全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 15 期摇 摇 2011 年 8 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
地面节肢动物营养类群对土地覆被变化和管理扰动的响应 李锋瑞,刘继亮,化摇 伟,等 (4169)………………
两种书虱微卫星富集文库的构建及比较 魏丹丹,袁明龙,王保军,等 (4182)……………………………………
菲律宾蛤仔 EST鄄SSRs标记开发及不同地理群体遗传多样性 闫喜武,虞志飞,秦艳杰,等 (4190)……………
菲律宾蛤仔大连群体不同世代的遗传多样性 虞志飞,闫喜武,杨摇 霏,等 (4199)………………………………
玻璃温室与田间栽培小麦幼穗分化的比较 姜丽娜,赵艳岭,邵摇 云,等 (4207)…………………………………
施用有机肥环境下盐胁迫小麦幼苗长势和内源激素的变化 刘海英,崔长海,赵摇 倩,等 (4215)………………
黄土高原半干旱区气候变化对春小麦生长发育的影响———以甘肃定西为例
姚玉璧,王润元,杨金虎,等 (4225)
……………………………………
……………………………………………………………………………
不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力 冯国禄,杨仁斌 (4235)……………………………………
大田环境下转 Bt基因玉米对土壤酶活性的影响 颜世磊,赵摇 蕾,孙红炜,等 (4244)…………………………
短期淹水培养对水稻土中地杆菌和厌氧粘细菌丰度的影响 朱摇 超,Stefan Ratering,曲摇 东,等 (4251)……
气候变化背景下广东晚稻播期的适应性调整 王摇 华,陈新光,胡摇 飞,等 (4261)………………………………
长期封育对不同类型草地碳贮量及其固持速率的影响 何念鹏,韩兴国,于贵瑞 (4270)………………………
黄土丘陵区两种主要退耕还林树种生态系统碳储量和固碳潜力 刘迎春,王秋凤,于贵瑞,等 (4277)…………
植物叶表面的润湿性及其生态学意义 石摇 辉,王会霞,李秧秧 (4287)…………………………………………
长白山北坡主要森林群落凋落物现存量月动态 郑金萍,郭忠玲,徐程扬,等 (4299)……………………………
古尔班通古特沙漠及周缘 52 种植物种子的萌发特性与生态意义 刘会良,宋明方,段士民,等 (4308)………
吉首蒲儿根的繁殖生态学特性及其濒危成因 邓摇 涛,陈功锡,张代贵,等 (4318)………………………………
栖息地永久性破坏的比例对物种多度稳定值影响的迭代算法 时培建,戈摇 峰,杨清培 (4327)………………
喷施多效唑提高麻疯树幼苗耐盐性的生理机制 毛轶清,郑青松,陈健妙,等 (4334)……………………………
阿尔山落叶松主要蛀干害虫的种群空间生态位 袁摇 菲,骆有庆,石摇 娟,等 (4342)……………………………
2009 年云南省白背飞虱早期迁入种群的虫源地范围与降落机制 沈慧梅,吕建平,周金玉 ,等 (4350)………
中华稻蝗长沙种群的生活史及其卵滞育的进化意义 朱道弘,张摇 超,谭荣鹤 (4365)…………………………
“518冶油桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 施晓丽,毕守东,耿继光,等 (4372)………………………………
青藏东缘若尔盖高寒草甸中小型土壤动物群落特征及季节变化 张洪芝,吴鹏飞,杨大星,等 (4385)…………
青海可鲁克湖水鸟季节动态及渔鸥活动区分析 张国钢,刘冬平,侯韵秋,等 (4398)……………………………
排放与森林碳汇作用下云南省碳净排放量估计 刘慧雅,王摇 铮,马晓哲 (4405)………………………………
北京城市生态占水研究 柏樱岚,王如松,姚摇 亮 (4415)…………………………………………………………
专论与综述
植物水分传输过程中的调控机制研究进展 杨启良,张富仓,刘小刚,等 (4427)…………………………………
环境介质中的抗生素及其微生物生态效应 俞摇 慎,王摇 敏,洪有为 (4437)……………………………………
自然生态系统中的厌氧氨氧化 沈李东,郑摇 平,胡宝兰 (4447)…………………………………………………
研究简报
山东半岛南部海湾底栖动物群落生态特征及其与水环境的关系 张摇 莹,吕振波,徐宗法,等 (4455)…………
新疆乌伦古湖浮游甲壳动物的季节演替及与环境因子的关系 杨丽丽,周小玉,刘其根,等 (4468)……………
不同施肥与灌水量对槟榔土壤氨挥发的影响 卢丽兰,甘炳春,许明会,等 (4477)………………………………
学术信息与动态
水土资源保持的科学与政策:全球视野及其应用———第 66 届美国水土保持学会国际学术年会述评
卫摇 伟 (4485)
…………
……………………………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*320*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄08
封面图说: 塞罕坝地处内蒙古高原南缘向华北平原的过渡带,地势分为坝上、坝下两部分。 解放初期,这里是“飞鸟无栖树,黄
沙遮天日冶的荒原沙丘,自 1962 年建立了机械化林场之后,塞罕坝人建起了 110 多万亩人工林,造就了中国最大的
人工林林场。 这是让人叹为观止的落叶松人工林海。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 15 期
2011 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 15
Aug. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家高技术研究发展计划(863 计划) (2005AA601010鄄 03);湖南省教育厅科学研究项目 (10C1097);国家科技部重大水专项
(2008ZX07211鄄001);吉首大学开放基金课题(10stlvyb05)
收稿日期:2010鄄11鄄29; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄30
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yrb4806@ yahoo. com. cn
冯国禄, 杨仁斌.不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力.生态学报,2011,31(15):4235鄄4243.
