專利名稱：水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水稻灌溉和施肥的優(yōu)化管理來(lái)降低面源污染，具體來(lái)說(shuō)是一種水稻干濕交替生態(tài)灌溉與適時(shí)適地生態(tài)施肥耦合的水肥管理氮磷減排技術(shù)，屬于環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)面源污染控制環(huán)保領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)水稻種植面積達(dá)3100萬(wàn)公頃，占我國(guó)糧食作物總面積的27%，是我國(guó)灌溉用水量最大、化肥使施用量最多的作物。一方面，農(nóng)田灌溉用水浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重，灌溉水的利用效率僅為0. 45左右；另一方面，肥料的大量投入盡管提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，但由于施肥不平衡、過(guò)度施氮及施氮方式不合理等，氮肥利用率僅為30% 35%。不合理的水肥管理造成農(nóng)田氮磷的大量流失，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，威脅著農(nóng)業(yè)生態(tài)穩(wěn)定和水環(huán)境安全。目前，農(nóng)民常規(guī)水肥管理中普遍存在著“大水大肥”的現(xiàn)象稻田灌溉采用大水漫灌，稻田處于長(zhǎng)期淹水狀態(tài)，灌溉水分投入過(guò)量，而田間施肥則往往憑經(jīng)驗(yàn)施肥，為追求高產(chǎn)盲目增加肥料投入，肥料利用率低、氮磷流失量大，二者導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)面源污染。為應(yīng)對(duì)水資源短缺和肥料過(guò)量投入，水稻節(jié)水灌溉技術(shù)和適配施肥逐漸研究深入，濕潤(rùn)灌溉、間歇灌溉、干濕交替灌溉、覆膜旱作等這些節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于降低稻田灌溉水量、提高水分利用效率起到了明顯的促進(jìn)作用，而測(cè)土配方施肥、適地養(yǎng)分管理等施肥技術(shù)的推廣也對(duì)稻田肥料減量、肥料利用率提高和水稻增產(chǎn)發(fā)揮了顯著的積極效應(yīng)。但是這些水分管理和養(yǎng)分管理沒(méi)有綜合考慮水稻產(chǎn)量、肥料投入、和環(huán)境污染等因素而進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)配合， 水肥的供應(yīng)與水稻各生育期水肥需求仍然缺乏較好的匹配，農(nóng)業(yè)面源污染減排壓力依然嚴(yán)峻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，本發(fā)明針對(duì)農(nóng)民常規(guī)水肥管理中“大水大肥”過(guò)量灌溉與施肥的不合理現(xiàn)象，所提出的新的水稻干濕交替生態(tài)灌溉與適時(shí)適地生態(tài)施肥耦合的水肥管理技術(shù)。該水肥管理技術(shù)中稻田的水分管理采用干濕交替灌溉管理，肥料管理主要是氮肥管理采用適時(shí)適地生態(tài)施肥。將干濕交替生態(tài)灌溉與生態(tài)施肥管理相結(jié)合，來(lái)優(yōu)化水稻水肥管理，發(fā)揮水肥的協(xié)同作用，使得灌溉施肥與水稻對(duì)水肥吸收利用相匹配，從而降低稻田灌溉用水和肥料投入，促進(jìn)水稻高產(chǎn)、提高水分和肥料利用效率、降低稻田排水并減少氮磷通過(guò)地表徑流和地下淋溶滲漏等途徑損失，為農(nóng)業(yè)面源污染控制提供技術(shù)支持。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，包含稻田的水分管理和稻田的養(yǎng)分管理這兩大部分，稻田的水分管理采用擇時(shí)干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉模式，包括以下步驟①、水稻移植10 14天開(kāi)始間歇性的灌溉，先將稻田灌溉至初始田面水深為 60 80mm,
②、待田面自然水落干至表土以下50 IOOmm時(shí)，灌溉至初始田面水深；③、反復(fù)進(jìn)行步驟②；在反復(fù)進(jìn)行步驟②的過(guò)程中，當(dāng)遇到水稻孕穗期及開(kāi)花期時(shí)，停止進(jìn)行步驟②，保持田面水深為10 80mm ；④、開(kāi)花期結(jié)束后，繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行步驟②，直至水稻黃熟；待田面自然水落干至表土以下0 IOmm時(shí)，收割水稻；說(shuō)明，在上述稻田的水分管理中田面水深是指田間水面距離稻田表土的深度，因水分蒸發(fā)、土壤滲漏和植物蒸騰等原因，田面水位會(huì)自然下降；待田面自然水落干至表土以下50 IOOmm時(shí)，是指水分下降至稻田表土以下50 IOOmm時(shí)。在整個(gè)稻田的水分管理期間，無(wú)論自然情況是下雨還是晴天，均需要滿足相應(yīng)條件才進(jìn)行下一步驟；稻田的養(yǎng)分管理采用適時(shí)適地生態(tài)施肥模式，包括如下步驟①、確定水稻目標(biāo)產(chǎn)量Y(kg hm_2)水稻目標(biāo)產(chǎn)量為當(dāng)?shù)?