基于秸稈還田條件下的黃灌區(qū)稻旱輪作土壤硝態(tài)氮淋失特征研究

楊世琦,韓瑞蕓,王永生,劉汝亮,謝曉軍,楊正禮,*

1 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點開放實驗室,北京 100081 3 中國科學院地理科學與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡觀測與模擬重點實驗室,CERN綜合研究中心, 北京 100101 4 寧夏農(nóng)林科學院, 銀川 750002 5 西北農(nóng)林科技大學林學院, 楊凌 712100

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基于秸稈還田條件下的黃灌區(qū)稻旱輪作土壤硝態(tài)氮淋失特征研究

楊世琦1,2,韓瑞蕓1,王永生3,劉汝亮4,謝曉軍5,楊正禮1,2,*

1 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點開放實驗室,北京 100081 3 中國科學院地理科學與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡觀測與模擬重點實驗室,CERN綜合研究中心, 北京 100101 4 寧夏農(nóng)林科學院, 銀川 750002 5 西北農(nóng)林科技大學林學院, 楊凌 712100

寧夏引黃灌區(qū)農(nóng)田面源污染較為嚴重,區(qū)內(nèi)大部分排水溝水質(zhì)為劣Ⅴ類,其主要污染物硝態(tài)氮與銨態(tài)氮。設置常規(guī)施肥(CK)、常規(guī)施肥條件下施用4500kg/hm2(T1,半量還田)和9000 kg/hm2(T2,全量還田)秸稈3個處理。利用樹脂芯法吸附10、20、30、60、90cm土層的硝態(tài)氮流失量。2009—2013年的試驗結果表明：秸稈還田能夠減少土壤30cm土層的硝態(tài)氮淋失。與對照硝態(tài)氮淋失量(15.76 kg/hm2)相比,T1(13.76 kg/hm2)與T2(13.74 kg/hm2)均達到顯著差異(P<0.05),淋失量分別減少12.71% 和 12.84%,T1與T2沒有達到顯著差異。秸稈還田對土壤硝態(tài)氮淋失的影響效應主要體現(xiàn)在30cm土層處,10、20、60與90cm土層處的處理與對照都沒有達到顯著差異。秸稈還田提高了30cm土層的土壤有機質(zhì)與土壤總氮,與對照(13.78 g/kg)相比,T1與T2土壤有機質(zhì)分別提高0.89 g/kg和 1.24 g/kg;試驗結束后,對照、T1和T2的總氮是達到0.64、0.66 和 0.69 g/kg,與對照相比,處理分別提高了2.76%和6.83%。秸稈還田有助于作物增產(chǎn),T1與T2的水稻平均增產(chǎn)9.24%和10.37%,小麥增產(chǎn)10.11% 和11.51%。

秸稈還田；黃灌區(qū)；稻旱輪作；土壤硝態(tài)氮；淋失

秸稈等有機物料的施用可以提高土壤有機質(zhì),減少土壤硝態(tài)氮流失[5-6],過量施用增加硝態(tài)氮流失[7-9]。經(jīng)過堆肥處理有機物料施用能夠減少硝態(tài)氮流失[10-11]。碳氮比較高的有機物料中的氮素釋放慢,施用畜禽糞便能夠調(diào)節(jié)土壤氮素代謝釋放速率[12]。施用化肥的土壤硝態(tài)氮流失是有機肥的4.4—5.6倍,有機無機混施介于中間[13-14]。大豆秸稈還田礦化的硝態(tài)氮流失貢獻為1/4,非豆科農(nóng)作秸稈還田礦化的硝態(tài)氮流失高于這一比例[15]。日本岐阜縣各務原1970—2000年關于有機肥、合理施肥和施用緩釋肥對比試驗表明,有機肥能夠提高土壤吸肥力,在硝態(tài)氮流失控制方面顯示重要作用。施用有機肥提高C/N有利于控制微生物的發(fā)酵過程,減少氮素短期釋放,提高保肥性。歐洲每個生長季的有機氮肥施入折合硝態(tài)氮為110—140kg/hm2,顯著減少硝態(tài)氮淋溶[16]。有機肥長期大量的施用也會引起土壤中硝態(tài)氮的累積與淋溶,禽糞施用量不能超過11.2t/hm2[17]。堆肥能夠延緩有機氮向無機氮轉(zhuǎn)化從而降低土壤硝態(tài)氮流失[18]。Mamo等發(fā)現(xiàn)蔬菜田有機肥替代化學氮肥能夠有效的降低硝態(tài)氮流失[19]。Brinton發(fā)現(xiàn)玉米田施用腐熟堆肥比未腐熟堆肥的硝態(tài)氮流失的少[20]。水稻秸稈堆肥還田情況下的10cm土層的硝態(tài)氮濃度比對照低,20cm土層比10cm土層的硝態(tài)氮濃度也要低很多[21]。流域調(diào)查中發(fā)現(xiàn)可溶性有機碳與硝態(tài)氮濃度表現(xiàn)典型負相關,土壤有效氮富余總是與碳源虧空緊密相關[22]。施用有機物料能夠促進微生物氮形成,降低土壤無機氮濃度[23]。在硝酸鹽敏感地區(qū)的農(nóng)田有機肥施用不應超過175 N kg/hm2[24]。一般認為,施用有機肥減少土壤硝態(tài)氮淋失的主要原因是通過增加土壤有機質(zhì)含量而改善土壤理化性狀和提高粘粒及團聚體的含量,增強土壤束縛硝態(tài)氮性能,進而限制硝態(tài)氮垂直移動和減少淋失。

