富营养化河水灌溉对稻田土壤氮磷养分贡献的影响——以太湖地区黄泥土为例

以太湖地区主要稻田土壤类型黄泥土为对象,利用当地富营养化河水对回填土柱和植稻原状土渗漏池进行模拟稻田灌溉试验,系统研究了灌溉水对稻田土壤氮磷营养的贡献.在回填土柱灌溉试验中,在试验初期,不同形态的氮素均有较高的淋失量,以后逐渐降低,表明初期淋失的氮素主要来自土壤,而不是灌溉河水.在整个水稻生长季,均观测到有可溶性有机氮淋失,表明富营养化河水灌溉条件下可溶性有机氮是稻田土壤主要的氮素淋失形态.在本试验中,磷素的淋失动态与氮素的淋失动态截然相反,淹水后很长一段时间内均没有土壤磷素淋失,但在淹水灌溉后期有大量的土壤磷素淋失损失,这可能是淹水后期土壤对磷的吸持已达到饱和状态,不能继续固持土壤中多余的磷所致.与回填土柱模拟灌溉淋洗试验相比,在当前供肥条件下,原状土渗漏池试验氮磷淋失量远低于回填土柱试验,而灌溉水对土壤氮磷养分的贡献远高于回填土柱.通过富营养化河水灌溉带入当季稻田的N量达到每公顷56.3 kg,其中有55.8 kg N可被土壤吸持和作物吸收,表明太湖地区稻田土壤对氮磷养分来说是一个环境友好的生态系统.在利用当地富营养化河水进行稻田土壤灌溉时可适量减少肥料施用量、优化氮磷肥料管理.     

水稻耐盐力的初步研究

1954年,宁波水文站向我所提出,由於海水倒灌甬江,江水含有较多的盐分,这种含盐河水是否可用以灌溉稻田这样一个问题。这类问题不仅是甬江下游存在的,我国其他滨海种植水稻地区也有同样的情况。当然,灌溉水中盐分对水稻的影响和水稻的耐盐力是一个复杂的问题。为了了解水稻的耐盐力,我们于1954及1955年进行了初步的试验,用盆栽种植水稻,按不同的发育时期灌入不同浓度的盐水,以观察盐水对水稻生长的影响。二年的实验结果基本上是一致的。今将1955年实验的结果扼要地报告於后。     

生活污水尾水灌溉对麦秸还田水稻幼苗及土壤环境的影响

通过盆栽试验研究了麦秸还田下生活污水尾水灌溉对水稻幼苗和土壤环境的影响.测定了不同处理水稻幼苗根系形态、根系活力、分蘖、株高、干物质累积量、土壤亚铁、有机酸、酶活性.结果表明: 与自来水灌溉相比,不施化肥氮时,生活污水尾水灌溉显著提高了水稻移栽后41 d的分蘖数和根系活力;正常施氮肥时,生活污水尾水灌溉显著促进了水稻根系和植株生长,根长、根表面积、根体积、根系活力、水稻分蘖数和干物质累积量均显著高于自来水灌溉处理.生活污水尾水灌溉处理显著降低了土壤Fe²⁺和有机酸含量,土壤脲酶、过氧化氢酶活性等显著提高.生活污水尾水灌溉和施氮耦合能有效缓解秸秆还田初期对水稻幼苗生长的不利影响,改善水稻生长状况,提升土壤肥力和质量.     

某污灌区重金属与两种持久性有机污染物(POPs)污染趋势评价

对某污灌区的土壤剖面进行采样分析,利用不同的评价方法进行评价,结果表明,土壤中金属元素Cr、As、HG、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn和持久性有机污染物BHC、DDT含量有上升趋势,80%以上的表层土壤样品污染物含量超过土壤底层,85%以上的土壤样品污染物含量明显超过当地土壤的自然背景值.通过污染物在土壤中的残留模型预测,两种有机污染物和元素Cr、As、Hg、Cd、Cu会在土壤中累积,持续的污水灌溉可能使在土壤中累积的这些污染物进入地下水或食物链,对环境健康造成危害.     

