留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

单季稻氮磷吸收及径流流失对不同肥料施用的响应

方晨露 简永旗 吴家森 张艳 鲁长根 邵建均 郭飞飞 姜培坤

方国景, 汤孟平. 天目山常绿阔叶林优势种群胸径的空间连续性分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
引用本文: 方晨露, 简永旗, 吴家森, 等. 单季稻氮磷吸收及径流流失对不同肥料施用的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(6): 1187-1194. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200724
FANG Guojing, TANG Mengping. Spatial continuity for DBH in dominant populations of an evergreen broadleaved forest in National Nature Reserve of Mount Tianmu, China[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
Citation: FANG Chenlu, JIAN Yongqi, WU Jiasen, et al. Response of nitrogen and phosphorus uptake and runoff loss in single cropping rice to different fertilization treatments[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(6): 1187-1194. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200724

单季稻氮磷吸收及径流流失对不同肥料施用的响应

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200724
基金项目: 浙江省重点研发计划项目(2019C03121);浙江省公益技术应用研究项目(LGF18D010003,2017C33111)
详细信息
    作者简介: 方晨露(ORCID: 0000-0001-9808-6137),从事农业资源利用研究。E-mail: 834155904@qq.com
    通信作者: 姜培坤(ORCID: 0000-0002-2311-2350),教授,从事农业资源与环境研究。E-mail: jiangpeikun@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S157

Response of nitrogen and phosphorus uptake and runoff loss in single cropping rice to different fertilization treatments

  • 摘要:   目的  旨在探讨施用有机肥(菜籽饼)、调理剂(贝壳砂)、炭基肥对稻田土壤氮磷流失和水稻Oryza sativa产量的影响。  方法  共设置不施肥(ck)、常规施肥(T1)、有机肥(T2)、常规施肥+调理剂(T3)、炭基肥(T4)5个处理,不同施肥处理的氮、五氧化二磷、氧化钾用量均为270、75、150 kg·hm−2。通过对比5个处理之间土壤施肥前后氮磷质量分数、水稻产量、水稻籽粒和秸秆中的氮磷质量分数,结合6−9月径流水氮磷质量浓度监测结果,研究不同施肥处理减少氮磷流失的效果。  结果  施肥显著提高了水稻籽粒、秸秆的氮磷积累量和水稻籽粒产量。与ck相比,4个施肥处理增加水稻籽粒产量51.22%~63.41%(P<0.05),但4个处理之间无显著差异。5个处理的氮和磷的流失量分别为4.91~9.56和0.70~1.35 kg·hm−2,其流失量从大到小依次为T2、T1、T3、T4、ck。4个施肥处理的氮和磷的流失率分别为0.82%~1.72%和0.65%~1.99%,从大到小依次为T2、T1、T3、T4  结论  施用调理剂和炭基肥均能有效增加水稻产量,减少氮磷的流失,但施用有机肥处理具有最大径流流失量,因此需注意施肥的时间和方式,有效减少氮磷的流失和环境污染。图5表4参32
  • 常绿阔叶林是中国亚热带地区最复杂、生产力最高、生物多样性最丰富的地带性植被类型之一,对保护环境、维持全球性碳循环的平衡和人类的持续发展等都具有极重要的作用[1]。对常绿阔叶林的研究是维护亚热带地区生物多样性和构建稳定森林结构的基础工作,也是近年来生态学研究的热点之一[2-4]。地统计学(GS,geostatistics)于20世纪50年代初开始形成,60年代在法国著名统计学家Matheron[5]的大量理论研究工作基础上形成一门新的统计学分支。地统计学如今已经被广泛用于地理学、生态学、环境科学、土壤学等诸多领域的研究中[6]。在林业上,通常把林分中的树木视为离散点,分析林木空间分布格局[7]。实际上,树木的属性特征(胸径、冠幅、树高等)的空间分布被认为是具有空间连续性的[8]。在树木的各属性特征中,胸径是最常用的指标,也是最容易准确测定的指标。本研究通过对浙江省天目山国家级自然保护区内的常绿阔叶林优势种群的胸径空间分布进行地统计分析,以便揭示常绿阔叶林的空间结构特征,为常绿阔叶林的保护和恢复重建提供理论依据。

    浙江省天目山国家级自然保护区位于浙江省西北部临安市境内的西天目山,距省会杭州94 km,30°18′30″~30°24′55″N,119°23′47″~119°28′27″E。区内年平均气温为8.8~14.8 ℃[9];≥10 ℃积温2 500~5 100 ℃;年降水量1 390~1 870 mm,相对湿度76%~81%。自然保护区受海洋暖湿气候影响较深,具有中亚热带向北亚热带过渡特征,森林植被十分茂盛。由于区内地势较为陡峭,海拔上升快,气候差异大,植被的分布有着明显的垂直界限,自山麓到山顶垂直带谱为:海拔870 m以下为常绿阔叶林;870~1 100 m为常绿、落叶阔叶混交林;1 100~1 380 m为落叶阔叶林;1 380~1 506 m为落叶矮林。其中,常绿阔叶林是自然保护区内重点保护植被类型。

    选择保存较完好的常绿阔叶林设置样地,样地大小为100 m×100 m(图 1)。用相邻格子调查方法,把样地划分为100个10 m×10 m的调查单元。在每个调查单元内,对胸径大于或等于5 cm的木本植物进行每木调查,记录树木种类,测定每株树木的胸径、树高、活枝下高、冠幅等因子,采用激光对中全站仪(徕卡TCR702Xrange)测定每株树木坐标(x,y,z)。

    图  1  样地三维地形图
    Figure  1.  3D map of the plot
    2.2.1   优势种确定

    优势树种按优势度分析法确定[10]。其方法是首先计算群落乔木层每个树种的相对胸高断面积,并作为优势度,按优势度从大到小排序。然后,通过下式确定优势树种数:

    $ d=\frac{1}{N}\left[{\sum\limits_{i \in T} {{{\left({{x_i}-x} \right)}^2}+\sum\limits_{i \in U} {x_j^2} } } \right]. $

    (1)

    式(1)中:xi为排序在前的上位种(T)的相对胸高断面积,x为优势树种所占的理想百分比,xj为上位种以外的剩余种(U)的相对胸高断面积,N为总种数。如果群落只有1个优势树种,则优势树种的理想百分比为100.0%。如果有2个优势树种,则它们的理想百分比为50.0%,如果有3个优势树种,则理想百分比为33.3%,依次类推,分别计算d值。当d为最小值时的上位种数为群落乔木层优势树种数。

    2.2.2   空间统计分析

    地统计学的核心是半变异函数。半变异函数分析是通过测定区域化变量分隔等距离的样点间的差异来研究变量的空间相关性和空间结构。分隔距离h的2点x0x的区域化变量Zxi)和Zxi+h)之间的变异,可用增量值Zxi)-Zx+h)平方的数学期望(即区域化变量增量的方差)表示:

    $ 2\gamma \left(h \right)=E\left\{ {{{\left[{Z\left({{x_i}} \right)-Z\left({{x_j}+h} \right)} \right]}^2}} \right\}{\mathop{\rm var}} \left[{Z\left({{x_i}} \right)-Z\left({{x_i}+h} \right)} \right]. $

    (2)

