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.     

氮肥与DCD配施对棚室黄瓜土壤NH3挥发损失及N2O排放的影响

以传统水氮管理为对照,进行了优化水氮管理条件下氮肥与DCD配施对大棚黄瓜土壤氨挥发损失及氧化亚氮排放的影响研究.试验结果表明,与传统水氮管理相比,优化水氮管理减少了氮肥用量及灌水量,但黄瓜产量并没有降低.各水氮处理的NH3挥发速率峰值出现在施肥灌水后的第3d,添加DCD的各优化水氮处理与传统水氮处理相比,土壤氨挥发累积量分别减少55.97%、43.68%、66.47%,4次追肥后W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD的氨挥发速率峰值与累积量变化范围较小.不同水氮处理的N2O排放通量的峰值均出现在施肥灌水后的第4d,各追肥时期W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD处理,土壤N2O排放通量峰值与N2O累计排放量均显著低于传统水氮处理W1N1,并且3个处理之间不存在显著差异,充分表明优化水氮管理中将氮肥与DCD配施对减少N2O排放起到了显著作用.     

氮肥使用对北方夏玉米季氨挥发的影响

氨挥发是农田作物生产中氮肥损失的主要途径之一,对空气质量有重要影响.为研究我国北方地区化肥类型、施用数量、施氮时期以及采样方法等因素对夏玉米季氨挥发的影响,本研究收集了1980~2018年发表的北方地区夏玉米生产中氨挥发的研究文献,并对数据进行统计分析.结果发现,随着化肥施氮量的增加,氨挥发总量呈指数型增长,净氨挥发量呈幂函数型增长.基肥/追肥施氮量为1/1时,追肥期氨挥发总量和净氨挥发量显著高于基肥期（P<0.05）,氨挥发总量分别约占总生育期的58.4%和41.6%.随着施氮量的增加,激发效应先表现为负效应后逐渐转变为正效应,转折点施氮量为297 kg ·hm^-2.采用抽气法与海绵法测定的氨挥发量存在显著差异（P<0.01）,且抽气法测定数据更为稳定.施用缓释尿素相较于普通尿素可降低氨挥发约20%~50%.我国北方夏玉米生产中,合理控制追肥期施氮量更有助于减少氨挥发,且高氮肥条件下抽气法比海绵法更适合于氨挥发的测定.     

优化施氮对河套灌区氧化亚氮排放和氨挥发的影响

以河套灌区盐化潮土为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法和通气法研究了4个施肥处理(不施肥(CK)、传统施肥(CON)、优化处理1(OPT1,减氮53.3%)、优化处理2(OPT2,减氮53.3%+硝化抑制剂))对河套灌区玉米农田氧化亚氮(N_2O-N)排放、氨挥发(NH_3-N)损失和玉米产量的影响.结果表明:氮肥减量显著降低了土壤N_2O-N排放和NH_3-N挥发;相比于CON处理,OPT1处理的N_2O-N排放量和NH_3-N挥发量分别降低了45.2%和68.8%(p0.05),但N_2O-N损失氮素比率增加了9.7%(p0.05).施用硝化抑制剂可显著降低土壤N_2O-N排放,与OPT1处理相比,OPT2处理可降低34.6%(p0.05)的N_2O-N排放和41.5%(p0.05)的N_2O-N损失氮素比率,但NH_3-N挥发增加了47.5%(p0.05).OPT1处理显著降低了玉米产量,降幅达22.1%(p0.05),而OPT2处理相对于OPT1处理增产32.9%(p0.05),与传统施肥处理无差异.因此,综合N_2O-N排放、NH_3-N挥发及玉米产量可知,OPT2是较为合理的施肥措施,值得在河套灌区推广.     

