主要生物因子与稻田氮、磷转化及流失的关系

【摘要】： 稻田化肥氮磷流失已成为影响水环境的一个重要农业面源污染源，而氮磷的流失途经、流失通量及对水体的污染潜能等与稻田特别是田面水中氮磷的浓度及转化过程密切相关。稻田田面水中大量生长的浮萍与藻以及土壤表层的酶对稻田土-水界面氮磷迁移转化起着关键性的作用。本研究选用杭嘉湖平原区典型稻田土壤为研究对象，采用区域调查、田间试验及室内培养等多种方法，研究了非作物生物因子-浮萍、藻及土壤酶与稻田氮、磷转化及流失的关系，主要结论如下： 本研究水-旱轮作制度下，氮素的纵向淋失于氨挥发在氮损失中占据了一定比例，稻季TN的淋失系数为2.82％-5.07％，而麦季分别为8.37％-13.11％，远高于稻季；稻季施肥当次氨挥发损失比例分别为19.24％-40.75％，高于麦季的5.48％-24.35％。相对而言，地表径流并不是氮磷流失的主要途径，TN、TP的径流流失系数分别为0.10-0.44％和0.44-0.92％。 杭嘉湖平原浮萍与藻的生长是稻田普遍存在的现象，18个调查点位中50％的密度集中在109-405 g m~(-2)之间，其中分布在0-200 g m~(-2)、201-400g m~(-2)和401-600g m~(-2)样本数，分别占样品量的33.3％，38.9％，27.8％；叶绿素a含量最低为4.26μg l~(-1)，最高为55.20μg l~(-1)，其含量与浮萍密度之间呈显著的线性负相关关系。 田间试验区田面水中浮萍密度随氮磷肥施入量的增加而明显上升；模拟试验结果表明，浮萍的大量生长可加快田面水尿素的水解速率，降低施肥后田面水中氮、磷浓度，减少流失风险。施肥后10天左右，浮萍处理田面水的TN、TP浓度逐渐回升，这可能与浮萍新陈代谢释放出氮磷有关，说明浮萍能有效地调节氮磷供应状况，使肥效更为稳长。 ~(15)N示踪模拟试验中第1-2天，主要以尿素水解及氨挥发过程为主，导致田面水NH_4~+-N浓度的迅速增加与降低；第3-8天浮萍处理中以浮萍对NH_4~+-N的吸收为主，导致其更快的NH_4~+-N衰减；第9-20天浮萍处理中以浮萍的降解与释氮过程为主，致使其田面水中NH_4~+-N浓度增加；通过~(15)N丰度计算，试验的前8天，75.0％的肥料氮被浮萍吸收并储存。试验结束时，60.8％的氮素保留在浮萍体内，而14.2％的肥料氮返回到田面水中，进一步证实，浮萍对氮素养分的吸收和释放对稻田氮素的供应及作物吸收起到了很好的调节作用。 田间调查发现，藻的数量与叶绿素a含量以适量的氮磷肥施入时最高，过量的氮磷肥则会抑制藻的生长繁殖；田面水中藻的门类较为单一，尤其在对照小区中，绝大部分为硅藻门，氮磷肥的施入增加了绿藻及蓝藻门所占的比例，其中氮肥更利于蓝藻的生长，而磷肥对绿藻生长具有很好的促进作用。 藻的生长可加快田面水中尿素的水解过程，而藻的死亡过程则可减缓该过程的进行；藻在生长过程中对NH_4~+-N、NO_3~--N与PO_4~(3-)的大量吸收导致田面水中NH_4~+-N、NO_3~--N与PO_4~(3-)浓度较低，而在死亡过程中，可以向水体释放部分氮磷，导致田面水中上述指标浓度较高。 浮萍覆盖能通过直接吸收、降低田面水pH和温度、抑制藻类繁殖等途径减少稻田氨挥发，田间试验中氨挥发量减幅达到19.0-53.8％，同时具有一定的增产作用，水稻产量增加0.64-0.74 Mg ha~(-1)。 施肥对土壤酶活性的影响较为复杂。一定量的尿素施入有利于脲酶活性的增强，而过量则会减弱脲酶活性或抑制其活性的增强；相关分析表明，田面水NH_4~+-N浓度及氨挥发量与土壤脲酶之间均存在显著的线性正相关关系，土壤脲酶在稻田土-水界面氮素转化中发挥着巨大的作用；而土壤中性磷酸酶与田面水TP或PO_4~(3-)浓度之间未达到显著相关。 与尿素单施相比，新型硝化抑制剂-DMPP与尿素混施使土壤表层氨氧化菌MPN个数、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性分别降低了24.5％-30.9％、14.9％-43.5％和14.7％-31.6％；淋失液和表层土壤中NH_4~+-N浓度分别增加了19.1％-24.3％和11.3％-24.2％，同时NO_3~--N浓度分别降低了44.9％-56.6％和23.4％-53.7％；无机氮淋失总量减少了1.96-9.46 kg N ha~(-1)；DMPP与尿素单施处理间氨挥发损失通量无显著性差异。