水旱轮作系统养分资源综合管理研究

水旱轮作系统是我国重要的作物种植体系之一,种植面积约1300万公顷,主要分布在长江流域,对我国谷类作物生产的贡献率达30%, 水旱轮作系统的生产状况直接影响我国的粮食安全。目前这一体系存在的主要问题是生产力呈下降的趋势,灌溉水短缺和养分管理不合理以及由此引起的环境问题。因此,在水旱轮作的条件下,寻求更好地协调作物生产,资源利用（水资源,养分资源）和环境风险尖锐矛盾的途径是维持这一系统可持续发展的关键。 水旱轮作条件下,传统的施肥观念和技术注重肥料的施用策略而忽视了其他养分资源的利用以及与其他农作技术的结合,在目标上追求产量而忽视产量与环境的协调,在氮素的调控方面,因为对氮素在轮作系统内的流动过程缺乏认识,因此在运筹上也忽视了作物季节间的转换对氮素利用的影响。在通过覆盖早作实现水旱轮作系统的节水和提高或维持生产力的研究方面。当前迫切需要通过多年的定点试验回答的科学问题是:覆盖旱作条件下,水旱轮作系统的生产力状况（作物产量和土壤肥力）和系统的可持续性问题。 本研究以成都平原的稻-麦轮作体系为主要对象,1) 通过多点调查,定点小区试验和15N微区试验,研究并揭示了土壤季节间的干湿交替（干-湿）对水旱轮作系统氮素动态的影响;2) 通过两个定点试验（分别为3年和5年）,评价了水稻覆盖旱作条件下稻-麦轮作体系的生产力和可持续性;3) 提出了基于轮作系统的,以养分管理为核心,氮素调控为重点,结合高产栽培、节水和免耕技术的水旱轮作系统农田养分资源综合管理的思路并初步建立了相应的技术体系。主要研究结果如下: 1、研究发现,水旱轮作条件下,旱季作物收获后土壤累积的无机氮随施氮量的增加而增加:水稻收获后,土壤中累积的无机氮很少,而且累积的量与施氮水平、作物体系以及栽培体系（旱作或水作）没有关系。轮作系统的氮素损失主要发生在水稻季,水稻季的表观氮损失占系统总表观损失量的69-86%。与农民习惯处理相比,养分资源综合管理处理显著减少了水稻季氮素的表观损失量,从而也显著减少轮作系统的氮素表观损失量。然而,在农民习惯处理中（代表当地1/3农民的管理习惯）,水稻季表观损失的氮素中（180.2kg/hm2）,约有50%是来自小麦季残留的无机氮。 2、研究证明,季节间的干湿交替引起旱季累积的无机氮的大量损失。在农民习惯处理中,小麦收获后土壤累积的无机氮达125kg/hm2,在稻田淹水种稻的13天内,这部分无机氮约有70%发生了损失;小麦收获后残留的氮肥15N在水稻季的损失也主要发生在干湿交替阶段,这一阶段损失的残留15N肥料量占残留15N肥料总量的18%,占残留15N肥料在水稻季总损失的58%,占小麦季氮肥（15）N施用总量的5%,占干湿交替阶段无机氮损失量的10%。养分资源综合管理处理显著减少了小麦收获后的无机氮和15N肥料的残留量,减少的幅度分别为51%和40%,相应地也显著减少了干湿交替阶段氮素的损失量。 3、3年的定位试验揭示,施氮水平和覆盖旱作措施对稻-麦轮作体系生产力的影响存在交互作用。在低量施氮 (N75-60,即水稻季,75kg N/hm2:小麦季,60kg N/hm2,下同)和不施氮(N0-0)的条件下,与传统体系相比,覆地膜体系的水稻产量增加14%,覆麦秸体系降低16%;而在较高的氮水平下(N150-120和N225-180)覆盖旱作对作物产量影响较小。在N150-120水平时,