樹脂芯法被認為是測定土壤氮素礦化速率最優(yōu)的方法,是將上下兩端均開放管埋入土壤中,同時管子頂端和底端均放上離子交換樹脂袋。管子頂部的樹脂袋可防止其他離子進入土壤,底端的樹脂袋可吸附從管芯中淋溶出來的離子。在借鑒離子交換樹脂研究硝態(tài)氮流失方法的基礎上[25-26],試驗采用改進樹脂芯法,研究黃灌區(qū)秸稈還田對土壤氮素流失的影響,通過觀測不同階段樹脂吸附硝態(tài)氮量,以估算農(nóng)田不同土層的硝態(tài)氮單位面積淋失負荷。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

試驗區(qū)位于寧夏引黃灌區(qū)的靈武農(nóng)場(106°17′52″E,38°07′26″N),屬溫帶干旱區(qū),無霜期150—163d,干旱少雨,降水量193mm,蒸發(fā)量1763mm。雨季7—9月,占全年降雨的70%,冬季少雪。年均溫8.9℃。土壤類型灌淤土,養(yǎng)分含量低,表層土易積鹽,土壤pH高。稻旱輪作是最典型的種植模式。試驗區(qū)農(nóng)田土壤主要理化性狀見表1。

表1 土壤主要理化性狀

2.2 試驗設計

圖1 樹脂管裝置示意圖Fig.1 A device of resin-core for soil nitrate loss determination

試驗位于靈武農(nóng)場,田間小區(qū)水泥埂隔開,沿埂開溝深120cm(地上高40cm,地下深80cm),溝內(nèi)壓塑料膜,以防小區(qū)相互干擾。試驗3個處理,CK為無秸稈還田,T1為半量秸稈還田(4500 kg/hm2)、T2全量秸稈還田(9000 kg/hm2)。常規(guī)施肥處理,3次重復。小區(qū)面積200m2。水稻秸稈切碎5—10cm還田,翻深30cm。水稻試驗施肥：尿素(純N)300 kg/hm2、磷酸鈣P2O5105 kg/hm2、氯化鉀肥(K2O)60 kg/hm2；全部的磷鉀肥與50%尿素做基肥于一次施入,剩余50%氮肥按3∶1∶1比例做追肥,分3次分別于苗期(5月下旬)、分蘗期(6月下旬)和孕穗期(7月下旬)施入。水稻行距30cm,株距10cm。水稻5月中旬插秧,9月下旬收獲,大田生長期約120d。全生育期灌水量15,000m3/hm2,8月中旬停止灌水。小麥試驗的施肥：尿素(純N)225 kg/hm2、磷酸鈣P2O5150 kg/hm2、氯化鉀肥(K2O)90 kg/hm2；全部的磷鉀肥與50%尿素做基肥于一次施入,剩余的50%氮肥按3∶1∶1比例做追肥,分3次分別于苗期(3月上旬)、拔節(jié)期(5月上旬)和孕穗期(6月上旬)施入。冬小麥生長期冬灌1350 m3/hm2(10月下旬)、返青水900 m3(3月下旬),拔節(jié)期1050 m3(5月中旬)、抽穗期1,050 m3(6月上旬)。播種10月4日,收獲6月29日,全生育期269d。2010與2013年種植水稻,2011與2013年種植小麥。