    式(2)中:γh)称为半变异函数。半变异函数既是距离h函数,又是方向a的函数。半变异函数曲线图(semivariogram)是半变异函数值γh)对距离h的函数的图形,它有3个特征参数:基台值(sill),变程(range)和块金值(nugget),可作为各个方向的平均值,也可作为某一特定方向的值。基台值表示变量在研究系统中最大的变异程度,包括空间结构方差(c)和块金方差(c0)。空间结构方差表示非随机的结构原因形成的变异,块金方差则反映的是由实验误差和小于最小取样尺度所引起的随机变异。变程表示研究变量在空间上自相关的范围。对于观测的数据系列Zxi)(其中i=1,2,3,…,n),样本半变异函数值可由下式计算:

    $ \gamma \left(h \right)=\frac{1}{{2N\left(h \right)}}\sum\limits_{i=1}^{N\left(h \right)} {{{\left[{Z\left({{x_j}} \right)-Z\left({{x_j}+h} \right)} \right]}^2}}. $

    (3)

    式(3)中:γh)是相隔距离为h的半变异函数曲线图的估计值,Nh)为被h分割的数据对(xixi+h)的总数即是相隔距离为h的所有点的配对数,Zxi)和Zxi+h)分别为在点x和(xi+h)处样本的测量值,h为样点间距离(图 2)。当用变异函数定量描述整个区域时,需给变异曲线配制相应的数学模型。本研究拟合了有基台值的3个模型:球状模型、指数模型和高斯模型(表 1)。Journel等[11]推荐遵循间距和最远配对样品之间的距离。间距距离4 m保证有1个足够的间距配对数。最大搜索距离使用相应样地宽的一半,即50 m[12]。地统计学计算分析使用的是GS+软件。

    图  2  1个典型的半变异函数
    Figure  2.  A typical Simivariogram
    表  1  地统计模型
    Table  1.  Models of geostatistics
    类型模型说明
    球状模型c0为块金值;c0+c为基台值;a为变程;c为偏基台值。
    高斯模型c0c意义同前,当丨h丨=${\sqrt 3 a}$时,1-exp(-丨h丨/a)2=0.95≈1,故变程为${\sqrt 3 a}$。
    指数模型c0c意义同前,当丨h丨=3a时,1-exp(-丨h丨/a)2=0.95≈1,故变程为3a
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    根据调查结果进行统计,样地内胸径5 cm以上的乔木共计1 603株,72个种。计算群落乔木层各树种的相对胸高断面积,并按降序排列,根据式(1)确定优势树种。结果显示:群落有13个优势树种(表 2)。13个优势树种的株数和胸高断面积分别占样地的78.66%和81.13%,表明这些树种在森林群落乔木层中占明显的优势。其中细叶青冈Cyclobalanopsis myrsinaefolia(A),杉木Cunninghamia lanceolata(B),短尾柯Lithocarpus brevicaudatus(C),青冈Cyclobalanopsis glauca(E)和豹皮樟Litsea coreana(M)是常绿树种,占样地总株树的61.01%。细叶青冈(A),短尾柯(C)和青冈(E)三者的株树占了总株树的52.71%,胸高断面积占了总样地胸高断面积的34.04%。

    表  2  优势种群及其比例
    Table  2.  Dominant tree species and mingling
    优势种数量/株比例/%胸高断面积/m2比例/%平均胸高断面积/cm2
    细叶青冈(A)48430.195.067 818.50104.71
    松木(B)513.183.197 210.42626.90
    短尾柯(C)18311.422.496 38.14136.41
    枫香(D)422.622.369 47.72564.14
    青冈(E)17811.12.270 97.40127.58
    白栎(F)664.122.175 07.09329.55
    黄连木(G)442.741.792 75.84407.43
    蓝果树(H)80.51.023 03.331 278.75
    天目木姜子(I)482.990.821 22.68171.08
    榉树(J)402.50.803 52.62200.88
    黄檀(K)311.930.798 92.60257.71
    金钱松(L)40.250.745 52.431 863.75
    豹皮樟(M)825.120.724 22.3688.32
    小计1 26178.6624.896 381.13197.43
    样地1 60310030.681 7100191.4
    说明:A细叶青冈Cyclobalanopsis myrsinaefolia;B杉木Cunninghamia Lanceolata;C短尾柯Lithocarpus brevicaudatus;D枫香Liquidambar formosana;E青冈Cyclobdanopsis glauca;F白栎Quercus fabri; G黄连木Pistacia chinensis;H蓝果树Nyssa sinensis ;I天目木姜子Litsea auriculata; J榉树Zelkova schneideriana;K黄檀Dalbergia hupeana;L金钱松Pseudolarix kaempferi;M豹皮樟Litsea coreana。
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    不同方向上的半变异函数往往会表现出不同的性质,这种不同方向上的差异称为各向异性[13],反之称为各向同性。各向同性是各向异性的特例。对本次调查的数据进行方向差异性检验时发现树木胸径的空间相关性仅仅与2点间的距离有关,即具有各向同性,因此不考虑方向效应,用各向同性变异函数进行分析。在各优势树种中,蓝果树(H)和金钱松(L)的株数太少,达不到最低配对数,不符合地统计分析要求,不予计算。黄檀(K)函数变程大于50 m,超出了最大搜索距离,在空间分布的函数假设中,认为超出最大距离的树是没有意义的,也不予计算。地统计模型的拟合,首要考虑决定系数r2的大小,然后考虑变程和块金值的大小,从而确定最佳模型。结果如表 3

    表  3  优势种群胸径变异函数计算结果
    Table  3.  Dominant tree species basal area and height variograms
    优势树种胸径半变异函数
    模型块金值c0基台值c1+c0结构比c1/c1+c0决定系数r2变程/m
    细叶青冈(A)指数13.8046.040.700.8811.10
    松木(B)球状21.40150.800.860.303.40
    短尾柯(C)指数20.2144.540.550.9035.70
    枫香(D)指数19.10108.500.820.317.50
    青冈(E)高斯18.5544.020.580.9045.55
    白栎(F)指数27.90118.800.770.234.20
    黄连木(G)高斯2.00102.000.980.144.33
    天目木姜子(I)指数5.2055.990.910.132.70
    榉树(J)高斯0.1057.700.990.094.68
    豹皮樟(M)指数0.0026.801.000.010.30
    总样地高斯25.1082.860.700.855.72
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    表 3可见:豹皮樟(M)块金值为0,半变异函数值具有纯金块效应,即在该样地空间尺度上不存在空间相关性。杉木(B),枫香(D),白栎(F),黄连木(G),天目木姜子(I)和榉树(J)的结构比大于0.75,空间相关性较强;细叶青冈(A),短尾柯(C),青冈(E)结构比都在0.55以上,具有中度的空间相关性。短尾柯(C),青冈(E)和细叶青冈(A)的变程较大,空间连续性范围分别为35.70 m,45.55 m和11.10 m,其余优势树种的变程都在7.50 m以内。样地整体结构比为0.70,具有中度的空间相关性,平均空间连续性范围为5.70 m。

