洱海流域稻田综合种养对田面水氮素和水稻产量的影响

合理的综合种养模式及密度对实现洱海流域稻季氮肥减量和稻田氮素减排至关重要。通过对稻鸭、稻蟹共作模式的田间定点试验,分析了不同养殖密度与氮肥优化下两种稻季综合种养模式对田面水氮素动态变化及水稻产量的影响。结果表明:田面水TN、NH4+^-N、NO3--N浓度在施肥后上升,3~5 d后达到峰值,之后迅速下降趋于平稳,TN、NH4+^-N后期略有小幅度上升。相对于常规处理(HT),空白处理(CK)、低密度养蟹处理(CL)、高密度养蟹处理(CH)、低密度养鸭处理(DL)、高密度养鸭处理(DH)田面水TN浓度分别降低了28.8%、14.7%、14.1%、7.3%、3.1%,NH4+-N浓度分别降低了27.4%、15.1%、24.7%、11.0%、24.7%,NO3^--N浓度CK降低了30.0%,CL、CH、DL、DH分别提高了15.0%、5.0%、40.0%、25.0%;稻鸭共作能够显著降低NH4+-N/Nmin值,显著增加NO3^--N/Nmin值,而稻蟹共作对NH4+-N/Nmin和NO3--N/Nmin值影响不显著;稻鸭和稻蟹共作对Nmin/TN、ON/TN值无显著影响。与HT处理相比,CL、CH、DL和CK处理水稻产量分别显著提高了11.4%、9.4%、9.2%和5.1%,而DH却降低4.1%。稻鸭、稻蟹共作模式减少了氮肥施用量,低密度养鸭/蟹处理与氮肥优化相结合更有利于保证水稻产量。

水位波动和氮浓度变化对氮转化功能基因丰度的影响

为探索浅层地下水氮浓度及水位波动对土壤剖面中氮转化功能基因丰度的影响,以洱海近岸农田原状土壤剖面为对象,研究了模拟常规氮浓度的浅层地下水进行水位波动(SND)和持续淹水(SNF),以及无氮浓度的浅层地下水位波动(0ND)后土壤剖面氮浓度和氮转化功能基因丰度的变化,探讨了土壤因子与功能基因丰度的关系.结果表明:SNF、SND和0ND处理较试验前土壤剖面中溶解性总氮(TDN)浓度分别降低了44%、21%和30%,NO_(3)^(−)-N浓度分别降低了55%、28%和38%.同时,0ND和SNF处理较SND处理土壤剖面中反硝化功能基因丰度分别降低20%和1%,厌氧氨氧化功能基因丰度则分别增加68%和7%,硝化功能基因丰度分别降低34%和增加23%,土壤含水率(MC)、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(−)-N和TDN均为功能基因丰度变化的重要驱动因子.土壤剖面持续淹水会显著降低溶解性氮浓度,浅层地下水波动及水中氮浓度引起的土壤剖面干湿交替和氮浓度变化是氮转化功能基因丰度变化的主要驱动力.

川中丘陵区桤木、柏木对紫色土风化与养分特征的影响

[目的]研究川中丘陵区桤木、柏木树种对紫色土风化与养分特征的影响,为该区水土流失防治与农业生产提供科学依据。[方法]选择川中丘陵区万安小流域为研究区,以桤木、柏木为研究对象,运用野外调查、剖面挖掘采样等方法,研究桤木、柏木对紫色土剖面风化与养分的影响。[结果]①桤木、柏木下土壤剖面分形维数分别为2.07和2.13,较对照分别提高了6.47%和9.03%,其中柏木对物理风化的提升幅度高于桤木。②桤木、柏木、对照剖面的化学风化程度差异并不显著,桤木、柏木生长对土壤剖面化学风化的影响较小。③桤木、柏木下土壤剖面综合肥力指数较之对照分别提高了14.08%和11.27%,其中桤木的提升效果优于柏木,其对有机质,全N,碱解N,速效K的提升尤为显著。④桤木、柏木根系分布密度与剖面分形维数、综合肥力指数均呈现较强的正相关关系(p<0.05),但与化学风化指数的相关关系并不显著(p>0.05)。[结论]桤木、柏木在提升川中丘陵区紫色土物理风化速率与养分特征方面均发挥了积极的作用。

