基于滞水时间控制的春耕稻田养分流失潜力及其内在驱动机理

Paddy fields with spring ploughing usually are tilled with fertilizing to mix the tillage layer of the soil and the fertilizer thoroughly. For planting or throwing in shallow water, especially in the case of heavy rainfall, the appropriate withdrawal of water is necessary, but that will lead to the migration of nitrogen、phosphorus and other nutrients from the paddy field to the surrounding water, resulting in the serious agricultural non-point source pollution. This project intends to use the combining key technology of the time control of the stagnant water and the water management approach of single row and single irrigation. Simulation of the orthogonal tests with types of fertilizers and water storage depth as the experimental factors will be conducted. While the SPSS software will be used to analyze the key factors of the loss potential of the agricultural non-point source pollutants (nitrogen and phosphorus and other nutrients) and their interactions. The mechanism of loss potential of the agricultural non-point source pollutants will be found. The Matlab software will be used for analying the data of samples, building a prediction model of the losing potential of agricultural non-point source pollutants and testing the error of the model to get the cleanest tillage. The implementation of this research will provide the scientific and theoretical basis for reducing the agricultural non-point source pollution from the spring tillage paddy.

稻田春耕一般是在撒施春插面肥的同时进行土壤耕整，以使肥料与耕作层土壤充分混合。在进行浅水插秧或抛秧时，如遇大的降雨，有时需要适当地进行排退水以便于插秧或抛秧，由此会导致稻田中氮磷等养分向周围水体迁移，造成较为严重的氮磷等非点源污染问题。本项目拟采用"滞水时间控制"与"单排单灌水分管理系统"相结合的关键技术，设计以"春插面肥种类"和"蓄水深度"为试验因素的大田小区模拟正交试验，应用SPSS 软件对正交试验结果进行统计与方差分析，对影响氮磷等养分流失潜力的关键因素及其组合作用进行探讨，试图阐明春耕稻田氮磷等养分流失潜力的内在驱动机理，明确氮磷等养分流失潜力的主要环境影响因素；应用Matlab软件对采集的样本进行训练和验证，试图构建氮磷等养分流失潜力拟合预测模型，并对该模型进行误差检验，获得最优的稻田春耕清洁耕作模式。本项研究的实施旨在为有效调控春耕稻田农业非点源污染物排放提供科学的理论依据。

采用滞水时间控制与单排单灌水分管理系统相结合的关键技术，对3（H3）、6（H6）和9（H9）cm 3个蓄水深度的稻田进行了施用固体复合肥（F1）、液体复合肥（F2）、单质混合肥（F3）的二因素三水平的试验，对田面水中氮磷养分相对流失潜力和土壤微生物生理群相对丰度进行了检测分析，结果表明，就春耕稻田撒施液体复合肥而言，选择蓄水3 cm，并滞水至第5 d后排水，不失为一种清洁的水分管理模式。蓄水9 cm（H9）处理可有效减少田面水中NO3--N的排放；将其滞水至5-7 d后排放，可有效降低田面水NH4+-N流失潜力；将蓄水3 cm和蓄水9 cm处理滞水至5 d后排水，可有效减少总磷的排放；滞水至5 d或7 d时排水，可有效减少田面水中总氮的排放。施用单质混合肥和蓄水9 cm，并滞水至第5 d后排水，是一种清洁的水分管理模式；应用氮磷等养分流失潜力实测数据，构建了神经网络模型，得出了基于“面肥种类，蓄水深度以及动态时间”的养分流失拟合预测模型，即Output = 0.57×Target + 0.7079，R2 = 0.56991。该模型的建立与求解过程，可为稻田进行有效的水分管理提供科学的基础数据支持。通过对土壤微生物种群数量的检测，结合对田面水氮磷流失潜力的分析结果表明，土壤微生物优势菌群未发现有良好溶磷效果的溶磷菌，这也许是撒施肥料1 d后，TP没有迅速大幅下降，溶磷效果不明显的原因。就蓄水深度而言，滞水至第5 d后，从总体上看，各处理田面水中TN相对流失含量H9<H3<H6，其原因可能是蓄水9 cm的土壤中盐单胞菌属的相对丰度较高，能快速有效利用田面水中的TN。就施肥种类而言，滞水至第3 d后，田面水中TN相对流失含量F3<F2<F1，其原因可能是相比F2和F1，F3较易被盐单胞菌属利用。这为进一步阐明春耕稻田养分动态转化机制提供了科学的理论依据。