咸水灌溉条件下土壤水盐分布特征

通过设置3种灌水量水平（100%ET_c、80%ET_c、60%ET_c）和3种灌水水质水平（0.7、3和6 g·L^-1）,研究了咸水灌溉条件下春小麦120 cm土层内水分动态和盐分累积特征.结果表明：水分在农田土壤中的分布主要受灌水量和土壤质地的影响,充分灌溉使水分存贮在较深土层中,而非充分灌溉则使水分存贮在表层;在相同灌水量的条件下,土体内的盐分积累程度随着灌溉水矿化度的增大而加剧;在相同矿化度条件下,土体内的盐分含量及积盐深度随着灌水量的增加而增大.在作物整个生育期内,连续使用咸水灌溉将导致土壤积盐,且非充分灌溉较充分灌溉更易使土壤表层积盐.     

土壤中有效态镉与籽实中镉含量的关系

污水灌溉农田,在我国已有几十年的历史。未经处理的污水,长期灌溉农田,已造成各种污染物在土壤、作物中的累积。较为明显的是重金属镉对土壤、作物的污染。镉在生态系统中的迁移转化规律,土壤中全量镉与籽实中镉含量的关系,在国内外多有报道。本文主要通过盆栽试验水稻、大豆及污灌区的水稻来阐述土壤有效态镉与作物籽实中镉含量的关系。一、材料与方法1.土壤盆栽试验所需要的土壤,取材于沈阳市新民县胡台村,属非污染区草甸土,土体中游离碳酸钙全部淋     

保护性耕作对紫色水稻土团聚体组成和有机碳储量的影响

通过长期定位试验,研究了保护性耕作对四川盆地紫色水稻土耕层团聚体组成和有机碳储量的影响.结果表明,保护性耕作显著影响耕层团聚体组成及其有机碳含量.油菜免耕、厢作免耕、绿肥免耕、垄作翻耕和厢作翻耕0～10 cm土壤大团聚体分别比对照(12%)增加23%、69%、9%、36%和28%,而10～20 cm土壤大团聚体比对照低9%～38%.冬水免耕、油菜免耕和绿肥免耕0～10 cm土壤大团聚体中有机碳含量分别比对照增加13%、31%和32%,而10～20 cm土壤各处理有机碳含量低于对照28%～54%,其土壤大团聚体和微团聚体中碳浓度差异低于0～10cm土壤.各处理0～10 cm土壤总有机碳储量比对照增加8%～28%,而10～20 cm土壤总有机碳储量低于对照4%～22%.传统耕作转变为保护性耕作13年后0～10和10～20 cm土壤有机碳固定率分别为53和25 g·m^-2·a^-1,传统耕作有机碳固定率分别为26和33 g·m^-2·a^-1.保护性耕作有利于紫色水稻土表层大团聚体的形成和土壤总有机碳储量的提高.     

引黄灌溉影响下土壤有机碳组分及理化性质的变化特征

灌溉在保障农业正常生产的同时,也对土壤理化性质产生重要影响。本研究以宁夏引黄灌区为例,通过与未进行灌溉、耕作等人为活动影响的自然土壤进行对比分析,研究了引用含有泥沙的黄河水灌溉、耕作对土壤基本理化属性和土壤有机碳组分变化的影响。结果表明:与自然土壤相比,引黄灌溉后,土壤总有机碳、重组有机碳和轻组有机碳增加显著,分别增加了272%、222%和318%(P0.01)。重组有机碳是引黄灌区土壤碳库的主要组分,占总有机碳65%以上,灌区土壤碳库稳定性较高;引黄灌溉耕作后,全氮和全磷含量分别由0.27和0.85 g·kg~(-1)增加到0.77和1.68 g kg~(-1)(P0.05);土壤容重降低,通气保水能力增强,pH下降,土壤盐化趋势减弱,土壤肥力水平提高。引黄灌溉是改善该区土壤性状和提高土地生产力的有效措施。     