樹脂芯法在用于草原或者表層土壤氮礦化量的測定,與直接采集土壤或測定土壤滲漏水的結果基本一致。本試驗采用改進的樹脂芯法,由76mm(直徑)×0.82mm(管壁厚度)的不銹鋼管(高度根據(jù)需要調(diào)整)、60目尼龍網(wǎng)制作的8×8cm樹脂袋(內(nèi)裝有15g氯型,強堿性陰離子樹脂)和兩片直徑為74mm的鋁塑板(鋁塑板上打有13個直徑為3mm的小孔)組成,裝置見圖1。樹脂袋上下的兩片鋁塑板以防上下層土壤對樹脂袋的污染,鋁塑板設置小孔。為減少管內(nèi)外土壤環(huán)境差異,管壁上打孔。把手的功能是方便樹脂管提取。采用717#型強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂,離子交換樹脂預處理方法采用 GB/T5476—1996。主要改進之處體現(xiàn)在一是取樣深度增加,最深90cm；二是取樣頻次增加且不破壞土壤結構,基本上實現(xiàn)原為培養(yǎng)。樹脂管長度有22、32、42、72、102cm共5個型號,分別用于收集10、20、30、60、90cm土層的硝態(tài)氮淋失量。樹脂管成直線排列,間隔2m,每個小區(qū)沿對角線3組重復。樹脂管下端鍥型面10cm長,鋁塑板通過防滑軸固定與高于鍥面2cm處,蓋子與把手方便放置和提取樹脂管。試驗開始,先將樹脂管打入土壤,再提出去掉鍥面及鍥面上2cm的土壤(收集起來回填),三是放入鋁塑板和樹脂袋(16g)并固定好,四是將樹脂管原位放入土壤中,五是培養(yǎng)一段時間后提出樹脂管,取出樹脂袋送回實驗室冰箱保存,并放入新的樹脂袋開始下一階段培養(yǎng)。

離子交換樹脂吸附硝態(tài)氮用1mol/L KCL溶液浸提,硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測定。不同土壤層次硝態(tài)氮淋失量用下面公式計算：

試驗數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19和Excel 2010,顯著性檢驗(α=0.05)采用單向方差分析法(ANOVA)。

3 結果

3.1 硝態(tài)氮淋失量

不同土層與不同處理下的土壤硝態(tài)氮淋失量見表2。30cm土層的處理與對照相比,硝態(tài)氮淋失量減少,除2011年的冬小麥試驗結果,其它3a的水稻試驗均達到顯著差異水平(P<0.05,下同),但T1與T2差異不顯著。稻田的硝態(tài)氮淋失量14.06 —18.12 kg/hm2,冬小麥田的淋失量0.83—11.95 kg/hm2。試驗期內(nèi)在30cm以上土層,除了2012年與2013年的10cm土層,處理(T1和T2)與對照CK的硝態(tài)氮淋失量沒有達到顯著差異。30cm土層以下,處理與對照的硝態(tài)氮淋失量均未達到顯著差異。秸稈還田有效降低30cm土層的硝態(tài)氮淋失量,與對照(15.76 kg/hm2)相比,T1(13.76 kg/hm2)和T2(13.74 kg/hm2)達到了顯著差異,流失量分別減少12.71% 和 12.84%；然而處理之間沒有達到顯著差異。

表2 不同土層與不同處理下的硝態(tài)氮淋失量

Notes: a和b表示α=0.05的差異性

3.2 土壤硝態(tài)氮淋失特征

通過實時熒光定量PCR法分析26例TSCC患者癌與癌旁正常組織中的PRKCI表達水平，我們發(fā)現(xiàn)，TSCC組織中PRKCI的表達水平顯著增加(P<0.01)(圖3A)。利用Spearman相關系數(shù)分析來觀察TSCC細胞中PRKCI和miR-219的關系。隨著miR-219表達升高，PRKCI的表達相應下調(diào)，PRKCI的表達量與miR-219的表達量呈負相關(r=-0.984，P<0.01)(圖3B)。

3.2.1 稻田與麥田硝態(tài)氮淋失的差異

稻田與麥田土壤剖面(10、20、30、60、90 cm)的硝態(tài)氮流失在30cm土層以上均達到顯著差異(表2的年均值,代表作物間的差異),稻田的硝態(tài)氮淋失量大于麥田；60cm土層差異性特征不明顯。冬小麥田30cm土層處硝態(tài)氮淋失量是稻田的74.64%,表明通過擴旱壓稻能夠減少灌區(qū)土壤硝態(tài)氮流失。3a水稻試驗結果沒有顯著差異,表明了試驗具有較好的重復性。

