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资环所薛利红研究团队在生活污水尾水稻田回用方面取得新进展

水资源短缺是一个世界性的难题。我国的淡水资源总量占据世界第四位,然而人均淡水资源仅占世界人均淡水资源用量的25%。目前,越来越多的专家学者开始非常规水资源(包括雨水、海水、再生水等)的开发利用,以应对水资源不足的难题。处理过的生活污水工程尾水即属于非常规水资源,除了氮磷养分较高外,其余指标一般满足农田灌溉水质标准,重金属不超标。若能将这部分尾水回用到农田中,不仅能避免直接排放对水体的污染,还能减少农田化肥氮投入,实现农业生产和环境保护的双赢

资环所薛利红团队前期研究发现,生活污水或处理过的生活污水尾水由于其富含有机物和有益微生物,碳氮比低,可以促进稻田还田秸秆的腐解,降低土壤中亚铁和有机酸含量,显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶活性等,从而有效缓解秸秆还田初期对水稻幼苗生长的不利影响,改善水稻生长状况,提升土壤肥力和质量(徐珊珊等,2017; 刘雅文等,2018)。生活污水尾水灌溉可以代替部分化肥,能够减少氨挥发排放量或降低单位产量稻田氨挥发排放(徐珊珊等,2016; 李梦瑶等,2020),还能显著减缓秸秆还田下稻田的甲烷排放,整体的全球增温潜势(GWP)有下降趋势(Xu et al., 2017)

最近,团队在不同来源生活污水尾水(化粪池尾水:以铵氮为主,污水处理厂尾水:以硝态氮为主)稻田回用对秸秆还田稻田温室气体排放和相关微生物的影响方面取得了重要进展,相关研究结果以“Effects of domestic sewage from different sources on greenhouse gas emission and related microorganisms in straw-returning paddy fields”为标题发表于环境科学与生态学国际著名期刊Science of the Total Environment二区TOP IF=6.551),论文第一作者为硕士研究生李梦瑶,通讯作者为薛利红研究员,合作者包括周贝贝讲师、段婧婧副研究员、杨林章研究员等人。研究发现不管施肥与否,两种尾水灌溉均能降低秸秆还田稻田甲烷的排放,虽然略微增加了氧化亚氮的排放,但富硝尾水回用能够降低GWP66.7%,化粪池尾水回用对GWP没有显著影响。稻田产甲烷菌与甲烷氧化菌比例显著下降可能是富硝尾水回用后甲烷排放降低的主要原因。研究发现对秸秆还田稻田的温室气体减排具有重要意义。

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此外,课题组还以南京高淳东坝污水处理厂的尾水为研究对象,通过土柱模拟试验、田间小区试验以及大区示范等系统研究了保证水稻安全高产的适宜稻田回用量及化肥氮的替代比例。相关研究成果近期以High yield and mitigation of N-loss from paddy fields obtained by irrigation using optimized application of sewage tail water”为标题,在线发表于农林科学一区Top期刊Agriculture, Ecosystems and Environment ( IF=4.241),论文共同第一作者为江苏省农业科学院农业资源与环境研究所的尹爱经和段婧婧副研究员,通讯作者为薛利红研究员,合作者包括冯彦房副研究员、杨林章研究员和纽卡斯尔大学的Evangelos Petropoulos博士。研究发现尾水替代化肥氮15%45%对水稻产量不会造成影响,且降低了田面水氮浓度,减少了氨挥发排放以及稻田径流氮损失风险,对淋洗损失没有显著影响。综合考虑水稻产量、环境风险以及尾水消纳量,尾水回用下氮肥替代率为30%45%为宜。研究结果对生活污水尾水的稻田回用具有较好的实践指导意义,对于农业农村面源污染防控提供了技术支撑。 

以上研究获得国家重点研发计划项目(2016YFD0801101)、国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07202-004-03)、国家自然科学基金(4187708741501324)和江苏省自主创新基金等资助。

 

附(论文链接):

Li, M., Xue, L., Zhou, B., et al., 2020. Effects of domestic sewage from different sources on greenhouse gas emission and related microorganisms in straw-returning paddy fields. Sci. Total Environ. 718, 137407.


Yin, A., Duan, J., Xue, L., et al. 2020. High yield and mitigation of N-loss from paddy fields obtained by irrigation using optimized application of sewage tail water. Agric. Ecosyst. Environ. 304, 107137.


Xu, S., Hou, P., Xue, L., et al., 2017. Treated domestic sewage irrigation significantly decreased the CH4, N2O and NH3 emissions from paddy fields with straw incorporation. Atmos. Environ. 169, 1-10.


李梦瑶,王旭刚,徐晓峰,等. 2020. 生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田氨挥发的影响. 农业环境科学学报, 39(7):1623-1632.


刘雅文,王悦满,杨林章,等. 2018. 生活污水尾水灌溉对麦秸还田水稻幼苗及土壤环境的影响. 应用生态学报, 29( 8) : 2739~2745.


徐珊珊,侯朋福,范立慧,等. 2016. 生活污水灌溉对麦秸还田稻田氨挥发排放的影响. 环境科学, 37(10):3963~3970.


徐珊珊,侯朋福,薛利红,等. 2017. 生活污水灌溉下稻田还田麦秸的腐解特征及其养分释放规律. 应用与环境生物学报, (04): 1~11.


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