洱海流域环境友好型种植模式及作用机理研究

论文摘要

本研究针对洱海流域小春作物种类单一、施肥过量所引起的农田生物多样性下降和农田面源污染问题,采用实地调查与田间试验相结合的方法,系统研究了当地作物种类、作物根系构型、株型分布、养分需求特性、经济效益与环境风险,以种间互促性、经济可行性、环境友好性为依据,筛选适合洱海流域兼顾经济与环境效益的环境友好型种植模式,阐明其种间竞争互惠机制,合理确定间作参数,为从源头控制氮磷肥料用量、提高氮磷肥料利用效率,减少农田面源污染提供科技支撑。主要研究结论如下：（1）农田养分平衡及养分累积特性,洱海流域l0种主要种植模式的农田养分平衡均处于盈余状态。其中,大蒜-水稻模式氮磷养分投入量最高,农田养分盈余、土壤硝态氮和铵态氮残留量显著高于豆科-水稻、粮食-水稻、油料-水稻和牧草-水稻等模式。因此,优化种植模式,调节农田养分平衡状况,可望提高养分利用效率,降低环境风险。（2）农田氮磷流失风险,农田田面水对沟渠水存在明显的氮、磷增荷作用,大蒜-水稻种植模式农田田面水总氮浓度及流失量显著高于其他种植模式,农田氮磷流失量与施肥量呈显著正相关,不同时期农田田面水氮、磷浓度变幅大,追肥期是氮、磷流失的关键阶段；可溶性氮、颗粒态磷分别是氮、磷流失的主要形态。（3）环境友好型种植模式筛选,采用模糊数学方法综合评价光、热、水、肥利用以及经济效盗和环境效应后知,大蒜Ⅱ蚕豆模式（大蒜带宽与蚕豆带宽之比为3/1,以下用大蒜Ⅱ蚕豆表示）综合得分最高,为0.70,是兼顾经济和环境效益的环境友好型种植模式。（4）环境友好型种植模式的经济与环境效益,田间试验结果表明,大蒜Ⅱ蚕豆模式能增加后期干物质累积量,提高大蒜叶绿素含量,提高作物生长后期光合利用效率,促使大蒜和蚕豆的根系向下生长,提高蚕豆根瘤菌数目和重量,促进根瘤固氮,土地当量比为1.15,具有明显间作优势；大蒜Ⅱ蚕豆种植模式还能显著提高氮、磷吸收利用能力,降低土壤无机氮残留量和速效磷含苗,较大蒜单作优化施肥处理可减少无机氮残留量10%以上,较大蒜单作习惯施肥处理减少无机氮残留量50%以上；因此,大蒜Ⅱ蚕豆种植模式可降低农田氮磷流失风险。（5）环境友好型种植模式对微生物量碳、氮的影响,大蒜Ⅱ蚕豆与大蒜、蚕豆单作相比,可提高十壤微生物量碳、氮（SMB-C、SMB-N）含量。大蒜Ⅱ蚕豆模式下,不同土层微生物量氮、碳存在显著差异,且随土层深度的增加逐次递减,而大蒜和蚕豆单作模式下不同土层微生物量氮、碳无显著差异。大蒜Ⅱ蚕豆模式0-20cm土层中,大蒜带微生物量氮显著低于交际带和蚕豆带。20-40cm上层中,交际带最高,蚕豆带最低。20-40cm土层间作模式中交际带微生物量碳显著高于大蒜和蚕豆条带,而大蒜和蚕豆带无显著差异；不同种植模式之间土壤微生物量碳/微生物量氮比值无显著差异,但随土层深度的增加逐次递减。另外,本研究发现,土壤总氮和速效磷与微生物量碳、氮密切正相关。（6）环境友好型种植模式下作物氮素利用与氮素转移,氮肥施入后,残留于土中的比例最大。间作在一定程度上能提高氮肥利用率6.54%以上,降低氮肥的残留6.74%以上,降低氮肥损失量3.06%以上。氮肥残留随着土层的深度逐步递减。不同种植模式之间存在差异,大蒜单作模式氮肥残留量显著高于其他模式,大蒜Ⅱ蚕豆模式最低。大蒜Ⅱ蚕豆模式下作物对氮肥的吸收利用量显著高于单作模式；间作模式提高氮肥利用率,具有明显间作优势的原因与作物间氮素转移有关,在大蒜Ⅱ蚕豆模式中蚕豆能向大蒜转移氮素,田间微区、盆栽等不同试验条件下氮转移量存在显著差异,转移率在10.18%-15.76%之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 农田面源污染现状及存在主要问题