    天目山国家级自然保护区常绿阔叶林的优势树种中,以细叶青冈、杉木、短尾柯和枫香为主,形成多优势种结构特征,林分胸径特征具有较高的空间相关性,但林分整体的空间连续性范围较小,仅在6 m以内,这也体现了常绿阔叶林的结构复杂性。汤孟平等[14]采用Ripley’s Kd)函数分析优势种群空间分布格局和种间关联关系,认为天目山常绿阔叶林群落的优势种均呈显著聚集分布,多数优势种间有较强的种间关联性。这与本研究的结果是一致的。本研究仅对树木胸径这一属性特征,分析其空间连续性,林分其他因子,包括土壤性质、竞争等的空间连续性有待进一步研究。地统计分析是研究林分特征的有力工具,有必要在林业领域开发出具有林业特色的实用空间统计软件,使空间统计学理论、方法、程序系统一体化[15],以促进空间统计分析在林业领域的广泛应用。

  • 图  1  不同施肥处理的水稻籽粒产量

    Figure  1  Rice grain yields of different fertilization treatments

    图  2  不同施肥处理的水稻籽粒和秸秆的氮磷积累量

    Figure  2  Accumulation rates of nitrogen and phosphorus in grains and straws of rice with different fertilization treatments

    图  3  不同施肥处理的水稻氮磷肥料利用率

    Figure  3  Nitrogen and phosphorus fertilizer utilization rates of rice with different fertilization treatments

    图  4  不同施肥处理的径流总氮质量浓度随时间的变化

    Figure  4  Changes of total nitrogen concentrations in runoff from different fertilization treatments with time

    图  5  不同施肥处理的径流总磷质量浓度随时间的变化

    Figure  5  Changes of total phosphorus concentrations in runoff from different fertilization treatments with time

    表  1  施肥处理及用量

    Table  1.   Fertilization treatments in rice season

    处理肥料氮用量/(kg·hm−2)基肥(6月16日)及用量/(kg·hm−2)追肥(6月26日)及用量/(kg·hm−2)
    ck000
    T1270.0复合肥750.0,钙镁磷肥125.0尿素293.5,氯化钾24.2
    T2270.0菜籽饼2700.0,钙镁磷肥62.5尿素293.5,氯化钾24.2
    T3270.0复合肥750.0,钙镁磷肥125.0,调理剂333.3尿素293.5,氯化钾24.2
    T4270.0炭基肥1 500.00
    下载: 导出CSV

    表  2  不同施肥处理的土壤化学性质

    Table  2.   Soil chemical properties of different fertilization treatments

    处理pH有机质/(g·kg−1)全氮/(g·kg−1)全磷/(g·kg−1)全钾/(g·kg−1)有效磷/(mg·kg−1)速效钾/(mg·kg−1)碱解氮/(mg·kg−1)
    本底 4.98 33.30  2.07 1.14  25.60 144 138 133
    ck5.03±0.25 a30.00±0.75 a1.57±0.14 a0.83±0.02 a9.35±0.26 b57±3 a72±5 a141±3 c
    T15.19±0.22 a25.07±2.03 a1.29±0.16 a0.96±0.15 a10.37±0.77 ab107±43 a82±8 a150±4 b
    T25.14±0.07 a28.67±0.44 a1.62 ±0.21 a0.95±0.02 a11.53±1.47 ab84±3 a79±12 a148±3 bc
    T35.67±0.26 a24.23±2.85 a1.46±0.26 a0.91±0.09 a15.80±3.12 a102±35 a68±26 a205±2 a
    T45.07±0.20 a33.73±8.66 a1.45±0.10 a0.84±0.04 a10.33±1.28 ab74±18 a65±2 a197±1 a
      说明:数据为平均值±标准差;不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)
    下载: 导出CSV

    表  3  水稻植株中的氮磷质量分数

    Table  3.   Contents of N and P in rice plants

    处理籽粒/(g·kg−1)秸秆/(g·kg−1)
    ck8.41±0.18 c3.74±0.07 a4.63±0.08 a2.45±0.14 b1.70±0.09 a31.03±0.65 a
    T110.93±0.36 a3.71±0.14 a4.15±0.14 bc3.99±0.44 ab1.37±0.05 a29.11±1.50 a
    T29.22±0.40 bc3.73±0.11 a4.51±0.22 ab4.28±0.34 a1.53±0.09 a28.22±0.17 a
    T39.98±0.67 ab3.63±0.08 a4.03±0.06 c5.08±0.94 a1.39±0.15 a31.64±1.47 a
    T49.69±0.18 abc3.77±0.08 a4.16±0.09 bc4.22±0.10 a1.90±0.39 a28.12±1.51 a
      说明:数据为平均值±标准差;不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)
    下载: 导出CSV

    表  4  氮和磷的径流流失量和流失率

    Table  4.   Nitrogen and phosphorus runoff loss and loss rate

    处理流失量/(kg·hm−2)流失率/%
    ck4.91±0.01 c0.70±0.05 b
    T17.83±0.17 ab1.03±0.08 ab1.08±0.07 a1.03±0.37 a
    T29.56±1.22 a1.35±0.12 a1.72±0.46 a1.99±0.50 a
    T37.64±0.77 ab0.96±0.19 ab1.01±0.29 a0.79±0.71 a
    T47.13±0.49 b0.91±0.14 b0.82±0.18 a0.65±0.38 a
    下载: 导出CSV
  • [1] 栾江, 仇焕广, 井月, 等. 我国化肥施用量持续增长的原因分解及趋势预测[J]. 自然资源学报, 2013, 28(11): 1869 − 1878.

    LUAN Jiang, QIU Huanguang, JING Yue, et al. Decomposition of factors contributed to the increase of China’s chemical fertilizer use and projections for future fertilizer use in China [J]. J Nat Resour, 2013, 28(11): 1869 − 1878.
    [2] 段永惠, 张乃明, 张玉娟. 施肥对农田氮磷污染物径流输出的影响研究[J]. 土壤, 2005, 37(1): 48 − 51.

    DUAN Yonghui, ZHANG Naming, ZHANG Yujuan. Effect of fertilization application on nitrogen and phosphorus loss with farmland runoff [J]. Soils, 2005, 37(1): 48 − 51.
    [3] 张维理, 武淑霞, 冀宏杰, 等. 中国农业面源污染形势估计及控制对策(Ⅰ) 21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J]. 中国农业科学, 2004, 37(7): 1008 − 1017.

    ZHANG Weili, WU Shuxia, JI Hongjie, et al. Estimation of agricultural non-point source pollution in China and the alleviating strategies (Ⅰ) Estimation of agricultural non-point source pollution in China in early 21 century [J]. Sci Agric Sin, 2004, 37(7): 1008 − 1017.
    [4] CARUSO B S. Integrated assessment of phosphorus in the Lake Hayes catchment, South Island, New Zealand [J]. J Hydrol, 2000, 229(3): 168 − 189.
    [5] IQBAL A, HE Liang, ALI I, et al. Manure combined with chemical fertilizer increases rice productivity by improving soil health, post-anthesis biomass yield, and nitrogen metabolism[J]. PLoS One, 2020, 15(10): e0238934. doi: 10.1371/journal.pone.0238934.
    [6] 王晓荣, 唐万鹏, 付甜, 等. 不同管理措施对三峡库区柑橘园土壤养分和径流氮磷流失的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(11): 95 − 102.

    WANG Xiaorong, TANG Wanpeng, FU Tian, et al. Effects of different management practices on soil nutrient and nitrogen and phosphorus losses with runoff of citrus orchard in the Three Gorges Reservoir area [J]. Chin Agric Sci Bull, 2021, 37(11): 95 − 102.
    [7] 黄东风, 王果, 李卫华, 等. 不同施肥模式对蔬菜产量、硝酸盐含量及菜地氮磷流失的影响[J]. 水土保持学报, 2008, 22(5): 5 − 10.

