太湖流域肥料施用策略调整对典型作物系统氮磷流失的影响

太湖流域种植业肥料施用强度普遍较高，且以化学肥料为主要形态.因肥料投入不适宜，种植业氮、磷流失问题显著.2015年以来，各地区积极对种植业肥料施用策略进行调整，但当前工作主要基于粮食作物系统且仍停留在化肥施用总量削减和有机肥施用面积提升层面上，缺少菜地、果园、茶园作物系统的相关数据以及对农业环境问题的响应.对此，以苏州市吴中区为太湖流域典型农区代表，研究2019～2021年稻田、菜地、果园和茶园这4类作物系统肥料策略调整对氮、磷流失的影响.结果表明，肥料源养分投入强度的调控是决定氮、磷流失的关键；适宜的有机肥替代比例有助于降低氮、磷流失风险，但有机肥施用需考虑时机并尽可能搭配农用机械.肥料效率是兼顾农业生产过程环境友好、生产主体经济效益的核心，也是后期肥料施用策略调整的导向.稻田系统的肥料施用策略调整应重视养分中不同元素配比，菜地系统应以种植结构调整为抓手，茶园、果园系统可从复合系统视角制定同时满足茶、果生长的施肥策略，助力构建满足农业绿色发展需求的作物系统.     

秸秆和肥料管理措施对太湖流域水稻种植氮流失的影响

稻田系统的氮流失是农业面源污染的重要组成部分. 当前,氮肥投入量已得到有效控制,针对不同秸秆和肥料管理措施的多途径（径流、侧渗、下渗）氮流失特征研究还较为缺乏. 对此,选取太湖流域种植时长超过20 a且持续秸秆还田超过5 a的稻田,研究秸秆和肥料管理措施对水稻全生育期不同途径氮流失的影响,并基于作物产量、氮利用效率及氮流失强度,对秸秆和肥料管理措施的生产适宜性和环境友好性进行研判. 结果表明,秸秆离田会提升水稻植株对施氮的敏感度. 稻季氮总流失量为9~17 kg·hm^-2,占氮肥施用量的5%~7%. 对秸秆管理而言,秸秆离田的泡田排水具有更高氮流失风险;秸秆还田可降低15%以上的下渗途径氮流失量,但是对侧渗途径的氮流失作用并不明确. 对肥料管理而言,有机肥的适宜替代可较同施氮梯度下的化肥施用减少16%的种植期径流氮流失、26%的下渗氮流失,以及37%的侧渗氮流失. 综合产量数据,实施秸秆还田和肥料类型优化能够有效降低生产单位重量稻米的氮流失量,切实实现对农业生产和环境友好的双向兼顾.     

薄膜覆盖减少化肥养分流失研究

我国化肥的利用率低,使用量又不断增长,增加了农业面源污染问题的严重性.本研究针对化肥流失主要通过水带走的特性,进行大田试验种植玉米,利用薄膜覆盖所施用的化肥,实现"肥与水隔离",以减少化肥流失.试验一方面观察了不同施肥处理二季甜玉米的生长和产量,另一方面测定了作物对肥料的利用率以及地表径流养分含量.结果表明,在本土壤条件下甜玉米只需施用常规施肥量的70%即可达到高产.甜玉米收获后土壤中碱解氮、有效磷、有效钾的含量比不经薄膜覆盖的显著提高,其顺序为100%施肥量+覆膜70%施肥量+覆膜100%施肥量、70%施肥量不施肥.氮、磷、钾肥料的表观利用率分别为42%~87%、0%~3%和5%~15%,覆膜处理一般高于不覆膜处理,特别是在高施肥量情况下更为明显.通过8次径流水的收集测定,无薄膜覆盖的施肥处理的地表径流N、P和K平均浓度分别为27.72、2.70和7.07 mg.L-1,薄膜覆盖技术处理降低N、P、K浓度的效果分别达到了39.54%、28.05%、43.74%,对于减少农业面源污染和水体富营养化可起到明显效果.     

