论在保护城乡生态环境中的功能3稻田圈.PDFVIP

3 国家重点基金项目 (D0115240335047)资助 作者简介 :曹志洪 (1941～) ,研究员 ,浙江余姚人. 主要从事土壤、植物营养与环境研究 收稿日期 :2005 - 05 - 08 ; 收到修改稿日期 :2005 - 09 - 21 论“稻田圈”在保护城乡生态环境中的功能 3 Ⅱ1稻田土壤氮素养分的累积、迁移及其生态环境意义 曹志洪　林先贵　杨林章　胡正义　董元华　尹　睿 (土壤与农业可持续发展国家重点实验室 (中国科学院南京土壤研究所) ,南京　210008) 摘 　要 　　自然状态下灌溉稻田每年比旱地要多固氮 27 kg hm - 2 ,可以减少氮肥用量 ,既节约农本和资 源 ,又缓解对环境的压力。太湖流域不同类型稻田在水循环中可吸纳氮素 N 2～20 kg hm - 2 ,是氮素的汇。该 区平原稻麦轮作田氮素的径流流失量平均小于当年施氮量的 5 % ,对苏南太湖地区面源污染的相对贡献率仅 为 715 % ,不是该区氮素面源污染的主要组成。稻田氮素向下淋失迁移的量低于麦田 ;太湖地区井水中硝态 氮的超标率自 20 世纪 80 年代中期至今没有变化 , 说明该区井水中硝态氮含量高低与农业上氮肥用量没有 直接联系。尿素挥发损失量稻季达施氮量的 6 %～21 % ,麦季为 311 %～615 % ;稻季氨挥发损失高于麦季 ;湿 沉降带入土壤或水体的氮也是夏 (稻)季高于麦季。总体上看 ,稻田向环境输出的氮少 ,而固定、汇集的氮多 , “稻田圈”是保护环境的重要生态单元。 关键词 　　生物固氮 ;径流氮 ;淋洗氮 ;氮循环 ;稻田圈 中图分类号 　　S153 　　　　　文献标识码 　　A 　　根据考古发现约一万年前人类开始食用稻米 , 最近在太湖流域的发掘表明早在 6000 多年前已有 先民在这里开辟稻田 ,创造了灌溉系统 ,以火耕水溽 方法种植水稻[1 ,2 ] 。埋藏的古水稻土的肥力质量 (有 机质、氮、磷等养分含量) 及其物理和化学性状的研 究表明其与现代水稻土的肥力质量数据差异不大 (数据未发表) 。位于嘉兴市罗家角遗址的一片深灰 色的水稻田 ———四周被桑园包围的“箱子田”,可能 已连续利用 5 000a 左右 ,至今仍是稻麦两熟的高产 稳产农田。 徐琪等[3 ] 、Greenland [4 ]和龚子同等[5 ]国内外专 家早就论述的 :水稻土及其稻田系统是环境友好、生 态健康、可持续利用的人工湿地生态系统 , 已被大 量的新研究成果和生产实践所证实。继前文[6 ]稻田 土壤磷素的迁移流失特征来讨论“稻田圈”在保护城 乡生态环境中的功能之后 ,本文将从稻田土壤氮素 的累积、迁移、流失等特征进一步论述之。 诚然氮素不是温带地区水体富营养化的控制因 子 ,但大量氮素进入水体对水质量及水体不同功能 的发挥显然不利。例如水中过高氨氮对水产养殖业 有害 ,大量硝态氮渗入地下水目前仍认为是对人类 健康有威胁 ,大量有机氮素的存在是水体散发异味 的原因之一等等。稻田生态系统氮素积累、迁移的 数量和机制也与旱地生态系统有明显区别。 1 　稻田生物固氮能力与环境风险 稻田系统中活跃着很多不同类型的固氮生物 , 固氮菌和固氮蓝绿藻是主要的两类。固氮菌的分 布非常广泛 ,有存在于水稻根际及土壤中的 ,也有 附着在稻株和水草上等等 ,而固氮蓝绿藻的分布更 广泛 ,有生活在水土界面上的 ,水层中浮游的以及 水气界面上的 ,也有附着在稻株上和与红萍共生的 等等。原国际水稻研究所的 Greenland 对灌溉稻田 与旱稻田的固氮能力做了比较 (表 1) [4 ] ,认 为在自 然条件下灌溉稻田每年比旱稻田要多固氮 32 kg hm - 2。此外 ,灌溉稻田种植豆科绿肥一般要比旱 稻或其他旱地上普遍 ;即使是同样品种的豆科绿 肥 ,灌溉稻田因为有更多的固氮微生物而比在旱稻 或其他旱地上多固氮 27 kg hm - 2 ;套种或冬季轮种 豆科植物 (蚕豆 ,豌豆等) 的灌溉稻田也比在旱地上 能多固氮 20 kg hm - 2 ;灌溉稻田还可养殖红萍 ,旱地 是不能的 ,红萍可以每年固氮 40 kg hm - 2 。可见 ,灌 溉稻田有很多生物固氮的途径来改善土壤的氮素 第 43 卷 第 2 期 土 　壤 　学 　报 Vol143 ,No12 2006 年 3 月 ACTA PEDOLOGICA SINICA 　Mar. ,2006 肥力 ,实现减少氮肥 (有机和无机氮肥) 用量的目 标。既满足作物高产优质的需求 ,又减少农业投 入 ,更主要的是降低了过量的土壤氮素累积对环境 的负面影响。 综上所述 ,合理安排轮作复种 ,重视豆科作物和 绿肥 ,灌溉稻田微生物固氮可提供的氮素比旱地多 达 N 133 kg hm - 2 a - 1。这对减少