    HUANG Dongfeng, WANG Guo, LI Weihua, et al. Effects of different kinds of fertilization modes on yield, nitrate’s content of vegetable and loss of nitrogen and phosphorus in vegetable field [J]. J Soil Water Conserv, 2008, 22(5): 5 − 10.
    [8] 黄东风, 李卫华, 王利民, 等. 水肥管理措施对水稻产量、养分吸收及稻田氮磷流失的影响[J]. 水土保持学报, 2013, 27(2): 62 − 66.

    HUANG Dongfeng, LI Weihua, WANG Limin, et al. Effects of water and fertilizer managements on yield, nutrition uptake of rice and loss of nitrogen and phosphorus by runoff from paddy field [J]. J Soil Water Conserv, 2013, 27(2): 62 − 66.
    [9] 赵秉强. 传统化肥增效改性提升产品性能与功能[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(1): 1 − 7.

    ZHAO Bingqiang. Modification of conventional fertilizers for enhanced property and function [J]. J Plant Nutr Fert, 2016, 22(1): 1 − 7.
    [10] 徐秋芳, 姜培坤. 有机肥对毛竹林间及根区土壤生物化学性质的影响[J]. 浙江林学院学报, 2000, 17(4): 22 − 26.

    XU Qiufang, JIANG Peikun. Effects of fertilizing on biological properties of root region soil under Phyllostachys pubescens forest [J]. J Zhejiang For Coll, 2000, 17(4): 22 − 26.
    [11] GUO Wei, ZHANG Qingzhong, LIU Jinhua, et al. Studies on changes of soil carbon and nitrogen dynamics under long-term fertilizer in the black soil based on DSSAT model [J]. Int Conf Energy Environ Sustainable Dev, 2015, 3702: 1743 − 1750.
    [12] 张琢, 王梅, 任杰, 等. 贝壳粉对污染土壤中Pb、Zn、Cd的稳定化作用[J]. 环境污染与防治, 2016, 38(1): 14 − 18.

    ZHANG Zhuo, WANG Mei, REN Jie, et al. Effect of sea shell powder on the stabilization of Pb, Zn and Cd in contaminated soil [J]. Environ Pollut Prev, 2016, 38(1): 14 − 18.
    [13] HEYMANN K, XING B, KEILUWEIT M, et al. Influence of dissolved organic carbon from natural and synthetic fertilizers on phosphate leaching from a sand-based golf green [J]. Int Turfgrass Soc Res J, 2017, 13(1): 103 − 112.
    [14] 习斌, 翟丽梅, 刘申, 等. 有机无机肥配施对玉米产量及土壤氮磷淋溶的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(2): 326 − 335.

    XI Bin, ZHAI Limei, LIU Shen, et al. Effects of combination of organic and inorganic fertilization on maize yield and soil nitrogen and phosphorus leaching [J]. J Plant Nutr Fert, 2015, 21(2): 326 − 335.
    [15] ZHENG Yu, HAN Xiaori, LI Yuying, et al. Effects of mixed controlled release nitrogen fertilizer with rice straw biochar on rice yield and nitrogen balance in Northeast China [J]. Sci Rep, 2020, 10(1): 9452.
    [16] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.
    [17] QASWAR M, CHAI R, AHMED W, et al. Partial substitution of chemical fertilizers with organic amendments increased rice yield by changing phosphorus fractions and improving phosphatase activities in fluvo-aquic soil [J]. Soil Tillage Res, 2019, 20(3): 1285 − 1296.
    [18] FARHA A, AKHTAE I. Interactive effect of potassium and flyash: a soil conditioner on metal accumulation, physiological and biochemical traits of mustard (Brassica juncea L.) [J]. Environ Sci Pollut Res, 2019, 26(8): 7847 − 7862.
    [19] 范星露. 新型炭基复混肥料对水稻生理的影响[D]. 长沙: 湖南农业大学, 2016.

    FAN Xinglu. Effect of Carbon-based Compound Fertilizer on Physiology of Oryza sativa L.[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2016.
    [20] PURAKAYASTHA T, BERA T, DEBARATI B, et al. A review on biochar modulated soil condition improvements and nutrient dynamics concerning crop yields: pathways to climate change mitigation and global food security [J]. Chemosphere, 2019, 227: 345 − 365.
    [21] WEI Haiyan, CHEN Zhifeng, XING Zhipeng, et al. Effects of slow or controlled release fertilizer types and fertilization modes on yield and quality of rice [J]. J Integrative Agric, 2018, 17(10): 2222 − 2234.
    [22] 崔新卫, 张杨珠, 高菊生, 等. 长期不同施肥处理对红壤稻田土壤性质及晚稻产量与品质的影响[J]. 华北农学报, 2019, 34(6): 190 − 197.

    CUI Xinwei, ZHANG Yangzhu, GAO Jusheng, et al. Effects of long-term fertilization treatments on soil properties, rice yield and quality in reddish paddy soil [J]. Acta Agric Boreal-Sin, 2019, 34(6): 190 − 197.
    [23] 史华, 吴冰洁, 陈爽, 等. 生物炭和保水剂用量对火鹤花叶绿素和光合特性的影响[J]. 江苏农业科学, 2019, 47(14): 139 − 142.

    SHI Hua, WU Bingjie, CHEN Shuang, et al. Effects of biochar and water retention agents on chlorophyll and photosynthetic characteristics of Flamoea sinensis [J]. Jiangsu Agric Sci, 2019, 47(14): 139 − 142.
    [24] HUSAIN A. 洱海流域典型轮作模式下不同施肥模式对淋溶及地表径流氮磷流失的影响[D]. 北京: 中国农业科学院, 2019.

    HUSAIN A. Analysis of Nitrogen and Phosphorus Losses in leached and Surface Runoff Water with Application of Different Fertilizers and Management Strategies under Typical Crop Rotation System in the Erhai Lake Basin, Yunnan, China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2019.
    [25] 王莺, 陆荣杰, 吴家森, 等. 山核桃林闭合区内径流氮磷流失特征[J]. 浙江农林大学学报, 2018, 35(5): 802 − 809.

    WANG Ying, LU Rongjie, WU Jiasen, et al. Nitrogen and phosphorus loss in runoff and sediment for a closed zone of a Carya cathayensis stand [J]. J Zhejiang A&F Univ, 2018, 35(5): 802 − 809.
    [26] HONG S H, LEE E Y. Restoration of eroded coastal sand dunes using plant and soil-conditioner mixture [J]. Int Biodeterioration Biodegradation, 2016, 113: 161 − 168.
    [27] ZHU Haoyu, GAO Ming, LONG Yi, et al. Effects of fertilizer reduction and application of organic fertilizer on soil nitrogen and phosphorus nutrients and crop yield in a purple soil sloping field [J]. Environ Sci, 2020, 41(4): 1921 − 1929.
    [28] 董晓伟. 牡蛎壳土壤调理剂对大棚土壤理化、生物性状影响的研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2004.

    DONG Xiaowei. Effect of Oyster Shell Soil Remediation on Soil Physical-Chemical and Biology Character of Plastic Greenhouse[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2004.
    [29] 褚军, 薛建辉, 金梅娟, 等. 生物炭对农业面源污染氮、磷流失的影响研究进展[J]. 生态与农村环境学报, 2014, 30(4): 409 − 415.

