稻麦复种系统有机肥部分替代化肥的环境效应研究

• 作 者: 苗茜
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2020年期
• 关键词: 水稻

有机肥替代化肥是改善土壤质量、提高肥料利用率的一种有效方式，但也存在增加农田温室气体排放、导致农田生态系统重金属污染等风险。本文以2017～2019年浙江宁波稻麦复种系统为研究对象，探讨好氧有机堆肥应用于长江中下游地区稻麦复种系统的可行性。主要以城市污泥堆肥和猪粪堆肥为材料，在等氮量条件下，研究了不施氮肥(CK)、常规施用化肥(U)、城市污泥堆肥替代25％化肥(25％S)、猪粪堆肥替代25％化肥(25％P)、城市污泥堆肥替代50％化肥(50％S)、猪粪堆肥替代50％化肥(50％P)6种处理对长江中下游地区稻麦复种系统CH4和N2O排放、作物产量、氨挥发和农田系统重金属含量的影响，以期减少化肥施用量的同时合理利用有机肥资源，为科学评价不同种类有机肥替代比例对农田系统的综合影响提供理论依据。研究结果如下:
　　(1)水稻生长季，与U处理相比，有机肥部分替代化肥增加CH4排放18％～101％，降低N2O排放26％～56％，降低氨挥发量27％～66％（P＜0.05），降低气态氮损失(NH3+N2O)27％～66％(P＜0.05)。稻季排放CH4和N2O的综合温室效应为:50％P＞50％S＞25％P＞25％S＞CK＞U（其中50％P处理与U处理之间差异显著，P＜0.05）。与U处理相比，有机肥部分替代化肥增加水稻产量0.2％～7.0％（P＞0.05），增加温室气体排放强度12％～89％，其中50％P处理增加温室气体排放强度50％～89％(P＜0.05)。
　　(2)小麦生长季，与U处理相比，有机肥部分替代化肥降低N2O排放33％～77％(P＜0.05)，增加氨挥发量8％～17％(P＞0.05)，气态氮损失(NH3+N2O)与U处理相比均无显著差异（P＞0.05）。麦季排放N2O的综合温室效应为:U＞25％S＞25％P＞50％S＞50％P＞CK（其中U处理显著高于其他处理，P＜0.05）。与U处理相比，有机肥部分替代化肥增加小麦产量0.6％～5.5％(P＞0.05)，降低温室气体排放强度33％～79％(P＜0.05)。
　　(3)两个稻麦复种周期后，有机肥替代处理的N2O总排放量比U处理降低33％～76％(P＜0.05)。2017～2018年稻麦复种周期，有机肥替代处理的氨挥发量和气态氮损失(NH3+N2O)分别比U处理降低21％～48％(P＜0.05)和22％～48％（P＜0.05）。稻麦复种全年排放CH4和N2O的综合温室效应为:50％P＞50％S＞25％P＞25％S＞U＞CK(其中50％P处理与U处理之间差异显著，P＜0.05)。与U处理相比，有机肥替代处理增加稻麦复种系统作物总产量0.3％～3.6％(P＞0.05)，增加稻麦复种系统温室气体排放强度7％～66％(其中50％P处理增加稻麦复种系统37％～66％(P＜0.05)的温室气体排放强度）。
　　(4)稻麦复种五季后，与U处理相比，有机肥替代处理增加土壤有机碳含量15％～39％(P＜0.05)，增加土壤pH值3％～19％(P＜0.05)。各处理耕层土壤重金属Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量均在GB15618-2018规定的风险管控制范围内;土壤Ni含量为:50％S＞25％S＞50％P＞U＞25％P，其中50％S处理土壤Ni含量比U处理高13％(P＜0.05);土壤Cu含量为:50％S＞50％P＞25％S＞25％P＞U，有机肥替代处理土壤Cu含量比U处理高18％～81％(P＜0.05);土壤Zn含量为:50％S＞50％P＞25％S＞25％P＞U，其中50％S、50％P、25％S处理土壤Zn含量比U处理高27％～83％(P＜0.05);土壤Cd含量为:50％S＞25％S＞50％P＞25％P＞U，其中50％S、25％S、50％P处理土壤Cd含量比U处理高21％～104％(P＜0.05);土壤Pb含量为:50％S＞25％S＞25％P＞U＞50％P，其中50％S处理土壤Pb含量比U处理高20％(P＜0.05)。
　　(5)稻麦复种五季后，各处理糙米和小麦籽粒中重金属Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量均在GB2762-2017和NY861-2004规定的限量值范围内;糙米中Ni含量为:U＞50％P＞25％P＞25％S＞50％S，其中25％P、25％S、50％S处理糙米中Ni含量比U处理低55％～69％（P＜0.05）;糙米中Cd含量为:25％P＞U＞50％P＞25％S＞50％S，其中50％P、25％S、50％S处理糙米中Cd含量比U处理低33％～72％(P＜0.05);糙米中Zn含量为:50％P＞25％P＞U＞50％S＞25％S，其中50％P、25％P处理糙米中Zn含量比U处理高26％～34％(P＜0.05);所有有机肥替代处理的糙米中Cu、Pb含量与U处理相当（P＞0.05）。小麦籽粒中Ni含量为:U＞50％P＞25％P、25％S＞50％S，其中25％P、25％S、50％S处理小麦籽粒中Ni含量比U处理低42％～47％（P＜0.05）;小麦籽粒中Cd含量为:U＞25％P＞50％P、25％S＞50％S，各有机肥替代处理的小麦籽粒中Cd含量均显著低于U处理，降幅为17％～67％（P＜0.05）;小麦籽粒中Cu含量为:50％P＞25％P＞50％S＞25％S＞U，其中50％P、25％P、50％S处理小麦籽粒中Cu含量比U处理高13％21％（P＜0.05）;小麦籽粒中Zn含量为:50％P＞25％P＞50％S＞25％S＞U，其中50％P、25％P、50％S处理小麦籽粒中Zn含量比U处理高18％～66％(P＜0.05);所有有机肥替代处理的小麦籽粒中Pb含量与U处理相当(P＞0.05)。