宁夏引黄灌区稻田氮磷流失特征初探

在宁夏引黄灌区选择相对封闭灌排体系作为试验监测区,通过2年在作物灌溉期间对试验监测区的灌排水中氮磷的跟踪监测,研究了该区域氮、磷流失,分析了支渠灌溉水、支沟排水中的氮磷动态变化规律。研究表明：2006年种稻区的氮磷流失明显高于2007年的稻旱区,稻区氮的流失负荷15.2kg·hm-2,磷的流失负荷6.9kg·hm-2;稻区比稻旱区氮磷流失严重,稻区总氮变幅在0.32～8.22mg·L-1,总磷变幅在0.012～0.921mg·L-1,均超过水体富营养化指标;稻区支沟排水中氮磷组分变化与稻旱区一致,氮都是以硝态氮为主,磷以溶解性总磷和颗粒磷为主,支沟排水中的硝态氮动态变化与总氮变化一致,颗粒磷与总磷动态变化一致,均为前期颗粒磷含量较高,中后期较低,可溶性总磷与之相反;灌溉前期支沟排水中氮磷流失严重的几个时期,均是在各种作物施肥7～10d后,尤其氮、硝态氮流失严重,后期支沟排水中氮磷流失是由于传统的不合理的灌溉形成的地表径流,将灌溉水养分含量迁移到排水中,造成支沟排水氮磷流失加重。结合宁夏引黄灌区的自然条件、耕作方式等因素,综合分析了宁夏引黄灌区在作物灌溉期间非点源污染产生过程及污染特点,为该地区非点源污染管理和控制提供科学依据。     

太湖地区水稻土有机氮厌氧矿化的温度效应

采用淹水密闭培养法研究了太湖地区六种典型水稻土在不同温度下的有机N厌氧矿化过程.结果表明,在28天的培养实验中,当温度设置为1535 ℃时水稻土的矿化量为全N含量的3.33%9.06% ( N 48105 mg·kg-1).随温度升高土壤矿化量增大,在30 ℃时达最大值.温度和土壤类型的差异造成矿化量的差别.选用有效积温式、One-pool、Two-pool和Special模型对有机N矿化进行了拟合,非线性拟合表明Special模型对矿化过程拟合最好,Two-pool模型等同于One-pool模型,不具意义.运用不同温度下One-pool和Special模型中的速率常数得到的Arrhenius方程能较好反映温度效应.温度效应系数Q10 在不同的温度范围内差别较大,显示了易矿化部分与有机氮整体矿化对温度变化的响应.     

太湖平原农田区域地表水特征及对氮磷流失的影响

为了解太湖平原不同类型农田氮磷流失特征,在嘉兴地区选择8类共38个农田作为定位点,在降水后对定位点农田沟渠和近农田河道地表水特征进行监测,并采集、检测水样.结果表明:太湖平原农田易产流,径流氮磷污染强度大.在24 h大于15 nm雨量(15 mm·(24 h)-1)或48 h大于20 mm雨量(20 mm·(48 h)-1)的降水条件下,各类农田产流次数占历次监测比例(简称产流频度)为50%～100%;径流氮磷含量超过国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅴ类水标准(N,2mg·L-1;P,0.4mg·L-1).汛期,农田产流频度平均高出非汛期13%,农田氮磷流失频度和强度均大于非汛期,氮磷含量分别高出1.2mg·L-1和0.26mg·L-1.不同类型农田氮磷流失强度差异大,氮素最大相差11倍,磷素达4倍.近农田河道水全年多停滞,河水停滞次数占历次监测比例(简称停滞频度)为40%以上,易于氮磷累积.在汛期的15 mm·(24 ·L-1或20mm·(48·L-1以上强度降水条件下,种植蔬菜、果木类和旱作大田作物的农田尤应作为农田面源污染防控重点,近农田河道流动特征应被关注.     