水肥耦合对紫色土中小麦肥料减施效应的影响

为了认识水肥耦合对紫色土中小麦的影响特征及肥料减施效应,在四川盐亭县青峰村和四川盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站的石灰性紫色土上,于2018年10月至2020年5月,用小区和盆栽试验等方法,观测不同水肥耦合处理对小麦和土壤主要属性的影响。结果表明,水肥耦合对小麦生长和籽粒产量有明显的促进效应,浇水到田间持水量的80%左右时,其促进效应最大;肥料用量减少10%~20%,不会造成小麦的明显减产;水肥耦合主要提高了土壤养分有效性和土壤酶的活性,因而有明显的促进效应。水肥耦合是紫色土区减肥增效的一种有效措施,从而能有效防治区域的面源污染。

高原湖泊周边浅层地下水:溶解性碳时空分布及驱动因素

地下水中溶解性碳在碳循环和生态功能维持中发挥着重要作用,其浓度水平影响着地下水中污染物的迁移转化.为了解高原湖泊周边浅层地下水中溶解性碳的时空变化特征,分析了云南8个高原湖泊周边浅层地下水(n=404)中溶解性有机碳(DOC)、溶解性无机碳(DIC)和溶解性总碳(DTC)浓度的时空分布及驱动因素.结果表明,高原湖泊周边浅层地下水中ρ(DOC)、ρ(DIC)和ρ(DTC)的均值分别为8.23、49.01和57.84 mg·L^(-1),近79.0%的浅层地下水中ρ(DOC)超过5 mg·L^(-1).季节变化对DOC、DIC和DTC浓度无显著影响,而农业集约化强度和地下水位深度显著影响浅层地下水中溶解性碳浓度变化,表现为设施农业区(SFAR)、农田休耕区(CFAR)和较深地下水位集约化农业区(DIAR)的地下水中DOC、DIC和DTC浓度相比于较浅地下水位集约化农业区(SIAR)分别显著降低了25.8%~56.6%、14.0%~32.9%、16.6%~36.7%,且DIAR地下水中溶解性碳浓度均显著低于SFAR和CFAR.冗余分析(RDA)表明水和土壤中理化因子显著解释了溶解性碳的变化.此外,异龙湖周边浅层地下水中溶解性碳浓度显著高于其它湖泊,程海却显著低于其它湖泊.可见,农业集约化强度和地下水位共同驱动了高原湖泊周边浅层地下水中溶解性碳浓度变化.研究结果以期为了解高原湖区碳随地下径流入湖等区域碳循环及评估浅层地下水中溶解性碳对污染物的衰减提供科学依据.

洱海流域稻鸭共作对稻田温室气体排放和水稻产量的影响

稻季是水旱轮作生态系统温室气体排放的主要时期,探索有效措施实现稻季温室气体减排和水稻增产已成为当前研究的热点.稻鸭共作是减少稻季温室气体排放的有效措施之一,而确定合理的稻鸭共作密度对确保洱海流域水稻产量基础上实现温室气体减排具有重要意义.该研究通过设置不同稻鸭共作密度试验,采取密闭静态箱-气相色谱法研究了稻鸭共作对温室气体排放规律、排放量及全球增温潜势(GWP)的影响.结果表明:水稻生育期,CH4和N2O均在分蘖期和结实期出现排放峰;CH4排放通量、累计排放量和总排放量大小均为常规处理(CT)>低密度鸭处理(LDD)>高密度鸭处理(HDD)>空白处理(CK),而N2O为HDD > LDD > CT > CK.与CT相比,CK、LDD、HDD的CH4排放总量分别降低45%、18%、25%,N2O排放总量分别降低8%、增加11%和37%,温室气体综合增温潜势分别降低41%、14%、17%.田面水DO、NH4+-N、NO3--N及土壤温度是引起温室气体CH4和N2O排放差异的主要因素.不同处理的水稻产量为LDD > CK > CT > HDD.合理的稻鸭共作密度降低CH4排放,增加N2O排放,减缓全球增温潜势,提高了水稻产量.兼顾水稻产量和温室气体减排效果,LDD处理综合效益最好.

浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化/反硝化微生物丰度的影响

为揭示湖泊近岸浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化与反硝化功能微生物基因丰度的影响,以洱海湖滨带菜地土壤剖面为研究对象,通过模拟地下水升降过程,分析了水位升高(S1)、水位降低(S2)及落干(S3)过程中土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度的变化特征,探讨了功能基因与土壤环境因子的耦合关系.结果表明:S3阶段的土壤剖面AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度显著高于S1和S2;S1阶段的土壤剖面nirK、nirS、nosZ基因丰度均显著高于S2和S3.AOA-amoA基因丰度显著高于AOB-amoA基因丰度,nirS基因丰度显著高于nirK、nosZ基因丰度;不同取样时期的土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度均表现为A层>B层>C层>D层.水位升降对土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度有显著影响,且AOA-amoA和nirS基因对水位升降更敏感,分别在硝化与反硝化作用中占主导地位;pH、有机碳(SOC)、全氮(TN)为功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的环境驱动因子,而功能基因nirK、nirS、nosZ的环境驱动因子为土壤含水量(W)、铵态氮(NH4^+-N)、硝态氮(NO3^--N)、TN、SOC、pH.该研究结果可为揭示浅层地下水升降过程中菜地土壤剖面氮素循环的微生物学机制提供科学依据.

垄作方向对不同坡位红壤坡耕地耕层土壤水分特征曲线的影响

【目的】探讨横坡垄作和顺坡垄作对不同坡位耕层土壤水分特征曲线的影响,为红壤坡耕地垄作方向的选择提供依据。【方法】采用压力膜仪法测定两种垄作方向、不同坡位(上部、中部、下部)耕层土壤水分特征曲线,并以Van Genuchten(VG)模型拟合该曲线,通过VG模型参数分析比较横坡耕作和顺坡垄作耕作后不同坡位土壤持水特点及其影响因素。【结果】红壤坡耕地耕层不同坡位土壤与0~1000 kPa水吸力对应的体积含水率为0.36~0.66 cm^(3) cm^(-3),VG模型能够较好地表达两者间数量关系。顺坡垄作上部、中部和下部坡位耕层土壤VG模型参数饱和含水率θs分别为0.59、0.59和0.65 cm^(3) cm^(-3),残余含水率θr为0.37、0.38和0.41 cm^(3) cm^(-3)且随着坡位降低而增大;横坡垄作上部、中部和下部坡位耕层土壤VG模型参数饱和含水率θs分别为0.58、0.56和0.59 cm^(3) cm^(-3),残余含水率θr为0.37、0.35和0.38 cm^(3) cm^(-3)且随坡位降低呈先减小、再增加趋势变化。VG模型参数d、n均为0.11和0.92,随耕作方向、坡位变化不明显。【结论】总孔隙度和砂粒含量为影响不同垄作方向红壤耕层理化性质的主导因素。顺坡垄作上部和中部坡位耕层土壤持水能力不及下部坡位土壤,但就同一坡位比较,横坡耕层土壤的释水能力优于顺坡耕作,说明横坡耕作可改善土壤供水能力。

滇池周边浅层地下水硝酸盐来源及转化过程识别

明确硝酸盐的主要来源及转化过程对地下水氮污染防治和水资源开发利用具有重要意义.为了探明滇池周边浅层地下水中硝酸盐污染现状及来源,于2020年雨季(10月)和2021年旱季(4月)在滇池周边共采集73个浅层地下水样,运用水化学和氮氧同位素(δ-(15)N-NO^(-)-_(3)、δ-(18)O-NO^(-)-_(3))识别浅层地下水中硝酸盐的空间分布、来源及转化过程,并结合同位素混合模型(SIAR)定量评价不同来源氮对浅层地下水硝酸盐的贡献.结果表明,旱季浅层地下水中有40.5%的采样点ρ(NO^(-)-_(3)-N)超过地下水质量标准(GB/T 14848)Ⅲ类水质规定的20 mg·L^(-1),雨季超过47.2%的采样点ρ(NO^(-)-_(3)-N)超过20 mg·L^(-1).氮氧同位素和SIAR模型分析结果证明了土壤有机氮、化肥氮、粪肥和污水氮是浅层地下水硝酸盐的主要来源,以上氮源对旱季浅层地下水中硝酸盐的贡献率分别为13.9%、11.8%和66.5%,对雨季的贡献率分别为33.7%、31.1%和25.9%,而大气氮沉降贡献率仅为8.5%,对该区浅层地下水中硝酸盐来源贡献较小.硝化作用是旱季浅层地下水中硝态氮转化的主导过程,雨季以反硝化作用为主,且反硝化作用雨季比旱季明显.