不同灌溉量对头状沙拐枣幼苗生长和生理特性的影响

采用盆栽试验,分析了不同水分梯度下(田间持水量的30%、40%、50%、60%和85%)头状沙拐枣幼苗的干物质累积分配特征及生理生化特性,以探明头状沙拐枣幼苗能够良好生长的土壤水分条件。结果表明:(1)随灌溉量增加,沙拐枣幼苗同化枝的干物质累积量显著增加,但在最高灌溉量下同化枝出现严重病害。(2)在生长旺季,增加灌溉量后,同化枝的干物质分配比例也均显著增加,平均可占整株的39.5%;季末,分配比例受灌溉量的影响明显减弱,平均占整株的12.3%。(3)在整个生长季同化枝的全氮和硝态氮含量均处于较高水平,随灌溉量增加全氮含量有降低趋势,硝态氮含量则波动变化。(4)灌溉量对植株同化枝生理特性的影响主要表现在生长旺季。在最低灌溉量下,同化枝丙二醛含量明显较高,但植物可通过大量累积脯氨酸和可溶性糖来降低体内水势,以提高植物抗旱性;在最高和最低灌溉量下,同化枝硝酸还原酶活性和叶绿素含量均显著下降。研究认为,沙拐枣幼苗虽具有较强的抗旱性,但灌溉量过低或过高对同化枝的生长、氮素还原和叶绿素累积均有明显的抑制,因此中等灌溉量(田间持水量的50%~60%)对头状沙拐枣幼苗生长更有利。     

稻田实行保护性耕作对水稻产量、土壤理化及生物学性状的影响

在江西双季稻田进行长期田间定位试验,分析了多年保护性耕作对水稻产量、土壤理化性状及生物学性状的影响。连续8a稻田保护性耕作处理的平均产量高于传统耕作4.46%—8.79%,各处理的有效穗数、每穗粒数和结实率均高于对照,而各处理间穗长和千粒重差异不显著。实行稻田保护性耕作处理的土壤容重低于传统耕作3.6%—5.6%,而总孔隙度和毛管孔隙度分别高出传统耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。与传统耕作相比,连续8a保护性耕作显著提高了土壤有机质(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效钾(9.7%—25.7%)。在2005年免耕+插秧的土壤真菌数量最多,显著高于对照处理51.6%,免耕+抛秧在2008年达到最大,显著高于对照处理54.1%。2012年免耕+抛秧、免耕+插秧显著高于对照126.1%、121.1%;另外,各处理间过氧化氢酶、脲酶活性均差异不显著。8a间土壤转化酶活性变化范围在0.292—0.451 mg/g之间,其中2005—2007、2012年均是免耕+抛秧达到最大,与对照相比,增加范围为72.7%—137.7%,且差异显著(P0.05)。因此,实行稻田保护性耕作是适合江南丘陵区双季稻区农业可持续发展的有效模式之一,其中免耕+抛秧和免耕+插秧两种方式效果最为显著。     

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。     

两种植物条件下土壤中矿物油和多环芳烃（PAHs）的生物修复研究

选择苜蓿草和水稻为供试植物,以污染物水平、有机以、专性细菌和真菌为调控因子,进行土壤中矿物油和PAHs的生物修复研究,结果表明,投肥对苜蓿草土壤中矿物油降解有促进作用,但对水稻土壤中矿物油降解无明显作用,投肥均使苜蓿草和水稻土壤中多环芒烃总量（11种列于美国EPA黑名单上的多环芳烃）降解率提高,这一降解促进效果在水稻土壤中好于苜蓿草土壤,有机肥量与苜蓿草根际土著真菌、细菌数量明显呈正相关,但仅与水稻根际土著细菌数量呈明显正相关,两种土壤中实测真菌和细菌总数均与试验投加专性真菌和细菌量无关,水稻土和苜蓿草土壤中3环多环芳烃的降解随投肥量增大而降解率提高,其在水稻土蓑中的效果好于苜蓿草土壤,投肥怪4环多环芳烃的降解并未产生有效作用。     

南疆机采棉田灌溉制度对土壤水盐变化和棉花产量的影响

土壤盐渍化在南疆干旱区的持续加重威胁到棉花生产,如何通过制定精准的膜下滴灌灌溉策略控制盐分累积是目前研究的一个关键科学问题.本研究从改善土壤状况、保证棉花产量出发,在南疆主要棉花产区设置生育期不同灌水定额试验,研究灌溉定额对土壤水盐运移和棉花产量、品质的影响.结果表明: 灌溉定额的增加有助于棉花光合产物的积累,但对生殖器官分配比例无显著影响;土壤脱盐程度与灌溉定额呈正相关关系,当棉花生育期灌溉定额高于2577.83 m³·hm^-2时,土壤盐渍化程度不会加深;灌溉定额显著影响灌溉水利用效率(WUE_I),但纤维品质没有显著差异,且棉花产量随灌溉定额增加呈现先增加后减少的趋势.研究认为生育期灌溉定额4200 m³·hm^-2(蕾期灌水间隔7 d,花铃期灌水间隔5 d)是南疆干旱区较为适宜的灌溉制度.     

