不同秸秆还田与肥料配施模式对稻田地表径流磷素流失的影响.pdf
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1、第 41 卷 第 5 期2023 年 10 月四川农业大学学报Journal of Sichuan Agricultural UniversityVol.41 No.5Oct.2023不同秸秆还田与肥料配施模式对稻田地表径流磷素流失的影响姚莉1,王宏1,唐彪2,张奇1,陈红琳1,罗付香1,郑盛华1,林超文1*(1.四川省农业科学院农业资源与环境研究所,成都 610066;2.四川省耕地质量与肥料工作总站,成都 610041)摘要:【目的】探究秸秆还田配施化肥对稻田磷素径流流失的影响。【方法】用田间小区定位试验研究自然降雨条件下常规施肥处理(T1)、秸秆还田+常规施肥减氮28.57%和减磷25.
2、11%(T2)以及秸秆还田+常规施肥(T3)3种施肥模式对德阳市稻麦轮作系统下地表径流磷素流失特征的影响。【结果】大气湿沉降主要发生在68月,2018和2019年总磷湿沉降量分别为0.66 kg/hm2和1.49 kg/hm2,磷养分主要以可溶性磷存在。2018和2019年径流小区地表径流总磷流失量为1.393.16 kg/hm2。与T1相比,T3处理增加了地表径流中总磷(14.84%33.90%)和可溶性总磷(25.02%41.41%)的流失量,T2降低了径流中总磷(4.66%10.32%)和可溶性总磷(6.06%21.15%)的流失量。【结论】稻麦轮作种植模式下,秸秆还田搭配化肥减施能有效
3、降低磷素的流失风险。关键词:施肥;秸秆还田;水稻;地表径流;磷流失中图分类号:X52;S141.4 文献标志码:A 文章编号:1000-2650(2023)05-0849-06Effects of Different Straw Returning and Fertilizer Application Modes on Phosphorus Loss in Surface Runoff of Paddy FieldsYAO Li1,WANG Hong1,TANG Biao2,ZHANG Qi1,CHEN Honglin1,LUO Fuxiang1,ZHENG Shenghua1,LIN Cha
4、owen1*(1.Agricultural Resources and Environment Institute,Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066,China;2.General Station of Arable Soil Quality and Fertilizer of Sichuan Province,Chengdu 610041,China)Abstract:【Objective】The aim of this study is to evaluate the effect of straw return
5、ing combined with chemical fertilizer on phosphorus runoff loss in rice field.【Method】Field plot location experiment was carried out to study the effects of conventional fertilization treatment(T1),straw returning+conventional fertilization reduced by 28.57%of nitrogen and 25.11%of phosphorous(T2)an
6、d straw returning+conventional fertilization(T3)on phosphorus loss in surface runoff under rice wheat rotation system in Deyang,Sichuan Province.【Result】The results showed that the wet deposition mainly occurred in June,July and August.The wet deposition of phosphorus in 2018 and 2019 was 0.66 kg/hm
7、2 and 1.49 kg/hm2,respectively.Phosphorus mainly existed in the form of soluble phosphorus in the wet deposition.From 2018 to 2019,the loss of the total phosphorus from surface runoff in runoff plots was 1.39-3.16 kg/hm2.Compared with T1,T3 increased the loss of total phosphorus(14.84%-33.90%)and so
