秸秆还田环境效应研究进展

秸秆还田是重要的秸秆资源化利用途径,可以补充土壤有机质和养分,提高土壤肥力,但也会对农田氮磷流失、氨挥发、温室气体排放等产生影响,进而影响水和大气环境。综合分析了秸秆还田对农田氮磷流失、氨挥发、温室气体排放的影响,以期为秸秆科学还田提供指导。

生物炭复配天然矿物对稻田土壤还原性物质的影响

为探究秸秆还田后土壤氧化还原状况变化和生物炭复配天然矿物对稻田土壤还原性物质削减效果,将玉米秸秆生物炭(BⅠ)、烟草秸秆生物炭(BⅡ)与天然矿物(S)按不同比值组合成调理剂,采用盆栽的方法研究其对稻田土壤还原性物质总量,活性还原性物质、亚铁离子(Fe^(2+))、亚锰离子(Mn^(2+))含量及产量的影响。结果表明,水稻苗期—分蘖期,秸秆还田可提高土壤还原性物质含量,RS处理(秸秆还田)还原性物质总量、活性还原性物质和Fe^(2+)含量平均值分别比CK(秸秆不还田)提高1.18 cmol/kg、1.83cmol/kg、194.22 mg/kg。玉米秸秆生物炭对土壤还原性物质降低效果优于烟草秸秆生物炭。其中,S_(5)BⅠ5(S∶BⅠ=5∶5)、S_(3)BⅠ_(7)(S∶BⅠ=3∶7)、S_(0)BⅠ_(10)(S∶BⅠ=0∶10)还原性物质总量和活性还原性物质含量平均值分别比RS降低0.13~0.20、0.23~0.60 cmol/kg;S_(3)BⅠ_(7)的Fe^(2+)平均含量比RS处理降低110.41 mg/kg;除S_(3)BⅡ_(7)(S∶BⅡ=3∶7)外,玉米秸秆生物炭和烟草秸秆生物炭及其与天然矿物复配比RS处理水稻根系附近土壤溶液Fe^(2+)含量降低幅度在29.78~54.60、8.58~33.57μg/kg。不同复配调理剂处理土壤溶液平均p H值比RS处理提高了0.06~0.29。S_(3)BⅠ_(7)处理有效穗数和实粒质量比RS提高了4.0个/穴、12.4 g/穴。综上所述,秸秆还田会提高水稻生育前期土壤还原性物质含量,生物质炭与天然矿物复配可以有效降低土壤还原性物质含量和Fe^(2+)产生速率,改善土壤溶液酸碱度,最终提高水稻有效穗数和产量。其中玉米秸秆生物炭改善效果优于烟草秸秆生物炭,并且玉米秸秆生物炭与天然矿物以7∶3复配具有最好的效果。

钾肥种类对子莲产量、品质和养分吸收的影响

为在子莲施肥中合理选择钾肥,以‘太空莲36号’为材料,采用微池试验的方法,设置不施钾(CK)、氯化钾(MOP)和硫酸钾(SOP)3个处理,研究钾肥种类对子莲产量品质和养分吸收的影响。结果表明,在莲田土壤有效硫32.2 mg/kg、有效氯10.0 mg/kg的试验条件下,施钾显著提高了通芯莲和膨大茎产量,与CK处理相比,MOP处理的通芯莲和膨大茎产量分别增加了29.7%和21.5%,SOP处理分别增加了41.3%和71.2%。与MOP处理比较,SOP处理的通芯莲和膨大茎产量分别提高了9.0%和40.9%,其收获指数分别提高了0.6和5.0个百分点,淀粉含量分别提高了2.6和7.9个百分点,其中膨大茎产量、收获指数和淀粉含量增加显著;子莲多数器官的氯含量显著降低,降低幅度为34%~77%,氯吸收总量降低55.2%,硫含量增加0.4%~57%,硫吸收总量增加23.0%,钾肥当季利用率提高2.4个百分点。硫酸钾在提高通芯莲产量和改善品质方面略优于氯化钾,在提高子莲膨大茎产量和品质方面显著优于氯化钾。因此初步提出广昌县子莲“前期氯化钾、后期硫酸钾”的施钾策略。

生物降解地膜对辣椒生长发育的影响

为明确不同材质生物可降解地膜对辣椒(Capsicum frutescens)生长发育的影响,选用聚乙烯地膜(PE)、天然产物类(PM1、PM2)、合成聚合物类降解膜[聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等](PM3、PM4、PM5)进行田间试验,观察不同地膜的增温作用、降解性能和不同地膜覆盖下辣椒的生长性状。结果表明,辣椒生育前期(覆膜后0~52 d)是地膜增温的主要时期,覆膜种植主要提高该时期0~5 cm和5~10 cm土层各时间段土壤温度。其中,PM5的增温效果与PE相近,5~10 cm和10~15 cm土层土壤平均温度比CK(露地种植)提高了2℃以上。地膜覆盖使辣椒株高在覆膜后24~47 d得到明显生长,平均增长了20.28 cm,在覆膜后39 d,PM5比CK提高了8.2 cm;不同覆膜处理的辣椒叶绿素SPAD在覆膜后23 d存在显著差异,PM5和PE显著高于CK,分别提高了5.67和3.70。地膜覆盖对辣椒产量的影响表现为PM3、PM4、PM5处理的辣椒总产量均显著高于CK,分别提高了4 123、4 445、5 552 kg/hm^(2),其增产效果接近或优于PE,其中PM5对辣椒产量提升的效果最明显。因此,辣椒露天栽培推荐使用厚度为0.01 mm,主要成分为PBAT、PHA的可降解地膜。

