川北植烟土壤有机质和全氮空间变异研究

运用GIS技术及地统计学方法，研究了川北植烟土壤有机质和全氮空间变异特征及其影响因素。结果表明，植烟土壤有机质含量变幅为（5.80～42.00）g.kg-1，全氮含量变幅为（0.66～2.39）g.kg-1，土壤有机质和全氮块金系数分别为61.7%和72.0%，说明空间自相关性较弱。空间插值表明，旺苍县绝大部分区域及剑阁县中部土壤有机质含量适宜，而元坝区和剑阁县区域内较大范围边缘有机质较缺乏；剑阁县及元坝区大部分区域土壤全氮含量适宜，而旺苍县大部分区域土壤全氮含量偏高。

猪粪施用对成都平原稻季氨挥发特征的影响

采用通气法开展田间小区原位监测试验,分别设置对照、常规化肥、猪粪和化肥配施、单施猪粪等7个处理,探讨不同比例猪粪施用对稻田氨挥发特征及环境、效益的影响。结果表明,氨挥发通量在施肥后的第2 d达到峰值,然后迅速下降,氨挥发主要集中在施肥后的1周左右。在整个监测期间,氨挥发平均通量为2.87~5.89 kg·hm-2·d-1,氨挥发累积量为43.72~87.38 kg·hm-2,占氮肥施用量的24.27%~29.17%;猪粪和化肥配施处理较常规施肥处理能降低氨挥发累积量4.21%~16.74%,猪粪和化肥配施也有效降低了田面水铵态氮和硝态氮浓度,单施过量猪粪则促进了氨挥发;氨挥发通量与田面水铵态氮浓度呈明显线性正相关。猪粪和化肥配施处理较常规施肥处理稻谷增产196~779 kg·hm-2,同时猪粪的施用也降低了稻田肥料投入成本,有效提高了农民纯收入。综合环境及经济效益,化肥+猪粪50%处理的猪粪投入量最佳,稻田猪粪消纳量为13 264.54 kg·hm-2,生猪承载量为20.19头·hm-2。

秸秆还田下“麦-稻”轮作生产生命周期能耗及温室气体排放

应用生命周期评价方法,将"小麦-水稻"轮作生产体系生命周期划分为原料开采、农资生产和农田种植三个阶段,对秸秆不还田、全量还田、半量还田3种还田量下,生命周期各阶段的能源消耗与温室气体排放进行了清单分析,并进行了温室气体增温潜势评价。结果表明:以氮肥生产为主的农资生产阶段与原料开采阶段是能源消耗的主要阶段,占作物生产全生命周期能耗的70%左右;温室气体排放则以农田种植阶段为主。相较秸秆不还田处理,秸秆全量还田和半量还田增加了作物产量,降低了单位产品(分别为1 t小麦和1 t水稻)生产的CO2、N2O排放量,分别减排CO227.05%、31.23%,减排N2O 17.74%、14.51%,而CH4排放分别增加39.56%、12.38%;但在20 a、100 a时间尺度上,农田综合增温潜势GWP均显著降低。秸秆还田配合氮肥减施能有效降低农田生产系统生命周期能耗及温室气体增温潜势。

猪粪施用对水稻田面水养分动态变化特征及流失风险的影响

通过田间定位实验,分别设置对照、常规化肥、猪粪和化肥配施、单施猪粪等7个不同处理,探讨不同猪粪施用量对水稻田面水养分动态变化特征及流失风险影响。结果表明：各处理田面水总氮（TN）、可溶性氮（DN）、铵态氮（NH4＋-N）、总磷（TP）、可溶性磷（DP）和可溶性钾（DK）浓度均在施肥后1~2d内达到峰值,然后迅速下降,7~10d后浓度趋于对照处理;硝态氮（NO3--N）呈现先降低后升高再降低的变化规律,在施肥后7~9d达到峰值,与铵态氮呈此消彼长的关系;猪粪和化肥配施总氮（TN）、可溶性氮（DN）、铵态氮（NH4＋-N）、可溶性钾（DK）浓度较常规化肥处理能分别降低7.94%~23.60%,19.23%~29.23%,21.28%~35.20%,16.42%~25.71%,同时降低了DN/TN、NH4＋-N/TN的比值,能有效控制氮、钾流失风险;猪粪施用总磷（TP）和可溶性磷（DP）浓度较常规施肥处理分别提高了8.94%~122.46%和19.07%~107.73%,增加了磷素流失风险,同时降低了DP/TP的比值;水稻在施肥移栽应尽可能避开降雨时期,7~10d是控制养分流失的关键时期。稻田猪粪适量施用也提高了稻谷产量,与常规施肥相比,猪粪和化肥配施稻谷增产205~854kg/hm2。综合环境及经济效益等方面考虑,化肥＋猪粪50%（NKM2）处理猪粪投入量最佳,稻田最大消纳猪粪13 264.54kg/hm2,最大生猪承载量为20.19头/hm2。

