长期配施有机肥对宁夏引黄灌区水稻产量和稻田氮素淋失及平衡特征的影响

在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,通过4年的田间定位试验研究了长期配施有机肥对水稻籽粒产量、氮素吸收利用和氮素淋失特征的影响。试验共设置5个处理:不施用氮肥(T1)、常规化学氮肥300 kg·hm-2(T2)、优化化学氮肥210 kg·hm-2+有机肥氮肥90 kg·hm-2(T3)、优化化学氮肥240 kg·hm-2(T4)、优化化学氮肥195 kg·hm-2+有机肥氮肥45 kg·hm-2(T5)。用稻田退水采集装置收集20、60 cm和100 cm深度的淋溶水,计算氮素淋失量。试验结果表明:在常规施氮和优化施氮水平下配施有机肥,水稻籽粒产量没有降低,氮肥利用率分别提高了5.2、1.9个百分点;配施有机肥可以显著降低田面水中的总氮浓度和土体中氮素淋失量,20 cm土层中总氮淋失量分别降低了9.99%和6.02%,100 cm土层中总氮淋失量分别降低了17.9%和9.3%;氮平衡特征计算结果表明,同等施氮水平下配施有机肥氮素表观损失量分别降低了12.1%和12.5%。与常规只施用化肥比较,配施有机肥可以显著降低氮素的淋洗损失,优化施氮水平下配施有机肥(T5处理)为协调水稻产量和环境安全的合理选择。

生物炭对灌淤土氮素流失及水稻产量的影响

针对宁夏引黄灌区氮素流失严重的现状,通过大田试验研究生物炭施于灌淤土对水稻产量、水稻生育期内氮素运移特征及氮素流失量的影响。在常规施肥条件下设置高量炭(C3N300:9000 kg·hm-2);中量炭(C2N300:6750 kg·hm-2);低量炭(C1N300:4500 kg·hm-2)和不施炭(C0N300:0 kg·hm-2)4个处理。研究结果表明,生物炭和氮肥配合施用,对稻田田面水和渗漏水中氮素动态有一定影响,表现为总氮(TN)和硝态氮(NO-3-N)浓度随生物炭用量增加而降低,铵态氮(NH+4-N)浓度升高;在对各层土壤氮素动态的影响上,表现为20 cm处渗漏水中氮素浓度受生物炭用量影响明显,但100 cm处氮素浓度受影响较小。对水稻生育期内氮素径流损失的影响表现为随生物炭施用量增加,田面水TN和NO-3-N径流流失风险下降,但NH+4-N径流流失风险增加;本研究条件下添加生物炭对NO-3-N和NH+4-N淋失没有表现出影响,TN淋失表现为随生物炭用量增加而降低,其中TN淋失量最小的是C3N300处理,整个生育期内淋失量为26.28 kg·hm-2,与常规施肥处理C0N300相比,减少9.45%。另外,添加生物炭增加水稻穗粒数和穗数,使水稻理论产量显著增加15.3%~44.9%,其中C3N300产量显著高于其他处理(P<0.05)。生物炭用于灌淤土对水稻产量有促进作用,对降低稻田氮素淋失也表现出积极效果。

控释氮肥侧条施用对东北地区水稻产量和氮肥损失的影响

为探索东北地区水稻种植过程中控释氮肥侧条施用对水稻产量和氮素损失的影响,设置对照不施氮肥(CK)、农民常规施肥(FP)、高量控释氮肥(HN)、中量控释氮肥(MN)和低量控释氮肥(LN)共5个处理,通过田间小区试验研究了控释氮肥侧条施用对水稻产量、氮素回收率、农学利用效率、径流损失和不同层次淋溶水中总氮浓度变化的影响。结果表明:HN处理和MN处理在氮肥用量降低10%~20%的条件下与FP处理比较水稻籽粒产量没有显著降低,HN处理的穗数和穗粒数分别比FP处理提高了10.79%和15.38%,当氮肥减量30%(LN处理)时,水稻籽粒产量降低明显。控释氮肥侧条施用显著提高了氮肥回收率和农学利用效率,HN处理与FP处理比较氮肥回收率提高了5.23个百分点,氮肥农学效率也比FP处理提高了6.48kg/kg。控释氮肥侧条施用降低了田面水中总氮浓度和径流损失,控释氮肥各处理氮素径流损失降低幅度在37.32%~47.10%。控释氮肥侧条施用降低了淋溶水体中总氮浓度,并延迟了总氮浓度峰值出现时间,减少了氮素淋洗损失的风险,是一种兼顾水稻产量的环境友好型施肥技术。

生物炭对引黄灌区水稻产量和氮素淋失的影响

为解决宁夏引黄灌区稻田因过量施肥导致的土壤质量降低和养分淋失加剧问题,通过田间小区试验研究了施用外源生物炭对水稻产量、氮素淋失和平衡特征的影响。结果表明:同等施氮条件下,施用生物质炭对水稻子粒产量有显著的影响,生物炭用量达13 500kg/hm^2时水稻增产显著。施用生物炭也提高了氮肥利用率,施用生物炭9 000kg/hm^2和13 500kg/hm^2处理,氮肥利用率分别提高了6.7和7.8个百分点。田面水中总氮(TN)浓度和土体中TN淋失量随着生物炭用量的增加而降低,TN淋失量降幅在8.03%~13.36%之间,施用生物炭处理的氮素表观损失量分别降低了11.8%~45.2%。综合考虑引黄灌区水稻产量和环境效益,生物炭施用量控制在9 000~13 500kg/hm^2效果最佳。