氮肥用量和运筹方式对再生稻产量品质和氮肥利用率的影响

探讨兼顾再生稻头季和再生季的最适施氮量和运筹方式,为实现再生稻高产优质和氮肥的高效利用提供依据。以丰两优香1号为试验材料,在湖北省江陵县通过田间小区试验,设置不施肥(CK)、不施氮肥(N0)、常规施氮量(280 kg/hm^(2))和常规氮肥运筹(Nc)、常规施氮量和增加提苗肥比例(Ncc)、常规施氮量和100%提苗肥(Ntz)、减氮20%和增加提苗肥比例(N-cc)、减氮20%和100%提苗肥(N-tz)7个处理,研究不同施氮量和运筹方式对再生稻产量、品质、氮素吸收与分配以及氮肥利用率的影响。结果表明:在相同氮肥运筹方式下,减氮20%处理的再生稻产量与不减氮处理基本持平,总吸氮量略低(N-tz处理降低幅度较大),氮肥利用效率较高,其中偏生产力显著提高;与Nc处理相比,Ntz和N-tz处理再生稻总产量增加9.8%~11.2%,再生季稻谷整精米率提高3.5~4.2个百分点,稻米垩白度降低0.7~1.4个百分点,氮收获指数增加9.8%~14.8%,每生产100 kg籽粒吸氮量降低3.0%~10.8%,氮肥贡献率提高7.6~8.5个百分点,偏生产力提高11.2%~36.7%,农学效率提高74.0%~105.0%,吸收利用率提高4.3~6.6个百分点,生理利用率提高34.3%~70.8%,且大多数氮肥利用率指标再生季优于头季。在目前江汉平原生产条件下,再生稻适宜施氮量在225 kg/hm^(2)左右,其中头季占65%、再生季占35%,在头季施足穗肥的基础上,再生季氮肥可全部作提苗肥施用。

三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015—2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮(Total Nitrogen,TN)、硝态氮(NO3~--N)、氨氮(NH4~+-N)、总磷(Total Phosphorus,TP)、可溶态总磷(Dissolved Total Phosphorus,DTP)和颗粒态总磷(Particulate Phosphorus,PP)浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明:1)不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2)不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3)内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4)长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。

长期秸秆还田提升稻麦轮作系统土壤供钾容量和强度

【目的】农作物秸秆中含有丰富的钾素,秸秆还田不仅为植物生长提供钾素,还可以补充农田土壤钾库容。本研究利用动力学模型,评估长期秸秆还田对土壤供钾能力的影响。【方法】基于稻麦轮作制长期秸秆还田定位试验,设置4个处理:秸秆不还田、不施肥(CK);不施肥、每季秸秆还田量为6000 kg/hm^(2)(RS);施化肥、秸秆不还田(NPK);施化肥、秸秆还田量同RS(NPKS)。采集秸秆还田13年土壤和植株样品,分析植株吸钾量和不同形态土壤钾含量,计算土壤钾素表观平衡。采用连续浸提法测定吸附在黏土矿物不同位置的钾含量。测定四苯硼钠和有机酸法模拟条件下钾素的释放过程。【结果】稻麦轮作制长期秸秆还田试验中,RS和NPKS处理每年秸秆输入的钾素约为220 kg/hm^(2),土壤钾表观平衡为盈余,而CK和NPK处理依然为亏缺。秸秆处理的土壤交换性钾和非交换性钾素含量均得到稳步提升,分别提高12.3~18.5和85.6~157.6 mg/kg。秸秆还田增加的非交换性钾素主要分布在粘土矿物层间(i位点),少量分布于表面(p位点),但是并未显著改变p位、e位和i位钾的比例。土壤固定的钾素释放特征分为快速释放和缓慢释放两个阶段,该过程符合一级动力学模型。以四苯硼钠作浸提剂,快速释放阶段土壤钾素的释放速率表现为RS>NPKS>CK>NPK,缓慢释放阶段表现为RS>CK>NPKS>NPK,RS和NPKS处理的释放量快速阶段较NPK处理分别多166.6、81.1 mg/kg,慢速阶段分别多71.4、27.9 mg/kg。以有机酸为浸提剂,快速和缓慢释放阶段的钾素释放量和释放速率都表现为NPKS>RS>NPK>CK,NPKS和RS处理钾素释放量在快速释放阶段较NPK处理分别增加了16.3、14.5 mg/kg,在缓慢释放阶段分别增加了46.2和111.8 mg/kg。【结论】秸秆的外源钾素能够补充土壤钾素,影响土壤钾素表观平衡,长期秸秆还田后土壤钾素由亏缺转为盈余状态。秸秆还田既能提高土壤交换性钾含量,也能提高非交换性钾含量,其增加的钾素主要位于矿物层间位置,少量在矿物表面。钾释放动力学证明了秸秆还田可同时提高土壤钾素的供应强度和容量。

