稻麦轮作体系中土壤肥力演变研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

水稻和小麦是世界上最重要的粮食作物，提供人们膳食45%可消化能和30% 蛋白质，并且可为畜牧业提供饲料^［1］。稻麦轮作是一种重要的种植模式，主要分布在南亚和东亚，种植面积约2600 万hm^2［2］，这对保障区域乃至全世界的粮食安全具有重要意义。稻麦轮作是一种典型的水旱轮作模式，具有不同于旱地和水田的养分循环规律和管理措施。稻麦轮作体系是我国重要的种植模式。稻麦轮作由于其中水热条件的强烈变化直接影响着土壤中养分的转化、迁移和积累及物理性质,同时稻麦轮作体系下水稻、小麦俩者的差异对土壤肥力演变带来很大影响，进而决定土壤养分资源的吸收、流失及积累,构成了独特的土壤肥力和生态环境。目前迫切需要针对稻麦轮作土壤演变进行调查研究，对其土壤质量特征和评价进行研究，客观了解不同农田管理对土壤质量及作物产量的影响，为土壤的改良和产量提升提供科学依据和技术支撑。

随着土壤科学的不断发展，土壤肥力变化的相关研究涉及方面越来越广泛，但我国人多地少的基本国情决定了我国土壤质量研宄必须兼顾农业生产的优质高效和减少污染的环境保护，综合提高土壤肥力质量、环境质量和健康质量。针对稻麦轮作土壤肥力演变的国内外研究成果表明：稻麦对硅、氮、钾等元素携出量较高，磷、钙、镁、硫居中，锰最低。氮和磷两元素主要随谷物移出，钾、钙、硅主要随秸秆移出，硫和镁的携出量在谷物和秸秆中相近，锰在水稻收获物中主要随秸秆移出，小麦中秸秆和谷物对锰的移出量相近^［3］。小麦和水稻吸收养分的形态也有所不同。稻麦轮作模式下养分的损失主要是淋洗渗漏、径流和挥发等。稻麦轮作模式下氮素的淋洗以no₃^-－n 为主，主要发生在麦季与泡田插秧初期，其含量随着施氮量的增加而增加。土壤溶液中no₃^-－n 含量几乎均低于饮用水标准，高于富营养化水质标准。稻麦轮作中nh₄ －n 和tp 的淋溶量很少。总体来说，施肥对小麦季养分损失产生重要影响，施肥后几天内和稻麦轮作间隙是养分流失的重要时期，降水对养分流失起到促进作用。小麦季土壤氮素损失以no₃^-－n 和n₂o为主，主要通过渗漏和径流损失。水稻季土壤氮素主要以nh₄ －n 为主，主要通过径流和氨挥发损失。磷素主要是通过径流损失，在冬小麦季明显高于水稻季。施用包膜肥料可显著减少养分的损失。^{［4－ 9］}

水旱轮作系统是一种特殊的生态系统,土壤水热条件的交替变化,构成了该系统养分循环的独特性和复杂性。在水旱轮作体系中,由于干湿交替的水分管理,土壤氧化还原电位强烈变化,改变了土壤氮、磷、碳等养分的循环。例如,由旱向水转换后土壤磷的有效性提高,而由水向旱转换后,磷的有效性降低水旱轮作过程中的干湿交替容易引起土壤氮素的硝化和反硝化作用而造成氮的损失、等气态氮损失和一等的淋失和土壤在厌氧条件下利用碳源而产生甲烷温室气体,而且土壤氮、磷、碳的转化、循环等受多种生态因子的影响。虽然目前在氮、磷、碳等方面有很多的研究,但是因其复杂性,每一个研究都不能兼顾多方面的影响因子。因此,在今后的研究中,需要兼顾多种影响因子,应用系统的理论研究土壤氮、磷、碳等的循环。面向新时代国家粮食问题，稻麦轮作体系土壤肥力研究要关注现存的问题和利用已有措施提高资源利用效率，同时更需要寻找新的生产策略来避免一些稻麦轮作区可能存在的限制。特别是土壤、水和养分管理策略，比如少耕和起垄以避免积水对土壤结构和肥力的破坏，提高水和养分利用效率，提高作物产量，可能是适当的。保护性耕作提高了稻麦轮作体系的生产力，节约灌溉水，改善了土壤物理性状^［2］。施肥后几天内和稻麦轮作间隙是养分流失的重要时期，降水对养分流失起到促进作用。在今后，应着重研究绿肥、秸秆还田、新型肥料、保护性耕作在稻麦轮作中对土壤肥力演变的影响。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

（1）探明稻麦轮作系统的土壤肥力变化及其现状、养分循环特性

通过调查稻麦轮作区土壤养分在不同时期的状况、变化情况和研究不同轮作制度中氮、磷、钾元素的吸收、利用及平衡,探明稻麦轮作系统的土壤肥力现状、养分循环特性。

3. 研究的方法与方案

研究区域区概况：

研究区域为我国南方稻区，属于亚热带季风气候区。

土样采集与制备：

4. 研究创新点

本研究在土壤田间调查、分析的基础上探明了江苏省稻麦轮作区土壤的肥力状况,以长期稻麦轮作的土壤区为例研究了土壤肥力在年间的变化特征,分析了其变化原因,并通过多种评价方法对江苏省稻麦轮作区的土壤肥力质量进行了综合评价。结为提高江苏省稻麦轮作区土壤肥力质量管理提供了依据。

本研究采用田间试验研究了水旱轮作系统氮、磷、钾养分平衡状况,为江苏省稻麦轮作区作物施肥提供了科学依据。同时,在田间氮、磷、钾肥料试验的基础上研究了氮、磷、钾肥料效应及其作物推荐经济施用量,为指导农业生产提供了技术支持,为农民增产增收提供了方法和技术。

5. 研究计划与进展

2017年3月左右完成试验区取土及土壤处理工作；

2017年3月底完成土壤ph值、有机质、碱解氮测定工作；

2017年4月初完成土壤有效磷、速效钾测定工作；