    CHU Jun, XUE Jianhui, JIN Meijuan, et al. Review of researches on effects of biochar in reducing nitrogen and phosphorus losses with agricultural non-point source pollution [J]. J Ecol Rural Environ, 2014, 30(4): 409 − 415.
    [30] 陈闻, 吴家森, 许开平, 等. 集约经营雷竹林土壤磷素状况及流失潜能[J]. 浙江农林大学学报, 2011, 28(5): 687 − 693.

    CHEN Wen, WU Jiasen, XU Kaiping, et al. Soil phosphorus and potential loss in Phyllostachys praecox stands with intensive management [J]. J Zhejiang A&F Univ, 2011, 28(5): 687 − 693.
    [31] 朱成立, 郭相平, 刘敏昊, 等. 水稻沟田协同控制灌排模式的节水减污效应[J]. 农业工程学报, 2016, 32(3): 86 − 91.

    ZHU Chengli, GUO Xiangping, LIU Minhao, et al. Reduction of nitrogen, phosphorous and runoff by coordination controlled drainage with basin and ditch in paddy field [J]. Trans Chin Soc Agric Eng, 2016, 32(3): 86 − 91.
    [32] YANG Shihong, PENG Shizhang, XU Junzheng, et al. Effects of water saving irrigation and controlled release nitrogen fertilizer managements on nitrogen losses from paddy fields [J]. Paddy Water Environ, 2015, 13(1): 71 − 80.
  • [1] 姚权, 唐旭, 肖谋良, 姜振辉, 吴春艳, 李艳, 尹昌, 李永夫.  缓释氮肥配施有机肥对稻麦轮作体系作物生长和土壤养分的影响 . 浙江农林大学学报, 2025, 42(1): 175-184. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20240149
    [2] 于金珠, 吴辰晨, 姬浩楠, 李松昊, 邬奇峰, 秦华, 陈俊辉.  矿物调理剂对丘陵红壤天目小香薯产量和酶生态化学计量特征的影响 . 浙江农林大学学报, 2023, 40(3): 531-539. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220487
    [3] 陈佳寅, 黄程鹏, 郑梦琦, 李子鸿, 王佳雨, 姜培坤.  有机肥和炭基肥替代化肥对甘薯坡耕地径流氮磷损失的影响 . 浙江农林大学学报, 2023, 40(3): 540-549. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220360
    [4] 方涛, 李锦云, 郭明, 王瑞, 孙立苹.  温敏型分子印迹水凝胶的制备及对有机磷阻燃剂的吸附性 . 浙江农林大学学报, 2022, 39(2): 405-414. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210254
    [5] 任依, 姜培坤, 鲁长根, 邵建均, 周雪娥, 陈俊辉.  炭基肥与有机肥替代部分化肥对青紫泥水稻土微生物丰度及酶活性的影响 . 浙江农林大学学报, 2022, 39(4): 860-868. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210619
    [6] 张曾, 宋成芳, 单胜道, 郑华宝, 张成.  猪粪水热炭对土壤有机碳矿化及土壤性质的影响 . 浙江农林大学学报, 2021, 38(4): 765-773. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200651
    [7] 张崑, 徐坚, 鲁长根, 邵建均, 蔡广越, 张艳, 吴家森.  不同施肥对稻-菜种植模式氮磷吸收及径流流失的影响 . 浙江农林大学学报, 2021, 38(4): 784-791. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200593
    [8] 吴金栋, 何勇, 朱祝军.  有机肥部分替代化肥对露地茄生长及品质的影响 . 浙江农林大学学报, 2021, 38(6): 1195-1202. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200767
    [9] 陈丽美, 李小英, 李俊龙, 梁智, 史亮涛.  竹炭与有机肥配施对土壤肥力及紫甘蓝生长的影响 . 浙江农林大学学报, 2021, 38(4): 774-783. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200723
    [10] 姚兰, 张焕朝, 胡立煌, 王艮梅, 方炎明.  黄山不同海拔植被带土壤活性有机碳、氮及其与酶活性的关系 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(6): 1069-1076. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.06.003
    [11] 王莺, 陆荣杰, 吴家森, 姜培坤, 童志鹏.  山核桃林闭合区内径流氮磷流失特征 . 浙江农林大学学报, 2018, 35(5): 802-809. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.05.003
    [12] 周紫球, 陆媛媛, 范伟青, 叶慧群, 吴礼栋.  肥料对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响 . 浙江农林大学学报, 2013, 30(5): 729-733. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2013.05.015
    [13] 孙芳利, 鲍滨福, 陈安良, 周月英, 于红卫, 杜春贵.  有机杀菌剂在木竹材保护中的应用及发展展望 . 浙江农林大学学报, 2012, 29(2): 272-278. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.02.018
    [14] 刘晓玲, 宋照亮, 单胜道, 叶正钱.  畜禽粪肥施加对嘉兴水稻土总磷、有机磷和有效磷分布的影响 . 浙江农林大学学报, 2011, 28(1): 33-39. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2011.01.006
    [15] 徐秋芳, 姜培坤, 陆贻通.  不同施肥对雷竹林土壤微生物功能多样性影响初报 . 浙江农林大学学报, 2008, 25(5): 548-552.
    [16] 房莉, 俞元春, 余健, 张平究, 朱强根.  低分子量有机酸对森林土壤磷的活化作用 . 浙江农林大学学报, 2007, 24(1): 28-32.
    [17] 姜培坤, 徐秋芳, 邬奇峰, 吴家森.  施肥对板栗林土壤养分和生物学性质的影响 . 浙江农林大学学报, 2007, 24(4): 445-449.
    [18] 张履勤, 章明奎.  林地与农地转换过程中红壤有机碳、氮和磷库的演变 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(1): 75-79.
    [19] 杨芳, 吴家森, 钱新标, 吴丽君.  不同施肥雷竹林土壤微生物量碳的动态变化 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(1): 70-74.
    [20] 徐秋芳, 姜培坤.  有机肥对毛竹林间及根区土壤生物化学性质的影响 . 浙江农林大学学报, 2000, 17(4): 364-368.
  • 期刊类型引用(8)

    1. 郑枭,王通,庞春梅,宋思婧,丁山,余树全. 气候变化背景下天目山落叶阔叶林乔木层1996—2017年动态研究. 浙江农林大学学报. 2023(06): 1250-1260 . 本站查看
    2. 韩敏,董希斌,刘慧,张期奇. 大兴安岭天然落叶松次生林不同演替阶段的空间结构. 东北林业大学学报. 2020(06): 123-127 . 百度学术
    3. 王铮屹,戴其林,柏宬,陈涵,库伟鹏,赵明水,余树全. 天目山皆伐毛竹林自然更新群落类型与多样性分析. 浙江农林大学学报. 2020(04): 710-719 . 本站查看
    4. 杜秀芳,汤孟平,郦青,沈钱勇,杨帆. 临安不同森林类型混交度的对比研究. 西南林业大学学报(自然科学). 2019(03): 101-108 . 百度学术
    5. 管杰然,商天其,伊力塔,叶诺楠,余树全. 天目山常绿落叶阔叶混交林优势种生物量变化及群落演替特征. 生态学报. 2017(20): 6761-6772 . 百度学术
    6. 马锦丽,江洪,龚莎莎,舒海燕,方成圆,吴孟霖,孙文文,陈晓峰. 天目山自然保护区典型阔叶林的光合生理特性. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2016(02): 157-163 . 百度学术
    7. 马锦丽,江洪,舒海燕,吴孟霖,方成圆,孙文文,陈晓峰,牛晓栋,龚莎莎. 天目山自然保护区典型阔叶林的光合特性. 福建农林大学学报(自然科学版). 2016(04): 381-390 . 百度学术
    8. 范佩佩,韦新良,郭如意,汤孟平. 天目山针阔混交林林木空间特性. 浙江农林大学学报. 2015(05): 675-682 . 本站查看