指該種植區(qū)域)稻谷往年最大產(chǎn)量的70 80%或當(dāng)?shù)氐竟韧昶骄a(chǎn)量的113 118% ；稻谷是指含水率13. 5 14. 5%的稻谷；往年一股是指前3 前10年度內(nèi)，即，為了保證數(shù)據(jù)的相對(duì)正確性和獲取原始數(shù)據(jù)的便捷性，最低選用3組數(shù)據(jù)，最高可選用10組數(shù)據(jù)。②、獲得土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力INS(kg hm_2)事先設(shè)置缺N肥施肥區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)；缺N肥施肥的水稻地上部分氮素積累量=INS ；③、測(cè)算水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的N素養(yǎng)分需求量RNR(kg hm_2)
RNR = YXCGN+ (TB-Y) XMCNS式中RNR為水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的N素養(yǎng)分需求量(也即是水稻目標(biāo)產(chǎn)量的氮素需求量)，Y為步驟①所得的水稻目標(biāo)產(chǎn)量；CGN為常規(guī)施肥區(qū)稻谷中N營(yíng)養(yǎng)元素的含量 (kgkg—1) ；TB為常規(guī)施肥區(qū)水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的總生物量(秸稈干物質(zhì)量+稻谷產(chǎn)量，kg hm_2) ；MCNS為常規(guī)施肥區(qū)水稻秸稈(干物質(zhì))中N營(yíng)養(yǎng)元素的含量(kg kg^^CGN.TB.MCNS 均可以在水稻收獲后實(shí)測(cè)獲得；說(shuō)明式中的稻谷是指含水率13. 5 14. 5%的稻谷；④、估算氮肥施用量(FR，kg hm_2)FR = (RNR-INS) / (RENXNC) ；REN為水稻對(duì)氮肥吸收利用率，設(shè)定為0. 4 0.55(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而得)；NC為肥料含氮量(可根據(jù)肥料的說(shuō)明書(shū)而得知或者按照常規(guī)方法檢測(cè)而得)；⑤、動(dòng)態(tài)調(diào)整氮肥施用量對(duì)于人工插植水稻或機(jī)插水稻，插秧前1 2天田間需要施用基肥，基肥施用量為預(yù)測(cè)氮肥施用量FR的20% 30%，而后在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期這3個(gè)關(guān)鍵生育期通過(guò)葉片比色卡在水稻葉片的LCC讀數(shù)來(lái)調(diào)整氮肥施用量；對(duì)于直播水稻，無(wú)需施基肥，直接在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期這3個(gè)關(guān)鍵生育期通過(guò)葉片比色卡在水稻葉片的LCC讀數(shù)來(lái)調(diào)整氮肥施用量；調(diào)整規(guī)則為當(dāng)LCC彡3時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hnT2，氮肥施用量為75kg hnT2 ；5t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hnT2，氮肥施用量為100kg hnT2 ；6t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hnT2，氮肥施用量為 125kg hnT2 ；7t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y，氮肥施用量為150kg hnT2 ；當(dāng)LCC = 3. 5時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hm_2，氮肥施用量為50kg hm_2 ；5t hm_2〈目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hm_2，氮肥施用量為75kg hm_2 ；6t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hm_2，氮肥施用量為 100kg hnT2 ；7t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y，氮肥施用量為hnT2 ；當(dāng)LCC彡4時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hnT2，氮肥施用量為Okg hnT2 ；5t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量 Y，氮肥施用量為45kg hnT2。說(shuō)明稻田的養(yǎng)分管理中的步驟②和③是在本稻田種植區(qū)域內(nèi)前一次水稻種植時(shí)間時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，從而獲得步驟④的估算氮肥施用量，從而為如步驟⑤所述的本次水稻種植的“動(dòng)態(tài)調(diào)整氮肥施用量”作好準(zhǔn)備。作為本發(fā)明的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法的改進(jìn)稻田的養(yǎng)分管理的步驟②中，水稻地上部分氮素積累量(kg hnT2)=秸稈干物質(zhì)量 (kg hm_2) X禾吉稈中含氮量(kg kg—1) +稻谷產(chǎn)量(kg hm_2) X稻谷中含氮量(kg kg-1)；稻谷為含水率13. 