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针对目前我国北方地区农业面源污染严重、肥料利用率低的现象,本论文选择北方典型稻区——天津市宝坻水稻种植区为研究对象,首次在北方地区开展稻田立体种养殖模式(RF,水稻-鱼虾蟹共作+田埂+沟渠)研究,这对提高氮磷的有效利用率、降低其流失产生的环境危害具有重要意义。以整个稻田生态系统为基本单位,进行大田小区试验；通过建立氮磷营养元素的输入和输出模型,并以稻田普通种植模式(CK,水稻单作)为对照,研究RF模式氮素的利用率、磷素的流失负荷以及氮磷的调控措施。主要研究结论如下：(1)RF和CK氮磷的输入途径相同,主要来自灌溉、施肥和降雨,但由于RF灌溉-排水循环系统和田埂-沟渠截留系统的建设,两种种植模式氮磷的有效输出途径存在差异,CK仅指水稻吸收利用,RF除水稻和鱼虾蟹直接吸收利用外,还包括氮磷通过侧渗和稻田排水被田埂植物和沟渠水生动物间接利用。研究表明,RF氮素利用率为64.9%,比CK高20%,磷素流失率20.4%,比CK低17.1%。(2)由于鱼虾蟹的存在以及施用有机肥,RF氨挥发损失率比CK低8.5%,比全国平均水平低10.3%,有效降低了稻田氨挥发损失。(3)输入RF的磷素有52.2%被土壤吸附固定,表明土壤吸附是稻田磷素损失的主要途径。(4)RF与CK相比,由于其特有的田埂-沟渠截留系统,通过侧渗离开稻田的氮素(以NO3--N为主)和磷素分别减少了9.33 kg(N)·hm-2和3.71 kg(P)·hm-2,灌溉-排水循环系统的建设也有效提高了水肥资源的利用效率。(5)RF水稻产量比CK增加了6.65%,水稻和水生动物对氮磷的吸收量也比CK高,表明稻田养殖鱼虾蟹不仅不会降低水稻产量,还可以增加农渔产品氮磷输出,减少氮磷流失。(6)综合考虑环境效益、经济效益和社会效益,RF比CK更具有优越性。因此,在满足水稻灌溉需求的北方地区,可以开展水稻立体种养殖模式,本研究为控制北方地区农业面源污染提供参考。