节水灌溉与控释肥施用对太湖地区稻田土壤氮素渗漏流失的影响

在太湖流域采用田间小区试验研究了干湿交替节水灌溉与控释肥(控释BB肥与树脂包膜尿素)施用对稻田30 cm深土壤渗漏水总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和亚硝态氮(NO-2-N)浓度的动态变化及氮素淋失的影响.结果表明:各处理渗漏水TN、NH+4-N和NO-2-N浓度均在施肥后10 d内达到高峰,然后逐渐下降.渗漏水氮素以NH+4-N(0.22~15.15 mg·L-1)为主,平均占TN 70.1%,NO-3-N(0.10~0.95 mg·L-1)占TN比例较低,平均为13.0%,NO-2-N(0~0.24 mg·L-1)平均仅占TN 1.3%.与淹灌相比,节灌对稻田渗漏水氮素浓度及各氮素占总氮的比例影响不大,但降低了14.2%的渗漏水量和9.4%的TN淋失量.施氮显著提高了渗漏水氮素浓度以及NH+4-N和NO-2-N占TN的比例.控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度分别降低10.2%和43.3%,TN淋失量分别降低26.1%和39.5%.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用有利于降低氮素渗漏损失,促进农田面源污染减排.     

三峡库区柑橘园施肥量对土壤氮淋失及残留量的影响

本试验以三峡库区秭归县生态站所在流域内的柑橘园土壤作为研究对象,通过0~20、0~40、0~60cm深度的原状土柱淋溶试验对不同施肥量对柑橘园土壤中氮素淋失及残留量的影响进行研究。试验中设置4种施肥处理,为不施肥处理(CK)、低氮施肥处理(T1:250kg·hm-2)、中氮施肥处理(T2:500kg·hm-2)、高氮施肥处理(T3:750kg·hm-2)。结果表明:(1)柑橘园土壤中氮素淋失的主要形态为硝态氮(NO3--N),占总氮(TN)淋失量的36.93%~60.07%,铵态氮(NH4+-N)的比例为4.40%~5.79%。土壤中NO3--N残留量占TN残留量的比例为11.31~45.66‰,NH4+-N残留量的比例为11.31~45.66‰;(2)相同深度的柑橘园土壤中,氮素的淋失量和残留量与施肥量呈显著正相关。不同施肥量下土壤中TN的淋失量和残留量分别为11.35~30.11 kg·hm-2和0.30~1.86 g·kg-1。其中,NO3--N和NH4+-N的淋失量占TN淋失量的比例在T2处理下达到峰值,NO3--N和NH4+-N的残留量占TN残留量比例峰值分别出现在T1和T2处理;(3)相同施肥量下,土壤中氮素不同形态的淋失量和残留量受土壤深度影响的差异较大。施肥后,NO3--N淋失量和残留量的峰值分别出现在20cm和40cm深度,NH4+-N淋失量和残留量的峰值主要出现在20cm深度。从试验中的结果推论,0~40cm土柱中的中氮处理更有利于肥料氮向无机态氮转化以供植物吸收并降低施肥后氮素淋失的风险。     

纳米碳及其复合材料对油菜生长和土壤氮素保持效应的影响

采用盆栽种植实验及淋溶试验方法,研究了纳米碳及其与沸石、保水剂等材料复合对油菜生长和土壤氮素淋溶情况的影响.结果表明,在各处理中,纳米碳与沸石和保水剂复合材料处理(N4)对油菜的株高和干重影响最明显,较空白对照组(CK)分别增加21.12%和16.51%;在土壤淋溶试验中,各处理的土壤总氮淋出量较CK减少25.00%~39.21%,其中,累积淋溶中NH+4-N量占总氮量的4.44%~6.73%,各处理间无显著差异,NO-3-N量占总氮量的49.33%~60.05%,但各处理间差异显著;纳米碳和沸石复合处理能有效延缓NO-3-N峰值出现时间,减少NO-3-N流失.因此,N4处理在促进作物生长和氮素保持增效利用方面效果最佳.     