5 14. 5%的稻谷。作為本發(fā)明的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法的進(jìn)一步改進(jìn)稻田的水分管理中，田間水位監(jiān)測(cè)采用測(cè)量管，該測(cè)量管為直徑200mm、長(zhǎng)400mm 的PVC塑料管材，沿管材底部在管壁四周均勻鉆一圈滲水孔，然后每隔20mm的高度在管壁四周均勻鉆一圈滲水孔(即，相鄰的上下兩排滲水孔的孔間距為25mm)，滲水孔直徑為5mm， 共計(jì)11 12排孔，且同一水平面上一圈打30孔；將測(cè)量管的底部朝下筆直埋入稻田土壤中，使最上排的滲水孔位于表土以下0 5mm ；刨去測(cè)量管內(nèi)的泥土，從而使測(cè)量管內(nèi)泥土的高度< 50mm。作為本發(fā)明的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法的進(jìn)一步改進(jìn)稻田的養(yǎng)分管理的步驟⑤中，葉片比色卡使用方法為在一塊田間選取均勻分布的10 15穴水稻；每穴選擇最長(zhǎng)的葉片比色，將葉片正面貼在葉色卡上，觀察葉片顏色是否與葉色卡上的級(jí)數(shù)相同，相同為該級(jí)數(shù)，介于色彩中間等級(jí)的可取平均值。本發(fā)明的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，是指將擇時(shí)干濕交替的節(jié)水生態(tài)灌溉與適時(shí)適地的生態(tài)施肥相配合來(lái)進(jìn)行水肥耦合管理而形成的一種對(duì)稻田氮磷流失的具有強(qiáng)化減排效應(yīng)的方法。在本發(fā)明的稻田的水分管理中，干濕交替灌溉作為一種稻田的節(jié)水灌溉方式，與常規(guī)連續(xù)淹水灌溉相比，其最大的特點(diǎn)在于允許稻田周期性的灌溉與落干，在農(nóng)戶實(shí)際操作中可以通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)量管(為耐濕性管材)和刻度標(biāo)尺來(lái)監(jiān)測(cè)田間水位。在本發(fā)明的稻田的養(yǎng)分管理稻田的養(yǎng)分管理采用適時(shí)適地生態(tài)施肥方式。適時(shí)適地生態(tài)施肥是一種以氮肥管理為中心，多元素配合的水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的施肥技術(shù)， 與農(nóng)戶常規(guī)施肥管理相比，最大的特點(diǎn)在于綜合考慮了水稻品種的潛在產(chǎn)量，當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)的目標(biāo)產(chǎn)量，水稻土壤本底養(yǎng)分供應(yīng)能力，水稻目標(biāo)產(chǎn)量下養(yǎng)分的需求量及水稻養(yǎng)分吸收利用率等因素來(lái)預(yù)測(cè)氮肥的施肥量，從水稻氮素平衡供應(yīng)出發(fā)，調(diào)節(jié)氮肥分次施用時(shí)期， 并在水稻主要生育期利用葉色卡來(lái)監(jiān)測(cè)水稻植株氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，從而調(diào)整氮肥施用量，以期獲得施氮時(shí)間和施氮量與水稻對(duì)氮素吸收的協(xié)調(diào)一致，從而最大限度地提高肥料利用效率。
本發(fā)明的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排技術(shù)，通過(guò)水稻的水肥優(yōu)化管理來(lái)發(fā)揮水肥的協(xié)同作用，使得灌溉施肥與水稻對(duì)水肥吸收利用相匹配，從而促進(jìn)水稻高產(chǎn)、提高水分和肥料利用效率、降低稻田排水并減少稻田氮磷通過(guò)地表徑流和地下淋溶滲漏等途徑損失。其環(huán)境意義是通過(guò)合理的生態(tài)灌溉與生態(tài)施肥，降低稻田灌溉用水和肥料施用，減少稻田徑流排水與氮磷流失，從而控制稻田農(nóng)業(yè)面源污染，減輕河流湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化和地下水硝酸鹽污染的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排技術(shù)的具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1)、水肥耦合管理氮磷減排技術(shù)操作方便只需要通過(guò)埋設(shè)耐濕性管材(測(cè)量管) 即可方便觀察田間水位，并判斷是否需要進(jìn)行灌溉，而通過(guò)“測(cè)土配肥”后利用簡(jiǎn)單的葉片比色卡在水稻關(guān)鍵生育期葉片上比對(duì)讀數(shù)即可適時(shí)適地施用氮肥；2)、水肥耦合管理氮磷減排技術(shù)應(yīng)用成本低水肥耦合管理中田間水分管理通過(guò)耐濕性管材來(lái)實(shí)現(xiàn)，養(yǎng)分管理具體是追肥管理通過(guò)葉片比色卡實(shí)現(xiàn)。一個(gè)耐濕性管材和一支葉片比色卡成本僅25元，且均可以反復(fù)使用，成本低。3)、水肥耦合管理氮磷減排技術(shù)氮磷減排潛力大通過(guò)生態(tài)灌溉，稻田徑流排水量和滲漏淋溶量可減少20 30%，而生態(tài)施肥降低了肥料投入，稻田田面水和滲漏水中氮磷濃度可降低15 25%，因而水肥耦合管理稻田田間氮磷流失負(fù)荷能夠削減30 45%，稻田氮磷減排潛力巨大。