太湖地区稻麦两熟制农田秸秆还田综合效应研究.pdf

摘 要 稻麦两熟制是我国太湖流域主要的种植制度之一，秸秆还田是实现当地农田可持续高 产稳产的重要农业措施。然而，秸秆还田也对当地生态环境产生了不同程度的影响。因此， 明确秸秆还田的综合效应（经济和生态效益）有利于区域农田生态系统筛选适宜秸秆还田 模式。本研究以始于 2009 年 6 月的土柱模拟试验和 2012 年 6 月的田间定位试验为研究对 象，研究了稻麦两熟农田生态系统不同秸秆还田模式和氮肥用量 （W、R 、WR ，N0 、Nr 、 N1 、N2 分别代表稻季麦秸还田、麦季稻秸还田、稻秸麦秸双季均还田，不施氮、氮肥减 量、推荐施氮、常规施氮）对农田的经济效益和土壤肥力变化、氮磷径流流失、温室气体 排放的影响，以及基于秸秆的吸附特性探讨了秸秆还田对土壤重金属生物有效性的影响， 并采用综合指数法对秸秆还田模式的综合效应进行评价。本文主要研究结果如下： （1）秸秆还田原状土柱试验结果表明，麦秸还田配施适量氮肥较单施化肥处理水稻增 产约 2.48%~12.8% ，其中WN 1 （稻季麦秸还田+推荐施氮）处理产量最高；水稻氮肥利用 率随施氮量的增加呈下降趋势，而秸秆还田能提高水稻氮肥利用率，其氮肥农学效率和表 观利用率较单施化肥处理分别提高 1.4~3.4 kg grain/kg N 和 1.8%~4.0%；稻季氨挥发损失 量、氮肥的淋溶损失量和土壤残留量均随施氮量的增加而增加。在施氮量 240 kg N/hm2 时， 2 秸秆还田较单施化肥处理氨挥发损失量增加 18.2%，但土壤残留氮量增加 10.1 kg/hm ，氮 素淋溶损失量减少 30.9%，氮肥总损失率降低 6.0%。因此，在稻麦两熟地区采用 WN1 处 理即可提高水稻氮肥利用率，增加水稻产量，又可降低氮肥损失。 （2 ）秸秆还田田间试验的产量和经济效益分析表明，秸秆还田增加水稻产量，以 RN1 （麦季稻秸还田+推荐施氮）和 WRN1 （稻秸麦秸双季均还田+推荐施氮）模式下水稻增产 幅度较高，而小麦产量随秸秆还田年限呈“减产-稳产-增产”的变化趋势；稻秸麦秸均还田 下推荐施氮处理下水稻和小麦周年产量较常规施氮增产 2.71% 。秸秆还田增加稻季氮肥利 用率，但降低麦季氮肥利用率，周年利用率呈增加趋势。与 WN1 模式相比，RN1 和 WRN1 模式显著增加氮肥的周年利用率。还田秸秆的周年农学利用率、增产率、边际产量分别以 RN1、WRN1 、RN1 模式最高，RN1 模式对作物产量的周年增产效果高于 WRN1 模式。整 体而言，推荐施氮和秸秆还田增加稻田的周年净效益，以水稻净收益为主，占周年净收益 的68.9%~79.4%；RN1 、WRN1 、WN1 较 N1 模式周年净收益分别增加 4825、4149、1676 2 yuan/hm ， WRN1 和RN1 处理的周年新增纯收益率显著高于WN1 处理，增幅分别为 13.3% 和 16.9%。因此，从农民经济收益角度来看，稻麦两熟农田生态系统应采用 RN1 或者 WRN1 模式。 （3 ）秸秆还田进行 3 个稻麦连作周期后，耕层土壤理化性质监测结果表明，秸秆还田 条件下，推荐施氮处理下土壤肥力优于常规施氮处理。推荐施氮条件下，不同秸秆还田模 式均提高稻田耕层土壤肥力。较不还田模式，耕层土壤容重和 pH 分别降低 0.09 g/cm3 和 0.26 个 pH 单位；耕层土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量和 C/N 比分别增 加 9.62%、3.19%、13.0%、33.9%、17.8%、6.49% 。本试验中，WRN1 和 RN1 模式对土壤 肥力的改善效果高于 WN1 模式。 （4 ）基于秸秆还田田间试验，监测了一个稻麦连作周期的田面水和径流水中 N 、P 养 i 分浓度。结果表明，与不还田相比，秸秆还田显著降低了稻季和麦季的 N 径流风险，稻季 田面水中NH4+-N 和 NO3--N 浓度分别降低31.5%和 47.1%，麦季分别降低 19.6%和 11.7%； 秸秆还田增加了稻季和麦季的 P 径流风险，分别增加 17.8%和 30.0% 。不同秸秆还田模式 中，RN1 模式下稻田田面水中可溶性总 N （DTN ）和可溶性总 P （DTP ）浓度