Feng G L, Yang Renbin. Dynamic changes in nitrogen and phosphorus concentrations and emission鄄reduction potentials in paddy field water under different
tillage models. Acta Ecologica Sinica,2011,31(15):4235鄄4243.
不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力
冯国禄, 杨仁斌*
(吉首大学生态旅游重点实验室, 张家界摇 427000)
摘要:通过微区模拟稻田试验, 研究了夏季施肥免耕、浅耕和深耕 3 种耕作模式下不同滞水时间稻田排水中氮磷的动态特征及
总氮、总磷流失潜能。 结果表明:(1)3 个耕作处理 5 d后的稻田滞排水中 TN、NH+4 鄄N、TP和 DP 均处于较低的浓度水平, 免耕
的田面水中 NO-3 鄄N浓度较低。 (2)不同耕作模式滞水 5 d后 TN的绝对流失量均处于较低水平。 深耕处理的稻田水中 TN的流
失潜能相对较小。 不同耕作模式处理后氮素的相对流失形态与潜能以 TN为主。 (3)浅耕处理田面水中 TP绝对流失量和相对
流失潜能最少。 不同耕作模式滞水 5 d后排水可显著减少田面水中 TP流失。 不同耕作模式处理田面水中磷素流失形态随时
间呈 TP与 DP交替变化。 因此, 从减少田面水中氮磷的绝对流失量出发, 夏季浅耕不失为最佳清洁耕作模式;同时滞水 5 d后
排水能有效减少田面水中氮磷的流失量, 减少稻田排水对面源污染的影响。
关键词:耕作模式;滞水;氮;磷;稻田
Dynamic changes in nitrogen and phosphorus concentrations and emission鄄
reduction potentials in paddy field water under different tillage models
FENG Guolu, YANG Renbin*
Key Laboratory of Eco鄄tourism,Jishou University,Hunan,Zhangjiajie 427000,China
Abstract: Traditional agricultural production in frequently cropped soils can lead to soil structural damage, a decrease in
soil quality, increased erosion, and aggravation of nitrogen (N), phosphorus ( P) and pesticide losses into rivers and
lakes. Aiming at reducing these problems, many countries have introduced the practice of no鄄till. In southern China, rice
farming activities involves deep plowing in spring, but in summer, cultivation involves no鄄till or shallow plowing. No鄄till
means that the land is not used as intensively and direct sowing or planting crops is the preferred method of production.
China from the end of 1970s began to use the no鄄till approach in paddy field research; in southern China in the 1980s the
natural no鄄till method became popular to improve the environment as a whole and, as well as promoting the sustainable
development of paddy field ecosystems. Summer precipitation and paddy field surface water with high N and P
concentrations can be the source of the loss of a large quantity of nutrients from runoff from the rice fields, which has the
potential to be a source of pollution and can affect the water quality of the local river and lakes.
In summer a different farming mode involving changing the paddy field surface water is used, which can reduce N and
P losses. The dynamic changes in N and P concentrations and their loss potentials and reduction effectiveness in paddy field
surface water, under different stagnating times in three tillage models such as no cultivation, shallow plowing and deep
plowing were investigated. This was done using a paddy simulation microzone experiment. Results showed that: (1) Deep
plowing was favorable for the fixation of fertilizer, by the soil but total N and NH+4 鄄N in the water showed a gradual decrease
with time. The microbial environment in the soil of non鄄cultivated and shallow plowing scenarios was favorable for
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nitrification, to which NO-3 鄄N was released rapidly into the water as it was poorly adsorbed by the soil. The total P (TP)
and dissolved P (DP) concentrations in the water of the non鄄cultivated and deep plowing systems were relatively high within
1—5 d, and the TP and DP concentration (when the discharge of the water from the three tillage regimes was delayed) was
relatively low after 5 days. (2) The absolute TN losses from the water of the different tillage models were low after the water
was left for 5 days. Non鄄cultivation, shallow plowing and deep plowing reduced the TN loses by 59. 6%—65. 7% ,
70郾 2%—88. 2% and 65. 2%—77. 3% , respectively. Total鄄N potential losses into the water of the deep plowing regime
were relatively minor but were the main form of N lost in the water of all three farming scenarios. (3)The absolute losses of
TP in the water of the non鄄cultivated regime were the highest while they were was lowest in the water of the shallow plowing
system. After holding the water for 5 days, the TP lost (as calculated by the three tillage models) was reduced in the range
of 54. 7%—67. 8% , 63. 0%—85. 1% and 52. 5%—88. 0% , respectively. The relative potential losses of TP in water of
the shallow plowing regime were lower than others. Likewise, the relative form of N and P lost was different in three tillage
models and showed variations over time. Thus, when discharged after 5 days忆 delay, the amount of N and P in the water lost
from the paddies can be decreased effectively, which will significantly reduce the effect of paddy water discharge as an
agricultural non鄄point source of pollution.