施用猪粪对稻麦产量和土壤磷素积累与淋失的影响

为确定农田畜禽粪便的安全消纳量,在成都平原稻麦轮作条件下,研究施用猪粪后土壤全磷（TP）、有效磷（Olsen–P和Mehlich3–P）、水溶性磷（Ca Cl2–P）的累积特征,评估磷的淋失风险。结果表明：随猪粪施用量的增加,土壤全磷含量呈逐渐增加的趋势,土壤Olsen–P含量和Mehlich3–P含量在100%猪粪N处理后快速增加,增幅分别为21.87～90.58、53.25～262.82 mg/kg,Ca Cl2–P含量在100%猪粪N水平后急剧增加,增幅为0.18～2.40mg/kg;在稻麦轮作体系下,土壤Olsen–P含量和Mehlich3–P含量流失的临界值分别为50、125 mg/kg,Ca Cl2–P含量流失的临界值为0.6 mg/kg;稻麦轮作周期内腐熟猪粪用量为23 364 kg/hm2时（50%化肥N＋50%猪粪N处理）,土壤的磷素积累量明显小于磷素流失临界值,能够安全地最大化消纳猪粪;50%化肥N＋50%猪粪N处理下,水稻产量和小麦产量的和最高,达13 309.7 kg/hm2,相较于常规化肥处理的总产量增加了10.01%,其综合生态效益和经济效益最优。

猪粪农田施用下的水稻生产生命周期碳排放

规模化养殖的畜禽废弃物替代化学氮肥施入农田,可一定程度上减少化肥生产及使用造成的环境污染,但废弃物施入农田后产生的碳排放已成为农业生态系统面临的重要问题。研究畜禽废弃物农田施用的环境影响,对于探索农田对畜禽废弃物的承载能力具有重要意义。本文采用生命周期评价方法,探讨了猪粪部分替代化学氮肥投入农田的条件下,单位产量水稻生产生命周期的碳排放情况。整个生命周期分为原料开采、农资生产、农田种植3个阶段。结果表明,在1 t水稻生产的生命周期中,常规化肥、猪粪50%替代化肥N、猪粪100%替代化肥N的总碳排放分别为1.760 t(CO2-eq)·t?1、1.997 t(CO2-eq)·t?1和2.550 t(CO2-eq)·t?1,猪粪50%替代化肥N、猪粪100%替代化肥N处理分别比单施化肥处理增产15.87%、9.14%,碳排放高13.63%、44.89%。3种施肥方式碳排放在原料开采阶段分别为0.145 t(CO2-eq)·t?1、0.085 t(CO2-eq)·t?1、0.047 t(CO2-eq)·t?1,农资生产阶段分别为0.032 t(CO2-eq)·t?1、0.014 t(CO2-eq)·t?1、0 t(CO2-eq)·t?1,农田种植阶段分别为1.583 t(CO2-eq)·t?1、1.898t(CO2-eq)·t?1、2.503 t(CO2-eq)·t?1。其中农田种植阶段是碳排放的主要阶段。相较常规单施化肥处理,猪粪50%、100%替代化肥N处理碳排放在原料开采阶段分别减少41.37%、61.58%,农资生产阶段分别减少56.25%、100.00%,而农田种植阶段分别增加20.25%、58.23%。猪粪部分替代化肥N进行农田施用,可部分减少原料开采阶段、农资生产阶段的碳排放,但显著增加了农田种植阶段的碳排放,从而总体上增加了水稻生产生命周期的碳排放,应探索改进其施用方式以减少其环境影响。