秸秆和土壤耕作氮磷动态效应研究及其流失风险评价

【摘要】： 我国是农业大国，农作物秸秆是自然界中数量极其丰富的资源，我国每年农作物秸秆产量达7亿吨之多，目前秸秆资源的利用中存在利用率和利用效率低的问题，造成了天然资源的巨大浪费与环境污染。同时，随着农业生产水平的提高，尤其近年来氮磷肥的过量使用，通过降雨径流及排水径流流失的化肥N、P已成为影响水体环境的一个重要农业面源污染源，造成水体的严重富营养化。 本实验分别于2005-2006年在江苏南通和南京进行，采用大田实验研究了秸秆和土壤耕作对直播稻田土壤理化性质和产量的影响，采用盆栽模拟实验研究秸秆和土壤耕作稻田土壤和水层氮磷动态效应，为实现作物可持续高产、高效、安全提供科学依据；为实现农业的可持续发展和农村生态环境保护提供理论参考。 主要结论如下： 1、秸秆和土壤耕作下土壤理化性质和产量研究 秸秆还田显著降低土壤容重、增大土壤总孔隙度、非毛管孔隙度，对毛管孔隙度的影响相对较小，连续两年秸秆还田土壤容重降低了2.27-4.45％，土壤总孔隙度和非毛管孔隙度分别增加了1.39-6.49％、22.77-54.76％；秸秆还田显著增加土壤有机质含量、全氮含量和速效磷含量，连续两年秸秆还田分别提高了11.52-17.47％、2.83-7.21％和12.9-31.60％，同时促进土壤速效钾含量的增加；秸秆还田对水稻有效穗数的增加、结实率和千粒重的提高具有促进作用，有利于增加产量，但不利于穗粒数的增加，差异性不显著。 土壤耕作方式显著影响土壤物理性质的垂直差异性，土壤耕作深度越深，影响越显著，同时显著影响化学性质的垂直分布，免耕使土壤营养表层富集，深翻耕促使不同土层之间的平均化，连续两年深翻耕、连续两年浅翻耕和连续两年旋耕处理可以提高有效穗数、结实率和千粒重，对产量具有促进作用，连续两年免耕处理有利于穗粒数的提高。 第一年深翻耕第二年免耕处理(DN和DNs)显著增加土壤毛管孔隙度，深翻耕对容重、总孔隙度和非毛管孔隙度的影响至少保持两年，同时削弱了深翻耕对土壤化学性质的影响，但深翻耕的影响仍较为显著，对产量的影响居于连续两年免耕和连续两年深翻耕之间。 2、秸秆和土壤耕作土壤氮磷动态效应研究 秸秆显著增加土壤全氮含量，同时增强土壤对氮素的吸收和固定；有秸秆处理中，土壤耕作方式主要通过影响秸秆的垂直分布，对土壤全氮含量动态具有明显的影响，无秸秆处理中，土壤耕作方式主要通过影响基肥的垂直分布对不同土层的全氮含量产生影响；基肥氮素主要被主要分布层土壤吸收固定，分蘖肥氮素43.08-69.06％被0-7cm土层吸收固定；施用分蘖肥后，0-21cm土壤全氮含量第2天达到最大值，第7天土壤全氮含量低于施肥前水平。 施用分蘖肥之前，有秸秆处理具有较低的土壤速效磷含量，秸秆显著增强追肥后土壤对磷的吸收，秸秆分布在0-7cm土层最为明显；施用追肥后，有秸秆处理土壤速效磷含量增加量明显大于无秸秆处理，但有秸秆处理土壤速效磷含量下降较快，追肥15天以后有秸秆处理又具有较低的土壤速效磷含量；基肥磷主要被主要分布层土壤吸收，土壤耕作方式通过影响基肥的施用深度，显著影响速效磷的垂直分布；追肥磷60.56-69.38％被0-7cm土层吸收固定，施用追肥对0-7cm土层土壤速效磷含量的影响最为显著；施用追肥后，土壤速效磷含量大部分处理和土层第2天达到最大值。 3、秸秆和土壤耕作水层氮磷动态效应及其流失几率评价 施肥后0-7天是N、P流失的关键时期，秸秆可以显著降低施肥初期稻田全氮、全磷、氨态氮和硝态氮含量，基肥、分蘖肥和穗肥施用后1-7天，有秸秆各处理水层全氮含量比无秸秆各处理平均降低37.48％、28.17％和23.39％；施用基肥和分蘖肥后1-7天，有秸秆各处理水层全磷含量比无秸秆各处理平均降低106.10％和194.50％；施用分蘖肥后7天内有秸秆处理免耕、旋耕、浅翻耕和深翻耕稻田水氨态氮含量分别比无秸秆处理低8.74％、27.55％、15.10％和19.98％，硝态氮含量分别降低56.04％、42.59％、44.66％和30.43％。土壤耕作方式对稻田水层全氮和全磷含量产生较为明显的影响，基肥后耕作深度对水层全氮、全磷含量的影响占主导因素，水层全氮、全磷含量与耕作深度呈负相关；追肥后秸秆的分布对水层全氮、全磷含量的影响占主导因素，秸秆掩埋的越深对水层全氮全磷含量的影响越小。