Key Words: tillage systems;nitrogen,phosphorus;emission鄄reduction potentials;paddy field
农业面源污染(非点源污染)是指人们在从事农业耕作活动时, 由于使用化肥、农药以及农田水土流失而
引起受纳水体(如河流、湖泊、水库、海湾等)的污染[1]。 由于农业面源污染来源于非特定的、分散的地区, 与
土壤的侵蚀程度、化肥、农药的使用量、农业耕作方式、地质地貌、区域降水过程等密切相关, 与点源污染相
比, 面源污染危害规模大, 且难以监测和控制。 我国地表水污染物中, 面源污染占很大比重, 湖泊 50%以上
的氮及 30%以上的磷来自于农业面源污染。 如太湖流域当季使用的氮肥有 20%—25%将随降雨径流和渗漏
排入地表水[2], 50%—60%的磷肥被土壤颗粒所固定, 其余的随降雨径流排入沟渠和大小河流。 农业面源
占入湖总氮量的 77% , 磷占 33. 4% [3]。
传统的农业生产中频繁的翻耕造成土壤结构的破坏, 土壤质量下降, 造成水土流失;加重了氮、磷和农
药等农业污染物对塘库江河等水体的污染, 生态环境恶化[4]。 针对这些问题, 许多国家开展了土壤免耕探
索。 在我国水稻栽培中, 春季耕作为必耕, 而夏季一般采用免耕或浅耕的耕作模式。 免耕是指生产上不翻
耕土地直接播种或者栽植作物的方法。 中国从 20 世纪 70 年代末开始水田免耕技术的研究, 80 年代在南方
稻区大面积推广过候光炯的自然免耕法, 对减少水土流失、提高土壤肥力、改善稻田生态环境、促进农业持续
发展起了重要作用[5鄄6]。 但对于夏季稻田不同耕作模式对稻田排水中氮、磷的存在特征和流失的影响机理及
差异性尚不明确。 控制排水研究始于 20 世纪 90 年代中后期, 集中在欧美一些国家, 主要研究旱作物种植区
的暗管控制排水[7鄄9], 节水保肥, 较少涉及稻田。 对于稻田而言, 由于水稻主要生育期与雨季同步, 由灌溉
和降雨引起的排水, 包括地下排水和地表排水较旱作物更为频繁。 夏季降水较多, 面源污染的氮、磷营养盐
输移量最高, 高径流量携带大量来自稻田等外源营养物进入江湖水体, 故营养盐氮、磷负荷量较大;冬季则
最低[10]。 控制排水减少稻田氮, 磷损失的途径主要有两条:一是减少稻田排水量[7, 11], 二是降低排水中氮磷
浓度[12鄄13]。 降低稻田排水中氮磷浓度的主要途径是作物吸收以及硝化、反硝化作用[7]和泥沙沉淀[14鄄17]。 在
控制排水条件下, 地下水位抬高, 土壤湿度增加, 土壤的厌氧条件加强, 更利于微生物的反硝化作用[18]。
为明确夏季不同耕作模式(免耕、浅耕和深耕)和控制滞水时间对稻田水中氮磷的影响和减排效能, 在模
拟稻田中进行了免耕、浅耕和深耕耕作模式并结合控制滞水时间的试验。 通过对 3 种耕作模式下不同滞水时
间的试验稻田排水中氮磷的动态特征及总氮、总磷流失潜能进行分析, 为选择稻田夏季耕作模式及确定滞水
时间以减轻稻田氮磷排放提供科学依据。 优化的耕作模式及合理的滞水时间不但在减少水土流失和减少稻
田面源污染物方面具有重要意义, 同时也为节约施肥及作物增产提供科学依据。
6324 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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1摇 材料与方法
1. 1摇 选点
试验地设在湖南农业大学“耘园冶教学科研试验基地。 湖南农业大学位于长沙市芙蓉区东端, 东经 111毅
52忆, 北纬 27毅91忆, 年平均气温 16. 8—17. 2 益, 年平均总降水量 1422. 4 mm。 供试土壤为湖南农业大学“耘
园冶教学科研试验基地的红壤稻田土,基本理化性状:有机质 11. 8g / kg,全氮(N)1. 12 g / kg,全磷(P)1. 38 g /
kg, 全钾 27. 6g / kg, 水解氮(N)96. 6 mg / kg, 速效磷(P)70. 8 mg / kg, 速效钾(K)142. 6 mg / kg, pH 值 5. 5。
灌溉用水取自试验基地附近井水经蓄水池放置 1 周后的地下水。 该试验基地一直从事农耕, 耕作制度较稳
定, 不论从农事管理还是自然地理特征来讲, 在长沙地区都具有一定的代表性。
1. 2摇 模拟稻田设计
模拟稻田(13 m 伊 18 m 伊 0. 7 m)为水泥砖混结构, 池中间设有灌水渠, 两边设有排水沟, 排水沟可收集
模拟农田排水。 模拟实验池靠近排水沟一侧用 PVC板(0. 6 m 伊 0. 25 m)代替水泥砖混结构, 板上设置不同
高度排水孔, 试验时通过排水孔取水样。 实验稻田为“陆两优 996冶杂交水稻收割后灌水两天后的模拟稻田。
基肥为复合缓释肥, 成份是氯化铵、磷酸铵和氯化钾, 其 N、P、K含量比例分别为 21% 、8% 、11% 。
1. 3摇 实验设计
2009 年 8 月 6—13 日在早稻收割后的模拟稻田中进行了不同耕作模式的滞排试验。 试验前稻田为晒田
后的干裂状态, 先对稻田进行灌水处理, 待土壤湿润后, 再对模拟稻田进行免耕、浅耕和深耕 3 个耕作处理
(分别表示为 t鄄m、t鄄q和 t鄄sh)。 本试验中免耕(t鄄m)是指在不搅动土壤和田水的情况下进行相关农事并伴随
表面撒施基肥的活动;浅耕(t鄄q)是指模拟旋耕或用耙子耙田边耙边撒施基肥的活动;深耕( t鄄sh)是指深度犁
田后再耙田, 在耙田的同时撒施基肥的活动。 以上 3 个处理所施基肥为复合肥, 施肥量为 750 kg / hm2, 折合
每个模拟稻田小区 1. 35 kg。 各实验处理设 3 次重复。
1. 4摇 水样采集和分析
实验后的第 1 / 24、1、2、3、5、7 天分别从模拟稻田中采水样和土样带回实验室立即测定各项指标的含量。
水样各指标测定方法[19]总氮(TN)采用硫酸钾氧化鄄紫外分光光度法;铵氮(NH+4 鄄N)采用纳氏试剂光度法
(GB7479鄄87);硝氮(NO-3 鄄N)采用酚二磺酸光度法测定(GB7480鄄87);总磷(TP)和可溶性磷(DP)采用钼锑抗
分光光度法(GBll893鄄89)。 土样指标测定方法为硝态氮(NO-3 鄄N)和有效磷(AP)指标的具体检测方法均参见
《土壤农化分析》 [20]。
2摇 结果与分析
t-mt-qt-sh
采样时间 Samping time/d1/24 1 2 3 5 7
120
100
80
60
40
20
0
总氮
浓度
TN c
once
ntrat
ion/(
mg/L
)
图 1摇 不同耕作模式下稻田田面水中总氮的浓度动态变化
摇 Fig. 1摇 Dynamics curves of TN concentration in the paddy field
surface water after the different summer tillage system
2. 1摇 不同耕作模式下稻田田面水中氮素的动态特征
由图 1 可见, 不同耕作模式田面水中 TN的浓度变
化表现出不同的变化趋势。 虽然 t鄄q和 t鄄m处理后都呈
升鄄峰值鄄降的态势, 但 t鄄q 较之 t鄄m 较早地出现峰值。
t鄄sh的田面水中 TN浓度在初期较高, 之后随时间推移
呈缓慢下降的趋势。 田面水中 TN 的浓度在施肥耕作
处理后 1h 时, t鄄sh 最高为 81. 39 mg / L, t鄄q 次之为
37郾 06 mg / L, t鄄m最低为 5. 00 mg / L, 表现为 t鄄sh>t鄄q>
t鄄m, 这可能与耕作模式的扰动强度有关。
很显然, 深耕对土壤扰动强度较大, 土壤中氮素
向田面水中释放的 TN 也较大;免耕对土壤扰动最小,