有机-无机肥配施对紫色土坡耕地氮素淋失的影响

通过坡地渗漏小区定位试验,研究总施氮量相同情况下,施肥方式对紫色土坡耕地氮素淋失的影响.结果表明,有机-无机肥配施会影响紫色土硝酸盐向下累积过程,显著降低紫色土坡耕地硝酸盐累积量.渗漏液中硝态氮含量在0.15～46.99mg·L-1之间,占总氮含量的66.4%～96.3%;总氮淋失量在(4.05±0.37)～(37.82±0.86)kg.hm-2之间,占当季施氮量的2.7%～25.2%.在维持总施氮量相同的条件下,与常规氮磷钾施肥相比,农家肥、秸秆与化肥配合施用的渗漏液总氮含量分别降低了71.0%、61.4%,总氮淋失量分别降低了48.1%、31.6%.这表明有机-无机肥配施能显著降低紫色土坡耕地氮素淋失量,对有效控制紫色土区浅层地下水硝酸盐污染具有重要作用.     

生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用

淋洗作用是土壤氮肥损失途径之一,也是环境水体氮素污染的重要途径。研发降低土壤氮素淋失的技术途径不仅有助于提高氮肥利用率和降低化肥的施用量,而且有助于防治水体污染和改善生态环境。本文通过淋滤实验研究了生物炭对我国两种重要土壤类型黒钙土和紫色土氮素淋失的影响。由玉米秸秆制成的生物炭按10 t/ha,50 t/ha,100 t/ha的比例施用于土壤,同时模拟田间尿素施用量240 kg.N/ha并用相当于每天10 mm的降水量用去离子水淋洗土壤。对淋滤液氮素组成和含量分析结果显示,在不施用生物炭的条件下,黒钙土和紫色土总氮的淋失量分别占土壤(土壤+尿素)总氮含量的7.5%和9.0%,氮素的淋失主要发生在前130 mm降水过程中,其淋失量占全部淋失量的96%。在淋失的成分中,除硝态氮外,有机氮也是重要的组成物质,二者均占淋失总氮量的48%。生物炭的施用可以大幅度地降低氮素的淋失作用。50 t/ha和100t/ha的生物炭施用量降低黑钙土氮素淋失分别为29%和74%,减少紫色土氮素淋失分别达41%和78%。但10 t/ha的生物炭施用量却增加黒钙土和紫色土氮素淋失量分别达到22%和2%。这表明较低的生物炭施用量会促进氮素的淋失。生物炭对有机氮淋失的抑制作用大于硝态氮。100 t/ha的生物炭施用量对有机氮和硝态氮淋失的降低率分别为88%和62%左右,因土壤类型不同而有所差异。上述研究结果为寻求防治土壤氮素淋失的技术方法提供了理论依据。     

三峡库区柑橘园施肥量对土壤氮淋失及残留量的影响

本试验以三峡库区秭归县生态站所在流域内的柑橘园土壤作为研究对象,通过0～20、0～40、0～60 cm深度的原状土柱淋溶试验对不同施肥量对柑橘园土壤中氮素淋失及残留量的影响进行研究.试验中设置4种施肥处理,为不施肥处理(CK)、低氮施肥处理(T1:250 kg·hm~(-2))、中氮施肥处理(T2:500 kg·hm~(-2))、高氮施肥处理(T3:750 kg·hm~(-2)).结果表明:①柑橘园土壤中氮素淋失的主要形态为硝态氮(NO_3~--N),占总氮(TN)淋失量的36. 93%～60. 07%,铵态氮(NH_4~+-N)的比例为4. 40%～5. 79%.土壤中NO_3~--N残留量占TN残留量的比例为11. 31‰～45. 66‰,NH_4~+-N残留量的比例为1. 05‰～2. 07‰;②相同深度的柑橘园土壤中,氮素的淋失量和残留量与施肥量呈显著正相关.不同施肥量下土壤中TN的淋失量和残留量分别为11. 35～30. 11 kg·hm~(-2)和0. 30～1. 86 g·kg~(-1).其中,NO_3~--N和NH_4~+-N的淋失量占TN淋失量的比例在T2处理下达到峰值,NO_3~--N和NH_4~+-N的残留量占TN残留量比例峰值分别出现在T1和T2处理;③相同施肥量下,土壤中氮素不同形态的淋失量和残留量受土壤深度影响的差异较大.施肥后,NO_3~--N淋失量和残留量的峰值分别出现在20cm和40 cm深度,NH_4~+-N淋失量和残留量的峰值主要出现在20 cm深度.从试验中的结果推论,0～40 cm土柱中的中氮处理更有利于肥料氮向无机态氮转化以供植物吸收并降低施肥后氮素淋失的风险.     

