不同灌溉方式下水稻对新型磷肥（回收磷源）的响应及温室气体排放强度评估

《Agrosystems, Geosciences & Environment》：Rice response as affected by various fertilizer-P sources under contrasting irrigation methods

本研究评估了废水回收磷源（如鸟粪石）在淹灌和沟灌水稻生产中的农学效应与环境影响。结果表明，电化学沉淀鸟粪石（ECST）与化学沉淀鸟粪石（CPST）、磷酸一铵（MAP）在植株磷吸收、干物质积累及温室气体（GHG）排放强度上表现相当，凸显了回收磷源作为传统磷肥替代品的潜力，为可持续水稻生产提供了新策略。

　　

研究背景与意义

水稻（Oryza sativa）是全球主要粮食作物，但传统磷肥（如磷酸一铵，MAP）依赖不可再生的磷矿石，且生产过程中存在环境压力。鸟粪石（MgNH₄PO₄·6H₂O）作为一种从废水中回收磷的缓释肥料，在淹灌与沟灌水稻中的农学效应和温室气体排放特性尚需系统评估。本研究通过温室试验，比较了电化学沉淀鸟粪石（ECST，包括合成源ECST_Syn和实际废水源ECST_Real）、化学沉淀鸟粪石（CPST）、MAP及不施磷对照处理下水稻的生长响应与排放强度。

材料与方法

试验在缺磷的粉壤土中进行，2022年模拟淹灌条件种植纯系水稻品种，2023年模拟沟灌条件种植杂交水稻。测定指标包括地上/地下部干物质（DM）、养分浓度与吸收量、籽粒产量，以及甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）和二氧化碳（CO₂）的排放强度。

结果分析

1. 1.
   植株磷吸收与干物质积累
   • •
     淹灌条件下，MAP处理的地上部磷吸收量最高（17.3 kg ha^?1），但与ECST_Real（14.8 kg ha^?1）和ECST_Syn（12.2 kg ha^?1）无显著差异。CPST的磷吸收量较低（11.4 kg ha^?1），可能与颗粒状鸟粪石溶解缓慢有关。
   • •
     沟灌试验中，ECST_Real的地上部磷吸收量最高（19.8 kg ha^?1），与MAP（17.9 kg ha^?1）和ECST_Syn（18.6 kg ha^?1）相当，再次证实ECST作为磷肥的有效性。
   • •
     两种灌溉方式下，施磷处理的地上部干物质均显著高于对照，但不同磷肥间差异不显著，表明鸟粪石可满足水稻全生育期磷需求。
2. 2.
   温室气体排放强度
   • •
     淹灌系统中，MAP的CH₄排放强度最高（41.7 kg Mg^?1），而ECST_Syn（14.1 kg Mg^?1）和CPST（16.0 kg Mg^?1）显著较低，可能与鸟粪石缓释特性减少土壤还原性环境有关。
   • •
     沟灌条件下，各处理间CH₄、N₂O和CO₂排放强度无显著差异，但对照组的排放强度最低，源于其较低的生物量基数。
3. 3.
   镁（Mg）吸收特性
   • •
     鸟粪石处理（ECST与CPST）的植株镁浓度普遍高于MAP，因鸟粪石含镁量（8%~10%）显著高于MAP（1.5%）。但在沟灌试验中，MAP处理的地上部镁吸收量与鸟粪石处理相当，推测与MAP促进的养分协同吸收效应有关。

结论与展望

电化学沉淀鸟粪石（尤其是ECST_Real）在淹灌和沟灌水稻中均表现出与MAP相当的磷供应能力，且可能降低淹灌系统的甲烷排放强度。未来需开展田间试验验证其大尺度适用性，并优化鸟粪石在沟灌系统中的施用方式以提升早期磷有效性。