滇池宝象河流域氮磷流失空间格局解析

有效控制氮磷流失量是水质持续改善的关键因素,定量解析流域氮磷流失量对于氮磷污染精准控制至关重要.宝象河作为滇池流域最主要的入湖河流之一,对滇池水质的影响极为重要.该研究基于第二次全国污染源普查数据,建立了宝象河流域高分辨率的氮磷排放清单,通过构建宝象河LODEST模型估算流域氮磷非点源污染入河系数,并对宝象河流域的氮磷流失量及其空间格局进行解析.结果表明:①2018年宝象河流域TN和TP的排放量分别为1 456.92、191.16 t,流域内种植业非点源是最大的污染源,其次是城镇生活点源和未收集点源.②2018年宝象河干海子断面TN和TP的径流通量分别为270.49和11.19 t,非点源入河系数分别为0.297和0.048.③2018年宝象河流域TN和TP流失量分别为432.28和18.57 t,氮磷流失空间格局呈显著的空间异质性,流域内TN和TP流失强度总体呈外高内低的分布,农业污染为主的子流域氮磷流失最为严重.该研究提出的氮磷流失量估算方法较好地揭示了流域氮磷流失空间分布规律,论证了降雨和地形的不均匀性是造成流域氮磷流失量呈显著空间异质性的重要因素.研究成果可为滇池流域入湖污染负荷控制与削减工程提供重要的科学依据,同时能够为宝象河流域水环境的精准控污和精细管理提供有效的决策支撑.      

长三角地区农田肥料总氮地表流失率和流失负荷估算

以长江三角洲为研究区域,利用2002年以来公开发表的文献中188组农田总氮(TN)地表径流试验样本,基于Bayesian递归回归树模型建立了长三角地区农田肥料部分(不包括土壤本底含量)总氮流失估算模型.同时,在ArcGIS平台上,估算了2008年长三角地区"三省一市"(上海、江苏、浙江与安徽)1 km×1 km农田肥料总氮地表流失率和流失负荷.结果表明:基于长三角地区化肥施用量、年降雨量、土地利用现状与水系等数据构建的长三角地区农田肥料TN地表流失率估算模型是有效的,模型校准和验证R2分别达到0.820和0.744,模拟结果相对可靠.长三角地区农田TN流失率具有显著的空间分异性,其中位值为3.36%(R50为3.09%~3.63%),主要影响因素为降雨量、土壤有机质含量、土壤粘粒比重、施N量等;相应地,2008年流失负荷为88.1 Gg·a-1(71.9~104.4 Gg·a-1,以N计).TN流失率较高的区域集中在淮河北部及江苏东部沿海区域,流失负荷贡献最大的市依次为盐城、徐州、阜阳、亳州,共占研究区域农田肥料TN流失负荷的41%.     

流域尺度氮流失的环境风险评价

采用故障树及概率分析方法,对九龙江流域氮的流失风险进行定性与定量评价.通过建立故障树定性分析了九龙江流域氮流失的主要风险来源.结果表明,氮流失风险大小主要与肥料施用、畜禽养殖废物的处置及农田耕作有关.在GIS技术支持下,通过土地利用、土壤等数据的计算,结合田间调查结果与专家意见,确定故障树基本故障事件概率,继而对氮流失风险进行定量评价.最佳管理措施模拟评价结果表明,降低施肥水平,在养殖场周边建立植被过滤带,增加河岸林截留入河沉积物等措施可以有效降低氮流失风险,在九龙江流域可以考虑优先实施.      