綜上所述，本發(fā)明將生態(tài)灌溉與生態(tài)施肥技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，根據(jù)水稻不同生育期的水肥需求規(guī)律，確定水肥因子的最佳施用量及水、肥協(xié)同作用的最佳時(shí)期，充分發(fā)揮水肥耦合的效應(yīng)，提高水肥分利用率，增加水稻產(chǎn)量，從而建立區(qū)域性高產(chǎn)、高效、節(jié)水的經(jīng)濟(jì)適用與環(huán)境友好的水肥管理模式，防止不合理的灌溉與施肥造成的氮磷流失，對(duì)節(jié)約水資源和農(nóng)業(yè)面源污染氮磷減排具有重要的意義。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是干濕交替生態(tài)灌溉水位監(jiān)測(cè)管及其田間應(yīng)用；圖2是稻田不同灌溉模式下的降雨量與田面水深變化過(guò)程；圖3是稻田暴雨徑流產(chǎn)生量與發(fā)生次數(shù)；圖4是稻田不同水肥管理模式下暴雨徑流TN濃度；圖5是稻田不同水肥管理模式下暴雨徑流TP濃度。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、一種水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，主要通過(guò)干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉與適時(shí)適地的生態(tài)施肥(即稻田的水分管理和稻田的養(yǎng)分管理)這2大內(nèi)容配合實(shí)施；1)、稻田的水分管理稻田的水分管理采用擇時(shí)干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉模式，包括以下步驟前期準(zhǔn)備工作A、對(duì)于人工插植水稻或機(jī)插水稻稻谷播種后，經(jīng)過(guò)2 3周的育秧期，將秧苗人
7工或機(jī)插于平整的田塊，此時(shí)維持稻田的田面水深(田間水面距離稻田表土的深度)30 50mm 12天，從而保證水稻能夠順利的存活和返青；對(duì)于直播水稻在水稻種子出芽早期田面無(wú)需灌溉，保持濕潤(rùn)即可，待水稻發(fā)芽出苗后適當(dāng)淺水層灌溉(保持田面水深10 30mm，時(shí)間為12天)；B、在稻田中埋置測(cè)量管(即耐濕性管材，一種PVC塑料管，直徑(內(nèi)徑)200mm，長(zhǎng) 400mm)，沿管材底部在管壁四周均勻鉆一圈滲水孔(即最下排的滲水孔的底部與管材底部相齊平)，然后每隔20mm的高度在管壁四周均勻鉆一圈滲水孔，滲水孔直徑為5mm，即，相鄰的上下兩排滲水孔的孔間距為25mm。在上下方向上共計(jì)11排孔，且同一水平面上一圈打 30孔。測(cè)量管用于監(jiān)測(cè)田間水位(見(jiàn)圖1)。C、稻田的排水口設(shè)置在高于稻田表土 80mm的位置處，從而確保田面水深最多為 80mmo埋置測(cè)量管時(shí)，將測(cè)量管底部朝下筆直埋入稻田土壤(此稻田土壤是指距田邊 500mm處的土壤，從而既能保證測(cè)量田間水位高度的方便，也能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，S卩，避免了在稻田的四周邊緣所可能存在的數(shù)據(jù)偏差)中，使最上排的滲水孔的頂端位于稻田表土以下0 5mm ；刨去測(cè)量管內(nèi)的泥土，從而使測(cè)量管內(nèi)泥土的高度< 50mm(例如為IOmm)，此高度能保證刨去管內(nèi)泥土至犁底層，從而可保證淹水時(shí)測(cè)量管內(nèi)外水位一致。①、水稻移植12天(即將秧苗人工或機(jī)插于平整的田塊之日起12天，或者待水稻發(fā)芽出苗之日起12天)開(kāi)始間歇性的灌溉，先將稻田灌溉至初始田面水深為60 80mm。②、待田面自然水落干至表土以下80 90mm時(shí)，灌溉至初始田面水深(即，灌溉至田面水深為60 80mm)。③、反復(fù)進(jìn)行步驟②；在進(jìn)行反復(fù)進(jìn)行步驟②的過(guò)程中，當(dāng)遇到水稻孕穗期及開(kāi)花期時(shí)，停止進(jìn)行步驟②，保持田面水深為10 20mm ；其余水稻的生長(zhǎng)期間，仍然按照步驟② 的規(guī)律要求進(jìn)行。④、等到水稻的開(kāi)花期結(jié)束后，繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行步驟②，直至水稻黃熟；待田面自然水落干至表土以下5 IOmm時(shí)，收割水稻；2)、稻田的養(yǎng)分管理采用適時(shí)適地生態(tài)施肥模式，包括如下步驟①、確定水稻目標(biāo)產(chǎn)量Y(kg hm_2)水稻目標(biāo)產(chǎn)量為當(dāng)?shù)?該種植區(qū)域)稻谷前5年內(nèi)最大產(chǎn)量的75%或當(dāng)?shù)氐竟惹?5年內(nèi)平均產(chǎn)量的115% ；稻谷為含水率14%的稻谷。②、獲得土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力INS (kg hm_2)我們定義土壤某種養(yǎng)分的潛在供應(yīng)能力(Indigenous nutrient supply)為在不施用該種肥料養(yǎng)分，而其它養(yǎng)分元素充分供應(yīng)的情況下，作物生長(zhǎng)期間其地上部累積的該種養(yǎng)分的總量。