基于RZWQM模型模拟太行山低山丘陵区农田土壤硝态氮迁移及淋溶规律

太行山低山丘陵区是华北平原地下水补给区,近年来山区农田面积增加,农田过量氮肥投入造成地下水硝酸盐浓度逐年升高,因此,研究典型农田土壤氮淋溶过程对保护补给区地下水具有重要意义.本文以位于太行山低山丘陵区的中国科学院太行山生态试验站冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,应用根区水质模型（root zone water quality model,RZWQM）对太行山低山丘陵区2015~2016年冬小麦-夏玉米的1个轮作周期内1m土壤剖面水分和硝态氮运移进行模拟.结果表明,土壤硝态氮淋溶主要发生在夏玉米季（雨季）,当全年施氮量为300 kg·hm^-2时,夏玉米季硝态氮淋失量达到59.9 kg·hm^-2,而冬小麦生长季硝态氮淋失量仅为2.12 kg·hm^-2.不同施氮量和不同降水年型下玉米季土壤硝态氮淋溶模拟结果表明,当施氮量为0、300和450 kg·hm^-2时,2016年（丰水年）极端降水后,玉米季土壤硝态氮潜在淋失量分别为10.5、59.9和136.5 kg·hm^-2;当全年施氮量为300 kg·hm^-2时,2013（枯水年）、2015（平水年）和2016年（丰水年）玉米季硝态氮淋失量分别占轮作周期总施氮量的9%、10%和20%;当全年施氮量为450 kg·hm^-2时,2013（枯水年）、2015（平水年）和2016年（丰水年）玉米季硝态氮淋失量分别占总施氮量的11%、17%和30%,表明大降水事件不仅对地下水形成大量补给,很大程度上也增加了累积在农田土壤中的硝态氮淋溶损失,增加了对区域地下水硝酸盐潜在污染威胁.     

缓控释肥侧深施对稻田氨挥发排放的控制效果

以减少氨挥发损失为目的,以无机化肥分次施用为对照,选用树脂包膜尿素(RCU)、硫包衣尿素(SCU)和掺混控释肥(RBB)3种不同类型缓控释肥料,采用一次性施肥(B)和一基一穗(BF)2种施肥方式,研究了插秧施肥一体化条件下不同类型缓控释肥侧深施及施用方式对稻田田面水氮浓度及氨挥发损失的影响.结果表明,除SCU处理基肥期田面水总氮和铵态氮质量浓度均高于常规分次施肥处理CN,RCU和RBB处理均低于CN处理.不同缓控释肥料稻田氨挥发损失差异较大,损失量占施肥量的3.84%~28.17%.与CN处理相比,不同类型缓控释肥料均有减少稻田氨挥发损失的效应,处理间氨挥发损失量表现为:CN、B-SCUBF-SCU、BF-RBB、BF-RCU、B-RBB、B-RCU.一次性基施下,B-SCU处理的氨挥发总量显著高于B-RCU和B-RBB处理,一基一穗下3种处理间氨挥发总量差异不显著.不同肥料在2种施肥方式下氨挥发损失量差异不显著,但表现不一致.BF-SCU处理的氨挥发损失量低于B-SCU处理,BF-RCU和BF-RBB处理的氨挥发损失量分别高于B-RCU和B-RBB处理.阶段氨挥发损失来看,施用SCU处理的基肥-蘖肥(7.54%)和蘖肥-穗肥阶段(16.04%)的损失较高,RBB处理的基肥-蘖肥阶段氨挥发损失(2.91%)明显增加,而RCU处理的穗肥后阶段(2.75%)是氨挥发损失的集中时期.追施穗肥尿素增加了穗肥后阶段的氨挥发排放损失,穗肥后阶段氨挥发量与田面水铵态氮质量浓度在不同类型肥料间无明显相关关系.     

垄作覆膜条件下田间氨挥发及影响因素

通过大田试验,采用密闭法研究了垄沟覆膜栽培条件下冬小麦生育期内土壤氨挥发动态过程及相关土壤理化性质.结果表明,生育期内垄沟覆膜处理氨挥发累积量（以N计）为（1.66±0.3）～（3.28±0.51）kg.hm-2,常规栽培为（4.68±0.35）kg.hm-2,垄作栽培比常规栽培减少了29.8%～63.8%,氮肥损失率从常规栽培的1.9%下降到了0.3%～0.8%.小麦生育期内土壤氨挥发速率先升后降,冬前高、冬后低.常规栽培土壤氨挥发主要发生在越冬前,其挥发量占总挥发量的82%;而垄作栽培的越冬前挥发量只占挥发总量的49%～61%.越冬前常规栽培土壤氨挥发速率受土壤铵态氮浓度和土壤含水量的共同影响;而垄作条件下土壤氨挥发主要受土壤铵态氮浓度影响,地表温度和土壤含水量通过土壤铵态氮间接影响氨挥发.返青后2种栽培模式下的氨挥发主要受土壤铵态氮浓度的影响.常规栽培和垄沟覆膜高施氮量条件下土壤氨挥发累积量动态过程符合对数函数;而不施肥和垄沟覆膜低施氮量条件下的动态过程可以用线性函数表示.垄沟覆膜栽培在一定程度上改变了土壤氨挥发机制和过程,显著降低土壤氨挥发和氮肥损失.     