    其他类型引用(9)

  • 加载中
  • 链接本文:

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20200724

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/zjnldxxb/2021/6/1187

图(5) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  1019
  • HTML全文浏览量:  191
  • PDF下载量:  36
  • 被引次数: 17
出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-09
  • 修回日期:  2021-04-25
  • 网络出版日期:  2021-12-08
  • 刊出日期:  2021-12-08

单季稻氮磷吸收及径流流失对不同肥料施用的响应

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200724
    基金项目:  浙江省重点研发计划项目(2019C03121);浙江省公益技术应用研究项目(LGF18D010003,2017C33111)
    作者简介:

    方晨露(ORCID: 0000-0001-9808-6137),从事农业资源利用研究。E-mail: 834155904@qq.com

    通信作者: 姜培坤(ORCID: 0000-0002-2311-2350),教授,从事农业资源与环境研究。E-mail: jiangpeikun@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S157

摘要:   目的  旨在探讨施用有机肥(菜籽饼)、调理剂(贝壳砂)、炭基肥对稻田土壤氮磷流失和水稻Oryza sativa产量的影响。  方法  共设置不施肥(ck)、常规施肥(T1)、有机肥(T2)、常规施肥+调理剂(T3)、炭基肥(T4)5个处理,不同施肥处理的氮、五氧化二磷、氧化钾用量均为270、75、150 kg·hm−2。通过对比5个处理之间土壤施肥前后氮磷质量分数、水稻产量、水稻籽粒和秸秆中的氮磷质量分数,结合6−9月径流水氮磷质量浓度监测结果,研究不同施肥处理减少氮磷流失的效果。  结果  施肥显著提高了水稻籽粒、秸秆的氮磷积累量和水稻籽粒产量。与ck相比,4个施肥处理增加水稻籽粒产量51.22%~63.41%(P<0.05),但4个处理之间无显著差异。5个处理的氮和磷的流失量分别为4.91~9.56和0.70~1.35 kg·hm−2,其流失量从大到小依次为T2、T1、T3、T4、ck。4个施肥处理的氮和磷的流失率分别为0.82%~1.72%和0.65%~1.99%,从大到小依次为T2、T1、T3、T4  结论  施用调理剂和炭基肥均能有效增加水稻产量,减少氮磷的流失,但施用有机肥处理具有最大径流流失量,因此需注意施肥的时间和方式,有效减少氮磷的流失和环境污染。图5表4参32

English Abstract

方国景, 汤孟平. 天目山常绿阔叶林优势种群胸径的空间连续性分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
引用本文: 方晨露, 简永旗, 吴家森, 等. 单季稻氮磷吸收及径流流失对不同肥料施用的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(6): 1187-1194. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200724
FANG Guojing, TANG Mengping. Spatial continuity for DBH in dominant populations of an evergreen broadleaved forest in National Nature Reserve of Mount Tianmu, China[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
Citation: FANG Chenlu, JIAN Yongqi, WU Jiasen, et al. Response of nitrogen and phosphorus uptake and runoff loss in single cropping rice to different fertilization treatments[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(6): 1187-1194. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200724
  • 中国施用化肥量占全球总量的1/3以上[1],施肥重化肥、轻有机肥,存在化肥过量、肥料利用效率低下等诸多问题。过量施肥会导致土壤中的氮含量偏高,造成氮素和磷素流失[2],这些被流失的氮磷会随着地表径流和土壤垂直渗流至湖泊、河流,导致水体污染[3]。氮磷养分流失是农业面源污染的主要来源之一[4]。水质恶化,发黑、发臭,对环境和人体健康产生了严重的负面影响[5]。科学施肥能提高肥料利用率,减少氮磷流失[6]。已有研究发现:化肥配施有机肥可增加作物产量[7],提高氮、磷、钾肥的利用率[8-10],显著降低土壤中的无机氮含量[11];贝壳粉调理剂有提高土壤养分、调节土壤酸碱度的功能[12];生物炭肥料能有效减少磷的损失[13],防止因大量使用化肥而造成的土壤退化,提高氮的利用效率[14],实现作物高产、可持续生产[15]。本研究旨在探究有机肥、调理剂和生物质炭为基质的炭基肥施加对减少氮磷流失、提高肥料利用率以及提高水稻Oryza sativa产量的效应。

    • 试验地位于浙江省杭州市淳安县安阳乡上梧村(30°24′46.4″N,119°51′13.9″E),为山地丘陵区。该区属中亚热带季风气候,四季分明,热量丰富,雨量充沛,光照充足,无霜期长。年均气温为17 ℃,其中最低气温为5.0 ℃,最高气温为28.9 ℃,无霜期为260~270 d,年降水量为1 153~1 864 mm,年均相对湿度为76%。土壤质地为黏土,pH 4.98,有机质为33.30 g·kg−1,全氮为2.07 g·kg−1,全磷为1.14 g·kg−1,全钾为2.56 g·kg−1,有效磷为144 mg·kg−1,速效钾为138 mg·kg−1

    • 本研究在2019年3−10月进行,3−4月建立监测工程小区,共建立15个径流小区,小区面积为6.5 m×4.5 m,随机排列,小区设有独立的灌水、排水系统和径流池装置,径流池面积3.0 m×0.8 m。如表1所示:以等氮量为标准,设置5个不同施肥处理:不施肥(ck),常规施肥(T1),有机肥(T2),常规施肥+调理剂(T3)和炭基肥(T4),随机排列,重复3次。2019年6月14日翻耕农田,6月16日灌水和第1次施肥,6月17日插秧,6月26日对T2、T3处理进行灌水和追肥,T4处理一次性施肥,T1、T2、T3处理分2次施肥,控制氮、磷施加量相等。7月30日开始烤田,10月5日收割水稻并采样。

      表 1  施肥处理及用量

      Table 1.  Fertilization treatments in rice season

      处理肥料氮用量/(kg·hm−2)基肥(6月16日)及用量/(kg·hm−2)追肥(6月26日)及用量/(kg·hm−2)
      ck000
      T1270.0复合肥750.0,钙镁磷肥125.0尿素293.5,氯化钾24.2
      T2270.0菜籽饼2700.0,钙镁磷肥62.5尿素293.5,氯化钾24.2
      T3270.0复合肥750.0,钙镁磷肥125.0,调理剂333.3尿素293.5,氯化钾24.2
      T4270.0炭基肥1 500.00

