论文摘要
氮（N）是作物生长必需的营养元素，然而过量的N肥施用不仅带来肥效的降低，而且导致一系列不良的环境反应，研究稻田N素的转化及动态规律，对提高N的有效利用及其降低N的环境危害具有重要意义。本研究通过野外采样、室内分析测定、室内培养试验和田间小区实验，利用静态箱技术、自制测渗计技术和密闭式酸吸收法等手段，对稻鸭和稻鱼共作生态系统稻田N的矿物固定与固定态铵的释放；稻田土壤可溶性有机N的生态学效应；田面水N库与土壤N库相互转化；作物生长与N素转化的联系及其系统N素损失进行了较为系统的研究。主要研究结果如下：1、相对于常规稻作，由于鸭和鱼的存在，稻鸭、稻鱼共作降低了土壤pH，显著提高了0．02-1mm的砂粒和细砂粒含量，显著降低了<0．002mm粘粒的含量，使得稻田土壤水稳性团聚体数量增加，土壤团聚化程度加强，因此改善了土壤质地。稻鸭、稻鱼共作提高了土壤全N、全P含量，增幅分别为4％～7％和4％～13％，显著地增加了土壤NH4+、速效P含量，而对土壤NO3-影响不大。2、土壤固定态铵受鸭、鱼活动，施肥和水稻生长多种因素影响。施肥促进土壤对铵的固定，土壤固定态铵含量随着土壤交换性NH4+和pH增加而增加；相对于常规稻作，鸭和鱼的存在显著地提高了土壤固定态铵含量，其增幅为4％～5％；土壤固定态铵含量与>0．2mm．的砂粒含量和<0．002mm的粘粒含量成极显著或显著相关；水稻吸N量与土壤固定态铵呈显著负相关，与土壤固定态铵的释放量呈显著正相关，水稻吸收促进土壤固定态铵的释放。因此，相对于常规稻作，稻鸭、稻鱼共作提高了土壤N含量和水稻吸N量，降低了土壤固定态铵的释放，为创造了一个对作物潜在有效的N库。3、在水稻全生育期，土壤微生物量N表现为先升后降，并于成熟期有所回升；土壤脲酶、脱氢酶和蛋白酶活性表现为先升后降，过氧化氢酶活性变化不大。相对于常规稻作，由于鸭子和鱼的活动及其生活粪便作用，稻鸭、稻鱼共作显著提高了土壤微生物量N含量、土壤脲酶活性、脱氢酶活性和蛋白酶活性，其增幅分别为7％～8％、8％～13％、13％～17％和10％～14％。相关分析表明，土壤微生物量N与土壤速效N、土壤全N、全P和水稻吸N量之间不相关，土壤脲酶和脱氢酶活性与土壤速效N负相关，土壤酶活性与土壤全N、全P不相关，土壤脲酶、脱氢酶和蛋白酶活性与水稻吸N量呈显著相关，土壤微生物量N与土壤酶活性不相关。4、稻田土壤SON是水稻吸收、微生物吸收和N淋失的交互作用的综合反映。在水稻全生育期，土壤SON与土壤无机N呈显著正相关，与水稻吸N量呈显著负相关；而由于水稻对N的吸收和N的下渗淋失，土壤SON与土壤微生物量不相关。相对于常规稻作，由于鸭和鱼的存在，稻鸭、稻鱼共作生态系统土壤SON含量显著降低了7％-12％。DON是稻田渗漏水的主要N形态。相对于常规稻作，稻鸭、稻鱼共作减少了土壤SON的潜在淋失。5、NH4+是田面水无机N素的主要形态；同时，相对于处理常规稻作，稻鸭稻鱼共作显著降低田面水pH，显著提高NH4+浓度，而TN浓度有所增加，而对NO3-无明显影响；稻鸭共作显著提高了DO浓度，而稻鱼共作显著降低了DO浓度。田面水中NH4+/TH在施肥后第3天达到最大，随后降低，而所有处理NH4+／TN的均值相当，表明稻鸭、稻鱼共作不会增加TN中NH4+的比重，因此不会提高氨N为形态的相对流失潜力。渗漏水中NO3-是无机N淋失的主要形态；相对于处理常规，稻鸭、稻鱼共作渗漏水NO3-和TN浓度降低，而渗漏水NH4+无明显变化。稻鸭、稻鱼共作肥料N潜在淋失率分别为2．72％、2．58％，低于处理常规稻作（2．99％），表明稻鸭、稻鱼共作可以减少施入N肥潜在的下渗淋失，同时稻鱼共作减少N肥淋失的效果好于稻鸭共作。6、由于鸭子和鱼的存在，相对于常规稻作，稻鸭、稻鱼显著提高稻田田面水总P浓度、溶解P浓度和土壤速效P含量及水稻植株对P的吸收，而土壤全P有所增加。在水稻全生育期，稻鸭、稻鱼共作系统田面水总P浓度、溶解P浓度、土壤全P和速效P含量在施肥后达到最大值，此后随水稻的生长逐渐降低，表明施P肥后一周是控制稻田P流失的关键时期；同时，对P的环境效应分析表明，在稻鸭、稻鱼共作期间，要注意避免农田排水和防止因降雨引起的田面水外溢。此外，由于鸭子和鱼的活动提高了土壤有效养分含量，降低化肥的施用量，进而降低了化肥损失所造成的环境危害。7、各处理N2O排放具有类似的变化模式；N2O排放峰值出现在施肥后2星期和稻田落干期。与常规稻作相比，由于鸭鱼的存在，稻鸭共作生态系统N2O释放量显著增加为8％-13％，稻鱼共作生态系统N2O释放量则显著减少了4％-5％。在稻田淹水期，N2O排放与温度变化不相关，与土壤有效N和pH相关；稻田排干后，N2O排放与温度变化、土壤有效N和pH不相关，表明在稻田淹水期，N2O排放受土壤氧化-还原层的硝化-反硝化作用影响，而在稻田落干期，N2O排放受土壤温度、水分含量和pH共同影响。稻鸭共作提高了系统N2O的增温效应，而稻鱼共作降低了系统N2O的增温效应。8、尿素的施用促进NH3的挥发，尿素施用后一周NH3挥发量占总挥发量的79％-87％，说明了施肥后一周是控制NH3挥发的关键时期。对影响NH3挥发的因子分析表明，NH3通量与土壤pH、田面水pH、田面水NH4+浓度呈显著或极显著相关，与温度和土壤脲酶活性不相关。相对于常规稻作，由于鸭子和鱼的存在降低了田面水pH，稻鸭、稻鱼共作降低了稻田NH3挥发。因此，稻田养鸭养鱼能够降低N肥的损失率，进而提高N肥的利用率。9、施肥和水稻吸N是影响N平衡最主要的因素，NH3挥发、降雨和灌溉水也是影响N平衡的重要因素，而N2O释放、N淋失和鸭和鱼N的输出对平N衡的贡献不大。与常规稻作不同，稻鸭和稻鱼共作N平衡为正，表明了鸭和鱼的存在加速了土壤有机养分的周转，显著地提高了水稻N的输出。
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