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平原海岛地区稻麦轮作农田生态系统减量施用氮肥的环境效应研究

李小礼  
【摘要】:肥料被称为“粮食的粮食”,长期以来一直是粮食增产的重要物质基础。我国自二十世纪八十年代末成为世界上主要的氮肥消费国以来,氮肥使用量持续增长。目前氮肥消费量占全球的25%左右,是世界上氮肥生产量和使用量最大的国家,并且这种消费量将可能进一步增加。但是随着氮肥施用量的增加并没有取得粮食产量的同步增长,近年来氮肥利用率明显下降,表明氮肥施用存在过量问题。氮肥的过量施用,一方面会引起氮素损失,降低氮肥利用率,成为农业面源污染的重要源头破坏水体功能;另一方面还会增加农田温室气体排放,带来新的环境问题。因此,对于如何减少氮肥流失,提高氮肥利用率,降低农业面源污染和减少农田温室气体排放一直是学界研究的重点课题。 本研究以上海市科委崇明建设科技专项——“东滩低碳农业园区建设关键技术研究与示范”为契机,首次进行了氮肥减量施用对农田生态系统温室气体排放和农业面源污染风险的综合环境效应研究,为园区低碳农业生产提供技术支持,为生态崇明岛可持续发展打下良好的基础,有着重要的理论和现实意义。 本论文于2009年~2010年,采用实地调查、田间试验与生物地球化学模型相结合的方法,研究了平原海岛地区稻麦轮作农田生态系统不同施氮水平的环境效应,主要结论如下: (1)崇明岛东滩农业园区水质已经处于轻度污染的状态。其中化学需氧量、铵态氮、总氮等含量严重超标,对园区综合污染指数评价的贡献较大。园区内没有工业污染源,水质污染主要由农业种植施用化肥等造成的。 (2)园区稻麦轮作农田氮肥减量施用对渗漏水和田面水水质的影响较大。麦季渗漏水质在出苗阶段极差,随着小麦的生长污染状况逐渐改善。麦季渗漏水综合污染指数CKN1N2N3,在0.01水平上,CK与N1、N2、N3差异极显著;水稻生长期内稻田渗漏水和田面水污染严重。各处理的渗漏水综合污染指数平均值大小为CKN1N2N31,田面水质综合污染指数大小依次为CK3N12N21N3。 (3) DNDC模型对稻麦轮作系统氮肥用量与作物产量、温室气体净通量的全球增温潜势的模拟研究表明,甲烷对上海东滩农业园区的稻麦轮作系统全球增温潜势贡献最大,其次为氧化亚氮,稻麦农田对二氧化碳表现为固定作用。当东滩农业园区稻麦轮作系统施氮量减少到常规用量的60.96%(333.76kg/hm2/yr)时,此时取得最优的单位产量GWP,作物产量为12668.1kg/hm2/yr,与常规施氮量处理差距不超过12.42%(1795.9kg/hm2/yr),综合温室效应较常规施氮量降低43.02%。 对平原海岛地区稻麦轮作农田生态系统氮肥减量的综合环境效应研究表明,优化氮肥用量能降低综合温室效应和农业面源污染风险。本文首次进行了氮肥对农田生态系统温室气体排放和农业面源污染风险的综合环境效应研究。这种新模式下的探索不仅为农业可持续发展提供了新希望,也为人类获得安全健康食品打下了良好的基础,有着重要的理论和现实意义。


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