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稻麦两熟制是我国太湖流域主要的种植制度之一,秸秆还田是实现当地农田可持续高产稳产的重要农业措施。然而,秸秆还田也对当地生态环境产生了不同程度的影响。因此,明确秸秆还田的综合效应（经济和生态效益）有利于区域农田生态系统筛选适宜秸秆还田模式。本研究以始于2009年6月的土柱模拟试验和2012年6月的田间定位试验为研究对象,研究了稻麦两熟农田生态系统不同秸秆还田模式和氮肥用量（W、R、WR,N0、Nr、N1、N2分别代表稻季麦秸还田、麦季稻秸还田、稻秸麦秸双季均还田,不施氮、氮肥减量、推荐施氮、常规施氮）对农田的经济效益和土壤肥力变化、氮磷径流流失、温室气体排放的影响,以及基于秸秆的吸附特性探讨了秸秆还田对土壤重金属生物有效性的影响,并采用综合指数法对秸秆还田模式的综合效应进行评价。本文主要研究结果如下:（1）秸秆还田原状土柱试验结果表明,麦秸还田配施适量氮肥较单施化肥处理水稻增产约2.48%～12.8%,其中WN1（稻季麦秸还田+推荐施氮）处理产量最高;水稻氮肥利用率随施氮量的增加呈下降趋势,而秸秆还田能提高水稻氮肥利用率,其氮肥农学效率和表观利用率较单施化肥处理分别提高1.4～3.4 kg grain/kg N和1.8%～4.0%;稻季氨挥发损失量、氮肥的淋溶损失量和土壤残留量均随施氮量的增加而增加。在施氮量240 kg N/hm2时,秸秆还田较单施化肥处理氨挥发损失量增加18.2%,但土壤残留氮量增加10.1 kg/hm2,氮素淋溶损失量减少30.9%,氮肥总损失率降低6.0%。因此,在稻麦两熟地区采用WN1处理即可提高水稻氮肥利用率,增加水稻产量,又可降低氮肥损失。（2）秸秆还田田间试验的产量和经济效益分析表明,秸秆还田增加水稻产量,以RN1（麦季稻秸还田+推荐施氮）和WRN1（稻秸麦秸双季均还田+推荐施氮）模式下水稻增产幅度较高,而小麦产量随秸秆还田年限呈“减产-稳产-增产”的变化趋势;稻秸麦秸均还田下推荐施氮处理下水稻和小麦周年产量较常规施氮增产2.71%。秸秆还田增加稻季氮肥利用率,但降低麦季氮肥利用率,周年利用率呈增加趋势。与WN1模式相比,RN1和WRN1模式显著增加氮肥的周年利用率。还田秸秆的周年农学利用率、增产率、边际产量分别以RN1、WRN1、RN1模式最高,RN1模式对作物产量的周年增产效果高于WRN1模式。整体而言,推荐施氮和秸秆还田增加稻田的周年净效益,以水稻净收益为主,占周年净收益的68.9%～79.4%;RN1、WRN1、WN1较N1模式周年净收益分别增加4825、4149、1676yuan/hm2,WRN1和RN1处理的周年新增纯收益率显著高于WN1处理,增幅分别为13.3%和16.9%。因此,从农民经济收益角度来看,稻麦两熟农田生态系统应采用RN1或者WRN1模式。（3）秸秆还田进行3个稻麦连作周期后,耕层土壤理化性质监测结果表明,秸秆还田条件下,推荐施氮处理下土壤肥力优于常规施氮处理。推荐施氮条件下,不同秸秆还田模式均提高稻田耕层土壤肥力。较不还田模式,耕层土壤容重和pH分别降低0.09 g/cm3和0.26个pH单位;耕层土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量和C/N比分别增加9.62%、3.19%、13.0%、33.9%、17.8%、6.49%。本试验中,WRN1和RN1模式对土壤肥力的改善效果高于WN1模式。