      供试肥料为复合肥($m_{{\rm{N}}}:m_{\rm{{P_{2}O_{5}}}}:m_{\rm{{K_{2}}}O}=18:8:18$);钙镁磷肥(五氧化二磷质量分数为12%);尿素(氮质量分数为46%);氯化钾(氧化钾质量分数为62%):菜籽饼($m_{{\rm{N}}}:m_{\rm{{P_{2}O_{5}}}}:m_{\rm{{K_{2}}}O}=5.0:2.5:1.0$);调理剂为海洋生物贝壳类经550 ℃高温煅烧2 h后研磨成2 mm贝壳砂,基本理化性质为pH 9.21,钙57.8 g·kg−1,碳119.1 g·kg−1,硫2.5 g·kg−1,氮0.8 g·kg−1,钾122.0 g·kg−1;炭基肥(遂昌绿金有机肥有限公司研制,$m_{{\rm{N}}}:m_{\rm{{P_{2}O_{5}}}}:m_{\rm{{K_{2}}}O}:m_{\rm{C}}=18:5:10:25$)。

    • 试验开始前和水稻收割之后均采用具有刻度的管形取土器采集,保持田面平整,使采集深度一致,将管型取土器钻入土层,取出土钻时上层水即流走,剩下潮湿土壤装入塑料袋中,小区内“S”型布点采样。采集的样品自然风干后过2 mm筛,封装待测。土壤pH采用pH计测定(mm=2.5∶1.0);土壤有机质采用重铬酸钾容量法外加热法测定;土壤全氮采用浓硫酸消煮-半微量开氏法测定;土壤全磷采用高氯酸-硫酸消煮-钼锑抗比色法测定;土壤全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定;土壤有效磷采用0.5 mol·L−1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;土壤速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定;土壤硝氮、氨氮采用氯化钾浸提-流动分析仪测定[16]

    • 水稻收割后,每小区采集1 m2有代表性的水稻植株和秸秆,将水稻籽粒烘干后称量,测定其平均含水率,测定水稻籽粒和秸秆的全磷、全氮质量分数。样品用硫酸-过氧化氢消煮,全磷采用钼锑抗分光光度法测定,全氮采用奈氏比色法测定[16]

    • 水稻生长期间,在降雨产生径流后根据径流池内的水深,计算出径流水量,并采集径流水样测定。径流水样的总磷采用过硫酸钾消解-钼酸铵分光光度法测定;总氮采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测定[16]

    • 通过地表径流途径流失的氮磷量等于整个监测期间各次径流水中氮磷的质量浓度与径流水体积乘积之和。计算公式为:$P = \sum\limits_{i = {\rm{1}}}^n {{C_i}} \times {V_i}$。其中:P为氮磷流失量(kg·hm−2);Ci为第i次径流水中氮、磷的质量浓度(mg·L−1);Vi为第i次径流水的体积(m3);n为总径流次数。流失率等于不同施肥处理氮/磷径流总量与不施肥相比增加的百分比。计算公式为:η$ {\rm{η}}_{\rm{L}}=\dfrac{({L}_{{\rm{m}}}-{L}_{0})}{{L}_{0}}\times100\%$。其中:ηL为流失率(%);Lm为氮/磷流失量(kg·hm−2);L0为不施肥处理径流总量(kg·hm−2)。肥料的养分利用率等于不同施肥处理作物氮/磷吸收积累总量比不施肥处理增加量占肥料中氮/磷量的百分比。计算公式为:η$ {\rm{η}}_{\rm{F}}=\dfrac{({A}_{{\rm{d}}}-{A}_{0})}{F}\times100\%$。其中:ηF为肥料利用率(%);Ad为不同施肥处理下作物氮/磷积累量(kg·hm−2);A0为不施肥处理下作物氮/磷积累量(kg·hm−2);F为肥料中的氮/磷量。

      采用Origin 2018作图,SPSS 22.0进行数据分析及方差分析。

    • 表2可以看出:pH、有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾在不同施肥处理之间均没有显著差异(P>0.05)。T3处理的土壤全钾质量分数相较于ck增加了68.98%(P<0.05)。不同施肥处理相较于ck均能增加4.96%~45.39%土壤碱解氮,其中T3、T4处理显著高于T1、T2处理(P<0.05)。

      表 2  不同施肥处理的土壤化学性质

      Table 2.  Soil chemical properties of different fertilization treatments

      处理pH有机质/(g·kg−1)全氮/(g·kg−1)全磷/(g·kg−1)全钾/(g·kg−1)有效磷/(mg·kg−1)速效钾/(mg·kg−1)碱解氮/(mg·kg−1)
      本底 4.98 33.30  2.07 1.14  25.60 144 138 133
      ck5.03±0.25 a30.00±0.75 a1.57±0.14 a0.83±0.02 a9.35±0.26 b57±3 a72±5 a141±3 c
      T15.19±0.22 a25.07±2.03 a1.29±0.16 a0.96±0.15 a10.37±0.77 ab107±43 a82±8 a150±4 b
      T25.14±0.07 a28.67±0.44 a1.62 ±0.21 a0.95±0.02 a11.53±1.47 ab84±3 a79±12 a148±3 bc
      T35.67±0.26 a24.23±2.85 a1.46±0.26 a0.91±0.09 a15.80±3.12 a102±35 a68±26 a205±2 a
      T45.07±0.20 a33.73±8.66 a1.45±0.10 a0.84±0.04 a10.33±1.28 ab74±18 a65±2 a197±1 a
        说明:数据为平均值±标准差;不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)
    • 图1可知:不同肥料施用均显著增加了水稻籽粒产量(P<0.05)。与ck相比,T1、T2、T3和T4处理的水稻产量分别增产60.16%、63.41%、52.84%和51.22%,4种不同施肥处理间的产量没有显著性差异(P>0.05)。

      图  1  不同施肥处理的水稻籽粒产量

      Figure 1.  Rice grain yields of different fertilization treatments

    • 表3所示:在水稻籽粒中,不同施肥处理氮质量分数差异显著(P<0.05),其中以T1处理最高,为10.93 g·kg−1,其次是T3处理,以ck处理最低;磷质量分数无显著差异(P>0.05),与ck相比,T1、T2、T3处理有略微下降;钾质量分数从高到低依次为ck、T2、T4、T1和T3,不同施肥处理均呈下降趋势。在水稻秸秆中,氮质量分数以T3处理最高,相较于ck,增加了107.35%,差异显著(P<0.05);与ck相比,除T4处理外,磷质量分数均减小,但差异不显著(P>0.05);钾质量分数没有明显的变化规律,其中以T3处理最高,为31.64 g·kg−1,T4处理最低,各处理之间无显著差异(P>0.05)。

      表 3  水稻植株中的氮磷质量分数

      Table 3.  Contents of N and P in rice plants

      处理籽粒/(g·kg−1)秸秆/(g·kg−1)
      ck8.41±0.18 c3.74±0.07 a4.63±0.08 a2.45±0.14 b1.70±0.09 a31.03±0.65 a
      T110.93±0.36 a3.71±0.14 a4.15±0.14 bc3.99±0.44 ab1.37±0.05 a29.11±1.50 a
      T29.22±0.40 bc3.73±0.11 a4.51±0.22 ab4.28±0.34 a1.53±0.09 a28.22±0.17 a
      T39.98±0.67 ab3.63±0.08 a4.03±0.06 c5.08±0.94 a1.39±0.15 a31.64±1.47 a
      T49.69±0.18 abc3.77±0.08 a4.16±0.09 bc4.22±0.10 a1.90±0.39 a28.12±1.51 a
        说明:数据为平均值±标准差;不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)

