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生物炭对宁夏引黄灌区灌淤土氮素淋失的影响

惠锦卓  
【摘要】:宁夏引黄灌区氮肥过量施用导致的氮素淋失是灌区水体面源污染的主要来源之一。为了实现灌区粮食增产和水质保障的双赢目标,寻找提高作物氮素利用率、减少氮素流失的方法成为灌区农业可持续发展与环境治理研究的热点。宁夏黄灌区灌淤土是在长期引用含沙黄河水灌溉落淤与耕种施肥交替作用下形成的一种特殊的土壤类型,在干旱少雨的气候条件和大水漫灌的灌溉模式下,灌淤土维持养分能力较差、氮素迁移转化具有一定的特殊性。生物炭(biochar)作为一种新型环境功能材料,在改善土壤质量、减轻土壤环境污染、提高作物产量方面具有应用前景。本研究针对宁夏引黄灌区氮素淋失严重的现状,运用室内土柱模拟和大田试验相结合的方法,研究生物炭施用于稻田灌淤土中对氮素淋失、灌淤土理化性状、水稻产量及其氮素利用率的影响,探讨通过添加生物炭减少稻田氮素损失、提高氮肥利用率的可行性,为减缓该地区农业面源污染提供技术支持。主要研究结果如下: (1)添加生物炭表现出降低TN、NO-3-N浓度和淋失量的趋势。第一,土柱试验添加生物炭显著减少了土壤硝态氮的淋溶损失量,以2%的生物炭添加量效果最好,铵态氮素的淋失峰值随生物炭添加量的增大而延后,仅添加10%生物炭的处理能显著减少铵态氮素的淋失。第二,在施氮情况下,大田添加生物炭能够使稻田田面水中TN、NO-+-3-N浓度呈现降低趋势,使NH4N浓度呈现升高趋势,但差异不显著,而在不施氮情况下,添加生物炭对稻田田面水中氮素流失未产生影响。第三,稻田渗漏水中各形态氮素的淋失动态变化基本一致,不受生物炭添加量的影响。第四,稻田土壤TN淋失量随着生物炭施用量的提高逐渐减少,但各处理间差异不显著。 (2)添加生物炭能提高灌淤土土壤的养分含量,但不改变土壤的pH值。土柱模拟试验土壤中全氮、速效磷和速效钾的含量随着生物炭添加量的增大而增高,土壤全盐以及全磷含量未发生变化。而随着生物炭用量的增加,稻田土壤全氮、全磷含量有增加趋势,且在生物炭用量达9t·ha-1时,才具有显著差异;不论施肥与否,土壤速效钾的含量随着生物炭用量的增加而显著增加;生物炭对土壤含水量以及土壤速效磷没有显著影响。 (3)在施氮条件下添加生物炭对水稻理论产量有显著影响,增幅达15.26%~44.89%,生物炭用量与水稻产量呈显著的正相关关系(r=0.962,P=0.0380.05)。在不施氮情况下,施加生物炭使水稻产量有增高趋势,但差异不显著。水稻吸氮量方面,在施氮情况下,生物炭施用量对水稻地上部总吸氮量有显著影响(p0.05)。水稻秸秆和籽粒吸氮量随着生物炭用量的提高而增加,生物炭的添加能提高水稻氮肥利用率和农学效率。 本研究表明在宁夏引黄灌区灌淤土中添加生物炭可以降低渗漏液和田面水中氮素浓度,减少氮素淋溶损失和随径流流失的风险,同时外源生物炭提高了土壤养分,促进了水稻对氮肥的吸收利用,对水稻产量有一定促进作用。但生物炭添加对灌淤土理化性状和氮素淋失影响的大田试验只进行了一年,还需要进一步开展长期定位试验进行观测。


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