北方典型灌区不同灌期农田系统中氮素迁移特征分析

以内蒙古河套灌区杭锦后旗解放闸灌域为研究区,分析2009年夏灌和秋浇前后土壤中、浅层地下水和土壤渗滤液中的硝态氮、总氮的分布特征,研究不同灌期农田系统中氮素的迁移规律及其影响因素.结果表明:夏灌对氮素的稀释作用明显,反硝化作用也会降低地下水中硝态氮的浓度,此外玉米地块的氮流失在夏灌时相对明显;秋浇是农田氮素淋失的主要阶段,一方面是硝态氮 (NO3-N) 在灌水作用下向下淋失,另一方面是土壤中的NO3-N 在反硝化作用下转变成N2O、N2和O2释放;夏灌与秋浇两次灌水前后地下水中总氮 (TN) 的峰值滞后于NO3-N,表明氮素的流失除以NO3-N的形式发生之外,部分氨氮以及有机氮等其他形式的氮素在灌溉驱动下也发生一定程度的纵向流失.     

青铜峡灌区水稻田化肥氮去向研究

青铜峡灌区是我国古老的特大型灌区和粮食主产区之一,灌区农田氮肥的过量施用已经导致化肥氮向水体流失.用15N示踪微区试验方法研究了青铜峡引黄灌区习惯灌溉量条件下水稻田化肥氮素去向.结果表明,施氮量为当地习惯施氮300kg.hm-2时,水稻吸收的化肥氮在籽粒中最多,氮肥的当季利用率为45.93%,吸收的土壤氮约占52.63%;作物中的回收率为27.90%,在0～90cm土壤中的残留率为23.31%,作物-土壤体系中的回收率为51.21%,氮肥的损失率为48.79%;氮肥除了被当季作物吸收和部分以矿质氮残留在土壤中外,灌区19×104hm2的水稻田化肥氮年流失量为2.78×104t,生产1000kg水稻(净籽粒),排放纯氮20.17kg;在0～90cm土壤层中均有化肥氮残留,残留化肥氮主要富集在表层0～30cm,在60～90cm检测到化肥氮,说明青铜峡引黄灌区在习惯灌溉量条件下,水稻田当季的化肥氮淋溶到90cm以下,成为浅层地下水的潜在污染源.     

丹江口库区覆膜耕作土壤氮素淋失随夏玉米生长期的变化

土壤氮素淋失是农业非点源污染的重要形式,也是水源地水质恶化的重要原因.以丹江口库区五龙池小流域为研究区,以农田黄棕壤种植夏玉米为例进行田间氮素淋失实验,通过与无覆膜耕作进行对比,研究覆膜耕作条件下土壤氮素淋失随玉米生长期的变化.结果表明,覆膜耕作土壤TN和NO_3~--N淋失量均明显低于无覆膜耕作,分别低25.68%和20.25%.夏玉米生长期内,覆膜土壤TN淋失量表现为苗期最高,拔节期和抽穗期显著降低,成熟期略微升高的变化趋势;覆膜土壤NO_3~--N淋失量表现为在苗期最高,拔节期显著降低,随后缓慢降低的变化过程;覆膜土壤NH_4~+-N淋失量表现为在苗期较低,拔节期升至峰值,抽穗期降至谷值,成熟期显著升高的变化特征.覆膜土壤TN和NO_3~--N淋失量分别与土壤中TN和NO_3~--N含量之间呈线性函数和指数函数关系;与土壤含水量和降雨量之间呈线性函数关系.上述结果表明,覆膜能降低土壤中氮素的淋失量,将对减少库区农业非点源污染具有明显的作用.     