不同耕作制度对南方稻田甲烷排放的影响

以南方稻田温室气体甲烷排放为研究对象,选取冬季休闲和种植绿肥作物紫云英(AstragalussinicusL.)两种主要模式,在早稻(OryzasativaL.)移栽之前进行旋耕和翻耕两种处理,以全年休闲为空白对照,利用静态箱法测定甲烷排放通量。结果表明,甲烷排放在水稻抽穗期达到极大值,至收获甲烷排放呈减少趋势,以无稻全年休闲区甲烷排放通量最低,在抽穗至收获阶段平均排放速率为3.43mg·m-2·h-1,冬闲及冬季种植紫云英处理分别比无稻休闲区排放通量高114.3%和420.3%;甲烷浓度具有强烈的空间异质性,地表以上50cm空间内,早稻抽穗至成熟阶段甲烷浓度是大气甲烷浓度的35.2倍;稻田甲烷高浓度低排放速率以及低浓度高排放速率现象表明,甲烷排放速率与其浓度之间具有非一致性。     

太湖地区稻田氮素损失特征及环境效应分析

通过氮肥减量小区试验,研究了太湖地区稻田氮素径流损失、渗漏损失、氨挥发损失以及氨挥发通量的动态变化特征,阐述了氮素损失量、水稻产量与施氮量之间的关系。结果表明：稻季氮素径流损失和氨挥发损失均随施氮量的增加不断增加,而渗漏损失与施氮量没有显著相关性。综合整个稻季,氨挥发损失以分蘖肥期最高,基肥期次之,穗肥期最低。稻季氮素总损失为13.7～59.8 kg·hm-2,占总施氮量的16.5%～22.2%,且随施氮量的增加而不断增加,其中氨挥发损失占42.2%～72.0%,径流损失占22.2%～38.4%,渗漏损失占5.8%～22.7%。稻季181 kg·hm-2的氮肥用量,较常规施氮量减少了33%的氮肥,增加了10.3%的产量,降低了48.5%的氮素损失,较好地兼顾了粮食产量和环境效应;而对于重要环境区域或高污染区域,还可以尝试更低的氮肥投入,以达到更好的环境效益。     

施肥对稻田甲烷与氧化亚氮排放的影响

大气温室气体浓度的升高引起太阳辐射加强,导致全球变暖已成为不争的事实。农田是温室气体排放的重要来源之一,采用静态箱-气相色谱法探讨不同氮肥类型与施氮水平对华南稻田甲烷（CH4）与氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验共设置5个处理,每处理3次重复,分别（以N计）为U6（90 kg·hm-2）,U10（150 kg·hm-2）,U12（180 kg·hm-2）,SR10（150 kg·hm-2,缓释肥）,CR10（150 kg·hm-2,控释肥）。各处理磷钾肥用量一致,分别为45 kg·hm-2（以P2O5计）和127.5 kg·hm-2（以K2O计）。研究结果表明：稻田CH4与N2O排放量随氮肥用量的增加呈增加趋势。晚稻CH4排放呈单峰型,其峰值出现在水稻移栽后16~23 d,N2O排放并未出现明显的排放峰。CH4累积排放主要发生在返青-分蘖初期和分蘖盛期-幼穗分化期两个时段,而N2O的累积排放主要集中在灌浆-成熟期（U6处理除外）。不同氮肥类型处理CH4季节排放总量与平均排放量表现为：处理SR10〉处理U10〉处理CR10,其中,控释肥处理甲烷排放总量较常规尿素处理减少了11.3%;而N2O季节排放总量与平均排放量表现为：处理CR10〉处理U10〉处理SR10。综上,初步认为氮肥的施用能够促进CH4与N2O的释放,缓释肥处理能有效减少稻田N2O的排放,而控释尿素处理能明显降低稻田CH4气体的排放,且稻田CH4与N2O的排放存在一定的互为消长关系,因此如何平衡稻田甲烷与氧化亚氮释放,使稻田增温潜势最小化是下一步研究的重点和方向。     

Field studies on 32P movement and P leaching from flooded paddy soils in the region of Taihu Lake, China

