优化施肥与秸秆还田协同减少双季稻系统氮磷径流损失的环境效应与机制研究

推荐：针对双季稻种植区氮(N)、磷(P)径流导致的面源污染问题，研究人员通过7年田间试验，系统评估了优化施肥(TR3)与秸秆还田(TR6)对TN/TP流失负荷、产量及土壤肥力的影响。结果表明，施肥后0-20天为高风险期，优化措施使TN/TP年损失降低11.7-29.4%，秸秆还田进一步提升土壤有机质(SOM)6.34%，为亚热带稻区养分循环管理提供科学依据。

　　

论文解读
在长江中游的湖南双季稻主产区，农民为追求高产长期过量施用化肥，导致氮(N)、磷(P)利用率不足35%和25%，残余养分通过降雨径流进入水体，引发富营养化等环境问题。更严峻的是，该区域极端降雨事件频发，使得稻田成为长江流域面源污染的重要源头。尽管前人研究关注了作物生长季的养分流失，但对冬闲期P流失机制及全年养分循环规律的认识仍存在空白。

针对这一科学难题，湖南省农业科学院等机构的研究团队在典型亚热带双季稻区开展了为期7年(2015-2022)的定位试验，系统比较了常规施肥(TR2)、优化施肥(TR3)和秸秆还田(TR6)等6种处理对TN/TP流失特征的影响，研究成果发表在《Agricultural Water Management》。

研究采用径流池法连续监测降雨事件驱动的养分流失，结合土壤-作物系统分析。关键技术包括：(1)基于中国气象标准的暴雨事件界定(日降水>50mm)；(2)采用AA3流动分析仪和紫外分光光度法测定径流TN/TP浓度；(3)分段回归模型识别土壤养分阈值；(4)主成分分析(PCA)解析驱动因子。

3.1 径流特征
监测期内46场暴雨中65.2%集中在5-7月，早期稻季径流量占全年38.9%。TR3处理使TN浓度在早、晚稻季分别降低14.0-28.3%和10.8-34.4%，且78.6-92.9%的TN样本超过地表水Ⅲ类标准(1.0 mg L^-1)，显示亚热带稻区TN污染风险显著高于TP。

3.3 流失规律
TN流失58.3-61.3%集中在早期稻季，而TP在冬闲期占比超30%。施肥后20天内贡献了41.7-56.6%的TN年流失量，此时段成为防控关键窗口。TR6处理通过秸秆还田(2250-4500 kg ha^-1)使TN/TP年损失进一步降低20.1%和11.5%，同时提升土壤有机质(OM)6.34%。

3.5 产量响应
优化施肥(TR3)在N/P减量30-60%下保持产量稳定，而TR6处理通过秸秆替代部分化肥，实现了"减量增效"目标。土壤TP超过1.02 g kg^-1时径流TP浓度骤增，但作物产量在TP>0.91 g kg^-1后增长放缓，提示需控制土壤P饱和。

4.2 管理启示
研究首次揭示冬闲期"干湿交替"驱动的遗产P活化是TP流失的重要途径。通过建立土壤TN 1.99 g kg^-1和TP 1.02 g kg^-1的生态阈值，提出"早期稻季高P(67.5 kg P₂O₅ ha^-1)、晚期稻季高N(135 kg N ha^-1)"的优化配比，配合秸秆还田可同步实现环境减排与地力提升。

该研究为亚热带稻区面源污染控制提供了创新性解决方案：通过时间维度(规避施肥-降雨同步)、空间维度(秸秆覆盖减蚀)和系统维度(土壤-作物-环境协同)的三维调控，推动农业绿色转型。未来需在更大尺度验证管理策略的普适性，并量化气候变局下极端降雨对养分循环的长期影响。