高原湖泊周边浅层地下水:氮素时空分布及驱动因素

高原湖泊周边浅层地下水作为当地重要的生产和生活水源之一,由于受到地表氮素投入负荷、降雨和灌溉等因素驱动下,浅层地下水NO_(3)^(-)-N污染较为严重,威胁着高原湖泊水质安全.2020~2021年雨季和旱季从云南8个高原湖泊周边农田和居民区的水井中采集了463个浅层地下水样,分析了地下水中氮的污染特征及驱动因素.结果表明,浅层地下水中ρ(TN)、ρ(NO_(3)^(-)-N)、ρ(ON)和ρ(NH_(4)^(+)-N)平均值分别为24.35、15.15、8.41和0.79 mg·L^(-1),8个湖泊周边近32%的浅层地下水样NO_(3)^(-)-N浓度超过地下水Ⅲ类水质要求(GB/T 14848),其中,洱海、杞麓湖和滇池湖泊周边地下水NO_(3)^(-)-N浓度超标率最高,其次是星云湖、阳宗海和异龙湖,最小为抚仙湖和程海.土地利用和季节变化影响着浅层地下水中各形态N浓度及其组成,农田区浅层地下水中各形态N浓度高于居民区,除NH_(4)^(+)-N外,雨季浅层地下水中各形态N浓度高于旱季.NO_(3)^(-)-N是TN的主要形态,占TN的质量分数为57%~68%,ON占TN的质量分数为27%~38%.浅层地下水中EC、DO、ORP和T是反映或影响浅层地下水中各形态N浓度的关键因子,而土壤因子对浅层地下水中各形态N浓度影响较弱.

高原湖泊周边浅层地下水:磷素时空分布及驱动因素

高原湖泊周边农田磷肥的大量施用和城镇村落的聚集造成了土壤剖面磷素不断累积和含磷污染物的大量排放,加剧了湖泊周边浅层地下水的磷污染,磷随湖泊周边区域浅层地下径流入湖也影响着高原湖泊的水质安全.2019~2021年雨季和旱季,通过对云南8个湖泊周边农田和居民区水井进行监测,分析了452个浅层地下水样中磷浓度的时空差异及驱动因素.结果表明,季节变化和土地利用影响了浅层地下水中磷浓度及其组成,表现为雨季浅层地下水中磷浓度大于旱季,农田大于居民区;溶解性总磷(DTP)是总磷(TP)的主要形态,占75%~81%,溶解性无机磷(DIP)是DTP的主要形态,占74%~80%.8个湖泊周边近30%的样本TP浓度已超过地表水Ⅲ水标准(GB 3838),其中,洱海(52%)、杞麓湖(45%)、星云湖(42%)和滇池(29%)湖泊周边地下水磷的超标率远高于阳宗海(16%)、抚仙湖(13%)、程海(6%)和异龙湖(5%).影响浅层地下水磷浓度的关键因子是土壤剖面中水溶性磷(WEP)、含水率(MWC)、土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、pH和浅层地下水中pH、水位(P<0.05).土壤WEP、SOM、TN、MWC和地下水中pH的增加显著增加了浅层地下水中DIP和DTP浓度,而地下水位的降低显著减少了地下水中DTP和DIP的浓度.

石灰性紫色土种植小麦适宜施肥量的研究

【目的】目前我国小麦施肥效应研究主要集中在中部及北方地区,南方石灰性紫色土上小麦施肥效应及适宜施肥量尚不清楚。【方法】2018年10月至2020年5月在四川盐亭县青峰村石灰性紫色土农田,设农户习惯施肥(FP)、地方科技部门推荐施肥(ST)、养分专家系统优化施肥(NE)、优化施肥配施锌肥(NE+Zn)和优化施肥增减氮肥等12个处理,进行小麦施肥小区试验。【结果】石灰性紫色土上不同施肥处理对小麦的生物量和产量影响显著,而对千粒重无明显影响;NE+Zn处理产量最高,即优化施肥配施锌肥小麦增产效果显著,与FP处理相比平均增产约20%;不施氮肥和氮肥用量增减对小麦影响不明显,但不施磷肥则影响显著:相对于NE+Zn处理减产约30%。【结论】石灰性紫色土种植小麦的推荐施氮量为N 93 kg hm^(−2),同时配施磷肥和锌肥小麦有显著增产效果。