生物炭环境效应和在农业面源污染防治中的作用

生物炭能够延缓肥料养分释放,提高肥料利用率,降低肥料及土壤养分流失,从而减轻农业面源污染。同时,生物炭进入土壤中,实现碳的封存固定,减少碳排放。     

农业流域营养盐流失的关键因素及其防治途径

全面分析农业流域氮、磷等污染物质流失的关键过程,识别主要影响因素,研究探讨农业面源污染影响因素的作用方式和治理途径,对于农业面源污染控制具有重要意义。以国内外大量相关研究成果为基础,全面分析了农业面源污染的主要产生机理,以及影响农业面源污染时空分布的主要因素及相互作用关系,详细探讨了土壤性质、植被类型、土地利用格局、径流驱动因素、农业生产模式等关键因素对农业面源污染流失特征的影响作用,并从农田管理、景观结构调整、农业生产格局优化等方面有针对性的提出了适合中国农业流域特点的面源污染防控措施。     

汉丰湖流域农业面源污染氮磷排放特征分析

为把握汉丰湖流域农业面源污染现状,探明其首要污染源和重点控制区域,应用排污系数法估算了汉丰湖流域2015年种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源TN、TP污染物的贡献量,利用GIS空间分析法研究了其排放的空间分布特征.结果表明,2015年汉丰湖流域农业面源污染TN和TP的总负荷量分别为2721.42 t和492.04 t;等标污染负荷量以南河子流域最大,汉丰湖子流域最小;不同类型农业面源等标污染负荷总量差异很大,以肥料源和畜禽养殖源为主要来源,其中肥料源等标污染贡献率为76.92%,是汉丰湖流域首要污染源;各乡镇中,敦好镇、铁桥镇和白桥镇的等标污染负荷量较高,均高于350 m³·a^-1,为重点控制乡镇.等标污染负荷评价及聚类分析结果表明,汉丰湖流域农业面源有种植业源-畜禽养殖源复合主导型、肥料源-畜禽养殖源复合主导型、种植业源严重污染型和肥料源复合主导型这4种污染类型.     

四川盆地紫色丘陵区不同种植模式下氮流失特征

氮素流失是农业面源污染的重要来源.为了解四川盆地紫色丘陵区不同种植模式下氮的流失特征,以四川盆地紫色丘陵区4种典型耕作模式紫云英-水稻(M1)、空地-大豆-空地(M2)、空地-生姜(M3)、空地-玉米+红薯(M4)等为研究对象,研究了4种模式从2008年12月到2009年8月共8次有效降雨中氮通过地表径流和渗透水的流失特征.研究期间,4种模式下氮流失量随着降雨量的增加而增加,总氮流失量表现为:M3((30.388±2.86)kg·hm-2)M4((17.118±1.677)kg·hm-2)M2((10.987±1.108)kg·hm-2)M1((6.090±1.051)kg·hm-2).相对于其它模式,M4模式下地表径流量和渗透水量在研究期间均最大,但M3模式下氮通过地表径流和渗透水的流失量最大.另外,非生长季节4个模式下氮流失量相对较低且各模式间差别较小,生长季节4个模式间可溶性氮和总氮通过地表径流和渗透水流失量均表现为M3M4M2M1.4种种植模式下氮通过地表径流和渗透水的流失形态均以硝态氮为主.渗透水中铵态氮和可溶性总氮占总氮的比例高于地表径流.这些结果为该区区域合理选择耕作模式、优化耕作方式、加强管理以控制区域农业面源污染提供了一定的基础数据.     

基于机器学习的长江流域农田氮径流流失负荷估算

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总氮径流流失强度的主要因素,建立了基于机器学习的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型,量化了长江流域农田总氮径流流失负荷.结果表明,径流深、施氮量和土壤氮含量是影响旱地总氮径流流失强度的主要因素;径流深和施氮量是水田总氮径流流失强度的主要影响因素.与分类与回归树、多元线性回归和增强回归树方法相比,采用随机森林算法构建的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型具有更高的精度（R²为0.65~0.94）.基于随机森林算法的预测模型估算的2013年长江流域农田总氮径流流失负荷（以N计）为0.47 Tg ·a^-1（旱地：0.25 Tg ·a^-1;水田：0.22 Tg ·a^-1）,中下游地区贡献了58%的流失负荷.模型预测5种防治情景下的长江流域农田氮流失负荷可削减2.4%~9.3%,其中减少径流量的削减效果最为显著.长江流域农田氮面源污染防治必须协同加强氮肥精准管理、减少农田径流量和提高土壤氮利用,且应将重点放在中下游地区.所发展的基于机器学习建模方法克服了氮径流流失强度与影响因素之间函数关系难以确定的问题,为估算区域或流域农田氮流失负荷提供了简便且可靠的方法.     