      图2所示:在水稻籽粒中,氮积累量从高到低依次为T1、T3、T2、T4、ck,且T1处理相较于ck显著增加了106.9%(P<0.05);与ck相比,磷积累量均显著增加(P<0.05),但不同施肥处理之间无显著差异(P>0.05)。在水稻秸秆中,氮积累量以T3处理增量最大,较ck处理增加了29.48 kg·hm−2,T1、T2、T3和T4处理积累量均显著高于ck (P<0.05);磷积累量相较于ck,只有T4处理显著增加(P<0.05),增量为4.39 kg·hm−2,其他施肥处理的磷积累量均无差异。且在不同施肥处理下,水稻籽粒和秸秆对氮的积累量,除T1处理外,T2、T3和T4处理均有相同的变化趋势;对磷积累量,除T4处理外,均有相同的增加趋势,从高到低依次为T2、T1、T3

      图  2  不同施肥处理的水稻籽粒和秸秆的氮磷积累量

      Figure 2.  Accumulation rates of nitrogen and phosphorus in grains and straws of rice with different fertilization treatments

      图3所示:不同施肥处理的氮肥利用率为20.74%~26.59%,以T1处理最高,T4处理最低,磷肥利用率从高到低依次为T2、T4、T1、T3,不同处理间均没有显著差异(P>0.05)。

      图  3  不同施肥处理的水稻氮磷肥料利用率

      Figure 3.  Nitrogen and phosphorus fertilizer utilization rates of rice with different fertilization treatments

    • 图4可以看出:T3处理径流总氮起始质量浓度最高,7月2日和5日,T2处理总氮质量浓度明显高于其他处理。水稻季期间T1、T2、T3处理的总氮质量浓度有明显的起伏变化,ck、T4处理总氮质量浓度变化波动平缓,总体趋于稳定。从图5可以看出:6月26日和7月29日的径流总磷质量浓度明显高于其他时间,不同施肥处理的总磷整体质量浓度变化趋势相同,但最终都趋于稳定。

      图  4  不同施肥处理的径流总氮质量浓度随时间的变化

      Figure 4.  Changes of total nitrogen concentrations in runoff from different fertilization treatments with time

      图  5  不同施肥处理的径流总磷质量浓度随时间的变化

      Figure 5.  Changes of total phosphorus concentrations in runoff from different fertilization treatments with time

      表4可以看出:与ck相比,T1、T2、T3和T4处理的氮流失量均显著增加(P<0.05),其中以T2处理最大,增加了94.70%。T1、T2、T3和T4处理的磷流失量分别增加了47.14%、92.86%、37.14%和30.00%,其中T2处理流失量显著高于T4。氮、磷流失率分别为0.82%~1.72%、0.65%~1.99%,不同处理间均无显著差异(P>0.05)。不同施肥处理氮磷流失量的增幅和流失率的大小变化均呈现相同的趋势。

      表 4  氮和磷的径流流失量和流失率

      Table 4.  Nitrogen and phosphorus runoff loss and loss rate

      处理流失量/(kg·hm−2)流失率/%
      ck4.91±0.01 c0.70±0.05 b
      T17.83±0.17 ab1.03±0.08 ab1.08±0.07 a1.03±0.37 a
      T29.56±1.22 a1.35±0.12 a1.72±0.46 a1.99±0.50 a
      T37.64±0.77 ab0.96±0.19 ab1.01±0.29 a0.79±0.71 a
      T47.13±0.49 b0.91±0.14 b0.82±0.18 a0.65±0.38 a
    • 本研究表明:不同肥料施用均能使水稻显著增产,但4种不同施肥处理之间产量无显著差异(P>0.05)。由ck土壤碱解氮质量分数显著低于T1、T3、T4处理可知,不同施肥处理的增产效应是由不施肥处理土壤养分供应不足所导致。施加有机肥,能提高土壤pH和养分含量[17];调理剂具有比表面积大,孔隙度大等特点,能改善土壤理化性质[18],有效供应养分;炭基肥能增强水稻的光合作用[19],改良土壤性质,增加水稻生物量的产量[20],因此不同施肥处理水稻均能增产[21]。除了T3和T4处理土壤碱解氮显著高于T1和T2处理外(P<0.05),不同处理之间的土壤pH、有机质和养分质量分数均无显著差异(P>0.05),从而导致了不同施肥处理之间的水稻籽粒产量无显著差异(P>0.05)。

    • 本研究表明:不同施肥处理的籽粒氮、磷质量分数及秸秆氮质量分数均显著高于ck (P<0.05),这与崔新卫等[22]的研究结果一致。施加炭基肥同时增加了籽粒和秸秆的氮磷积累量,这可能是由于生物炭的施加提高了土壤的供肥能力,同时增强了作物光合作用[23],说明不同施肥处理均能有效供应作物所需的养分。然而,4种不同施肥处理的水稻氮磷积累量和肥料利用率均无显著差异(P>0.05),可能是不同施肥处理的供肥能力差异较小所致。

    • T2处理径流流失量最大,且大于T1处理,即本研究施加有机肥没有有效减少径流氮磷流失,这与HUSAIN[24]研究结果不同。可能是由于6月26日对T2处理进行追肥,当天降雨,产生了径流,导致追肥的肥料未被土壤和作物吸收就被雨水大量冲刷,产生了径流水中最大的质量浓度;7月29日,降雨量大,导致产生了最大径流水量。这与王莺等[25]研究结果一致,即降雨是影响径流的重要因子,径流量和降雨量存在显著正相关。因此,T2处理产生了最大的径流流失量。

      贝壳粉调理剂具有比表面积大、孔隙度大等特点,且贝壳粉炭为碱性,能使土壤pH升高,有利于改善土壤养分,提高肥料利用率,增加土壤保肥能力[26-28]。生物炭基肥由于其特殊的结构和理化性质,可以吸附土壤中未被作物利用的水分和养分,延缓养分释放,减弱其在土壤中的迁移转化能力[29],提高土壤氮养分的有效性。这与本研究结果一致。本研究表明:T3和T4处理均能使土壤pH升高,从而有利于土壤中氮磷的吸附和固定[30],减少未被作物吸收的氮磷,从而提高肥料利用率,减少氮磷流失。

      因此,在施用不同肥料时,要注意施肥方式和时间,避免由于一次性大量施入肥料或者施肥后遭遇强降水而导致的径流流失量的剧增。在水稻生长期应合理控制灌溉和水肥管理,重视和提倡合理施肥方法,控制稻田氮磷的径流量,从而减少氮磷流失带来的环境污染[31-32]

    • 4种不同施肥处理均能显著提高水稻产量,其增产率为51.22%~63.41%,但不同肥料之间增产无显著差异(P>0.05)。氮和磷的流失量分别介于4.91~9.56和0.70~1.35 kg·hm−2,不同处理的流失量均按如下次序递减:T2、T1、T3、T4、ck。氮和磷的流失率分别为0.82%~1.72%和0.65%~1.99%,大小均按如下次序递减:T2、T1、T3、T4,不同施肥处理之间无显著差异(P>0.05)。T2处理的径流流失量最大,T3和T4处理能有效减少氮磷流失。因此,要注意合理的施肥方式和时间,从而减少氮磷流失造成的面源污染。

参考文献 (32)

目录

/

返回文章
返回