所以在处理后的初期, 其田面水中 TN的浓度最低。 复
合肥施入稻田后, 在微生物的作用下发生复杂的生物
转化。 可能是由于浅耕的土壤表层微生物的活动, 较之免耕的田面水中微生物活动强烈, 所以浅耕的田面
7324摇 15 期 摇 摇 摇 冯国禄摇 等:不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力 摇
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水中 TN的浓度早于免耕出现峰值。 就深耕而言, 由于所施复合肥与土壤充分混合, 在土壤中生物转化后的
养分大部分被土壤胶粒固定, 即所谓的固定作用相对较强, 致使田面水中 TN浓度呈逐渐下降的趋势。
图 2 可知:耕作处理后 t鄄m的田面水中 NH+4 鄄N 浓度呈低鄄升鄄峰值鄄降的趋势, 而 t鄄q 和 t鄄sh 则表现平稳,
处于较低的浓度水平。 分析表明, 浅耕和深耕的土壤对复合肥在土壤中转化后的养分如 NH+4 有较强的固定
作用;免耕的土壤对田面水中 NH+4固定作用相对较弱。 从浅耕田面水中 TN的浓度峰值(图 1)出现时间相对
较早可见, 夏季气温较高, 有利于土壤浅层的微生物生物转化活动, 复合肥在田面水中的转化过程在第 2 天
左右已基本完成。
铵氮
浓度
NH 4
+ -N c
once
ntrat
ion/(
mg/L
)
硝氮
浓度
NO 3-
-N co
ncen
tratio
n/(m
g/L)
NO3-N NH4+-N
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
采样时间 Samping time/d
3
3
2
2
1
1
0 1/24 1 2 3 5 7
t-mt-qt-sht-mt-qt-sh
图 2摇 不同耕作模式下稻田田面水中硝氮和铵氮浓度的动态变化
Fig. 2摇 Dynamics curves of NO-3 鄄N and NH+4 鄄N concentration in the paddy field surface water after the different tillage systems
与 TN和 NH+4 鄄N相比, 田面水中 NO-3 鄄N在总体上处于较低的浓度水平。 田面水中硝态氮主要来自于田
面水中硝化作用生成的和土壤中原有 NO-3 鄄N含量。 从土壤中硝态氮的含量变化图 3 可知, 免耕的田面水中
NO-3 鄄N浓度总体上要低于浅耕和深耕, 是因为淹水后随土壤溶液进入田面水的原始 NO-3 鄄N含量相对较少所
致。 浅耕和深耕的田面水中 NO-3 鄄N浓度呈升鄄峰值鄄降鄄升的趋势, 于 5—7 d 后出现反弹上升的现象, 这可能
与田面水中由于硝化作用生物转化的 NO-3,以及土壤中原有的较高含量的 NO-3 鄄N,经土壤的耕作扰动后进入
田面水有关。
采样时间 Samping time/d
硝氮
含量
NO 3-
-N co
ntent
/(mg
/kg)
0.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100 1/24 1 2 3 5 7
t-mt-qt-sh
图 3摇 夏季施肥耕作后土壤硝氮含量动态变化
摇 Fig. 3摇 Dynamics curves of NO-3 鄄N content in the paddy field soil
after the summer fertilization cultivation
2. 2摇 不同耕作模式下稻田田面水中磷素的动态特征
不同耕作模式下稻田田面水中 TP和 DP 的动态变
化如图 4 所示:浅耕和深耕的田面水中 TP 和 DP 的浓
度变化近似, 在耕作处理后 1 / 24 d 最低, 为 0. 29—
1郾 17 mg / L 和 0. 13—0. 27 mg / L, 第 2 天最高, 为
4郾 16—5. 92 mg / L 和 2. 48—3. 02 mg / L,呈低鄄升鄄峰值鄄
降的趋势。 免耕的变化趋势与浅耕和深耕不同, 但其
田面水中 TP和 DP的浓度变化相似, 在处理后 1 / 24 d
最高, 为 2. 68 mg / L和 2. 52 mg / L, 之后呈逐渐下降的
趋势。 3 个耕作处理的田面水中 TP 和 DP 在耕作处理
5 d后均处于较低的浓度水平。
免耕和深耕处理的田面水中 TP 和 DP 浓度在第
1—5 天内浓度较高, 并且均表现为 t鄄m>t鄄sh。 就免耕而言,田面水中磷素主要来自田面水中复合肥溶解释放
8324 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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7
6
5
4
3
2
1
0
4
3
3
2
2
1
1
0
总磷
浓度
TP co
ncen
tratio
n/(m
g/L)
可溶
性磷
浓度
DP c
once
ntrat
ion/(
mg/L
)
采样时间 Samping time/dTP DP
1/24 1 2 3 5 7
t-mt-qt-sht-mt-qt-sh
图 4摇 不同耕作模式下稻田田面水中总磷和可溶性磷浓度动态变化
Fig. 4摇 Dynamics curves of TP and DP in the paddy field surface water after the different systems
80706050403020100有
效磷
AP c
onten
t/(mg
/kg)
1/24 1 2 3 5 7
采样时间 Samping time/d
t-mt-qt-sh
图 5摇 夏季施肥耕作后土壤有效磷含量动态变化
摇 Fig. 5 摇 Dynamics curves of AP content in the paddy field soil
after the summer fertilization cultivation
的磷素, 较之浅耕和深耕较易释放于田面水中, 之后
部分磷素又随田面水中的悬浮物沉降等是导致免耕田
面水中 TP和 DP高于深耕的原因。 就深耕而言, 可能
与耕作扰动使土壤的部分磷素如 AP向田面水释放(图
5), 以及施入土壤中的复合肥, 其溶解于土壤溶液的
PO-3 的一部分向田面水释放等密切关联。 就浅耕而言,
由于浅层扰动致使土壤中磷素释放至田面水中的磷素
浓度在初期相对较高;后期由于田面水中磷素随悬浮物
下沉等, 这可能是浅耕的田面水中 TP 和 DP 的浓度呈
逐渐下降的原因所在。
2. 3 摇 不同耕作模式下田面水中总氮的减排降污效能
分析
根据瞬时氮流失量吟Qi =A伊C i伊X i,式中 A为模拟稻田面积, C i 为各采样时间(d)的氮浓度, X i 为控水高
度(设常规控水高度为 3 cm), 假定在各采样时间点模拟稻田田面水中短时内迅速全部排干, 此时模拟稻田
田面水中总氮的绝对流失量见表 1。
表 1 显示:免耕处理, 较之浅耕和深耕, 在耕作后 2 d内田面水中 TN的绝对流失量要少, 但在第 2 天后
却表现出 吟(m寅0)>吟(q寅0)>吟(sh寅0), 且第 3 天的绝对流失量最大, 为 25. 19 kg / hm2, 具有较大的绝
对流失潜能。 就浅耕而言, 在处理后 1 / 24 d时, 其田面水中 TN的绝对流失量表现为吟(sh寅0)>吟(q寅0)>
表 1摇 不同耕作模式田面水中 TN的绝对流失量动态 / (kg / hm2)
Table 1摇 Dynamics of the absolute losses of TN in the paddy water after the different tillage systems