• 1.2 种植模式对农田面源污染影响研究进展
• 1.2.1 不同施肥及耕作措施对农田面源污染的影响
• 1.2.2 不同轮作模式对农田面源污染影响
• 1.2.3 不同间作模式作物氮磷吸收利用效率和氮磷残留变化研究
• 1.2.4 不同间作模式下作物间氮素转移研究
• 1.2.5 不同间作模式对作物生育进程和根际环境的影响
• 1.3 存在问题及研究展望
• 第二章 研究背景、思路及内容
• 2.1 研究区域自然条件
• 2.1.1 研究区域污染现状分析
• 2.1.2 存在主要问题及原因分析
• 2.2 研究目的及意义
• 2.2.1 研究目的
• 2.2.2 研究意义
• 2.3 研究内容
• 2.3.1 不同种植模式下农田养分平衡与累积特性
• 2.3.2 不同轮作模式下农田氮磷流失特性
• 2.3.3 环境友好型种植模式筛选
• 2.3.4 环境友好型种植模式，生态经济效益分析
• 2.3.5 环境友好型种植模式对土壤微生物生物量碳、氮的影响
• 2.3.6 环境友好型种植模式中作物间氮素转移和氮肥利用研究
• 2.4 技术路线图
• 第三章 材料与方法
• 3.1 研究区域
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 洱海流域种植情况调查
• 3.2.2 洱海流域主要轮作模式田间监测试验
• 3.2.3 环境友好型种植模式田间筛选试验
• 3.2.4 环境友好型种植模式田间试验
• 3.2.5 氮肥利用试验
• 3.2.6 氮素转移试验
• 3.3 样品的采集及测试方法
• 3.3.1 植株样品测定方法
• 3.3.2 土壤样品测试方法
• 3.3.3 水样测试方法
• 3.3.4 土壤微生物生物量碳、氮测定方法
• 3.4 统计分析方法
• 3.4.1 农田养分平衡计算方法
• 3.4.2 模糊综合评价方法
• 3.4.3 权重确定方法
• 3.4.4 情景分析法
• 3.5 数据处理
• 第四章 洱海流域农田养分累积及氮磷流失特性研究
• 4.1 洱海流域农田养分平衡及养分累积状况
• 4.1.1 洱海流域不同轮作模式下农田肥料投入
• 4.1.2 洱海流域不同轮作模式下土壤养分累积状况
• 4.1.3 不同作物的农田养分平衡状况
• 4.1.4 不同轮作模式下农田养分平衡状况
• 4.1.5 影响土壤养分累积的主要原因
• 4.2 洱海流域主要轮作模式下农田氮磷流失风险的研究
• 4.2.1 不同轮作模式下农田田面水氮、磷含量分析
• 4.2.2 不同轮作模式下农田田面水氮磷形态分析
• 4.2.3 不同轮作模式下农田田面水中氮磷动态变化
• 4.2.4 氮磷径流损失分析
• 4.2.5 施肥对农田田面水及沟渠水中氮磷浓度的影响
• 4.2.6 种植模式的情景分析
• 4.3 讨论
• 4.3.1 关于环境效益和经济效益的协调问题
• 4.3.2 关于维持农田养分平衡，实现养分高效利用问题
• 4.3.3 农田田而水氮磷浓度的季节性变化的原因
• 4.3.4 调整农业种植结构是减少农田氮磷流失的有效手段
• 4.4 小结
• 第五章 环境友好种植模式筛选研究
• 5.1 不同间作模式农田养分平衡状况
• 5.2 不同模式经济效益、作物品质及土壤养分残留分析
• 5.3 不同模式影响因素及隶属度函数
• 5.4 不同指标权重的确定
• 5.5 不同模式模糊综合评价结果