应用大型原状土柱渗漏计测定冬小麦-夏玉米轮作期硝态氮淋失

从 1998— 2 0 0 0年 ,利用土壤溶液提取器和大型原状土柱渗漏装置 (面积 0 18m2 ,2m深 )田间观测了北京地区冬小麦 夏玉米轮作期间的NO-3 N淋失 .设置对照和常量氮肥水平两个处理 .土柱渗出液的NO-3 N平均浓度 ,对照处理为 35 0mg L ,常量施氮土柱为 5 5 6mg L ;NO-3 N淋失通量 ,对照处理为 1 3g (m2 ·a) ,常量施氮土柱为 2 0g (m2 ·a) ;氮肥表观淋失百分数分别为 10 %、0 86 %和 0 5 4%,受年降雨变化的影响非常明显 .常量氮肥施用条件下 0— 2 0 0cm土壤提取液和土柱底部渗出液的NO-3 N浓度 ,都超过饮用水卫生标准 10mg L ,因此 ,常量施氮水平引起的硝态氮对浅层地下水的污染不容忽视 .     

覆膜与降雨类型对土壤水分及NO3--N淋失的影响

在丹江口库区青塘河五龙池小流域,以黄棕壤横垄种植玉米为例,设置覆膜与无覆膜两种处理,采用田间小区实验研究覆膜与降雨类型对0~30 cm土壤水分和NO-3-N淋失的影响.结果表明:两处理土壤含水量均随土层加深而增加,与无覆膜相比覆膜可降低0~10、10~20、20~30cm土层中的含水量.不同降雨类型对覆膜土壤含水量的影响有区别,小雨时3层土壤间差异显著,含水量随土层加深急剧增加;中雨时10~20cm比0~10 cm、20~30 cm比10~20 cm分别高50.80%、6.62%,0~10 cm土壤含水量显著低于10~20 cm和20~30 cm;暴雨时含水量随土层加深增幅变小;覆膜土壤土层越深土壤含水量受降雨的影响越小.覆膜可降低0~10、10~20 cm土层中的NO-3-N淋失量,分别降低40.74%、24.48%,但会增加20~30 cm的淋失;两处理土壤NO-3-N淋失量均随土层加深而增加.不同降雨类型对覆膜土壤NO-3-N淋失的影响也有区别,小雨时随土壤深度的增加淋失量增多;中雨时,0~10、20~30 cm NO-3-N淋失量分别为10~20 cm的1.75、8.41倍;暴雨时,0~10、20~30 cm分别比10~20 cm低18.97%和60.69%.土壤中NO-3-N淋失受土壤含水量的影响,且随土层加深含水量对NO-3-N淋失的影响减弱.     

黄土高塬沟壑区不同坡位和植被下的土壤硝态氮特征研究

地形和植被会改变水分在土壤中的运移,进而影响土壤中硝态氮(NO_3~--N)的分布,并可能导致对水体污染的差异.在黄土高塬沟壑区黑河流域选取3个样点,采集刺槐林和草地在不同坡位(上、中和下坡位)的6 m深土样,分析了坡位和植被对NO_3~--N迁移的影响,并初步评估了其对地表水及地下水污染的潜在风险.不同坡位及植被条件下,土壤中硝态氮均没有出现累积,在表层土壤达到最大值后逐渐减小.2种植被下NO_3~--N达到稳定时的深度约为200 cm,稳定浓度均为下坡位上坡位中坡位,但在同一坡位的稳定浓度均有草地高于刺槐林的特点,说明坡位及植被覆盖类型均会影响NO_3~--N在土壤中的分布.整个流域地表水NO-3含量枯水期及汛期分别为(6.90±2.10)mg·L~(-1)和(5.84±2.86)mg·L~(-1),而坡地表层土壤(0~20 cm)中可移动态NO_3~-为(29.55±6.59)mg·L~(-1),明显大于地表水中的浓度,很有可能随径流流失造成地表水氮素污染.地下水枯水期和汛期的NO_3~-含量分别为(24.61±23.72)mg·L~(-1)和(15.70±10.78)mg·L~(-1),而坡地深层土壤(200 cm)中NO-3为(0.78±0.16)mg·L~(-1),由于浓度较低,对地下水造成污染的可能性较小.     