3.2.2 不同土層差異

由表2可以看出,30cm土層硝態(tài)氮淋失與其上層及下層土壤的硝態(tài)氮淋失量達到了顯著差異；10cm與20cm、60cm與90cm均未達到顯著性差異。這一結果表明,30cm土層能夠反映耕作層土壤硝態(tài)氮淋失的情況及特征,其主要原因是30cm是耕作層與犁底層的分界線。

3.2.3 全生育期土壤硝態(tài)氮淋失特征

樹脂與土壤取樣時間基本固定5、6、7、8、9月下旬。從圖2看出,稻田30cm土層以上,接近80%的硝態(tài)氮流失量發(fā)生在6月下旬之前；30cm土層以下,50—60%的硝態(tài)氮流失量發(fā)生在6月下旬之前。冬小麥田,差不多80%的硝態(tài)氮流失量也發(fā)生在6月之前,如果把冬小麥收獲之后的4個月流失量計算在內(nèi),也差不多占到了70%。由此看來,硝態(tài)氮淋失主要發(fā)生在水稻與冬小麥的生育前期,除了施肥量較大因素外,作物根系小、養(yǎng)分的需求小,土壤硝態(tài)氮吸收利用率較低也是重要原因；水稻進入分蘗期與冬小麥進入抽穗期以后,由于作物吸收土壤養(yǎng)分量增加,土壤硝態(tài)氮淋失量顯著降低。

圖2 試驗期作物在全生育期不同階段土壤硝態(tài)氮淋失比例變化Fig.2 The ratio of nitrate leaching loss during the whole growth period in 4 years

4 討論

4.1 秸稈還田與土壤硝態(tài)氮濃度的變化

土壤硝態(tài)氮濃度是硝態(tài)氮淋失的主要原因。稻田30cm土層硝態(tài)氮濃度高值出現(xiàn)在5月與6月,與其它時段相比達到了顯著差異；冬小麥田的硝態(tài)氮重點流失時期在4月,土壤硝態(tài)氮濃度顯著高于其它月份。土壤硝態(tài)氮淋失發(fā)生程度與土壤硝態(tài)氮濃度高度吻合,濃度高則淋失量大。稻田的處理(T1和T2)與對照相比,土壤硝態(tài)氮濃度在4月、5月和6月達到顯著差異(2012年T1的5月份例外),T1和T2在7月與8月沒有達到顯著差異(2010年與2013年7月的T2例外),但處理的土壤硝態(tài)氮濃度高于對照。2010年的9月,處理的硝態(tài)氮濃度高于對照,但T1與T2沒有達到顯著差異。在水稻生長初期,秸稈還田可能有利于降低土壤硝態(tài)氮濃度,但是在中后期不影響或稍增加土壤硝態(tài)氮濃度。這個推斷需要在長期試驗中再予以證實。對于冬小麥而言,處理(T1與T2)與對照相比,只有4與5月份達到顯著差異,T1與T2達到了顯著差異。汪軍等研究表明,稻田秸稈還田能夠顯著降低土壤硝態(tài)氮濃度,而且與秸稈還田量負相關[27],而楊振興等在北方半干旱區(qū)的16a秸稈還田試驗表明土壤0—200cm土層的土壤硝態(tài)氮明顯累積[28]。土壤無機氮殘留量較高時, 可選擇碳氮比較高的秸稈, 在較長的一段時間內(nèi)有利于微生物對土壤氮素的固定, 減少氮素損失；土壤無機氮殘留量較低時, 碳氮比較低的秸稈能被微生物較快地礦化釋放氮素供給下季作物前期的生長[29]。

