稻田水肥管理研究进展及思考.pdf
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1、从稻田环境和温室气体排放、水稻生理生长及产量 个方面总结了稻田水肥管理的研究现状:合理的水肥管理技术能够促进水稻根系结构发展和养分吸收,促进水稻生理生长,提高水稻产量,同时还可减少稻田氮素流失和温室气体排放 通过对水稻节水灌溉与优化施肥的水肥管理模式的归纳总结,旨在提高稻田水肥利用率,对建立高产、节水、减排的高效水稻种植模式具有重要意义 结合前人研究结果,提出了现阶段稻田水肥管理模式下存在的问题:较少考虑环境因子的影响;水肥耦合试验处理少,结果差异大;高产和减排之间存在矛盾 同时强调将最新最前沿的农业科技成果(例如污水再生灌溉技术、水肥一体化技术)运用到农业生产实践中的重要性,对中国农业高效、
2、绿色发展有指导意义关键词:稻田环境;水肥管理;生理生长;高产;节水减排中图分类号:文献标志码:文章编号:():开放科学(资源服务)标识码():李圆圆,何平,茅桁 稻田水肥管理研究进展及思考 排灌机械工程学报,():,(),():(),(,;,):,排灌机械工程学报第 卷 ,(,),:;水分和养分是水稻生长的 个基础因子,不仅对作物和环境影响显著,彼此之间也相互作用,相互制约 在土壤水分较低时,养分的有效性及利用率会大大降低;而施肥量过多时,水稻生长初期耗水量会增加,甚至在后期会导致更严重的水分胁迫,使得产量下降 这种水分和养分对水稻生长相互作用和制约的现象,称为稻田水肥耦合效应 水肥耦合技术主
3、要是指灌溉与施肥在时间、数量和方式上的合理配合,从而改善作物品质并提升产量,达到全面提升水肥利用效率的技术 为此,国内外学者在对水肥耦合进行大量的探究后,提出了“以肥调水、以水促肥”的观点 研究表明,适宜的水肥耦合技术的施用效用远大于 种因子的单施效用,合理的水肥调控能够促进稻田土壤养分的释放,增强根系活性,使得更多的土壤水分和养分进入根系,进而向地上部分运输,有助于提高蒸腾速率,增加净光合产量,促进水稻干物质的积累,从而提高产量 ;同时,由于根系活性增强,对营养元素的吸收转化能力也相对增强 ,氮、钾等元素的利用率得到提高,氮、磷径流损失和温室气体排放相对减少,从而对环境污染有了一定程度的改善
4、 水肥管理模式已成为近些年水稻生产研究的热点,将肥料施用(不同施肥种类、比例、次数等)与水分管理相结合的新模式应用于水稻种植已经取得了不错的增产效果,适宜的水分条件和合理的养分供应成为水稻优质高产的基本保证 文中通过总结前人的研究成果以及国内外研究动态,综述稻田水肥管理模式的研究进展,提出现阶段稻田水肥管理模式下存在的问题,并进行思考与展望,拟为今后稻田水肥管理模式的研究提供参考与指导 稻田水肥管理研究现状中国作为农业大国,年农业用水量占全国各行业用水总量的 ,水稻等粮食作物化肥利用率为 化肥的出现使得作物产量剧增,但由于滥用引起的氮磷流失对环境造成了严重污染 研究表明,稻田水肥之间的相互作用
5、效应可正可负,而效应的大小及方向取决于水稻生长时期两者的用量、组合及平衡 因此,适宜的水分和肥料管理对水稻生长至关重要 大量研究表明,当化肥的施用量超过水稻的需求量或某时期化肥用量时,氮素就会随着径流、淋溶、氨挥发、渗漏以及反硝化等途径损失,形成非点源污染而造成水体富营养化 针对以上问题,国内外学者提出用有机肥或缓控释肥料适量代替化肥 年农业部提出,要大力推广和使用生物有机肥,通过无机肥和化肥配合施用来实现养分高效利用,减少稻田面源污染 此外,稻田的水分管理也必不可少,其核心主要是通过田间水分调控,降低蒸散和渗漏量,按需适量为水稻提供灌溉用水 研究发现,浅湿晒灌溉、薄露灌溉、干湿交替灌溉等多种
6、灌溉模式对水稻产量、耗水量等都有改善作用 作为替代性水源,污水的再生利用为缓解世界范围内的水资源供需矛盾问题提供了有效途径再生水灌溉不仅可以节约用水,其含有丰富的氮磷营养物质还可以实现节肥减排 关于再生水利用的研究,美国、以色列、日本和新加坡等国家起步较早,技术相对成熟,主要用在农业灌溉、工业回用、地下回灌及娱乐环境用水 近几年中国的污水再生灌溉技术也取得了较快的发展,目前在北京、天津等大中城市的郊区应用较为集中 稻田再生水灌溉研究表明,短期再生水灌溉对土壤环境、地下水以及作物均不会造成污染 ,但长期灌溉会引起土壤板结和次生盐渍化,且土壤中重金属、全盐量及 、等的含量会明显增加 随着可持续发展
7、战略的实施,稻田再生水灌溉是回收利用污水和节约用肥的好方法,但对水土环境及作物本身所造成的危害程度及引发的食品安全问题仍有争议为了缓解供需水之间的矛盾,在节约用水的同时减少肥料对环境的污染,使作物种植的经济效益和环境效益更高,越来越多的国家将发展节水高效 第 期李圆圆,等稻田水肥管理研究进展及思考农业作为现代农业可持续发展的重要措施,以水资源再生利用为目标,提高作物灌溉水分利用效率的农田水肥调控技术被广泛应用 许多研究表明水和肥的作用不是相互独立的,也强调了水肥耦合技术对水稻种植的重要性 对于如何寻找最优的水肥耦合,等 在 年提出,水肥的影响因素和目标复杂多样,可以借助多目标规划模型来描述 吴
