平原區(qū)稻田水旱輪作體系中氮素平衡及流失特征.pdf

1、農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源氮污染對(duì)水環(huán)境的惡化有著十分顯著的貢獻(xiàn)，富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生與農(nóng)田土壤的氮素流失有著密切的關(guān)系。本研究運(yùn)用田間試驗(yàn)、微觀模擬、模型構(gòu)建以及宏觀估算等方法，估算了杭嘉湖平原水網(wǎng)區(qū)稻田氮素的流失負(fù)荷和空間分異特征，研究了平原區(qū)典型稻麥水旱輪作體系中氮素的流失行為，分析了平原區(qū)稻田氮素在徑流、下滲和側(cè)滲途徑上的流失特征、產(chǎn)生條件及其影響因素，并通過(guò)建立水氮耦合模型探討了平原水網(wǎng)區(qū)田間典型農(nóng)作條件下氮素的平衡量化關(guān)系，找出一般規(guī)律。結(jié)論

2、如下： (1)施肥量、降雨量是杭嘉湖區(qū)域稻田土壤氮素流失時(shí)空分布不均的主要因素。通過(guò)定點(diǎn)觀測(cè)、面上調(diào)查以及對(duì)現(xiàn)有相關(guān)氮素流失資料的收集，發(fā)現(xiàn)淹水稻田的SCS模型修正必須考慮排水堰因素的影響后才能基本符合實(shí)際產(chǎn)流情況；油菜田的SCS模型產(chǎn)流參數(shù)率定值Ia=12.8mm=0.2S'，CN=80能較好地模擬實(shí)際產(chǎn)流；3S技術(shù)分析表明，杭嘉湖地區(qū)淹水稻田氮素徑流流失負(fù)荷平均為35.26kg hm<'-2>，約占當(dāng)季水稻施肥量的12.7％

3、，空間負(fù)荷分布不均，靠近西部山區(qū)的水田明顯高于東部平原地區(qū)，中北部地區(qū)流失負(fù)荷明顯小于其它地區(qū)；油菜季氮平均徑流流失負(fù)荷為13.0 kg hm<'-2>，低于淹水稻季，這跟油菜季降雨強(qiáng)度小、降雨量小以及土壤水分含量低不易產(chǎn)流等有著密切的關(guān)系。 (2)稻田產(chǎn)徑流屬“蓄滿產(chǎn)流”，側(cè)滲是水稻田氮素流失的一個(gè)重要途徑。多次天然降雨條件下水稻田徑流氮和側(cè)滲氮的流失特征研究表明，降雨、施肥量、氮素輸出負(fù)荷符合顯著的二元一次線性關(guān)系；受稻田邊

4、界水勢(shì)和犁底層效應(yīng)的影響，水稻田氮素側(cè)滲流失比較可觀；90～360 kg N hm<'-2>施肥水平下，氮素側(cè)滲損失為5.5～19.0 kg N hm<'-2>，氮側(cè)滲量與施肥量之間存在著顯著的線性關(guān)系；側(cè)滲水中氮素流失以氨氮為主，其濃度變化與田面水中氮素濃度變化密切相關(guān)，分次施肥后均出現(xiàn)了上升繼而下降的峰動(dòng)變化；田面水深度變化是稻田側(cè)滲水量增減的主要驅(qū)動(dòng)力，兩者之間存在顯著的線性關(guān)系；合理維持田面水深度和減少施肥量等措施有利于減控氮素

5、側(cè)滲流失水平，也是提高水稻田氮素化肥利用率的關(guān)鍵。 (3)田間試驗(yàn)表明水旱輪作方式的改變會(huì)帶來(lái)較大的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。本試驗(yàn)對(duì)高氮含量的菜地土壤新墾作水稻田后，土壤氮素的變化、氮素流失、作物吸收進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)水稻種植前后，土體內(nèi)NH<,4>-N和NO<,3>-N通過(guò)水稻吸收、流失和氣態(tài)損失的形式大幅減少；新墾水稻田施肥對(duì)水稻生物量、含氮量及帶走氮量不存在顯著性影響，卻顯著地增加了水稻田氮素在徑流、排水/側(cè)滲和下滲的流失潛能，常

6、規(guī)施肥水平下增加量為19.5～21.7 kg N hm<'-2>，占施肥量的10.8～11.7％。 (4)SWNRICE模型既簡(jiǎn)單又綜合地描述了尿素氮施入稻田后的遷移轉(zhuǎn)化行為，包括尿素水解、氨揮發(fā)、硝化、反硝化、作物吸收等。該模型是基于水氮耦合平衡理論和氮素一級(jí)動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化理論建立的。模型模擬結(jié)果表明，在施肥量90 kg N hm<'-2>條件下，作物吸收、氨揮發(fā)、徑流損失、側(cè)滲損失、下滲損失、反硝化損失以及土壤殘留量的誤差分別為

7、10.8％、-18.6％、5.8％、4.6％、-3.7％、-9.1％和-2.5％，均小于20％，模擬值與實(shí)測(cè)值吻合性較好；在施肥量270 kg N hm<'-2>和360 kg N hm<'-2>條件下，除土壤殘留一項(xiàng)外，其他各項(xiàng)的誤差值也在20％以內(nèi)，土壤殘留項(xiàng)分別為-33.9％和-29.3％。 (5)結(jié)合雨情預(yù)報(bào)和水稻生理需水量的優(yōu)化灌排方式可以實(shí)現(xiàn)稻田氮素排水流失的最小化。稻田分次施肥后的第一個(gè)灌水．落干周期是控制氮素流失

8、的關(guān)鍵時(shí)期，此間，田面水中氮素濃度明顯下降，對(duì)照處理中以顆粒氮為主，尿素化肥處理中以水溶性無(wú)機(jī)氮為主，有機(jī)肥處理中以水溶性有機(jī)氮為主，此后各處理均以顆粒氮為主。生長(zhǎng)季累計(jì)氮素截留量達(dá)15.8 kg N hm<'-2>，與灌水輸入氮量相當(dāng)。 (6)雨強(qiáng)、降雨施肥間隔時(shí)間以及覆蓋度是旱作期稻田土壤氮素流失的主控因子。室內(nèi)模擬降雨和原狀土盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明：在同一降雨強(qiáng)度下，降雨施肥間隔與總氮輸出濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而同一降雨施肥間隔下，

9、雨強(qiáng)與徑流氮濃度呈正相關(guān)關(guān)系，但即使在低雨強(qiáng)下，短降雨施肥間隔仍可導(dǎo)致大量氮素流失；徑流氮素輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程可以分為前期濃度出峰期和后期濃度下降穩(wěn)定期，徑流氮濃度的輸出風(fēng)險(xiǎn)主要集中在前期出峰期，低雨強(qiáng)的穩(wěn)定期出現(xiàn)時(shí)間較早；高雨強(qiáng)和短降雨施肥間隔明顯促進(jìn)總氮及硝氮的流失，降雨施肥間隔應(yīng)盡量在5．7天以上；運(yùn)用先進(jìn)的植被覆蓋度數(shù)碼提取技術(shù)，可分析不同生長(zhǎng)時(shí)期平原區(qū)田間植被覆蓋度對(duì)氮素徑流流失的影響，結(jié)果表明：油菜田覆蓋度在不同生長(zhǎng)期內(nèi)表現(xiàn)為：結(jié)