4.2 土壤滲濾液的硝態(tài)氮濃度變化

秸稈還田處理的土壤滲濾液濃度低于對照,其濃度隨生育期呈現(xiàn)下降趨勢。T1和T2與對照相比,沒有達到顯著差異(除5月)。Gollany等研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田能夠顯著降低土壤滲濾液硝態(tài)氮濃度和減少硝態(tài)氮淋失[30- 32],江永紅等發(fā)現(xiàn)秸稈還田能夠降低稻田田面水及滲濾液硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮濃度,可能是秸稈與作物爭氮,降低無機氮濃度[33],Keeney發(fā)現(xiàn)秸稈還田能增加有機碳,固定土壤無機氮[34],刁曉林等發(fā)現(xiàn)秸稈還田降低土壤滲濾液硝態(tài)氮濃度,水稻生長后期與對照前期的濃度接近,但亞硝態(tài)氮濃度增加[35],Beaudoin等認為土壤亞硝態(tài)氮濃度增加是由于硝態(tài)氮被秸稈固定[36],Zhu等則認為秸稈降解產(chǎn)生的有機酸抑制了亞硝態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變[37]。張靜等研究結果卻是秸稈還田使土壤無機氮增加[38],崔思遠等在南方稻田發(fā)現(xiàn)秸稈還田初期可能導致更多的硝態(tài)氮流失[39]。

4.3 土壤TN的變化

2013年試驗結束后測定,10cm土層,對照、T1和T2的TN分別是0.86、0.89、0.90 g/kg,處理與對照相比提高了3.25% 和4.31%；20cm土層是0.78、0.82、0.89 g/kg,處理與對照相比提高了4.83% 和13.89%；30cm土層是0.64、0.66、0.69 g/kg,處理與對照相比提高了2.76%、6.83%。秸稈還田有利于提高土壤TN。土壤總氮提高有利于減少硝態(tài)氮淋失,由于土壤氮素主要以有機態(tài)氮的形式存在, 無機氮僅占總氮的1%, 大多數(shù)氮素必須經(jīng)過微生物的分解和礦化才能轉(zhuǎn)化為礦質(zhì)氮[40]。微生物對土壤氮素轉(zhuǎn)化與被降解底物的碳氮比有關, 如果添加物的碳氮比超過微生物的碳氮比, 微生物需吸收土壤中的無機氮維持代謝活動；如果添加物質(zhì)的碳氮比小于微生物的碳氮比,微生物將通過礦化作用釋放氮素增加土壤無機氮含量[41]。

4.4 土壤有機質(zhì)變化

試驗結束期(2013年9月下旬)測定30cm土壤有機質(zhì),與對照(13.78 g/kg)相比,T1 和 T2的土壤有機質(zhì)分別增加0.89 g/kg 與1.24 g/kg。處理T1和T2的大團聚體分別提高7.4% 與 12.8%。秸稈還田提高有機質(zhì),有助于促進大團聚體形成,而大團聚體能夠保持養(yǎng)分與減少流失[42]。連續(xù)8年的定位試驗表明玉米秸稈還田促使土壤有機質(zhì)提高4.9 g/kg[43]。秸稈還田提高氮素供應率,顯著減少氮肥施用量和氮素損失量, 減少農(nóng)田氮的面源污染[44]。我國農(nóng)田秸稈還田率不足50%, 與歐美國家相比差距約為40多個百分點[45]。

4.5 作物產(chǎn)量

秸稈還田提高了作物產(chǎn)量,與對照相比,2010年水稻的T1與T2分別增長7.79%和14.56%；2011年冬小麥的T1與T2分別增長10.11%和11.51%;2012年水稻的T1與T2分別增長8.17% 和10.35%；2013年水稻的T1與T2分別增長9.45% 和 9.26%；水稻3年平均增產(chǎn)9.24%和10.37%。2012年在試驗地附近開展了秸稈還田推廣示范,示范面積1/5hm2,其中對照、半量還田和全量還田面積各為1/15hm2。小面積示范結果表明,半量與全量還田的30cm土層的硝態(tài)氮淋失與對照相比分別減少12.13%和18.02%；土壤銨態(tài)氮相比分別增加了48.24%和65.84%,盡管增加比例很大,但土壤銨態(tài)氮濃度只有硝態(tài)氮的1/10左右,同時銨態(tài)氮不易淋失。2013年在寧夏青銅峽市推廣秸稈還田2.3hm2,其中1.9hm2全量還田,0.4hm2無秸稈還田。結果表明,秸稈還田硝態(tài)氮淋失減少15.44%,水稻產(chǎn)量提高7.23%。曾木祥等認為,我國的秸稈還田量大約在1500—9000 kg/hm2,平均4611 kg/hm2,增產(chǎn)幅度1.7%—15.8%,平均增產(chǎn)15.17%[46]。李錄久等研究表明,麥稈施用量3000 kg/hm2時,小麥減產(chǎn)470 kg/hm2,玉米減產(chǎn)60 kg/hm2,減產(chǎn)率7.16% 和0.91%,減產(chǎn)不顯著。當麥稈施用量6000 kg/hm2時候,小麥減產(chǎn)262 kg/hm2,而玉米增產(chǎn)113 kg/hm2,增產(chǎn)3.2%,秸稈還田量的大小對作物產(chǎn)量有一定影響[47]。鐘杭等試驗表明稻草全量和半量還田后,大麥產(chǎn)量分別增加16.68%和12.28%,增產(chǎn)幅度均達到極顯著水平[48]。李本榮等認為稻田秸稈還田的氮肥施用量為180—240 kg/hm2能獲得較高氮肥利用率[49]。