8、宗钊等 研究发现施氮量应与灌水量相匹配,轻度干湿交替灌溉条件下,施用 氮肥会较好地实现水肥耦合,可以在减少灌水量的条件下,获得较高产量,并且保持较高的氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力 郑恩楠等 通过研究不同灌溉和施肥方式对水稻生长和土壤呼吸及无机氮含量影响,综合考虑确定了处理 (控制灌溉 腐植酸肥)为最佳的水肥模式 等 通过试验、模拟和优化,建立了支持水肥的多目标二次模型 等 也通过一系列的规划获得了最优的灌溉计划 基于对粮食质量的提升,等 将产量和籽粒质量也加入了构建决策模型的目标之中 何进宇等 通过建立水肥与产量之间的三元二次回归模型,提出了实现水稻目标产量的最佳水肥组合方案,并表明水肥因素
9、的增产作用从大到小依次为水分、氮素、磷素 阳彬等 综合考虑产量和光合指标影响,确定节水灌溉和(为 、为 、为 )为最佳水肥组合 邵东国等 运用作物生长模型 和田间水文模型 ,以水稻产量、灌水量和排水量、氮肥利用率为目标,模拟分析不同水肥条件下水稻产量与稻田排水量响应关系,得出了稻田水肥调控的临界条件,即采用稻田间歇灌溉方式,灌水定额 ,施氮量 左右,控制排水水位 缪子梅等 结合熵权法和 模型综合考虑产量、水资源利用、减少农业面源污染 项指标,对 种农田水位管理模式做出了评价和优选,即在乳熟期 ()()作物受涝渍影响最严重,造成产量下降明显;而在分蘖期 ()()受到涝渍胁迫时,可实现高产、节水和
10、减排的目标因此,关于水肥管理模式的研究,目前主要是分析水肥利用效率、增产潜力、氮磷流失、作物生理指标和品质等方面规律,通过模型建立目标值与水肥因素的关系,进而确定最佳的水肥协作方案 水肥管理对稻田环境和作物生长的影响 水肥管理对稻田环境及温室气体排放的影响随着水稻种植过程中水肥管理技术模式的合理应用,水稻对于氮、磷的吸收有所提升,土壤中的氮、磷流失也相对减少 合理的灌溉模式显著加快了氮的固定和矿化 笔者前期研究发现,节水灌溉模式可以有效提高水稻对氮素的吸收,并降低氨挥发总量和肥料氨挥发占比 节水灌溉模式下氮素损失量比常规灌溉减小 ,土壤中氮素含量增加 ,肥料氮素利用率平均增加 蓄雨式间歇灌溉能
11、提升作物的吸氮能力和土壤固氮能力,是因为雨后蓄水深度和蓄水持续时间的增加有利于氮肥的吸收利用 此外,施肥量和施肥方式对稻田污染物的排放影响很大,与一次撒施相比,分次施肥能提高氮肥的吸收利用 有研究表明,有机肥部分替代化肥与施用常规复合肥相比,可以消减稻田氮素的径流损失量,在一定程度上减少非点源污染 对于不同的水肥调控模式,干湿交替灌溉下生物炭配施缓控释 稳定性复合肥也能有效提高水稻高产群体建构、氮吸收运转和氮素利用效率,并降低稻田氮淋溶损失,从而减少非点源污染 然而,笔者研究发现,不同的水位管理模式下,土壤中的氮磷含量变化也不同 与干旱处理相比,全磷在淹水处理中所占的比例较小,充足的供水导致土
12、壤缺氧和反硝化,流失量增加,全磷流失量较少,导致干旱处理的面源污染物流失量低于淹水处理,其中 ,和 流失量分别减小 ,和 等 研究得出,稻田中,和 的离子浓度与环境条件存在一定的相关性,所以如何通过调控稻田环境因子进而避免污染物的流失是笔者目前研究的重点作为温室气体的主要排放源,稻田 ,和等气体的排放是大多数学者关注的问题 稻田的水分和肥料是影响温室气体排放的主要因素,不同的水肥模式下,稻田温室气体排放差异显著 研究表明,相对于 ,和 的全球增温潜势是其数倍,并且稻田被认为是 和 的主要来源之一 在农田生态系统中,的固定与排放仅代表一个动态循环过程,所以并不作为温室气体此外,稻田中 对温室气体
13、的贡献极小,这是因为,在优化栽培模式下间歇灌溉降低的 排放量 排灌机械工程学报第 卷较大,即使新模式下 的释放量有所增加,但温室气体总排放量仍表现为降低 研究发现,施化肥能增加 的排放,而无机氮肥减量 配施生物炭处理会降低 排放量,但对 排放没有影响 ;相反,在杨丹等 的研究中,化肥减量配施有机肥会增加稻田 的排放,有机肥的种类不同对 排放的影响也不同 有机肥不仅可以提高土壤肥力,增加肥料利用效率,还可以通过改变土壤碳氮比,调节 的产生与排放 通过有机和无机肥配合施用可促进土壤中氮素的积累,提高氮素利用效率,减少硝态氮渗漏,降低氮素流失风险,与单施尿素处理相比,氨挥发减少,与单施有机肥处理相比
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