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO_2、CH_4和N_2O通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮(N300)、优化施氮(N240)和不施氮(N0)对水稻不同生育期CO_2、CH_4和N_2O通量以及稻田增温潜势(GWP)的影响。结果表明:CO_2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH_4排放主要发生在水稻孕穗期,而N_2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO_2、CH_4和N_2O的累积排放量分别为18 446.87、146.57 kg C·hm^(-2)和2.93 kg N·hm^(-2);为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO_2排放,但使灌区稻田CH_4和N_2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。

引黄灌区不同肥料类型和施肥技术对稻田氮磷流失的影响

为减少引黄灌区稻田退水导致的农业面源污染,寻找水稻稳产和环境友好的最佳结合点,研究了大田示范条件下不同肥料类型和施肥技术对稻田田面水和排水沟退水氮磷变化特征的影响。结果表明,与常规施肥处理比较,优化施肥和侧条施肥均可以显著降低稻田田面水和排水沟中TN质量浓度,其中以侧条施肥处理效果最好,田面水和排水沟中TN质量浓度仅为常规施肥的47.4%和34.3%,各施肥处理间田面水和排水沟中TP质量浓度变化差异不显著。优化施肥和侧条施肥处理在肥料减量的条件下水稻产量并没有降低,其中有机种植处理产量最低,相对产量仅为常规处理的73.5%。综合考虑水稻产量和环境因素,优化施肥和侧条施肥技术可以作为环境友好型施肥技术在引黄灌区进行推广。

应用于水稻生产的增效减负环保型施肥技术比对--以宁夏引黄灌区为例

过量施肥及盲目灌溉导致宁夏引黄灌区水稻种植中氮素淋失严重,氮肥利用率低下。探索能够在保障水稻产量前提下减少氮素淋失、提高氮素利用率的环保型施肥技术是该区域实现农业可持续发展的现实需求。本研究在前期研究的基础上,就不同施肥技术对灌区水稻生育期内氮素淋失、氮素利用率及水稻产量的影响效果进行比对,旨在为后续工作中技术筛选及推广提供依据。试验共设置4个处理,分别是(1)无肥对照(CK):不施氮肥;(2)常规施肥(FP):施用氮肥300 kg N·hm-2,60%作为基肥,分蘖和孕穗期各追肥20%;(3)侧条施肥(SD):施用水稻专用控释肥120 kg N·hm-2,水稻插秧时将肥料一次性施入;(4)育苗箱全量施肥(NB):施用水稻专用控释肥,用量为120 kg N·hm-2,育秧时一次性全量施入育秧盘。结果表明,采用SD和NB在氮素用量较FP降低60%的情况下,水稻产量都不会下降。SD可以显著降低稻田氮素淋溶损失,FP水稻生育期内可溶性总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)淋失量分别为39.89、26.22 kg·hm-2和5.49 kg·hm-2,SD和FP相比,TN、NO3--N和NH4+-N的淋失量分别减少18.97、11.18 kg·hm-2和2.27 kg·hm-2;同时SD可以显著提高宁夏灌区水稻氮素利用率,较FP提高21.4%。NB和FP相比,TN、NO3--N和NH4+-N淋失量分别减少14.36、10.14 kg·hm-2和1.84 kg·hm-2,氮素利用率亦提高15.7%,但是TN、NO3--N和NH4+-N淋失量较SD处理分别增加4.61、1.04 kg·hm-2和0.43 kg·hm-2,同时氮素利用率亦减少5.7%。综合考虑水稻产量和环境效益,SD更适合在宁夏灌区水稻种植中推广应用。

水稻作物化肥减施增效技术评价指标体系构建

为解决我国水稻作物化肥减施增效技术评价指标体系建立滞后的问题,在深刻理解水稻作物化肥减施增效技术应用终极目标,遵循科学性与实用性、完整性与简明性、系统性与层次性、动态性与稳定性、可行性与可比性和现实性与导向性原则之上,采用文献综述与专家咨询方法构建针对水稻作物评价指标体系,并运用专家组合多重相关法进行主观赋权研究。系统构建了水稻作物化肥减施增效技术综合评价指标体系,其中包括5个一级指标、17个二级指标和43个三级指标,并基于专家组合的多重相关主观赋权方法分别对3个层次指标进行赋权,确立了每个指标的主观权重。本指标体系的构建可以推动水稻作物化肥减施增效技术的研发更具目标性和指向性;基于专家组合多重相关法的应用集中了专家的整体意见,克服了传统主观赋权法存在个别专家差异性引起偏差的弊端,可为科学开展各作物化肥减施增效技术综合评价提供借鉴参考。