因此，水稻土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力(INS，kg hm_2)即指水稻在生育季節(jié)從土壤溶液中吸收的所有非當(dāng)季肥料養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，具體包括從土壤固相釋放的養(yǎng)分，以及除了肥料之外的來(lái)自灌溉、大氣干濕沉降、生物固N(yùn)、以及偶發(fā)洪水等帶入的養(yǎng)分，這是一個(gè)綜合性指標(biāo)。土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力可通過(guò)在該區(qū)域代表性田塊設(shè)立缺N肥施肥區(qū)來(lái)估算，即水稻地上部分在缺N肥施肥區(qū)(P、K和其它養(yǎng)分充足供應(yīng))累積的總N量為土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)量。在測(cè)定土壤潛在N素養(yǎng)分供應(yīng)具體實(shí)施中，常規(guī)施肥區(qū)(FFP)區(qū)和缺N肥施肥區(qū)(NO)各占田塊的一半，面積分別為500 1000m2。常規(guī)施肥區(qū)按氮、磷、鉀配施，一股每公頃施肥折合純N180 300kg,P2O5 45 60kg,K2O 90 150kg ；缺N肥施肥區(qū)不施氮肥，磷肥、鉀肥與常規(guī)施用量一致。水稻的收割后，缺N肥施肥區(qū)(P、K和其它養(yǎng)分充足供應(yīng))水稻地上部分累積的總N量為土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)量INS。即，前一年度需要在該水稻田內(nèi)事先按照上述要求設(shè)置缺N肥施肥區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)；缺N肥施肥區(qū)的水稻地上部分氮素積累量=INS ；水稻地上部分氮素積累量(kg hm_2)=秸稈干物質(zhì)量(kg hm_2) X秸稈(干物質(zhì)) 中含氮量(kg kg—1) +稻谷產(chǎn)量(kg hm_2) X稻谷中含氮量(kg kg-1)；稻谷為含水率14%的稻谷。按照此公式可得出缺N肥施肥區(qū)的水稻地上部分氮素積累量，即土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力INS。③、測(cè)算水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的N素養(yǎng)分需求量RNR(kg hm_2)RNR = YXCGN+ (TB-Y) XMCNS式中RNR為水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的N素養(yǎng)分需求量，Y為步驟①所得的水稻目標(biāo)產(chǎn)量； CGN為常規(guī)施肥區(qū)稻谷中N營(yíng)養(yǎng)元素的含量(kg kg—1) ；TB為常規(guī)施肥區(qū)水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的總生物量(秸稈干物質(zhì)量+稻谷產(chǎn)量，kg hm_2) ；MCNS為常規(guī)施肥區(qū)水稻秸稈(干物質(zhì))中 N營(yíng)養(yǎng)元素的含量(kg kg—1)，CGN、TB, MCNS均可以在水稻收獲后實(shí)測(cè)獲得；稻谷為含水率14%的稻谷。④、估算氮肥施用量(FR，kg hm_2)FR= (RNR-INS)/(RENXNC) ；REN為水稻對(duì)氮肥吸收利用率，設(shè)定為0. 4 0. 5 ；NC 為肥料含氮量；⑤、動(dòng)態(tài)調(diào)整氮肥施用量對(duì)于人工插植水稻或機(jī)插水稻，插秧前1 2天田間需要施用基肥，基肥施用量為預(yù)測(cè)氮肥施用量FR的20% 30%，而后在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期這3個(gè)關(guān)鍵生育期通過(guò)葉片比色卡在水稻葉片的LCC讀數(shù)來(lái)調(diào)整氮肥施用量；對(duì)于直播水稻，無(wú)需施基肥，直接在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期這3個(gè)關(guān)鍵生育期通過(guò)葉片比色卡在水稻葉片的LCC讀數(shù)來(lái)調(diào)整氮肥施用量；調(diào)整規(guī)則為當(dāng)LCC彡3時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hnT2，氮肥施用量為75kg hnT2 ；5t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hnT2，氮肥施用量為100kg hnT2 ；6t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hnT2，氮肥施用量為 125kg hnT2 ；7t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y，氮肥施用量為150kg hnT2 ；當(dāng)LCC = 3. 