8、luble total phosphorus(25.02%-41.41%)in runoff,and T2 reduced the loss of total phosphorus(4.66%-10.32%)and soluble total phosphorus(6.06%-21.15%)in runoff.【Conclusion】Under the rice-wheat rotation planting mode in Deyang,straw returning combined with reasonable reduction of chemical fertilizer can
9、effectively doi:10.16036/j.issn.1000-2650.202206131收稿日期:2022-02-09基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFD1901405);四川省财政自主创新专项项目(2022ZZCX013、2022ZZCX017);“1+9”揭榜挂帅科技攻关项目(1+9KJGG005);四川省农业科学院现代农业学科建设推进工程(2021XKJS014)。作者简介:姚莉,助理研究员,主要从事农业资源与环境保护研究,E-mail:。*责任作者:林超文,研究员,主要从事农业面源污染研究,E-mail:lcw-。四川农业大学学报第 41 卷 reduce th
10、e risk of phosphorus runoff loss.Keywords:fertilization;straw returning;rice;surface runoff;loss of phosphorus磷素既是植物生长发育必需的营养元素,也是水体富营养化的主要限制性因子,在低浓度0.010.035 mg/L下便可引起水体富营养化1-2。近年来,为了提高作物的产量,农田磷肥施用量大幅度增加及不合理的农业管理措施导致磷素在土壤中过量积累,过量的磷素通过土壤侵蚀、地表径流、淋溶等途径进入水体,造成肥料资源浪费的同时还加剧了磷素损失的风险,进而导致农业面源污染3-5。而农田磷素流失的
11、主要途径则通过地表径流6。因此,研究农田土壤磷素径流减排技术体系对农业面源污染防治具有重要意义。近年来,基于环境优化的肥料施肥量、施肥方式及种植制度对磷素的地表流失量的影响研究已成为众多学者关注的热点7-9。目前,用于提高化肥利用率,减少农田养分径流损失,降低农业面源污染的重要措施主要有秸秆还田、控释肥和有机肥替代化肥等10-12。其中,秸秆还田是实现农业资源再利用的重要措施,不但可以培肥土壤,减少水土流失,具有显著的水土保持效应,还能改变农田土壤的物理化学和微生物环境,从而影响农田的氮磷养分流失13-14。郭智等15研究发现较常规施肥处理,秸秆还田、秸秆还田减肥处理能显著减少总氮、总磷流失量
12、分别达15.95%、33.50%和13.98%和15.71%。Yang H.H.等16研究结果表明在自然降雨条件下,当秸秆还田量大于500 kg/hm2时总氮损失量显著大于常规施肥处理。包菡等17研究常规施肥+秸秆出田、优化施肥+秸秆出田以及优化施肥+秸秆还田3种施肥方式对农田氮磷流失的影响,结果发现施肥为减氮23.63%、减磷26.55%同时秸秆还田的方式可以有效降低磷流失,年度总磷累积流失量较常规处理降低59.18%。目前,相关研究主要集中于秸秆还田对土壤基本理化性质、植株性状和作物产量的影响,而立足秸秆还田条件下开展肥料运筹和养分减排对农田养分径流特性的研究相对较少。成都平原是四川省粮食
13、主产区,由于人口膨胀的巨大压力使其传统生产模式呈现出高投入、高产出、高污染的主要特征,其环境风险呈现中等风险并有成片聚集特征18-19。因此,以德阳市广汉市种植业面源污染长期监测点为试验对象,研究在水稻-小麦轮作制度下,连续定位监测常规施肥、秸秆还田+常规施肥减氮减磷和秸秆还田+常规施肥三种施肥模式对农田地表径流磷素流失的影响,以期为指导该区耕地施肥管理和降低农田面源污染提供理论依据。1材料和方法1.1研究区概况试验地位于德阳市广汉市连山镇锦花村,该地属亚热带湿润季风性气候,四季分明,气候温和,雨水充沛,年均日照1 290 h,年均降水量910.7 mm,多年平均气温16.5,年均无霜期298
14、.5 d。供试土壤为水稻土,其基本理化性质如表1。1.2试验设计试验连续开展2年(20182019年),水稻季共设3种处理,各处理均采用随机区组排列,重复3次。水稻季上一茬为小麦,施肥方式为常规施肥。处理1为常规施肥(T1):氮、磷(P2O5)和钾肥(K2O)量分别为210、90和105 kg/hm2,均以基肥的方式一次性施入;处理2为秸秆还田+常规施肥减氮减磷(T2):上一季的水稻秸秆在小麦季全量还田,磷(P2O5)、钾(K2O)肥量分别为67.4和105 kg/hm2,全做基肥一次性施入,氮肥施入量为150 kg/hm2,按照基肥和追肥1 1施入;处理3为秸秆还田+常规施肥(T3):上一季
15、的水稻秸秆在小麦季全量还田,磷(P2O5)、钾(K2O)肥量分别为90和105 kg/hm2,氮肥施入量为210 kg/hm2,按照基肥和追肥1 1施入。试验小区面积均为6 m(长)4 m(宽),供试水稻品种为“宜香2115”,水稻育秧方式为水育秧,移栽方式表1供试土壤(020 cm)基本化学性状Table1Chemical properties of the experimental soil at the depth of 0-20 cmpH6.90有机质Organic matter/(gkg-1)50.50全氮Total N/(gkg-1)2.78全磷Total P/(gkg-1)1.1