基于二污普数据果菜茶畜禽粪污氮承载评估

为评估我国各省份果菜茶种植对当地畜禽粪污承载消纳能力,基于各省份果菜茶产量数据与第二次全国污染源普查结果分别核算了畜禽粪肥氮需求量和供给量,以粪肥替代化肥比率为0.4和0.5两种情景评估了各省份果菜茶种植粪肥氮承载消纳情况.结果表明:①全国果菜茶种植氮素平均需求量为358.7 kg/hm2,畜禽养殖业粪肥氮素产生量为463.3×104 t,供给量为277.97×104 t.果菜茶单位种植面积粪肥氮素供给量全国平均值为126.37 kg/hm2.②粪肥替代化肥比率为0.4时,全国果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量为143.5 kg/hm2,各省份粪肥氮养分承载压力系数在0.21~2.99之间,平均值为0.78.③粪肥替代化肥比率为0.5时,全国果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量为179 kg/hm2,各省份粪肥氮养分承载压力系数在0.17~2.39之间,平均值为0.63.研究显示,粪肥替代化肥比率在0.4和0.5条件下,全国大部分省份畜禽粪肥氮养分提供量未超过本区域果菜茶种植的肥料所需.各省份畜禽养殖业可提供的粪污全部用于区域内果菜茶作物施肥,全国有22个省份粪肥替代化肥的比率在0.4之内.      

施肥和秸秆覆盖对成都平原区农田氮和磷流失的影响

近年来由于氮、磷肥料过量施用造成了严重的污染问题和富营养化现象,而且这种污染问题在稻田区域更加明显.因此,采用田间小区试验方法,通过对2018年和2019年田间实地监测,在自然降雨条件下,对成都平原区不同施肥量以及秸秆覆盖对湿沉降和地表径流氮和磷的影响进行研究.结果表明,湿沉降氮养分主要以铵态氮存在,磷养分主要以可溶性总磷存在,氮和磷沉降主要发生在6～8月这3个月.地表径流量与降雨量呈正比,而地表径流氮养分浓度与降雨量呈反比.在2018年和2019年,增氮处理TR3总氮流失量分别为4.75 kg·hm^-2和2.68 kg·hm^-2,比常规处理TR1流失量增加26.73%和43.32%,是流失量最高的处理;减氮处理TR4总氮流失量分别为2.91 kg·hm^-2和1.37 kg·hm^-2,比常规处理TR1流失量降低了36.33%和26.74%,是流失量最小的处理.优化施肥处理TR2和减氮处理TR4能够有效降低地表径流磷素的流失,集中高强度降雨会降低地表径流总磷中颗粒态磷的含量.氮养分的流失主要集中于7～...     

土地管理措施对营养物质排放的影响

采用分布式的非点源污染模型SWAT(soil and water assessment tool),结合GIS技术,模拟了张家冲小流域化肥施用量变化、等高种植和退耕还林对营养物质氮磷排放的影响.结果表明,当农业用地的氮肥施用量由630 kg/hm2增加到955 kg/hm2,磷肥施用量由200 kg/hm2增加到300 kg/hm2时,氮、磷营养物质排放量也呈现增大的趋势.其中,硝态氮负荷达到了3 776.59 kg,增加了19.7%,变化率最大,变化率最小的为无机磷,仅增加了2.7%.采取等高种植的方式对氮、磷排放负荷的影响较小.当小流域内坡度25%的坡耕地全部退耕还林后,各种形态氮、磷排放负荷下降,其中有机态磷下降16.3%;有机氮、氨氮和无机磷与退耕还林前相比,分别降低了22.7%,25.4%和27.9%,在张家冲小流域,对坡度25%的坡耕地实行退耕还林、减少化肥施用量对减少氮磷负荷排放作用明显.     