（4）基于秸秆还田田间试验,监测了一个稻麦连作周期的田面水和径流水中N、P养分浓度。结果表明,与不还田相比,秸秆还田显著降低了稻季和麦季的N径流风险,稻季田面水中NH4+-N和NO3--N浓度分别降低31.5%和47.1%,麦季分别降低19.6%和11.7%;秸秆还田增加了稻季和麦季的P径流风险,分别增加17.8%和30.0%。不同秸秆还田模式中,RN1模式下稻田田面水中可溶性总N（DTN）和可溶性总P（DTP）浓度均低于WRNI和WN1模式,其中DTN浓度显著高于不还田模式,而DTP浓度与不还田模式没有差异。稻秸麦秸均还田条件下,与常规施氮相比推荐施氮处理下作物产量和田面水中DTP浓度没有显著变化,但田面水中DTN浓度降低12.4%。因此,在保证周年产量的前提下,在稻麦两熟地区采用RN1模式可以有效防控稻田的周年N、P径流损失。（5）基于秸秆还田田间定位试验,监测了不同还田模式下稻田温室气体排放情况。监测结果表明,CH4集中在水稻分蘖期排放,占稻季总排放量的54.2%～87.5%,N2O集中在穗肥期,占稻季总排放量的46.7%～51.4%。CH4增温潜势（GWP）占稻季总GWP的87.5%～98.5%,是稻季温室效应的主要贡献者。秸秆还田处理下,稻田N2O排放量降低,但CH4排放量显著增加,最终导致总GWP显著增加。WN1、WRN1和RN1处理下稻田总GWP分别是N1处理的3.45、3.73和1.62倍,温室气体排放强度（GHGI）分别是N1处理的3.00、2.96和1.52倍。在3种秸秆还田处理下,RN1模式的GWP和GHGI显著小于WN1和WRN1模式,对温室效应的贡献最小。在秸秆还田条件下,推荐施氮处理可以保持水稻高产稳产,但稻田GWP和GHGI显著低于常规施氮处理,降幅分别为16.5%和30.1%。因此,在本区域采用RN1模式有有利于减缓秸秆还田带来的温室效应。（6）基于重金属污染土壤的盆栽试验,研究了秸秆还田对土壤重金属生物有效性和水稻籽粒重金属含量的影响。结果表明,向重金属污染土壤中添加秸秆可以改善水稻的生长发育,提高水稻产量,本试验中半量秸秆还田（5.0 t/hm2）处理产量显著高于不还田处理,增产约21.0%。秸秆还田下土壤有机质增加10.0%,pH略有降低,Eh显著降低。秸秆还田加强了污染土壤对Cr、Cu、Ni、Pb的固持,土壤渗漏水中重金属含量显著降低,降低了土壤重金属生物有效性,水稻籽粒Cr、Cu、Ni、Pb含量较对照处理分别降低7.14%、9.77%、30.1%、8.65%。从水稻产量、土壤对重金属的固持和籽粒重金属含量来看,秸秆还田措施在增加水稻产量的同时可以降低土壤重金属的生物有效性,降低水稻籽粒重金属污染风险。本试验中半量秸秆还田处理的效果优于秸秆全量处理。（7）基于秸秆还田定位试验的监测数据,以水稻和小麦产量效益、土壤养分、稻季田面水N、P浓度和温室气体排放量为评价指标,采用综合指数法评价秸秆还田模式的综合效应。结果表明,评价指标中生态效应指标权重为0.741,高于产量效应指标权重。在施用推荐施氮量下,不同秸秆还田模式均增加稻田的综合效益,其中稻秸还田模式的综合效应指数最高（0.808）,稻秸麦秸均还田模式次之（0.716）,麦秸还田模式最低（0.511）;在稻秸麦秸均还田条件下,过量施氮降低稻田的综合效益,较推荐施氮处理综合效应指数降低0.195。因此,在太湖地区稻麦两熟农田生态系统中,建议当地政府推广“麦季稻秸还田+推荐氮肥”（RN1）模式,这一模式的综合效益最高,能够兼顾作物产量与生态环境效益。