• 5.6 讨论
• 5.6.1 有关间作对光、热、水分、养分和土壤等资源的利用特点
• 5.6.2 间作蚕豆保环境的机理探讨
• 5.7 小结
• 第六章 环境友好型种植模式经济与环境效益研究
• 6.1 作物农艺性状、光合利用及根系分布研究
• 6.1.1 作物农艺性状比较分析
• 6.1.2 不同种植模式下群体生长率分析
• 6.1.3 不同种植模式下根系分布研究
• 6.2 环境友好型种植模式间作优势分析
• 6.2.1 不同种植模式下蚕豆根瘤菌差异分析
• 6.2.2 作物经济效益及土地当量比分析
• 6.3 作物对养分的吸收利用分析
• 6.3.1 不同种植模式下作物养分吸收利用状况
• 6.3.2 不同生育时期作物养分吸收利用状况
• 6.4 土壤养分累积特性分析
• 6.4.1 不同种植模式下土壤养分状况
• 6.4.2 不同模式下硝态氮相对累积量
• 6.4.3 不同种植模式下土壤养分变化动态
• 6.5 不同种植模式地下水中氮、磷浓度分析
• 6.6 环境友好型种植模式对下季农田氮磷流失的影响
• 6.6.1 不同种植模式下表层土氮磷残留变化
• 6.6.2 田面水氮磷浓度变化及差异
• 6.7 讨论
• 6.7.1 环境友好型种植模式为什么能降低土壤养分残留
• 6.7.2 大蒜Ⅱ蚕豆模式中产量优势原因探索
• 6.7.3 农田氮、磷流失风险期及合理施肥量的探讨
• 6.7.4 有关环境友好型种植模式土壤微生物的变化问题
• 6.7.5 合理调整种植结构保证经济、环境效益的双赢
• 6.7.6 采用经济补偿促进农户采取农田面源污染控制措施
• 6.8 小结
• 第七章 不同种植模式对土壤微生物量碳、氮的影响
• 7.1 不同种植模式对微生物生物量碳、氮的影响
• 7.2 不同土层微生物量碳氮的差异
• 7.3 不同作物对土壤微生物量碳氮的影响
• 7.4 不同种植模式对土壤微生物生物量碳/微生物生物量氮比值的影响
• 7.5 土壤养分与微生物生物量碳、氮的关系
• 7.6. 讨论
• 7.6.1 种植模式对微生物量碳、氮的影响
• 7.6.2 土壤微生物生物量与土壤养分及环境的关系
• 7.7. 小结
• 第八章 环境友好型种植模式中氮素转移和氮素利用研究
• 8.1 氮肥当季利用率分析
• 8.1.1 氮肥在系统中的分配
• 8.1.2 氮肥的残留分布
• 8.1.3 氮肥的吸收利用量分析
• 8.2 作物间氮素转移研究
• 15N丰度分布'>8.2.1 不同种植系统中¹⁵N丰度分布
• 8.2.2 不同种植系统中N素转移分析
• 8.2.3 不同种植系统中N素残留分析
• 8.3 讨论
• 8.3.1 间作促进蚕豆固氮作用的探讨
• 8.3.2 间作系统中氮素转移的可能机理及必要条件
• 8.3.3 间作系统中影响氮素转移的因素分析
• 8.4 小结
• 第九章 结论、展望及创新点
• 9.1 主要结论
• 9.1.1 洱海流域农田养分平衡及养分累积状况
• 9.1.2 洱海流域不同轮作农田氮磷流失风险差异及影响因素
• 9.1.3 洱海流域环境友好种植模式筛选结果
• 9.1.4 环境友好型种植模式生态经济效益
• 9.1.5 环境友好型种植模式中微生物量碳、氮的变化及影响因素
• 9.1.6 环境友好型种植模式下作物间氮素转移及氮素利用
• 9.2 展望
• 9.3 创新点
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 博士期间发表的论文
• 博士期间参与课题