5時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hnT2，氮肥施用量為50kg hnT2 ；5t hnT2〈目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hm_2，氮肥施用量為75kg hm_2 ；6t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hm_2，氮肥施用量為 100kg hnT2 ；7t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y，氮肥施用量為hnT2 ；當(dāng)LCC彡4時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hnT2，氮肥施用量為Okg hnT2 ；5t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量 Y，氮肥施用量為45kg hnT2。具體如表1所示。表1、基于葉片比色卡讀數(shù)(LCC)及目標(biāo)產(chǎn)量(Y)下的生態(tài)施肥方案葉片比色卡讀數(shù)LCC (每次施肥前對(duì)比)氮肥施用量(kghm_2)目標(biāo)產(chǎn)量K < 5 t hm"2目標(biāo)產(chǎn)量F < 6 t hm"2目標(biāo)產(chǎn)量F < 71 hm"2目標(biāo)產(chǎn)量Γ >7 t hm"2LCC<375100125150LCC=3.55075100125LCC>40454545說(shuō)明表1中目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hm—2，是指5t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hm—2，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hnT2，是指6t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hnT2。葉片比色卡使用方法為在一塊田間選取均勻分布的10 15穴水稻；每穴選擇最長(zhǎng)的葉片比色，將葉片正面貼在葉色卡上，觀察葉片顏色是否與葉色卡上的級(jí)數(shù)相同，相同為該級(jí)數(shù)，介于色彩中間等級(jí)的可取平均值。實(shí)際操作中可以根據(jù)葉色偏向的色級(jí)取相鄰近的級(jí)數(shù)，記錄各次測(cè)定結(jié)果，然后計(jì)算出一個(gè)田塊所有測(cè)定的平均值，根據(jù)表1中提供的施肥方案施肥可獲得較高的產(chǎn)量和提高施肥效益。下面結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)驗(yàn)1 水肥生態(tài)耦合管理對(duì)稻田徑流氮磷減排效果實(shí)驗(yàn)于2010年在杭州市余杭區(qū)徑山鎮(zhèn)前溪村(30° 21' N, 119° 53' E)選取了代表性的稻田進(jìn)行水肥生態(tài)耦合管理(ASM，如實(shí)施例1所示)和農(nóng)民常規(guī)水肥管理(FCP)對(duì)稻田徑流排水中氮磷流失減排效果的對(duì)比試驗(yàn)研究。在稻田灌溉方面，水肥生態(tài)耦合管理實(shí)驗(yàn)區(qū)(ASM)采用干濕交替的節(jié)水生態(tài)灌溉方式，農(nóng)民常規(guī)水肥管理(FCP)采用連續(xù)淹水灌溉方式；在生態(tài)施肥實(shí)施前課題組在徑山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)查得到該區(qū)域的水稻多年(5年)平均產(chǎn)量約為6600kg hm_2，因而確定實(shí)驗(yàn)區(qū)的田塊目標(biāo)產(chǎn)量為Y = (1+15% ) X6600 = 7600kg hm_2。在該地前一年度事先設(shè)立缺氮肥施肥區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)進(jìn)行比對(duì)，測(cè)定的土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力(1賂)平均為85kghm_2 ； 而常規(guī)施肥區(qū)稻谷中N營(yíng)養(yǎng)元素的濃度含量為CGN = 0. Ollkg kg—1，常規(guī)施肥區(qū)水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的總生物量TB= 15000kg hm_2，常規(guī)施肥區(qū)水稻秸稈(干物質(zhì))中N營(yíng)養(yǎng)元素的濃度為MCNS = 0. 005kg kg-1,因此水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的養(yǎng)分需求RNR = YXCGN+ (TB-Y) XMCNS =7600X0. 011+(15000-7600) X0. 005 = 120. 6kg hnT2 ；氮肥使用尿素，尿素的含氮量為 0. 46kg kg—1，氮肥吸收利用率REN為0. 45，因而估測(cè)ASM處理的田塊氮肥施用量為FR = (RNR-INS)/(NCXREN) = (120. 6-85)/(0. 46X0. 45) = 172kg hnT2。稻田適時(shí)適地生態(tài)施肥具體操作過(guò)程中，按25%估測(cè)的氮肥施用量03kg hm_2) 作基肥，同時(shí)根據(jù)水稻關(guān)鍵生育期(如分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期)葉片比色卡讀數(shù)LCC值進(jìn)行了三次追肥，3次的LCC均為4，因此共計(jì)追肥45*3 = 135kg hnT2。整個(gè)水稻季ASM處理實(shí)際氮肥施用量核算為hnT2。