太原地区大气氮湿沉降变化特征

为研究太原地区的大气氮湿沉降时空变化规律,于2016年1月～2017年12月采用雨量器对太原市市中、近郊和远郊三地大气氮湿沉降进行了为期2年的监测。得到市中、近郊、远郊的NO₃^--N平均浓度为12.9、18.4、1.3 mg/L,NH₄⁺-N平均浓度分别为3.6、2.3、1.6 mg/L。季节变化上看,NH₄⁺-N浓度值四季相对平均,春夏季稍高,而NO₃^--N浓度变化较大且冬春季浓度值较高。三个采样点大气氮湿沉降量（无机氮）年均沉降量分别为40.0、48.0、14.2 kg/hm²,以近郊的沉降量最高。市中、近郊、远郊的NH₄⁺-N沉降量分别为9.0、5.0、8.2 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为22%、11%、57%,NO₃^--N沉降量分别是31.0、43.0、6.0 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为78%、89%、43%。从上可知城市降水中主要以NO₃^--N沉降为主,农村则以NH₄⁺-N沉降为主。结合市中、近郊、远郊NH₄⁺-N/NO₃^--N浓度比值分别为0.54、0.30、1.31,充分表明市中和近郊大气氮湿沉降主要来自工业和交通运输源,远郊则来自农业源。另外,市中、近郊月氮湿沉降量与降雨量差异不显著,远郊则达到极显著水平,说明影响市区两点氮湿沉降的因素较为复杂。由以上数据看出市中和近郊氮污染情况比较严重,应根据各自沉降特点予以控制。     

氮肥-垃圾渗滤液复合影响区非饱和-饱和带全剖面氮素分布特征及微生物响应

农田氮肥和垃圾填埋场渗滤液是我国地下水氮素污染的两大来源,从氮肥-垃圾渗滤液复合影响区域内采集6份土壤剖面-地下水样品,分析非饱和-饱和带全剖面中氮素的分布特征,来清晰判识该类典型区域的氮素跨介质污染特征和途径,同时通过高通量测序进行氮循环功能微生物分析,来解析氮循环功能微生物对氮素分布的响应.结果发现,在高施肥量采样点中,土壤中的硝态氮（NO₃^--N）和溶解性有机氮（Dissolved Organic Nitrogen,DON）含量均显著高于低施肥量采样点（p<0.01）,NO₃^--N大量分布在深度0~240 cm的土壤中（p<0.05）,部分NO₃^--N下渗进入地下水,高施肥量采样点地下水中NO₃^--N浓度在总溶解性氮（Total Dissolved Nitrogen,TDN）中占比达31.93%~84.70%,硝化菌在氮循环功能菌中占比为27.08%~87.99%,说明氮肥是该区域地下水NO₃^--N的主要来源.铵态氮（NH₄⁺-N）在非饱和带深度0~20 cm和400~460 cm的范围内含量较高（p<0.05）,垃圾填埋场下游的地下水NH₄⁺-N浓度均超标,在TDN中占比为26.40%~59.71%.统计分析表明,垃圾填埋场渗滤液可能是造成地下水中NH₄⁺-N浓度空间差异的重要因素,并很可能是导致地下水位波动带附近出现NH₄⁺-N高积累的主要原因（p<0.05）.这些结果将有助于复合影响区氮素的污染评估和防控.     

1980~2010年浙江某典型河流硝态氮通量对净人类活动氮输入的动态响应

以浙江某典型流域为研究对象,基于1980～2010年的水质水量和氮源数据及LOADEST模型,估算了逐年河流NO-3-N通量和净人类活动氮输入(NANI),分析了河流NO-3-N通量和NANI的年际演化特征及其动态响应关系,探讨了每年NANI、滞留氮库、自然背景源对河流NO-3-N通量的贡献.结果表明,1980～2010年,河流NO-3-N通量和NANI总体上都呈现出先增后减的抛物线型变化趋势,均在1998年左右分别达到峰值5.74 kg·(hm2·a)-1和77.5 kg·(hm2·a)-1;过去31 a,河流NO-3-N通量和NANI分别净增加了～42%和～77%.化肥氮和大气氮沉降是NANI的主要来源,分别占了NANI的～48%和～40%.河流NO-3-N通量的年际变化不仅与NAIN(R2=0.27**)和化肥氮输入量(R2=0.32**)显著相关,而且与河流年均流量(R2=0.79**)或降雨量(R2=0.63**)具有更强的相关性,意味着河流NO-3-N的来源除了当年的NAIN,还受滞留氮库的影响.所建立的以NANI和流量为自变量的回归模型能很好地模拟河流NO-3-N通量变化(R2=0.94**).该模型预测结果显示,在NANI和流量分别降低30%的情况下,河流年均NO-3-N通量将分别减少～21%和～30%;每年的NANI、滞留氮库、自然背景源对河流当年NO-3-N通量的贡献率分别为～53%、～24%、～23%.河流NO-3-N通量长期的年际变化是NANI和水文要素共同作用的结果;但是,由于滞留氮库的影响,与源控制方式相比,增加"汇"景观应该能更加快速地削减河流NO-3-N通量.     