咸水非充分灌溉对土壤水盐分布及玉米产量的影响

通过不同矿化度的咸水灌溉春玉米试验,研究了石羊河流域中游咸水充分灌溉和非充分灌溉对土壤水盐分布及玉米产量的影响. 结果表明: 土壤含水量峰值均出现在灌溉期, 充分灌溉变化幅度高于非充分灌溉;土壤含盐量随灌水矿化度的增大而增大, 相同灌水矿化度下,非充分灌溉处理的土壤含盐量均较充分灌溉处理低; 非充分灌溉处理土壤盐分累积层较充分灌溉处理上移; 80～100 cm土壤含水量和含盐量保持稳定,不受灌溉水量和水质的影响.与淡水充分灌溉相比,咸水灌溉下玉米产量降低约15%～22%;9 g·L^-1、6 g·L^-1、3 g·L^-1咸水非充分灌溉下玉米收获后1 m土层平均土壤含盐量分别比充分灌溉降低8.1%、12.4%和18.4%,而产量仅分别降低3.4%、6.8%和3.0%.     

水分管理模式对水稻吸收累积镉的影响及其作用机理

利用盆栽试验研究了不同水分管理模式（全生育期淹水,WF;分蘖期晒田,TP;乳熟期晒田,MP;分蘖-乳熟期两次晒田,TMP;湿润灌溉,WI）对Cd污染红黄泥和潮泥田水稻吸收累积Cd的影响.结果表明：两种土壤Fe²⁺含量均以WF处理最高,TMP处理最低;潮泥田和红黄泥WF处理的Fe²⁺含量分别比TMP增加了585.4%和1316.3%(P<0.01).不同处理的两种土壤有效S和有效态Cd含量顺序均表现为：WF2+和有效S含量变化对两种Cd污染土壤水稻吸收累积Cd产生显著影响,其中有效S的影响程度显著大于Fe²⁺.     

高水位区暗管埋设下土壤盐分适时立体调控的生态效应

高水位地区作物生长关键期采用微咸水或咸水灌溉被证明在一定条件下可以起到增产正效应,但同时却存在着土体盐分积累及其对下茬或次年种植影响的生态负效应.为探讨消除或抑制微咸水或咸水灌溉对土壤盐分积累的生态负效应,保证作物种植增产的正效应,本文在河北近滨海高水位盐碱区开展了为期2年的试验研究,探讨了旱季微咸水或咸水灌溉带来的盐分异位积累与离子分布变化特征,分析了雨季关键期暗管适时排盐对土壤盐分的立体调控生态效应.结果表明：旱季咸水灌溉后土壤经历“积盐-脱盐-二次积盐”3个阶段;灌溉初期,1 g·L^-1咸水灌溉处理下0～50 cm土体脱盐,土壤含盐量随土壤深度增加而增加,HCO₃^-含量增加,其他离子含量降低;6与13 g·L^-1咸水灌溉处理下0～50 cm土体积盐,土壤含盐量随土壤深度增加而降低,HCO₃^-含量降低,其他离子含量增加;雨季暗管适时立体调控脱盐效果显著,土壤脱盐率达16.0%～45.7%,同降雨量下,降水分布越集中,脱盐效果越好;周年时间尺度上,咸水灌溉小区土壤积盐量小于对照区;咸水灌溉处理小区冬小麦产量显著高于对照处理,1 g·L^-1 处理高于6与13 g·L^-1处理.     

垃圾填埋场渗滤液灌溉对土壤理化特征和草本花卉生长的影响

以草本花卉植物一串红和石竹为材料,通过盆栽试验研究了不同浓度垃圾渗滤液灌溉对土壤理化性质及生物学性质、植物生长、氮磷和重金属吸收的影响。渗滤液灌溉提高了土壤有机质、氮含量和电导率,其中,黄壤盐分积累速度大于紫色土,而对土壤磷和重金属含量的影响不明显,土壤脲酶活性随渗滤液浓度的提高呈先升高后降低趋势,紫色土和黄壤在渗滤液灌溉浓度分别为60%和40%时脲酶活性最强;随渗滤液浓度提高紫色土过氧化氢酶活性略为上升,黄壤过氧化氢酶活性降低。渗滤液灌溉使两种花卉根系生长受到抑制,但对植物地上部的生长发育存在低浓度促进高浓度抑制的双重作用。渗滤液灌溉可提高两种植物地上部的氮含量,对一串红磷含量影响不明显,使石竹磷含量降低,对Cu、Zn含量的影响因土壤和植物的不同而异,但高浓度渗滤液灌溉使两种植物Pb、Cr和Cd含量均提高。结果表明,适当浓度渗滤液灌溉具有改善土壤肥力,促进植物地上部生长发育的作用,渗滤液灌溉不会引起土壤和植物体内重金属过量积累,土壤氮过量积累导致的氮磷营养失调和盐分过度积累是高浓度渗滤液抑制植物生长的重要原因。从土壤性质变化和植物生长反应看,渗滤液灌溉浓度以20%—40%为佳。     

