玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响

肥配施对我国稻油轮作模式农田磷流失风险的影响。 田间小区试验包括常规施用化肥 （NPK） 、 生物炭与化肥配施 （NPK+C） 、 生物 炭 水稻生长期间土壤有效磷、 田 面水 总磷 、 可溶性总磷的动态变化特征， 分析施用玉米秸秆生物炭和直接施用玉米秸秆对土壤、 作物 和磷流失风险的影响。结果表明， 与 NPK 处理相比， 增施生物炭和玉米秸秆， 可显著提高水稻和油菜产量， 但 对水 稻季 田面水 磷浓 度无显著影响； 施用生物炭条件下减施化肥， 短期内未造成水稻和油菜减产， 却降低了水稻整个生育期内田面水总磷 （TP） 和可溶性 TDP 下降 63.1%~82.4%。上述研究结果表明， 在此过程中， 田面水 TP 下降 64.2%~79.1%， 为降低稻油轮作农田磷流失风险， 可 以考 虑在水稻季施用生物炭的条件下减施化肥磷， 并 且 在 水稻 栽 秧 后 7 d 内 控 制 田面 水 外 流 。 关键词： 生物炭； 玉米秸秆； 稻 油轮 作 ； 田面水； 磷 X820.4 中图分类号： A 文献标志码： 1672-2043 07-1376-08 文章编号： （2016） doi:10.11654/jaes.2016.07.021
HUA Ling-ling, WANG Hong-yuan, ZHAI Li-mei,et al. Effects of maize stover biochar on phosphorus losses in rice-oilseed rape cropping system[J]. 允燥怎则灶葬造
磷 既 是 作 物 生 长必 需 的 营养 元素 之 一 [1]， 又是湖 [2] 泊水体富营养化的限制因子 。 国内外大量研究表明， 农田 磷 流 失 已成 为 引 起农 业 非 点 源 污染的重要 原 因 之一[3-5]。 水旱轮作系统是我国主要的作物生产系统之 [6] 一 ， 有研究表明， 农田地表径流总磷流失主要发生在 降雨集中的 6—8 月 ， 即 水 稻 种 植 季 [7-8]， 因此， 正确 掌 握水旱轮作模 式 下 农田 磷 的 流 失风险 （尤 其 水 稻 季） 对防控农业非点源污染具有重要意义。 目前， 秸秆制备成生物炭还田在改善土壤环境效 应方面的研究受到 越 来 越 多 的 关注 [9-10]。 Strelko 等 [11] 研究指出， 生物炭可通过对磷等营养元素的强烈吸附 将它们固定 在土壤的 表层， 提高作物利用率， 减少 损 [12] 失量。盖霞普等 通过室内培养试验研究表明， 土壤 中添 加玉 米 秸秆 生 物 炭 能 有效 降低 土壤 无 机 氮 素的 淋失风险。 除制备成生物炭外， 大量研究表明， 秸秆直 接还田不仅能提高土壤肥力， 改善作物生长品质[13-15]， 还可降低农田磷流失[16]。郭智等[17]对稻麦轮作体系研 究指出， 秸秆还田和还田减肥两种措施分别能够有效 减少稻季磷径流流失总量的 17.55%和 22.69%。其他 研究结果也表明， 秸秆还田和秸秆还田后翻耕均可显 著降低稻油 （稻 麦） 两 熟 制 农田 周年 地 表 径 流 磷 流 失 [18] 率 。目 前， 虽然已有关于施用玉米秸秆对农田氮磷 流失影响的研究， 但对于秸秆制备成生物炭还田后对 氮磷流失风险的研究还鲜有报道， 尤其是对富营养化 发生的限制因子—— —磷素。 近年来， 作为我国重点水源保护地之一的洱海流 域， 因发展 节 水 农 业 ， 部分 水 田 改 为 旱 地 玉 米 种 植模 式， 流域秸秆 资 源 日渐 丰 富 ， 本文 以 云 南 大理 洱 海 流 域典型稻油轮作模式为研究对象， 通过研究玉米秸秆 制备成生物炭还田后对土壤有效磷、 作物产量及稻季 田面水磷的影响特征， 评价生物炭施用后对稻油轮作 模式农田磷流失风险的影响， 为流域内玉米秸秆的多 途径 利 用 以及 降低 稻 油 轮 作 农田 磷 流 失措 施 的 筛 选 提 供借 鉴 。
玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响
华玲玲 员， 王洪媛 员， 翟丽梅 员*， 付
资源研究所， 昆明 远缘园圆园缘） 摘
斌 科学 院 农 业 环境 （员援中国农业科学院农业资源与农业区划研究所， 农业部面源污染 控 制 重 点实验室 ， 北 京 员园园园愿员；
of four treatments： conventional fertilizer , conventional fertilizer plus biochar , biochar in replacement of half of the conven原 （NPK） （NPK+C）