排水强度*
Drainage strength
排水时间 Sampling time / d
1 / 24 1 2 3 5 7
吟(m寅0) 1. 50依0. 082Aa 4. 31依0. 317Aa 16. 84依1. 065Aa 25. 19依0. 841Aa 10. 91依0. 152Aa 8. 64依0. 211Aa
吟(q寅0) 11. 12依 0. 237Ab 30. 00依0. 618Ab 18. 08依0. 870Aa 17. 46依0. 738Ab 8. 95依0. 074Ab 3. 54依0. 215Ab
吟(sh寅0) 24. 42依0. 245Ab 23. 18依0. 823Ab 15. 91依1. 068Aa 14. 21依0. 483Ab 8. 49依0. 058Ab 5. 55依0. 318Ab
摇 摇 *吟(m寅0)表示免耕处理后在不同时间排干田面水时 TN的绝对流失量;吟(q寅0)表示浅耕处理后在不同时间排干田面水时 TN 的绝对
流失量;吟(sh寅0)表示深耕处理后在不同时间排干田面水时 TN的绝对流失量
同列标有不同大写字母者表示组间差异极显著(P<0. 01);标有不同小写字母者表示组间差异显著(P<0. 05);标有相同小写字母者表示组
间差异不显著(P>0. 05)
9324摇 15 期 摇 摇 摇 冯国禄摇 等:不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力 摇
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吟(m寅0), 第 1 天时绝对流失量最大, 为 30. 00 kg / hm2, 之后田面水中 TN的绝对流失量表现为吟(q寅0)>
吟(sh寅0)。 就深耕而言, 其田面水中 TN的绝对流失量在耕作后 1 / 24 d 最大, 为 24. 42 kg / hm2, 之后呈逐
渐减少的趋势, 于第 5 天后田面水中 TN的绝对流失量处于较小的流失水平。
免耕后在第 3 天后排水, 与在第 3 天时排水相比, 可减少田面水中 TN流失 59. 55%—65. 68% 。 对浅耕
而言, 在第 1 天后排水, 与在第 1 天时排水相比, 可减少田面水中 TN 流失 39. 74%—88. 20% ;若在第 5—7
天排水, 可减少田面水中排放 TN 70. 15%—88. 20% 。 对深耕而言, 在 1 / 24 d后排水, 其减排效果较好, 在
5—7 d排水, 与其在 1 / 24 d时排水相比, 可减少排放田面水中 TN 65. 23%—77. 26% (表 2)。 由此可见, 夏
季耕作后, 不同的耕作模式应根据实际情况, 选择合适的排水时间, 以实现田面水的最佳减排效能。
表 2摇 不同耕作模式下相对排水时间的田面水中 TN减排效能 / %
Table 2摇 Emission performance of TN in the paddy water at relative to the drainage time after the different tillage systems
耕作模式 Cultivation mode
相对排水时间 Relative drainage time / d
1 / 24 1 2 3 5 7
t鄄m(3 d后排水 3 d later drainage) 0. 00 59. 55 65. 68
t鄄q(1 d后排水 1 d later drainage) 0. 00 39. 74 41. 80 70. 15 88. 20
t鄄sh(1 h后排水 1 h later drainage) 0. 00 5. 07 34. 83 41. 80 65. 23 77. 26
与深耕相比, 免耕和浅耕后在第 2—5 天排水, 其田面水中 TN的相对流失潜能较大, 其流失潜能分别为
5. 51%—16. 69%和 5. 18%—18. 60% (表 3)。 这表明, 深耕后模拟稻田田面水中 TN的流失潜能相对较小。
表 3摇 与深耕相比较的浅耕和免耕的田面水中 TN流失潜能 / %
Table 3摇 Loss potential compared with shallow tillage of TN in the paddy water from deep plowing and shallow plowing
指数
Index
排水时间 drainage time / d
1 / 24 1 2 3 5 7
*m / sh -1527. 84 -437. 28 5. 51 43. 59 16. 69 35. 78
*q / sh -119. 61 22. 73 11. 98 18. 60 5. 18 -56. 77
摇 摇 *m / sh=([t鄄m]-[t鄄sh]) / [ t鄄m]伊100: 计算的值为负值, 则表示免耕与深耕相比较的相对流失潜能较小, 为正值则表示免耕与深耕相比
较的相对流失潜能较大。 *q / sh =([t鄄q]-[t鄄sh]) / [ t鄄q]伊100:计算的值为负值, 则表示浅耕与深耕相比较的相对流失潜能较小, 为正值则表
示浅耕与深耕相比较的相对流失潜能较大
铵氮
与总
氮的
浓度
比值
Ratio
of [N
H 4+ -N
]/[TN
] 0.450.400.450.300.250.200.150.100.050
采样时间 Samping time/d1/24 1 2 3 5 7
t-mt-qt-sh
图 6摇 夏季施肥耕作后田面水铵氮浓度与总氮浓度比值动态变化
摇 Fig. 6 摇 Dynamics curves of ratio for [NH+4 鄄N] / [ TN] in the
paddy field surface water after the diferent tillage systems
不同耕作模式下田面水中[NH+4 鄄N] / [TN] 比值,
以 t鄄m 的为最大, t鄄q 次之, t鄄sh 为最小。 由于[NH+4 鄄
N] / [TN]值小于 0. 5(图 6), 因此, 田面水中表现为以
TN为主的相对流失形态与潜能。
2. 4摇 田面水中总磷减排降污效能分析
在耕作处理 1 d前, 田面水中 TP 的绝对流失量表
现为吟t鄄q>吟t鄄sh>吟t鄄m;在处理 1 d后则表现为吟t鄄m>
吟t鄄sh>吟t鄄q。 显然, 免耕处理田面水中 TP 的绝对流
失量最大, 范围在 0. 57—1. 78 kg / hm2;深耕处理田面
水中 TP 的绝对流失量次之, 范围在 0. 15—0. 21 kg /
hm2;浅耕处理田面水中 TP 绝对流失量最少, 范围在
0. 59—1. 25 kg / hm2(表 4)。 因此, 从减少田面水中 TP 的绝对流失量出发, 夏季浅耕不失为最佳清洁耕作
模式。
免耕处理在第 5 天后排水, 与其第 2 天排水时相比, 可以减少田面水中 TP流失 54. 70%—67. 78% 。 对
浅耕处理而言, 在 1 d后排水, 与其在 1 h 排水时相比, 田面水中 TP的减排效果明显, 若在第 2—7 天排水,
可减少田面水中排放 TP 62. 99%—85. 09% (表 5)。 对深耕处理, 在处理后 2 d前排水, 田面水中 TP的流失
0424 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 4摇 耕作处理后田面水中 TP的绝对流失量动态 / (kg / hm2)
Table 4摇 Dynamics of TP concentration in the paddy water after the different tillage systems
