近日，国际知名期刊《FIELD CROPS RESEARCH》发表了一项关于干湿交替稻田土壤钾库亏缺修复的重要研究成果。该研究由我院陈涛涛教授带领的稻田碳氮循环课题组完成，论文题为“Zeolite mitigates alternate wetting and drying–induced potassium depletion and enhances potassium balance in rice paddies: a 6-year field study”（DOI: 10.1016/j.fcr.2024.109690）。研究系统揭示了斜发沸石田间老化对水稻钾素利用及灌溉效果的影响，为水稻绿色可持续生产提供了新方案。博士研究生韩宏伟为论文第一作者，陈涛涛教授和白义奎教授为通讯作者。
斜发沸石已被研究作为一种优化水分和肥料使用、减少钾流失、提高产量以及维持正钾平衡的方法。然而，关于沸石的田间老化效应的研究有限。试验采用裂区试验设计：主区设置常规淹灌（CF）和干湿交替灌溉（AWD）两种模式，子区设置0 t/ha（Z0，不施沸石）和10 t/ha（Z10，施用沸石）两种沸石处理。结果显示，AWD展现出生态优势，2022年土壤非交换性钾较对照增加0.65 kg/ha，同时大幅降低钾平衡：3年（2017-2019年）和6年（2017-2022年）表观钾平衡分别减少75.11%和76.26%，同期土壤钾平衡分别减少4.75 kg/ha和11.25 kg/ha。沸石的应用进一步增加了生产效益：添加沸石后，钾淋失显著减少，土壤交换性钾含量、钾平衡提升，且净收入连续六年保持增长，这一效果在AWD下尤为突出。与ICFZ0相比，IAWDZ0的6年表观钾平衡和土壤钾平衡分别降低19.73%和15.09%；而Z10较Z0，3年表观钾平衡和土壤钾平衡分别提升48.51%和243.61%，6年则分别提升47.47%和112.87%。IAWDZ10表现最优，在3年和6年老化田间均实现最高表观钾平衡。因此，沸石在水稻生产系统中具有长生命周期和应用潜力，沸石与AWD的结合可在至少6年内有效减轻稻田钾素枯竭，提升水分利用效率与综合收益，为农业可持续发展提供了兼具生态价值与实用价值的技术路径。
本项研究的创新之处在于，本项研究的创新之处在于通过系统解析斜发沸石田间老化效应对不同灌溉模式稻田钾素收支与经济效益的调控作用，明确了沸石与AWD耦合的长效增益特征。这一结果不仅精准探明了长期配施沸石改善土壤钾库、维持钾素平衡的关键机理，也为构建节肥节水型稻作体系、减少养分流失提供了实用技术参考，对于提升农田资源利用效率、发展生态可持续稻作具有重要意义。研究成果得到了国家自然科学基金面上项目（52379043）、辽宁省应用基础研究计划项目（2023030237-JH2/1016）和辽宁省“兴辽英才”项目（XLYC1902064）等资助。
Fig. 1. SEK (a) and soil NEK (b) throughout the whole rice growth stage from 2017 to 2022. ANOVAs are presented in the table in the top right corner. Means with different letters are significantly different at P < 0.05.
Fig. 2. Dissolved K in soil solution as affected by zeolite application under AWD and CF in 0-20 cm depth (a, c and e), 20-40 cm depth (b, d and f) in 2020, 2021 and 2022 and 40-60 cm (g and h) depth in 2021 and 2022 during BF, TF, PF, respectively.
Fig. 3. Apparent K balance (AKB) and Soil K balance (SKB) influenced by irrigation regimes and zeolite application in 3-yr aged field (a and c) and 6-yr aged field (b and d). ANOVA results are provided in the table below on the right. Means with different letters are significantly different at P < 0.05.
Fig. 4. Graphical Abstract
DOI: 10.1016/j.fcr.2024.109690
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fcr.2024.109690