子莲采收期干物质累积和氮磷钾养分吸收转运特征

【目的】研究加工通芯莲用子莲的干物质累积和氮磷钾养分吸收转运特征,为子莲科学施肥提供理论依据。【方法】以太空莲36号和建选17号为供试品种,在江西省广昌县开展微区(3 m^(2))试验。分别在子莲移栽后85天(始收期)、103天(收获早期)、121天(收获盛期)、139天(收获中期)、160天(收获后期)、180天(终收期)采样,测定各器官(部位)干物质累积量和氮磷钾养分含量,计算氮磷钾养分累积量,源器官干物质和氮磷钾转运量,以及汇器官干物质和氮磷钾累积量增量。【结果】子莲干物质累积总量主要集中在子莲始收期—收获盛期(移栽后85~121天),其中叶片、根状茎等源器官(部位)干物质累积量先增后降,在移栽后139天(花果期末,收获中期)达最高值;莲蓬和果实干物质累积量持续增加;膨大茎开始生长后,干物质累积量迅速增加。叶片、根状茎等源器官氮磷钾含量动态变化相似,在移栽后139天前维持在较高水平,然后迅速或逐渐下降;花蕾、果实和膨大茎氮磷钾含量相对稳定;莲蓬氮、磷含量的动态变化与叶片相似,钾的变化与果实相似。子莲氮和钾累积量主要集中在移栽后85~121天,磷积累量主要集中在移栽后85~139天,此期间氮、磷和钾累积量分别占其累积总量的53.9%、61.4%和55.9%。移栽后139~180天,子莲汇器官氮累积量增量在莲蓬、果实和膨大茎中的分配比例分别为3.0%、67.8%和29.2%,磷的分配比例分别为1.5%、65.0%和33.5%,钾的分配比例分别为6.7%、40.5%和52.8%,源器官氮磷钾转运量占汇器官累积量增量的比例分别为88.8%、49.9%和77.7%。每生产100 kg通芯莲,子莲植株N、P_(2)O_(5)和K_(2)O最大累积量平均分别为7.50、3.47和9.45 kg,N、P_(2)O_(5)、K_(2)O养分吸收量之比为1∶0.46∶1.26。【结论】收获中期(花果期末)—终收期,子莲植株体内氮磷钾的累积有“莲蓬+果实”和“膨大茎”两个汇,并以果实发育为主,氮和钾的来源以体内转运为主,磷的来源体内转运和吸收各约50%。因此,保证花果期充足的养分供应和成藕期磷素的持续供应是子莲高产的前提。

生物降解地膜降解特性及其应用对辣椒生长发育的影响

为明确不同材质生物可降解地膜在湿润气候下的降解特性和对辣椒生长发育的影响,通过大田试验研究了聚乙烯地膜(PE)、淀粉基降解膜(BM1)、聚合类降解膜(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等)(Bm_(2)、BM_(3)、BM_(4)对土壤温度、田面覆盖降解性能和辣椒农艺性状的影响,通过埋土试验评估各地膜不同埋土深度的降解过程。结果表明:(1)辣椒生育前期(覆膜后0~58 d)是地膜发挥保温效果关键期,覆膜种植主要提高该时期0~5和5~10 cm土层14:00和17:00的土壤温度。其中,BM_(3)和BM_(4)的增温效果与PE相近,0~5和5~10 cm土层平均温度比CK提高了约4℃。(2)地膜降解过程受降解材质影响,淀粉基降解膜地面覆盖79 d达到无膜期,埋土60 d内完全降解。聚合类降解膜诱导期在覆膜后51~93 d,辣椒收获后处于碎裂期或无膜期。通过拟合方程可知,埋土深度影响BM_(4)的降解,降解率达95%时BM_(4)翻埋20 cm比翻埋10 cm少77 d。(3)BM_(4)主要提高成熟期茎粗、茎高和干物质量,对辣椒生长的促进效果接近或者优于PE。BM_(4)和PE辣椒产量分别比CK提高11305.3和11096.8 kg/hm^(2)。因此,适宜辣椒覆膜栽培的降解膜诱导期约79 d并且在辣椒全部收获后达到碎裂期或无膜期,埋土深度为10~20 cm能够满足降解地膜的降解需求。