研究發(fā)現(xiàn)(1)通過(guò)田間水位監(jiān)測(cè)及灌溉計(jì)量裝表統(tǒng)計(jì)表明整個(gè)水稻季水肥生態(tài)耦合管理(ASM)稻田總水分用量為9170t hm_2(其中灌溉水量核定為4200t hm_2，其余為天然水)，農(nóng)民常規(guī)水肥管理(FCP)稻田總水分用量為11850t hm_2(其中灌溉水量核定為 6880t hm_2，其余為天然水)，水肥生態(tài)耦合管理每公傾節(jié)省灌溉水量沈80噸，顯著降低了稻田灌溉水量。同時(shí)，盡管連續(xù)強(qiáng)降雨造成了田面水的溢流，但水稻整個(gè)生育期內(nèi)水肥生態(tài)耦合管理(ASM)稻田的田面水位顯著低于常規(guī)水肥管理(FCP)稻田(見(jiàn)圖幻，且FCP處理暴雨徑流發(fā)生11次，稻田徑流排水總量1980t hm_2，ASM處理暴雨徑流發(fā)生8次，稻田徑流排水總量1310t hm_2，水肥生態(tài)耦合管理每公傾減少?gòu)搅髋潘?70噸，表明采用干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉方式的水肥生態(tài)耦合管理可顯著降低暴雨徑流發(fā)生次數(shù)與發(fā)生量(見(jiàn)圖幻；(2) ASM處理氮肥施用量為17 hm_2，而當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)水肥管理農(nóng)民氮肥施肥量為MOkg hm_2，其純氮投入削減比例達(dá)25. 8%，表明采用適時(shí)適地生態(tài)施肥的水肥生態(tài)耦合管理每公傾節(jié)省氮肥施用量62kg(折合尿素13^g)，顯著降低了稻田氮肥施用量。此外，由于氮肥的合理使用促進(jìn)了水稻生長(zhǎng)，ASM處理中磷肥用量也從FCP處理的55kg P ha—1削減至45kg P ha"1, 純磷削減比例達(dá)18.2% ;C3)水肥生態(tài)耦合較常規(guī)水肥管理有效降低了暴雨徑流氮磷的流失量(見(jiàn)圖4、圖幻。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，相對(duì)于FCP處理，ASM處理稻田總氮、總磷流失削減率分別達(dá)47. 6 %、44. 4%，表明干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉與適時(shí)適地生態(tài)施肥耦合的氮磷減排技術(shù)對(duì)稻田氮、磷流失的減排作用顯著。最終測(cè)產(chǎn)表明，ASM處理水稻產(chǎn)量為7478kg hm_2， 而FCP處理水稻產(chǎn)量為7125kg hm_2。 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，其特征是包含稻田的水分管理和稻田的養(yǎng)分管理；所述稻田的水分管理采用擇時(shí)干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉模式，包括以下步驟①、水稻移植10 14天開(kāi)始間歇性的灌溉，先將稻田灌溉至初始田面水深為60 80mm ；②、待田面自然水落干至表土以下50 IOOmm時(shí)，灌溉至初始田面水深；③、反復(fù)進(jìn)行步驟②；在所述反復(fù)進(jìn)行步驟②的過(guò)程中，當(dāng)水稻孕穗期及開(kāi)花期時(shí)，停止進(jìn)行步驟②，保持田面水深為10 80mm ；④、開(kāi)花期結(jié)束后，繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行步驟②，直至水稻黃熟；待田面自然水落干至表土以下0 IOmm時(shí)，收割水稻；所述稻田的養(yǎng)分管理采用適時(shí)適地生態(tài)施肥模式，包括如下步驟①、確定水稻目標(biāo)產(chǎn)量Y(kghm_2)所述水稻目標(biāo)產(chǎn)量為當(dāng)?shù)氐竟韧曜畲螽a(chǎn)量的70 80%或當(dāng)?shù)氐竟韧昶骄a(chǎn)量的 113 118% ；所述稻谷為含水率13. 5 14. 5%的稻谷；②、獲得土壤潛在氮素養(yǎng)分供應(yīng)能力INS(kg hm_2)事先設(shè)置缺N肥施肥區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)；缺N肥施肥區(qū)的水稻地上部分氮素積累量=INS ；③、測(cè)算水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的N素養(yǎng)分需求量RNR(kghm_2)RNR = yXCGN+ (TB-Y) XMCNS式中RNR為水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的N素養(yǎng)分需求量，Y為步驟①所得的水稻目標(biāo)產(chǎn)量；CGN 為常規(guī)施肥區(qū)稻谷中N營(yíng)養(yǎng)元素的含量(kg kg"1) ；TB為常規(guī)施肥區(qū)水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的總生物量(秸稈干物質(zhì)量+稻谷產(chǎn)量，kg hm_2) ；MCNS為常規(guī)施肥區(qū)水稻秸稈中N營(yíng)養(yǎng)元素的含量(kg kg—1)，所述CGN、TB、MCNS均可以在水稻收獲后實(shí)測(cè)獲得；所述稻谷為含水率13. 5 14. 5%的稻谷；④、估算氮肥施用量(FR，kghm_2)FR = (RNR-INS) / (RENXNC)；所述REN為水稻對(duì)氮肥吸收利用率，設(shè)定為0. 