负载NH4+-N生物炭对土壤N2O-N排放和NH3-N挥发的影响

利用生物炭吸附面源污染水体NH₄⁺-N并将其进行还田可实现此氮资源由水体到农田的安全有效迁移,而探索负载NH₄⁺-N生物炭对N₂O-N排放和NH₃-N挥发的影响则对于减施化肥和降低土壤氮素损失意义重大.本研究采用土柱试验,设置4个处理：对照（不施氮肥,CK）、单施化肥（NPK）、负载氮+化学磷钾肥（N-BC+PK）和生物炭+化肥（BC+NPK）.结果表明,相较NPK和BC+NPK处理,N-BC+PK处理N₂O-N累积排放量、NH₃-N累积挥发量、气态氮素累积损失量（以N计）分别显著降低了33.62%和24.64%、70.64%和79.29%、64.97%和73.75%（P<0.05）.特别需要说明的是,BC+NPK处理相比NPK处理显著增加了NH₃-N累积挥发量（P<0.05）.综上所述,负载NH₄⁺-N生物炭可显著减少N₂O-N排放和NH₃-N挥发,且其减排效果显著优于传统的生物炭化肥配施.本研究结果将为富营养化水体NH₄⁺-N农田回用和土壤气态氮素减排提供理论依据和数据支持.     

常规施肥条件下农田不同途径氮素损失的原位研究:以长江中下游地区夏玉米季为例

为了解农田常规施肥条件下的不同途径氮素损失特征,本文通过田间原位试验同步研究了长江中下游地区夏玉米生长季氮肥施用后的农田N2O排放、NH3挥发、氮渗漏和地表径流的变化.结果表明,在复合肥为基肥,尿素为追肥,基追肥氮素水平均为150 kg·hm-2的条件下,整个玉米生长季N2O排放系数为3.3%,NH3挥发损失率为10.2%,氮渗漏和地表径流损失率分别为11.2%和5.1%.此外,基肥施用以氮素渗漏损失为主,而追肥氮素损失以氨挥发和渗漏为主,表明不同途径化肥氮素损失主要受氮肥品种影响,玉米季追肥可改用低氨挥发氮肥品种以减少氮素损失.     

DMPP对氮素垂直迁移转化及淋溶损失的影响

采用自制模拟原状土柱装置,进行新型硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐（3,4-dimethyl pyrazole phosphate ,DMPP）对氮素淋溶效应试验,探讨其对氮素垂直迁移转化及降低淋溶损失的影响.结果表明,尿素添加1%的DMPP后,与不添加DMPP尿素相比,在60 d内能有效抑制土壤铵氧化反应的发生,显著提高20 cm以上耕作层土壤水铵态氮的浓度,降低硝态氮和亚硝态氮的浓度;20 cm以下深层土壤水铵态氮的浓度与未加DMPP的处理无显著差异,并没有明显导致铵态氮的垂直迁移;深层土壤水硝态氮的浓度显著低于未加DMPP的处理,明显降低硝态氮垂直迁移的淋溶损失;随施氮量增加,添加DMPP尿素的处理,60 d内土壤水中铵态氮与硝态氮的浓度在40 cm以下深层剖面并没有明显增加,其垂直迁移的淋溶损失差别不大.常规尿素添加1%的DMPP,可以调控土壤氮素的迁移转化,有利于土水环境的保护,降低对地下水氮素污染的潜在风险,具有显著的生态效益.