排水强度*
Drainage strength
排水时间 drainage time / d
1 / 24 1 2 3 5 7
吟(m寅0) 0. 09依0. 002Aa 1. 67依0. 057Aa 1. 78依0. 031Aa 1. 61依0. 022Aa 0. 80依0. 019Aa 0. 57依0. 010Aa
吟(q寅0) 0. 80依0. 025Bb 0. 54依0. 054Bb 0. 21依0. 032Bb 0. 30依0. 017Bb 0. 12依0. 018Bb 0. 15依0. 018Bb
吟(sh寅0) 0. 35依0. 014Cc 0. 38依0. 009Bc 1. 25依0. 024Cc 1. 12依0. 010Cc 0. 59依0. 032Cc 0. 15依0. 014Bb
摇 摇 *吟(m寅0)表示免耕处理后排干田面水时 TP的绝对流失量;吟(q寅0)表示浅耕处理后排干田面水时 TP的绝对流失量;吟(sh寅0)表示深
耕处理后排干田面水时 TP的绝对流失量
同列标有不同大写字母者表示组间差异极显著(P<0. 01);标有不同小写字母者表示组间差异显著(P<0. 05);标有相同小写字母者表示组
间差异不显著(P>O. 05)
表 5摇 相对排放时间田面水中 TP的减排效能 / %
Table 5摇 Emission performance of TP in the paddy water at the relative to the drainage time
耕作模式
Cultivation mode
排水时间 Drainage time / d
1 / 24 1 2 3 5 7
t鄄m(2 d后排水 2 d later drainage) 0. 00 9. 38 54. 70 67. 78
t鄄q(1 h后排水 1 h later drainage) 0. 00 32. 91 73. 91 62. 99 85. 09 81. 36
t鄄sh(2 d后排水 2 d later drainage) 0. 00 10. 15 52. 45 87. 99
可溶
性磷
浓度
与总
磷浓
度的
比值
Ratio
of [D
P]/[T
P]
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0 1/24 1 2 3 5 7
采样时间 Samping time/d
t-mt-qt-sh
摇 图 7摇 耕作处理后稻田田面水中可溶性磷浓度与总磷浓度比值动
态变化
Fig. 7摇 Dynamics ratio of [DP] / [TP] in the paddy field surface
water after after the different systems
量较大, 在 2 d后排水, 其减排效果较好, 若在 5—7d
排水, 与其在第 2 天排水时相比, 可减少排放田面水中
TP 52. 45%—87. 99% (表 5)。
不同耕作模式处理后田面水中磷素的相对流失形
态表现出一定的差异性(图 7)。 免耕处理, 在实验后
的 2 d内, 由于[DP] / [TP]大于 0. 5, 此时磷素流失形
态以 DP为主,在第 3 天后, [DP] / [TP]小于 0. 5,此时
田面水中磷素流失形态转化为以 TP 为主。 对浅耕处
理, 除第 3 天的[DP] / [TP]小于 0. 5 外, 其他采样时
间田面水中[DP] / [TP]大于 0. 5, 因此浅耕处理田面
水中磷素流失形态在总体上表现为以 DP 为主的流失
形态。 就深耕处理而言, 由于田面水中的[DP] / [TP],
在1 / 24—2 d 时段为 0. 11—0. 22, 在 2—3 d 时段为
0郾 60—0. 54,在 5—7 d时段为 0. 27—0. 40, 所以, 深耕处理的田面水中磷素流失形态在前期和后期以 TP 为
主, 在中期则以 DP为主, 流失形态呈现 TP与 DP交替变化的现象。
与浅耕相比, 免耕和深耕处理第 2 天后排水, 田面水中 TP 的相对流失潜能较大, 其流失潜能分别为
73郾 80%—88. 18%和 73. 45%—83. 18% (表 6)。 这也表明, 浅耕处理模拟稻田田面水中 TP的相对流失潜能
较小。
4摇 结论
不同耕作模式模拟滞水中氮磷的动态特征分析及总氮、总磷流失潜能与减排效能研究表明:
(1)深耕有利于土壤固肥作用的发挥, 田面水中 TN和 NH+4 鄄N浓度呈逐渐下降的趋势。 浅耕和深耕土壤
中微生物环境利于硝化反应, 不易被土壤吸附 NO-3 鄄N得以迅速向田面水中释放。 免耕和深耕处理的田面水
中 TP和 DP浓度在第 1—5 天内浓度较高, 3 个耕作处理的滞排水中 TP和 DP在耕作处理 5 d后均处于较低
的浓度水平。
1424摇 15 期 摇 摇 摇 冯国禄摇 等:不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力 摇
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表 6摇 与浅耕相比较的免耕和深耕田面水中 TP的流失潜能 / %
Table 6摇 Loss potential compared with shallow tillage of TP in the paddy water after deep plowing and shallow plowing
指数
Index
排水时间 Drainage time / d
1 / 24 1 2 3 5 7
*m / q -829. 27 67. 69 88. 18 81. 50 85. 09 73. 80
*sh / q -129. 91 -44. 00 83. 18 73. 45 79. 79 0. 00
摇 摇 *m / q=([t-m]-[t-q]) / [ t-m]伊100: 计算的值为负值, 则表示免耕与浅耕相比较的相对流失潜能较小, 为正值则表示免耕与浅耕相比
较的相对流失潜能较大; *sh / q =([t-sh]-[t-q]) / [ t-sh]伊100:计算的值为负值, 则表示深耕与浅耕相比较的相对流失潜能较小, 为正值则
表示深耕与浅耕相比较的相对流失潜能较大
(2)不同耕作模式滞水 5 d后 TN的绝对流失量均处于较低的流失水平。 免耕、浅耕、深耕在滞水 5 d 后
可分别减少田面水中 TN流失 59. 55%—65. 68% 、70. 15%—88. 20%和 65. 23%—77. 26% 。 深耕处理的模拟
稻田田面水中 TN的流失潜能相对较小。 不同耕作模式处理相对流失形态与潜能以 TN为主。
(3)免耕处理田面水中 TP的绝对流失量最大, 浅耕处理田面水中 TP 绝对流失量最少。 免耕、浅耕、深
耕在滞水 5 d 后再排水可分别减少田面水中 TP 流失 54. 70%—67. 78% 、62. 99%—85. 09%和 52. 45%—
87郾 99% 。 浅耕处理模拟稻田田面水中 TP的相对流失潜能较小。 不同耕作模式处理田面水中磷素的相对流
失形态表现出一定的差异性, 田面水中磷素流失形态随时间变化呈现出 TP与 DP交替变化的现象。
因此, 从减少田面水中氮磷的绝对流失量出发, 夏季浅耕不失为最佳清洁耕作模式;同时在滞水 5 d 后
再排水能有效减少田面水中氮磷的流失量, 减少稻田排水对面源污染的影响。