种植业面源污染防控技术发展历程分析及趋势预测

种植业对农业面源污染贡献不容小觑.已有治理技术并不在少数,但受技术参数模糊和技术应用效果不明朗等因素的影响,现阶段技术应用和污染治理效果不理想.对此,本研究基于近20年国内外种植业面源污染防控的发表论文,明确种植业面源污染防治技术的体系框架,梳理技术的发展历程,比较不同方向技术对生产投入、产量及污染物排放的作用效果,对新时期下我国植业面源污染防控的发展前沿趋势作出预判.本研究构建了源头削减、过程拦截和养分回用这3个领域以及栽培、生态沟渠和尾/废水等14个方向的技术体系.结果发现,源头削减领域获得了最高关注度,研究方向多且热度仍在不断提升;我国对其中肥料方向技术的研究集中度较高.相比之下,过程拦截和养分回用领域的技术较为单一和欠缺.养分利用效率提升、转运过程调控和土壤添加剂使用将是种植业面源污染防控未来的主要着力点和抓手.农田基础设施的配套及后端净化体系的构建,将有助于集成、耦合多领域技术,进一步确保种植业面源污染防控的作用效果.     

洱海湖区非点源污染与洱海水质恶化

洱海湖区由于农用化肥、畜禽养殖和农业水土流失引起的非点源污染对洱海水质由贫营养化过渡到中营养化,向富营养化发展起到了重要作用.应大力发展生态农业,使用化肥农药减量提效,实现有机肥料资源化利用,控制污染转移过程,综合防治非点源污染.     

紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应

紫色土旱坡地被认为是三峡库区泥沙和面源污染的主要来源地,加强对紫色土旱坡地壤中流和地表径流中氮流失特征的研究,对防控三峡库区的面源污染有重要的现实意义.依托中科院成都山地所忠县石宝寨试验站的紫色土旱坡地定位径流小区,设置不施肥(CK)、常规施肥(T₁)、优化施肥(T₂)和减肥配施秸秆(T₃)这4种不同的处理,通过监测在油菜-玉米轮作制度下紫色土旱坡地壤中流和地表径流的流失通量、各次径流不同氮形态的流失浓度和流失通量,研究紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应.结果表明,壤中流径流量占总径流量的比例达到60.14%～88.56%,壤中流氮流失通量占全氮流失通量的72.88%～92.35%.铵态氮主要通过地表径流的方式流失,硝态氮主要通过壤中流的方式流失且是氮流失的主要形态.不同处理的铵态氮和硝态氮流失通量均呈现出T₁>T₂>T₃>CK,T₃处理的氮流失通量为20.07 kg·(hm²·a)     

高产粮区不同施肥模式下玉米季农田氮素损失途径分析

研究不同施肥模式下土壤氮素损失的途径,有助于制定合理的施肥措施.2009年在山东桓台典型高产粮区设置了4种施肥模式：对照(CK)、 农民习惯(FP)、 优化施肥(OPT)和控释肥(CRF）,监测了土壤水氮动态和作物生长状况,采用水氮管理模型（WNMM）模拟了不同施肥模式下玉米季土壤的水分动态和氮素去向.2009年夏玉米季3个施肥处理的氮素淋失量占施肥量的比例范围为6%～18%,平均为12.7%,其中优化施肥处理的氮素淋失量最低,仅为14.5 kg·hm^-2.氨挥发量所占的比例范围为5%～34%,平均为20.7%,其中控释肥处理的氨挥发量最低,仅为7.6 kg·hm^-2.4个处理的氮素总损失量顺序为：FP处理> OPT处理>CRF处理≈CK处理.本研究表明在保证作物产量的前提下,优化施肥和施用缓控释肥均可以有效减少氮素损失,提高氮肥利用效率和保护生态环境.