16、2全钾Total K/(gkg-1)18.92铵态氮NH4+-N/(mgkg-1)1.82硝态氮NO3-N/(mgkg-1)26.18有效磷Available P/(mgkg-1)35.17速效钾Available K/(mgkg-1)115.67850第 5 期姚莉,等:不同秸秆还田与肥料配施模式对稻田地表径流磷素流失的影响为人工移栽,行距株距为30 cm17 cm,栽插密度为195 000穴/hm2。水稻分别于2018年5月20日移栽,9月10日收获;2019年5月26日移栽,9月25日收获。生育期田间管理主要进行杂草和病虫害的防控,措施按当地常规方式进行。1.3样品采集与测定参考 农田面
17、源污染监测方法与实践 对采集的地表径流样品进行采集、保存和分析检测20。将雨量器放置在靠近试验田且无遮挡的地方,监测时间前1日8:00至监测当日8:00即为24 h降雨量。在每次降雨产生径流后,测量径流池水位高度并计算径流量,最后用500 mL矿泉水瓶收集地表径流混合水样。降雨和径流水样采集后,立即对磷养分的含量进行测定,或储存在低于4 的冰箱里待测。总磷和可溶性总磷采用过硫酸钾-钼锑抗比色法测定21,总磷与可溶性总磷浓度的差值为颗粒态磷浓度,然后折算每个试验小区和单位面积磷径流损失量。1.4磷流失量计算降雨产生径流时磷素径流流失量的计算如公式:P=Qi ci式中,P表示监测时段产生地表径流水
18、样中磷的流失质量(kg),Qi表示监测时段地表径流量(m3),ci表示径流水样中磷的质量浓度(mg/L)。1.5数据处理与统计分析采用 Microsoft Excel 2019 和 SPSS 17.0 软件对数据进行基础运算和分析处理,采用Origin Pro8对试验数据进行方差分析并作图,采用LSD进行多重比较,图表中数据为平均值标准差。2结果与分析2.1降雨量及径流量变化特征图1表示的是20182019年全年的降雨量(次降雨量大于25 mm)与径流量。对于成都平原区而言,降雨主要集中在夏季的68月这3个月,其他月份的降雨比较少,特别是冬季11、12、1和2月几乎没有降雨。2018年全年的降
19、雨量为668.6 mm,2019年全年的降雨量为777.9 mm,均主要发生在68月雨季。对于径流而言,2年间共发生径流10次,均发生在水稻季。从图1可以看出,农田径流量受降雨量影响明显,6月初稻田干旱而且降雨量比较低,此时农田径流产流量比较少甚至无产流。而在78月,随着降雨量的增加,地表径流产流量明显增加。2018年,T1、T2和T3的平均径流量分别为689、700和676 m3/hm2,累计径流量分别为3 444、3 499和3 379 m3/hm2。2019年,T1、T2和T3的平均径流量分别为754、748和758 m3/hm2,累计径流量分别为3 771、37 40和3 790 m3
20、/hm2。可见,3种处理对每次产流事件的径流量和累计径流量无显著差异。降雨是导致农田养分径流流失的主要原因,2019年降雨量比2018年高,导致全年径流量比2018年高。2.2降雨对农田磷沉降的影响图2显示的是20182019年降雨量及磷养分浓度变化。2018年,总磷和可溶性总磷最大浓度出现在 6 月 25 日,最大浓度分别为 0.63 mg/L 和0.38 mg/L;而当7月12日出现最大降雨量时,总磷和可溶性总磷浓度仅为 0.02 mg/L 和 0.01 mg/L。6月雨水中总磷浓度明显高于7、8月,出现该现象的原因可能是6月以小雨中雨为主,降雨强度较弱,受降雨少且温度高的气候特点影响降雨
21、中磷浓度偏高;而经过集中降雨的冲刷作用,7、8月大气中总磷含量大大降低,从而导致雨水样中总磷浓度极低,可见降雨中磷浓度受降雨量影响较大。2019年6月降雨均为小雨,雨水对大气中总磷的冲刷作用较弱;7月降雨集中且均为中雨大雨,降雨的输入对05010015020025030002004006008001 0001 200降雨量Rainfall/mm日期 Date径/流量Runoff/(m3hm-2)降雨量T1T2T32018/6/112018/6/252018/7/92018/7/122018/7/242018/8/52018/8/122018/8/192019/6/142019/6/252019
22、/7/112019/7/242019/7/292019/8/92019/8/202019/8/26图120182019年降雨量和农田径流量和变化Figure 1Changes of rainfall and farmland runoff from 2018 to 20190.000.100.200.300.400.500.600.70降雨量总磷可溶性总磷颗粒态磷050100150200250300降雨量Rainfall/mm浓度Concentration/(mgL-1)2018/6/112018/6/252018/7/92018/7/122018/7/242018/8/52018/8/122
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