施肥后7天内水层全氮含量的可用一级反应方程(y=C_0×e~(-kt))进行拟合表征，水层全磷含量符合乘幂方程(y=C_0×t~(-k))，拟合结果均达到极显著水平，在此基础上构建出施肥7天N、P流失几率评价模型，氮流失量(kg·ha~(-1))=∑(C0×e~(-kt))×AR×10~(-2) t∈[1，7]，磷流失量(kg·ha~(-1))=∑(C0×t~(-k))×AR×10~(-2) t∈[1，7]；N、P流失对环境的影响系数分别采用0.17和0.83，对不同处理进行评价，可以得出从N、P流失对环境的影响角度，有秸秆处理N、P流失对环境污染的影响比无秸秆处理减少42.25％(Ns)、41.82％(Rs)、43.12％(Ls)、38.31％(Ds)；浅翻耕+秸秆处理对环境N、P污染的影响最小，是较为理想的处理组合。 【关键词】：秸秆 土壤耕作 土壤 田面水 氮 磷
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S153
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文献综述12-28
• 1 研究背景12-14
• 1.1 秸秆利用现状与环境问题12
• 1.2 农田氮素流失与环境现状12-13
• 1.3 农田磷流失与环境现状13-14
• 2 国内外研究进展14-18
• 2.1 秸秆还田和土壤耕作对土壤理化性质的影响14-15
• 2.2 秸秆还田和土壤耕作对氮磷流失的影响15
• 2.3 秸秆还田和土壤耕作对作物生产的影响15-16
• 2.4 秸秆综合利用展望16-18
• 3 研究内容与方案18-20
• 3.1 秸秆还田和土壤耕作对土壤理化性质和产量的影响18-20
• 3.2 秸秆和土壤耕作土壤氮磷动态效应研究20
• 3.3 秸秆和土壤耕作水层氮磷动态效应研究20
• 4 目的和意义20-28
• 第二章 秸秆还田和土壤耕作对土壤理化性质和产量的影响28-44
• 1 材料与方法29-31
• 1.1 试验设计29-30
• 1.2 取样测定方法30
• 1.3 数据分析方法30-31
• 2 结果与分析31-39
• 2.1 土壤物理性质31-34
• 2.2 土壤化学性质34-37
• 2.3 水稻产量及其构成因素37-39
• 3 小结39
• 4 讨论39-44
• 第三章 秸秆和土壤耕作土壤氮磷动态效应研究44-60
• 1 材料与方法45-46
• 1.1 实验设计45
• 1.2 取样测定方法45-46
• 1.3 数据分析方法46
• 2 结果与分析46-55
• 2.1 土壤全氮动态46-50
• 2.2 土壤速效磷动态50-55
• 3 小结55-56
• 4 讨论56-60
• 第四章 秸秆和土壤耕作水层氮磷动态效应研究及其流失风险评价60-73
• 1 材料与方法61
• 1.1 实验设计61
• 1.2 取样测定方法61
• 1.3 数据分析方法61
• 2 结果与分析61-69
• 2.1 全氮含量动态61-63
• 2.2 氨态氮含量动态63-64
• 2.3 硝态氮含量动态64-65
• 2.4 全磷含量动态65-66
• 2.5 施肥后水层氮磷含量动态拟合66-68
• 2.6 氮磷流失风险评价68-69
• 3 小结69-70
• 4 讨论70-73
• 第五章 讨论与结论73-79
• 1 讨论73-75
• 1.1 水体富营养化与氮磷的限制作用73
• 1.2 氮磷流失的主要途径73-74
• 1.3 控制氮磷流失的主要措施74-75
• 2 主要结论75-76
• 2.1 秸秆和土壤耕作对直播稻田土壤理化性质和产量的影响75
• 2.2 秸秆和土壤耕作土壤氮磷动态效应研究75
• 2.3 秸秆和土壤耕作水层氮磷动态效应研究及其流失风险评价75-76
• 3 主要创新点和不足76-79
• 3.1 主要创新点76
• 3.2 不足之处76-79
• 致谢79

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