长期施肥对红壤性水稻土有机氮组分的影响

通过16年的田间定位试验,研究了长期不同施肥模式对红壤性水稻土有机氮组分的影响.结果表明：长期化肥处理对土壤各氮素含量的作用不明显;有机物料循环特别是有机肥和化肥配施显著提高了土壤矿质氮和有机氮含量,提高幅度分别为55.2%和38.8%.有机物料循环处理显著提高了酸解性氮组分,其对土壤铵态氮、氨基糖氮和未知氮含量的提高幅度分别为36.5%、68.4%和73.9%;有机物料与化肥配施后,氨基酸氮含量也显著提高,提高幅度达71.1%,但是降低了未知氮含量,降低幅度为34.5%.此外,各施肥处理土壤累积矿化氮量均随培养时间的延长呈增加趋势,有机物循环或配施化肥处理土壤矿化氮量均高于单施化肥处理.     

碳酸钙对水稻吸收重金属(Pb、Cd、Zn)和As的影响

选用重金属(Pb、Cd、Zn)和As复合污染土壤进行水稻盆栽试验,结果表明,碳酸钙的添加显著提高了土壤pH值,显著降低了土壤中交换态Pb、Cd、Zn和As的含量,与对照相比,交换态Pb、Cd、Zn和As含量分别最多降低了98.35%,93.72%,98.52%和69.48%。碳酸钙对水稻根、稻谷干重和总生物量没有显著影响,添加量过高时显著降低了水稻分蘖数和茎叶干重,说明过量施用碳酸钙对水稻生长会产生负面作用。因为碳酸钙的添加,水稻植株各部位重金属Zn含量显著降低,糙米中Zn含量最多减少了34.95%;根、谷壳中Pb、Cd含量显著降低,但糙米中含量却未显著降低;水稻各部位As含量均没有显著降低。参照《食品中污染物限量》(GB2762—2012),试验糙米中Pb、Cd、无机As含量均未达到限量标准。显然,碳酸钙的添加降低了Pb、Cd、Zn的生物有效性(水稻根系对Pb、Cd、Zn的吸收累积减少),但并未有效地抑制Pb、Cd向糙米转运;碳酸钙显著降低了土壤的交换态As含量,但并未使土壤中As的生物有效性明显降低(水稻植株各部位的As含量并未显著减少)。     

节水与减氮措施对稻田土壤微生物和微动物群落的影响

水稻生产中的水肥消耗量过大引起的资源环境问题已经引起了普遍关注.本研究分别在水稻分蘖期和成熟期采样,比较了灌溉方式(常规灌溉和节水25%)和施氮水平(常规高氮和减氮40%)对稻田土壤微生物及微动物群落的影响.结果表明:与常规灌溉相比,节水控灌显著降低了分蘖期土壤pH值.土壤可溶性有机碳氮和微生物生物量碳氮均受到灌溉和氮肥及两者交互作用的显著影响.节水或减氮降低了可溶性有机物含量;节水提高了微生物生物量碳而显著降低了微生物生物量氮.节水显著提高土壤硝态氮含量而使铵态氮含量呈下降趋势.在水稻分蘖期,节水处理下土壤细菌、真菌、放线菌和原生动物的生物量高于常规灌溉,而在水稻成熟期,相对应的变化趋势则相反.灌溉、氮肥及两者的交互作用显著影响轮虫数量和食微线虫的比例.在水稻分蘖期,节水灌溉处理土壤轮虫、线虫数量及食细菌线虫比例有提高的趋势;减氮增加了土壤轮虫数量却减少了线虫数量.总之,土壤微生物和微动物群落对节水减氮农业措施的响应不同,不仅与水稻不同生长期有关,而且与水氮之间及食物网内各类群之间的复杂交互作用有关.