Field experiments were done in two sites, Yixing and Changshu, Jiangsu province, China, to study P movement and leaching in flooded paddy soils. P movement in soil was investigated by using the KH2 32PO4 tracker method, and the amount of P leached from the soil layer in different depths was estimated by measuring P concentrations in the soil solution and saturated hydraulic conductivities in field. Determination was done about one month after P application. There was 46% and 42% of total 32P retained in the 0-5cm layer of soil in the Yixing site and in the Changshu site respectively. The 32P retained in the 25-30 cm layer was only about 1-2% of the total 32P added. Furthermore, 8.01% of 32P in the soil of Yixing site and 16.8% of 32P in the soil of Changshu site was lost from the layer 0-30 cm soil. The seasonal amounts of P leached from the top soil layer and from bottom layer are about 4.5-5.8% and 1.6-2.1% of the total P application, respectively. Changes of total P concentrations in soil solutions during rice growth showed that the fertilizer P applied before flooding of the paddy fields suffered a flash leaching loss and a slow leaching loss. We concluded that the fertilizer P could quickly move in the flooded paddy rice field and parts of it can enter into surface water and ground water. Unless the P application is well managed the risk of P loss and consequently environmental pollution exist.     

模拟稻田中氮磷的变化特征及其降污潜力分析

为研究稻田中氮磷的变化特征和降污潜力,采用室外微区模拟稻田春耕施肥耕整试验,在3、6cm和9cm等3个不同蓄水深度处理（分别表示为t-3、t-6、t-9）条件下,对稻田氮磷含量变化的动态特征及降污潜力进行了探讨。田面水氮磷质量浓度变化与土壤中氮磷的流失密切相关。土壤扰动、基肥（缓释肥）的释放、硝化-反硝化作用、悬浮颗粒物（SS）的物理沉降等综合因素的影响,是导致田面水氮磷质量浓度变化呈先升后降趋势的主要原因。在蓄水处理后1周内,各处理的田面水氮磷质量浓度大小顺序为：Ct-3〉Ct-6〉Ct-9,总氮（TN）、总磷（TP）质量浓度与蓄水深度呈显著的负相关（Y=-33.97x＋133.4,R2=0.999和y=-0.115x＋0.61,R2=0.994）。春耕插秧时,因水分管理要求,需要立即排水,相对于蓄水3cm的常规水分管理,若能蓄水9cm后再排放,可减少排放总氮45.57%~86.88%、总磷33.02%~62.79%;若蓄水6cm再排放,可减少排放总氮35.76%~72.13%、总磷9.88%~50%。但考虑到＂浅水活苗＂之实际,以人工蓄水5~6cm较为适宜。另外,在蓄水5~6cm的前提下,于第5d或第7d排水,减排降污效果显著;第5d排水,相比第3d排水,可减少排放总氮21.22%~55.41%、总磷67.67%~83.70%。从稻田春耕生产实际要求和降污效能综合考虑,选择6cm的蓄水深度并在第5d排水,是提高稻田减排降污潜力的农艺措施之一。     

稻田冬闲期CO2气体排放的观测研究

亚热带红壤稻作区是华中地区的主要生态系统类型,在生态、经济以及社会效益方面都起着非常重要的作用。为了解这一生态区域的碳循环过程的因素和机理,同时为进一步解释农田碳循环过程对温室气体CO2的影响提供科学依据,采用静态箱式法对亚热带红壤性稻田长达约5个月的冬季休闲期(2005年11月—2006年4月)CO2气体排放通量进行了田间原位观测,并结合同步气象资料进行了分析。结果表明:亚热带红壤性稻田冬闲期CO2通量与近地面CO2体积分数的季节变化基本同步,与地面稻田生态系统的CO2通量对大气CO2体积分数的影响60%;CO2通量日变化规律基本为昼吸夜排:白天表现为田间杂草光合作用的结果,受光合有效辐射的影响,CO2通量与光合有效辐射的关系符合对数曲线,相关性达到显著水平;夜晚则以呼吸过程为主,主要受温度的影响,CO2通量与温度呈线性关系,其中气温和5cm地温最适宜用作于描述夜间CO2通量对温度变化的响应的指标。亚热带红壤性稻田生态系统在149d的休闲期内从大气中累积吸碳量(以CO2计)约4.03t·hm-2,表现为大气的碳汇。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦(Triticum aestivum L.)生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式(免耕、少耕、传统耕作)对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明:有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关(r=0.400*～0.654**,n=28)。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理(P<0.05);耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量(P<0.05),有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦（Triticum aestivum L.）生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式（免耕、少耕、传统耕作）对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明：有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关（r=0.400＊～0.654＊＊,n=28）。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理（P〈0.05）;耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量（P〈0.05）,有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。     