4 0. 55 ； 所述NC為肥料含氮量；⑤、動(dòng)態(tài)調(diào)整氮肥施用量對(duì)于人工插植水稻或機(jī)插水稻，插秧前1 2天田間需要施用基肥，基肥施用量為預(yù)測(cè)氮肥施用量FR的20% 30%，而后在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期這3個(gè)關(guān)鍵生育期通過(guò)葉片比色卡在水稻葉片的LCC讀數(shù)來(lái)調(diào)整氮肥施用量；對(duì)于直播水稻，無(wú)需施基肥，直接在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期這3個(gè)關(guān)鍵生育期通過(guò)葉片比色卡在水稻葉片的LCC讀數(shù)來(lái)調(diào)整氮肥施用量；調(diào)整規(guī)則為當(dāng)LCC彡3時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hm_2，氮肥施用量為75kg hm_2 ;5t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量 Y彡6t hnT2，氮肥施用量為100kg hm—2 ；6t hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hnT2，氮肥施用量為 hm_2 -Jt hnT2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y，氮肥施用量為150kg hnT2 ；當(dāng)LCC = 3. 5時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hm_2，氮肥施用量為50kg hm_2 ；5t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡6t hm_2，氮肥施用量為75kg hm_2 ；6t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y彡7t hm_2，氮肥施用量為IOOkghnT2 ；7t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y，氮肥施用量為125kg hm_2 ；當(dāng)LCC彡4時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)量Y彡5t hm_2，氮肥施用量為Okg hm_2 ；5t hm_2 <目標(biāo)產(chǎn)量Y， 氮肥施用量為45kg hm_2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，其特征是所述稻田的養(yǎng)分管理的步驟②中，水稻地上部分氮素積累量(kg hm_2)=秸稈干物質(zhì)量 (kg hm_2) X禾吉稈中含氮量(kgkg—1) +稻谷產(chǎn)量(kg hm_2) X稻谷中含氮量(kg kg-1)； 所述稻谷為含水率13. 5 14. 5%的稻谷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，其特征是所述稻田的水分管理中，田間水位監(jiān)測(cè)采用測(cè)量管，所述測(cè)量管為直徑200mm、長(zhǎng) 400mm的PVC塑料管材，沿管材底部在管壁四周均勻鉆一圈滲水孔，然后每隔20mm的高度在管壁四周均勻鉆一圈滲水孔，滲水孔直徑為5mm，共計(jì)11 12排孔，且同一水平面上一圈打 30孔；將測(cè)量管底部朝下筆直埋入稻田土壤中，使最上排的滲水孔位于表土以下0 5mm ；刨去測(cè)量管內(nèi)的泥土，從而使測(cè)量管內(nèi)泥土的高度< 50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，其特征是 所述稻田的養(yǎng)分管理的步驟⑤中，所述葉片比色卡使用方法為在一塊田間選取均勻分布的10 15穴水稻；每穴選擇最長(zhǎng)的葉片比色，將葉片正面貼在葉色卡上，觀察葉片顏色是否與葉色卡上的級(jí)數(shù)相同，相同為該級(jí)數(shù)，介于色彩中間等級(jí)的可取平均值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水稻水肥生態(tài)耦合管理的氮磷減排方法，包含稻田的水分管理和稻田的養(yǎng)分管理；稻田的水分管理采用擇時(shí)干濕交替節(jié)水生態(tài)灌溉模式，包括以下步驟①水稻移植10～14天開(kāi)始間歇性的灌溉，先將稻田灌溉至初始田面水深為60～80mm；②待田面自然水落干至表土以下50～100mm時(shí)，灌溉至初始田面水深；③反復(fù)進(jìn)行步驟②；在反復(fù)進(jìn)行步驟②的過(guò)程中，當(dāng)水稻孕穗期及開(kāi)花期時(shí)，停止進(jìn)行步驟②，保持田面水深為10～80mm；④開(kāi)花期結(jié)束后，繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行步驟②，直至水稻黃熟；待田面自然水落干至表土以下0～10mm時(shí)，收割水稻；稻田的養(yǎng)分管理采用適時(shí)適地生態(tài)施肥模式。
文檔編號(hào)A01C23/04GK102498812SQ20111029943
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者葉玉適, 梁新強(qiáng), 王光火, 聶澤宇, 陳英旭, 顧佳濤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)