5 結論

在寧夏引黃灌區(qū)秸稈還田土壤硝態(tài)氮淋失降低12.71—12.84%,有機質(zhì)提高0.89—1.24g/kg,TN提高2.76%—6.83%,水稻產(chǎn)量提高9.24—10.37%。長期秸稈還田為化肥減量奠定基礎,進一步減少化肥面源污染。由于寧夏灌區(qū)農(nóng)田土壤有機質(zhì)含量普遍偏低,且秸稈還田長期未得到重視,建議全量秸稈還田。

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Effect of straw application to soil nitrate leaching of paddy-upland rotation in the Yellow River irrigation area

YANG Shiqi1,2, HAN Ruiyun1, WANG Yongsheng3, LIU Ruliang4, XIE Xiaojun5, YANG Zhengli1,2,*

1InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China2KeyLaboratoryofAgro-EnvironmentandClimateChange,MinistryofAgricultural,Beijing100081,China3SynthesisResearchCenterofCERN,KeyLaboratoryofEcosystemNetworkObservationandModeling,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China4InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,NingxiaAcademyofAgro-ForestryScience,Yinchuan750002,China5CollegeofAgronomy,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China

The Yellow River irrigation area within Ningxia was a region severely polluted by non-point sources, where surface water quality in most drainage ditches was classified as Inferior Category V, and the primary pollutants were nitrate and ammonium. In this region a 5-year straw application and nitrate leaching experiment had been conducted, which consisted of 3 treatments: traditional fertilizing without rice straw amendment(CK), traditional fertilizing with 4500 kg/hm2rice straw returning application (T1, semi), and traditional fertilizing with 9000 kg/hm2rice straw amendment (T2, total). Nitrate nitrogen leaching losses within 10, 20, 30, 60, 90 cm soil layers were measured by the resin core method. Results indicated straw application could reduce soil nitrate leaching losses within the 30 cm layer. From the nitrate nitrogen loss of CK (15.76 kg/hm2), the loss of T1 (13.76 kg/hm2) and T2 (13.74 kg/hm2) all showed significant differences (P<0.05), soil nitrate leaching losses were decreased by 12.71% and 12.84%, respectively. However no significant differences (P>0.05) was detected between T1 and T2. The effects of straw application were only observed in plowing layer (30 cm depth soil layer), no significant difference was detected between experimental treatments and control (CK) in deeper layers (60 and 90 cm) and in topsoil (10 and 20 cm). Straw application could increase soil organic matter (SOM) and total nitrogen (TN) content: SOM of T1 and T2 were increased by 0.89 g/kg and 1.24 g/kg compared to CK (13.78 g/kg). TN of CK, T1 and T2 were 0.64, 0.66 and 0.69 respectively, at 0—30 cm layer, which were increased by 2.76% and 6.83%. Straw application could also increase crop yield,rice production of T1 and T2 were increased by 9.24% and 10.37%, and winter wheat yield were increased by 10.11% and 11.51%, respectively.

straw application; the Yellow River irrigation area; paddy-upland rotation; soil nitrate; leaching

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2014ZX07201-009)

2016- 02- 02; 網(wǎng)絡出版日期:2016- 12- 19

10.5846/stxb201602020237

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yangzhengli@caas.cn

楊世琦,韓瑞蕓,王永生,劉汝亮,謝曉軍,楊正禮.基于秸稈還田條件下的黃灌區(qū)稻旱輪作土壤硝態(tài)氮淋失特征研究.生態(tài)學報,2017,37(9):2926- 2934.

Yang S Q, Han R Y, Wang Y S, Liu R L, Xie X J, Yang Z L.Effect of straw application to soil nitrate leaching of paddy-upland rotation in the Yellow River irrigation area.Acta Ecologica Sinica,2017,37(9):2926- 2934.