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3424摇 15 期 摇 摇 摇 冯国禄摇 等:不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 15 August,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Trophic group responses of ground arthropods to land鄄cover change and management disturbance
LI Fengrui, LIU Jiliang, HUA Wei,et al (4169)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
Construction and comparative analysis of enriched microsatellite library from Liposcelis bostrychophila and L. entomophila genome
WEI Dandan, YUAN Minglong, WANG Baojun, et al (4182)
……
……………………………………………………………………
Development of EST鄄SSRs markers and analysis of genetic diversities among different geographical populations of Manila clam
Ruditapes philippinarum YAN Xiwu, YU Zhifei, QIN Yanjie, et al (4190)………………………………………………………
Genetic diversity of different generations of the Dalian population of Manila clam Ruditapes philippinarum through selective breeding
YU Zhifei, YAN Xiwu, YANG Fei, et al (4199)
…
…………………………………………………………………………………
Comparative study of spike differentiation in wheat in the glasshouse and field
JIANG Lina, ZHAO Yanling, SHAO Yun, et al (4207)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of organic fertilizer on growth and endogenous hormone contents of wheat seedlings under salt stres
LIU Haiying, CUI Changhai, ZHAO Qian, et al (4215)
……………………………
……………………………………………………………………………
Impacts of climatic change on spring wheat growth in a semi鄄arid region of the Loess Plateau: a case study in Dingxi, Gansu
Province YAO Yubi, WANG Runyuan,YANG Jinhu,et al (4225)…………………………………………………………………
Dynamic changes in nitrogen and phosphorus concentrations and emission鄄reduction potentials in paddy field water under different
tillage models FENG Guolu, YANG Renbin (4235)………………………………………………………………………………
Effects of planting and straw returning of transgenic Bt maize on soil enzyme activities under field condition
YAN Shilei, ZHAO Lei, SUN Hongwei, et al (4244)
…………………………
………………………………………………………………………………
Effects of short鄄term flooding on Geobacteraceae spp. and Anaeromyxobacter spp. abundance in paddy soil
ZHU Chao, Stefan Ratering, QU Dong, et al (4251)
……………………………
………………………………………………………………………………
Adaptative adjustments of the sowing date of late season rice under climate change in Guangdong Province
WANG Hua,CHEN Xinguang,HU Fei,et al (4261)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Carbon and nitrogen sequestration rate in long鄄term fenced grasslands in Inner Mongolia, China
HE Nianpeng, HAN Xingguo, YU Guirui (4270)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Ecosystems carbon storage and carbon sequestration potential of two main tree species for the Grain for Green Project on China忆s
hilly Loess Plateau LIU Yingchun, WANG Qiufeng,YU Guirui, et al (4277)……………………………………………………
Wettability on plant leaf surfaces and its ecological significance SHI Hui, WANG Huixia, LI Yangyang (4287)……………………
Seasonal dynamics of litter accumulation in major forest communities on the northern slope of Changbai Mountain, Northeast China
ZHENG Jinping,GUO Zhongling,XU Chengyang,et al (4299)
………
………………………………………………………………………
A comparative study of seed germination traits of 52 species from Gurbantunggut Desert and its peripheral zone
LIU Huiliang, SONG Mingfang, DUAN Shimin, et al (4308)
………………………
………………………………………………………………………
The reproductive ecological characteristics of Sinosenecio jishouensis (Compositae) and its endangerment mechanisms