不同农作制对四川紫色丘陵区地表径流氮、磷流失的影响

以小麦(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)轮作制为基础,通过在仁寿县建立18个径流小区监测试验,对4种不同农作制与4种施肥水平下各小区径流水样中的氮、磷含量进行了分析.探讨了四川紫色丘陵区坡耕地氮、磷流失系数及其影响因素.结果表明,氮流失总量随施氮量而增加,在增量施肥+横坡种植方式下最大,为0.326 kg·hm~(-2);氮流失总量和流失系数在优化施肥+横坡种植+秸秆覆盖+植物篱方式下最小,其流失总量为0.270kg·hm~(-2),流失系数为0.009%0磷流失总量和流失系数在不同处理方式下总体上虽较为接近,但增量施肥+横坡种植方式下磷的流失总量最大,为0.020kg·hm~(-2);而优化施肥+横坡种植+秸秆覆盖+植物篱最小,为0.015kg·hm~(-2).研究表明,优化施肥、横坡种植、秸秆覆盖和植物篱拦蓄地表径流作用明显,是遏制耕地氮、磷流失的有效途径.     

Combination system of full-scale constructed wetlands and wetland paddy fields to remove nitrogen and phosphorus from rural unregulated non-point sources

Constructed wetlands (CWs) have been used effectively to remove nitrogen (N) and phosphorus (P) from non-point sources. Effluents of some CWs were, however, still with high N and P concentrations and remained to be pollution sources. Widely distributed paddy fields can be exploited to alleviate this concern. We were the first to investigate a combination system of three-level CWs with wetland paddy fields in a full scale to remove N and P from rural unregulated non-point sources. The removal efficiencies (REs) of CWs reached 57.3 % (37.4–75.1 %) for N and 76.3 % (62.0–98.4 %) for P. The CWs retained about 1,278 kg N ha^?1 year^?1 and 121 kg P ha^?1 year^?1. There was a notable seasonal change in REs of N and P, and the REs were different in different processing components of CWs. The removal rates of wetland paddy fields adopt “zero-drainage” water management according to local rainfall forecast and physiological water demand of crop growth reached 93.2 kg N ha^?1 year^?1 and 5.4 kg P ha^?1 year^?1. The rice season had higher potential in removing N and P than that in the wheat season. The whole combined system (0.56 ha CWs and 5.5 ha wetland paddy fields) removed 1,790 kg N year^?1 and 151 kg P year^?1, which were higher than those from CWs functioned alone. However, another 4.7-ha paddy fields were needed to fully remove the N and P in the effluents of CWs. The combination of CWs and paddy fields proved to be a more efficient nutrient removal system.     

覆草旱作对晚稻田土壤氮素肥力的影响

在南方季节性丘陵干旱区通过田间定位试验研究了覆草旱作、裸地旱作和常规水作三种水稻栽培措施对双季稻轮作系统下晚稻田土壤氮素肥力的影响.结果表明,与裸地旱作和常规水作相比,覆草旱作处理显著提高晚稻移栽前和成熟期土壤碱解氮和矿质氮含量.在晚稻生育期,覆草旱作和裸地旱作稻田土壤无机氮以硝态氮为主.与裸地旱作相比,覆草旱作和常规水作处理显著提高晚稻成熟期土壤可矿化氮含量.与裸地旱作和常规水作相比,覆草旱作处理显著提高晚稻抽穗期和成熟期土壤微生物量氮含量和土壤脲酶活性.     

