,示范面積1/5hm2,其中對(duì)照、半量還田和全量還田面積各為1/15hm2。小面積示范結(jié)果表明,半量與全量還田的30cm土層的硝態(tài)氮淋失與對(duì)照相比分別減少12.13%和18.02%；土壤銨態(tài)氮相比分別增加了48.24%和65.84%,盡管增加比例很大,但土壤銨態(tài)氮濃度只有硝態(tài)氮的1/10左右,同時(shí)銨態(tài)氮不易淋失。2013年在寧夏青銅峽市推廣秸稈還田2.3hm2,其中1.9hm2全量還田,0.4hm2無秸稈還田。結(jié)果表明,秸稈還田硝態(tài)氮淋失減少15.44%,水稻產(chǎn)量提高7.23%。曾木祥等認(rèn)為,我國(guó)的秸稈還田量大約在1500—9000 kg/hm2,平均4611 kg/hm2,增產(chǎn)幅度1.7%—15.8%,平均增產(chǎn)15.17%[46]。李錄久等研究表明,麥稈施用量3000 kg/hm2時(shí),小麥減產(chǎn)470 kg/hm2,玉米減產(chǎn)60 kg/hm2,減產(chǎn)率7.16% 和0.91%,減產(chǎn)不顯著。當(dāng)麥稈施用量6000 kg/hm2時(shí)候,小麥減產(chǎn)262 kg/hm2,而玉米增產(chǎn)113 kg/hm2,增產(chǎn)3.2%,秸稈還田量的大小對(duì)作物產(chǎn)量有一定影響[47]。鐘杭等試驗(yàn)表明稻草全量和半量還田后,大麥產(chǎn)量分別增加16.68%和12.28%,增產(chǎn)幅度均達(dá)到極顯著水平[48]。李本榮等認(rèn)為稻田秸稈還田的氮肥施用量為180—240 kg/hm2能獲得較高氮肥利用率[49]。

5 結(jié)論

在寧夏引黃灌區(qū)秸稈還田土壤硝態(tài)氮淋失降低12.71—12.84%,有機(jī)質(zhì)提高0.89—1.24g/kg,TN提高2.76%—6.83%,水稻產(chǎn)量提高9.24—10.37%。長(zhǎng)期秸稈還田為化肥減量奠定基礎(chǔ),進(jìn)一步減少化肥面源污染。由于寧夏灌區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低,且秸稈還田長(zhǎng)期未得到重視,建議全量秸稈還田。

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Effect of straw application to soil nitrate leaching of paddy-upland rotation in the Yellow River irrigation area

YANG Shiqi1,2, HAN Ruiyun1, WANG Yongsheng3, LIU Ruliang4, XIE Xiaojun5, YANG Zhengli1,2,*

1InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China2KeyLaboratoryofAgro-EnvironmentandClimateChange,MinistryofAgricultural,Beijing100081,China3SynthesisResearchCenterofCERN,KeyLaboratoryofEcosystemNetworkObservationandModeling,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China4InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,NingxiaAcademyofAgro-ForestryScience,Yinchuan750002,China5CollegeofAgronomy,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China

The Yellow River irrigation area within Ningxia was a region severely polluted by non-point sources, where surface water quality in most drainage ditches was classified as Inferior Category V, and the primary pollutants were nitrate and ammonium. In this region a 5-year straw application and nitrate leaching experiment had been conducted, which consisted of 3 treatments: traditional fertilizing without rice straw amendment(CK), traditional fertilizing with 4500 kg/hm2rice straw returning application (T1, semi), and traditional fertilizing with 9000 kg/hm2rice straw amendment (T2, total). Nitrate nitrogen leaching losses within 10, 20, 30, 60, 90 cm soil layers were measured by the resin core method. Results indicated straw application could reduce soil nitrate leaching losses within the 30 cm layer. From the nitrate nitrogen loss of CK (15.76 kg/hm2), the loss of T1 (13.76 kg/hm2) and T2 (13.74 kg/hm2) all showed significant differences (P<0.05), soil nitrate leaching losses were decreased by 12.71% and 12.84%, respectively. However no significant differences (P>0.05) was detected between T1 and T2. The effects of straw application were only observed in plowing layer (30 cm depth soil layer), no significant difference was detected between experimental treatments and control (CK) in deeper layers (60 and 90 cm) and in topsoil (10 and 20 cm). Straw application could increase soil organic matter (SOM) and total nitrogen (TN) content: SOM of T1 and T2 were increased by 0.89 g/kg and 1.24 g/kg compared to CK (13.78 g/kg). TN of CK, T1 and T2 were 0.64, 0.66 and 0.69 respectively, at 0—30 cm layer, which were increased by 2.76% and 6.83%. Straw application could also increase crop yield,rice production of T1 and T2 were increased by 9.24% and 10.37%, and winter wheat yield were increased by 10.11% and 11.51%, respectively.

straw application; the Yellow River irrigation area; paddy-upland rotation; soil nitrate; leaching

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2014ZX07201-009)

2016- 02- 02; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 12- 19

10.5846/stxb201602020237

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yangzhengli@caas.cn

楊世琦,韓瑞蕓,王永生,劉汝亮,謝曉軍,楊正禮.基于秸稈還田條件下的黃灌區(qū)稻旱輪作土壤硝態(tài)氮淋失特征研究.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(9):2926- 2934.

Yang S Q, Han R Y, Wang Y S, Liu R L, Xie X J, Yang Z L.Effect of straw application to soil nitrate leaching of paddy-upland rotation in the Yellow River irrigation area.Acta Ecologica Sinica,2017,37(9):2926- 2934.