TP and TDP concentrations in paddy field water without reducing rice and rape yields. During the first week of transplanting rice, the con原 centrations of TP and TDP in paddy field water peaked on the first day, then decreased rapidly, and ultimately became stable. They de原 creased by 64.2% to 79.1% and 63.1% to 82.4% at the end of the first week. We conclude that replacing P fertilizer rate with biochar can riod for controlling the risks of field water P losses. Keywords： biochar； maize stover； rice-rape cropping system； paddy field water； phosphorus reduce P loss risks via paddy field water without negatively affecting crop yields, and that the first week of transplanting rice is a critical pe原
要： 以云南大理洱海流域典型稻油轮作模式为研究对象， 通 过 2 年田间 定位 试验 ， 研究生物炭 （玉米秸秆制备） 、 玉米秸秆与化
与化肥减半配施 （1/2NPK+C） 、 玉米秸秆与化肥配施 （NPK+S） 四个处 理， 通过比较不同处理间土壤有效磷含量、 作物产量、 吸磷量和
4~5 d 内浓度迅速降低， 7 d 之后浓度趋于稳定。 总磷 （TDP） 浓度； 各处理水稻季田面水 TP 和 TDP 浓度在栽秧后第 1 d 内达到峰值，
圆园16原01原12 收稿日期： 基金项目： 国家自然科学基金项目 （41203072） ； 公益性行业 （农业） 科研专项经费项目 （201303095） 澡怎葬造蚤灶早园猿圆怨岳员远猿援糟燥皂 作者简介： 华玲玲 （1990—） ， 女， 硕士研究生， 主要从事农田面源污染防控方面研究。耘原皂葬蚤造： * 通信作者： zhailimei@ 翟丽梅 E-mail：
32 卷第 第2016 期 年 71月
华玲玲， 等： 玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响
99毅 57忆 34.7义 E， 村 （25毅 58忆 51.4义 N， 海 拔 2099 m） ， 属洱 海 上游 凤 羽 河小 流 域， 是洱海的主要水源地。流域属 于北亚热 带 高 原 季风 气 候 ， 四 季温 差小 ， 年平均气温 13.9 益， 年均降雨量 745 mm， 冬春干旱， 夏秋多雨， 雨 旱 两季 分 明， 降雨主要集中在 6—10 月。试验时间为 2013 年 9 月至 2015 年 10 月， 轮作模式为稻油轮作。 供试土壤 类 型 为 水 稻 土， 土壤质地 为 砂 壤土， 试验农 田 区域 地 形 为平 坝 。近 几 年， 流域内玉米为主要旱作 作物， 秸秆资源丰富， 为本研究玉米秸秆的主要来源。 试 验前 耕 作 层 （0~20 cm） 土壤理化性质见表 1。 1.2 试验设计 试 验共设 4 个处 理： 常规施 用化肥 （NPK， 当地农 民 习惯 性 施 肥） ； 常规施用化肥+生物炭 （NPK+C） ； 50%常规施用化肥量+生 物 炭 （1/2NPK+C） ； 常规施用 化肥+玉米秸秆 （NPK+S） 。 水稻、 油菜季各处理具体施 肥 情 况 见 表 2。 玉 米 秸 秆 的 化 学 组 成 为 ： 有 机 质 94.53%， 全氮 0.83%， 全磷 0.08%， 全钾1.88% 。 化肥品 种分 别 为 尿 素 （N 逸 46%） 、 过磷酸钙 （P2O5逸16%） 、 硫 酸钾 （K2O逸50%） 。油菜季， 生物炭 、 玉米秸秆随基肥 30% 的 氮 肥 、 70% 磷 肥 、 70% 钾 肥 作 为基 一次性施入， 30%氮肥在莲座期第一次 追 施 ， 40% 的 氮 肥 、 肥施用， 30%磷肥、 30%钾肥在开花期第二次追施。水稻季， 将 70% 生 物 炭 、 玉 米 秸秆 随 基 肥 一 次 性 施 入 ， 的 氮 肥 、 70% 的 钾 肥 和 100% 的 磷 肥 作 为基 肥 施 用， 30% 的 氮 30%的钾肥作为穗肥追施，追肥时间为栽秧后的 肥、 第 7 d。 各处理设置 3 次重复，随机排列，小区面积 30 2 m 。各小区四周用宽 20 cm、 高 30 cm 的水泥台隔离，
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农 业 环 境 科 学 学 报
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2016 年 7 月
1376-1383. 华玲玲， 王洪媛， 翟丽 梅， 等. 玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响[J]. 农业环境科学学报, 2016, 35 （7） ： 燥枣 粤早则燥-耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻 , 2016, 35 1376-1383. （7） ：