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O排放的影响

甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是仅次于二氧化碳（CO2）的重要温室气体,农田是大气CH4和N20的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱．气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明：水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜〉黑麦草〉冬小麦〉紫云英〉休闲,依次为8．96、7．19、6．94、6．52和6．02μg·m-2·h-1,季节N20平均排放通量的顺序是油菜（61．1lμg·m-2·h-1）〉冬小麦（52．5lag·m-2·h-1）〉黑麦草（34．0μg·m-2·h。）〉休闲（15.3lμg·m-2·h-1）〉紫云英（13．6lμg·m-2·h-1）。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平（P〈0．01）,C144和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43．2和294．7mg·m-2,比对照休闲增加49％和299％。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势（P〈0．05）,紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异（P〉0．05）。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦(Triticum aestivum L.)生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式(免耕、少耕、传统耕作)对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明:有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关(r=0.400*～0.654**,n=28)。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理(P<0.05);耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量(P<0.05),有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。     

Case Study on Nitrogen and Phosphorus Emissions from Paddy Field in Taihu Region

The agricultural non-point source pollution by nitrogen (N) and phosphorus (P) loss from typical paddy soil (whitish soil, Bai Tu in Chinese) in the Taihu Lake region was investigated through a case study. Results shown that the net load of nutrients from white soil is 34.1 kg ha^–1 for total nitrogen (TN), distributed as 19.4 kg ha^–1, in the rice season and 14.7 kg ha^–1in the wheat season, and for total phosphorus (TP) 1.75 kg ha^–1, distributed as 1.16 kg ha^–1 in the rice season and 0.58 kg ha^–1 in the wheat season. The major chemical species of N loss is different in the two seasons. NH₄-N is main the form in the rice season (53% of TN). NO₃-N is the main form in wheat season (46% of TN). Particle-P is the main form in both seasons, (about 56% of TP). The nutrient loss varied with time of the year. The main loss of nutrients happened in the 10 days after planting, 64% of TN and 42% of TP loss, respectively. Rainfall and fertilizer application are the key factors which influence nitrogen and phosphorus loss from arable land, especially rainfall events shortly after fertilizer application. So it is very important to improve the field management of the nutrients and water during the early days of planting.     

不同减量施肥条件下稻田田面水氮素动态变化及径流损失研究

采用过量施用化肥获得高产已成为近年来太湖地区的普遍现象,而由此引发的农业面源污染对水体生态环境恶化的贡献值也越来越大。通过对苕溪流域地区的田间试验,研究了8种不同减量施肥处理条件下,稻田田面水中氮素的动态变化特征和径流损失量,研究结果表明,（1）各处理铵氮浓度在施肥后迅速上升,1～3d达到最大值,而总氮在施肥后第1天便达到峰值,之后随时间变化逐渐下降,铵氮、总氮浓度在一周之后均降至较低水平。（2）田面水中铵氮／总氮比在施肥后3～7d达到峰值,之后逐渐下降。（3）田间任何1次的径流排水均会造成田面水氮素的流失,径流排水发生的时间与施肥时间间隔越小氮素的流失负荷就越大。（4）各减量化施肥处理年度累计流失负荷较常规施肥处理下降6％～53％,当季稻田氮素流失率在1．4％～2．6％之间。为减少农田氮肥使用量,降低氮素流失量,减缓农业面源污染提供理论依据。     

稻田土壤理化特性对CH4排放的影响

通过对8个稻田土壤的培养实验,研究了土壤特性在水分和小麦秸杆两因子两水平处理下对甲烷排放的影响。相关分析结果表明,各处理下的甲烷排放量均与土壤砂粒含量成正比（p<0.01）。逐步回归分析表明,在淹水条件下,无论施加小麦秸杆与否,甲烷排放量均可通过土壤砂粒含量和C/N比的线性组合得以定量表述,其决定系数（R