DENG Tao, CHEN Gongxi, ZHANG Daigui, et al (4318)
………………
…………………………………………………………………………
Iterative algorithm for analyzing the influence of the proportion of permanently destroyed sites on the equilibrium abundances of
species SHI Peijian,GE Feng,YANG Qingpei (4327)……………………………………………………………………………
Physiological mechanism of foliage spraying paclobutrazol on increasing salt tolerance of Jatropha curcas seedlings
MAO Yiqing, ZHENG Qingsong, CHEN Jianmiao, et al (4334)
……………………
…………………………………………………………………
Spatial ecological niche of main insect borers in larch of Aershan YUAN Fei,LUO Youqing,SHI Juan,et al (4342)…………………
Source areas and landing mechanism of early immigration of white鄄backed planthoppers Sogatella furcifera (Horv佗th) in Yunnan,
2009 SHEN Huimei, L譈 Jianping, ZHOU Jinyu , et al (4350)…………………………………………………………………
Life history and the evolutionary significance of egg diapause in Changsha population of the rice grasshopper, Oxya chinensis
(Orthoptera: Catantopidae) ZHU Daohong, ZHANG Chao, TAN Ronghe (4365)…………………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “518冶 nectarine orchard
SHI Xiaoli,BI Shoudong,GENG Jiguang,et al (4372)
……………………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of soil meso鄄 and microfauna communities in Zoig俸 alpine meadows on the eastern edge of Qinghai鄄Tibet Plateau, China
ZHANG Hongzhi, WU Pengfei, YANG Daxing, et al (4385)
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Seasonal changes in waterbirds population and movements of Great Black鄄headed Gull Larus ichthyaetus at Keluke Lake of Qinghai,
China ZHANG Guogang, LIU Dongping, HOU Yunqiu, et al (4398)……………………………………………………………
Predictions of net carbon emissions based on the emissions and forest carbon sinks in Yunnan Province
LIU Huiya, WANG Zheng, MA Xiaozhe (4405)
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Ecological water depletion by human use in Beijing City BAI Yinglan, WANG Rusong, YAO Liang (4415)…………………………
Review and Monograph
Research progress on regulation mechanism for the process of water transport in plants
YANG Qiliang, ZHANG Fucang, LIU Xiaogang, et al (4427)
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Antibiotics in environmental matrices and their effects on microbial ecosystems YU Shen, WANG Min, HONG Youwei (4437)……
Anaerobic ammonium oxidation in natural ecosystems SHEN Lidong, ZHENG Ping, HU Baolan (4447)………………………………
Scientific Note
Ecological characteristics of macrobenthic communities and their relation to water environmental factors in four bays of southern
Shandong Peninsula ZHANG Ying, L譈 Zhenbo, XU Zongfa, et al (4455)………………………………………………………
Seasonal succession of crustacean zooplankton in relation to the major environmental factors in Lake Ulungur, Xinjiang
YANG Lili,ZHOU Xiaoyu,LIU Qigen,et al (4468)
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Effect of different fertilization and irrigation practices on soil ammonia volatilization of Arecanut (Areca catechu L. )
LU Lilan, GAN Bingchun, XU Minghui, et al (4477)
………………
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2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 15 期摇 (2011 年 8 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 15摇 2011
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