斜发沸石对AWD驱动下稻田氨挥发和氮素淋失的影响研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:panok123
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水资源短缺和氮损失引起的农田面源污染问题正威胁着我国水稻生产系统的可持续发展。在确保水稻产量安全的同时,研究如何降低水稻生产系统的资源和环境代价具有重要意义。干湿交替灌溉(AWD)是一种被广泛认可的有效节水灌溉模式,然而其有氧与厌氧环境的交替变化会改变稻田氮损失过程。斜发沸石持水控氮的能力,能有效减少氨挥发,氮素淋溶,氮径流等多种途径的氮损失,提高植株氮积累和作物产量,在许多室内模拟和旱作物的试验研究上已取得了显著效果。目前,将斜发沸石应用到持续淹灌(CF)稻田以减少氮损失的研究较少,有关AWD驱动下斜发沸石对氨挥发和氮素淋失的影响几乎未见报道。因此,本研究将斜发沸石应用到AWD水稻生产系统,通过AWD模式实现水稻节水,用斜发沸石来减缓稻田氮素损失和提高水稻产量,进一步实现水稻绿色高产高效栽培。本研究于2016和2017年在辽宁省东港市水稻种植区运用非称重式蒸渗仪(测坑),采用裂区试验设计,研究了两种灌溉模式(CF和AWD)和三种沸石施用量(0 t·ha-1,5 t·ha-1,10 t·ha-1)下的稻田田面水氮素动态变化,氨挥发和氮素淋溶损失特征;植株和土壤中氮素变化特征;水稻产量、水分利用和品质特性。主要研究结果如下:(1)田面水NH4+-N浓度峰值出现在施肥后3天内。基肥和第一次追肥期,AWD处理的田面水NH4+-N浓度大于CF;第二次追肥期,AWD的NH4+-N浓度显著低于CF。两种灌溉模式下,田面水NH4+-N浓度均随斜发沸石量的增加而显著降低。氨挥发速率峰值均出现在施肥后的35天,大部分氨挥发发生在施肥后的710天。AWD显著增加了基肥期的氨挥发量,降低了第二次追肥期的氨挥发量,最终降低了氨挥发总损失量,但降低幅度较小(<2 kg·ha-1)。各施肥期的田面水NH4+-N浓度均与氨挥发量呈显著的正相关关系。斜发沸石通过降低田面水NH4+-N浓度降低了各施肥期的氨挥发量。ICFZ10处理和IAWDZ10处理的氨挥发量显著低于其他处理,分别较ICFZ0处理减少35.1%36.5%和38.5%40.6%。(2)在水稻生长季大部分时期,AWD处理淋溶液中的NH4+-N和NO3--N浓度均大于CF。然而,两种灌溉模式下,淋溶液中NH4+-N和NO3--N浓度均随斜发沸石量的增加而显著降低,最终降低了总氮淋失量。NO3--N的淋失总量大于NH4+-N。IAWDZ0处理的氮淋失显著高于其他处理,但IAWDZ10和ICFZ0处理间差异不显著,甚至IAWDZ10处理的NH4+-N淋失量在2017年显著低于ICFZ0处理,说明斜发沸石的施入缓解了AWD引起的氮素淋失增加的风险。(3)与CF相比,AWD降低了除分蘖期外各生育期的水稻地上部氮素积累。AWD增加了成熟期根部氮素积累及分配,对植株总氮素积累影响不显著,且在2017降低了氮素转运量。施用斜发沸石显著提高了拔节孕穗期后各组织部位的氮积累。与无沸石相比,5 t·ha-1和10 t·ha-1沸石用量提高了植株总氮素积累量12.2%和16.7%18.0%,且提高了氮素转运量。(4)在水稻生长季的大部分时期,AWD稻田030 cm土层的NH4+-N和NO3--N含量大于CF;斜发沸石显著提高了整个生长季030 cm土层的无机氮含量,5 t·ha-1和10t·ha-1沸石用量使NH4+-N均值分别提高27.4%和41.5%,NO3--N均值分别提高15.1%和24.7%。在水稻成熟期,AWD较CF显著增加了030 cm和3060 cm土层的无机氮含量。与无斜发沸石相比,5 t·ha-1和10 t·ha-1沸石用量增加了030 cm土层中无机氮含量12.1%12.5%和18.7%20.9%;降低了3060 cm土层中无机氮含量17.6%20.2%和29.3%31.5%。(5)与CF相比,AWD降低了水稻株高,叶面积指数,根系伤流强度,叶片SPAD值,拔节孕穗期后的地上部干物质积累量。虽然AWD在2016年提高了干物质转运量,但对2017年干物质转运量无显著影响。施用斜发沸石增加了水稻株高、分蘖,但并未增加无效分蘖数;提高了叶面积指数,根系伤流强度和叶片SPAD值,进而提高了拔节孕穗期后的干物质积累量及转运量。(6)与CF相比,AWD显著降低了水稻耗水量,提高了水分生产率;无斜发沸石施入时,AWD稻田的产量在2016年相对于CF无显著差异,但在2017年AWD显著降低了产量。斜发沸石通过增加单位面积有效穗数提高了水稻产量,进而提高了水分生产率。当稻田施用5 t·ha-1斜发沸石时,AWD稻田的产量显著低于CF,而施用10 t·ha-1斜发沸石时,CF和AWD间的产量无显著差异。由此说明AWD条件下需施入更多的斜发沸石来提高产量和水分生产率。与CF相比,AWD显著降低了垩白粒率和垩白度,但也降低了整精米率;提高了崩解值,降低了消减值,有利于提高食味值。施用斜发沸石提高了蛋白含量,降低了崩解值和消减值,但显著提高了垩白粒率和垩白度。(7)与传统的稻田管理模式相比(CF&无斜发沸石),AWD与施用10 t·ha-1斜发沸石相结合的模式提高了浅层土壤的有效氮含量,降低了稻田的氨挥发损失(38.5%40.6%),且未增加氮素淋失,促进了植株氮素积累和生长发育,进而提高了产量(6.2%8.3%),同时提高了水分生产率(19.4%21.3%)。研究结果为实现水稻高产/稳产的前提下,减少水稻生产用水、氮资源消耗和环境代价提供了一种新途径。
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