麦秸全量还田下太湖地区两种典型水稻土稻季氨挥发特性比较

利用原状土柱在田间试验条件下,比较了麦秸还田下乌栅土和黄泥土稻季氮素氨挥发损失规律,每种试验土壤均设对照、氮肥、氮肥加麦秆这3个处理,同步测定施肥后氨挥发、田面水铵态氮浓度与pH、以及表层土壤Eh.结果表明,乌栅土氨挥发速率及其累积氨挥发量显著高于黄泥土,两种土壤的稻季平均氨挥发的氮素损失量分别为41.8 kg·hm-2和11.2kg·hm-2,分别占氮肥用量的15.2%和3.8%;在3个施肥时期中,分蘖肥期氨挥发损失率最高,乌栅土和黄泥土分别占氮肥用量的29.4%和8.3%;麦秸还田显著增加了氮肥的氨挥发损失,麦秸还田下乌栅土和黄泥土稻季氨挥发损失比单施氮肥处理分别增加了19.8%和20.6%.两种土壤氨挥发速率均与田面水NH4+-N浓度、pH呈正相关关系,但与表层土壤Eh的关系还需进一步研究.     

控释氮肥减量配施对土壤氨挥发和N2 O排放的影响

施用控释氮肥是提高氮素利用效率、减少氮素损失的重要途径.为研究聚合物包膜氮肥与普通尿素配比减量施用对旱作棕壤氨挥发和N₂O排放的影响,利用15N同位素标记技术,通过5个不同氮肥施用量处理,分析施肥后土壤的氨挥发和N₂O排放规律以及玉米的当季氮肥利用率.结果表明:①土壤氨挥发主要出现在施肥后的前2周,普通尿素氨挥发速率最大可达4.04 kg/（hm2·d）,最大值出现在施肥后第7天,施用配比包膜氮肥氨挥发峰值出现时间比普通尿素延迟2 d,且氨挥发总量明显降低,为2.15 kg/（hm2·d）.②对于各处理下的氨挥发总量,无氮处理（CK）为3.69 kg/hm2,常规尿素处理（NU）为18.64 kg/hm2,配比控释氮肥处理（PU1）为9.39 kg/hm2,减量配比控释氮肥处理（PU2）为6.44 kg/hm2,再减量配比控释氮肥处理（PU3）为5.02 kg/hm2.③N₂O排放规律呈现先平稳后升高的趋势,较高的N₂O排放通量集中在施肥后的55~91 d之间.N₂O排放峰值最高的是常规尿素处理,在施肥后第79天出现,达到0.299 mg/（m2·h）,施用配比包膜氮肥N₂O排放峰值均低于常规尿素处理.④施用配比包膜氮肥玉米产量高于普通尿素处理,减量配比包膜氮肥不会降低玉米产量.⑤土壤氨挥发总量与施氮量呈显著正相关.施用配比包膜氮肥相比于普通尿素可显著减少土壤氨挥发,减量配施氮肥相比于全量施肥可显著减少土壤氨挥发.因此,施用配比包膜氮肥,可在保证粮食产量的前提下减少氮肥投入,降低氮肥的气态损失,从而降低环境风险.      

麦秸水热炭及其改良产物对水稻产量和稻田氨挥发排放的影响

水热炭的酸性特性及材料吸附性质为其稻田回用及氨挥发损失控制提供了可能.为实现农业废弃物的资源化利用和稻田环境损失控制,本研究以小麦秸秆为原材料,通过土柱模拟试验,考察了麦秸水热炭（WHC）及其水洗改良产物（W-WHC）对水稻产量和稻田氨挥发排放的影响.结果表明,麦秸水热炭及其改良产物稻田回用能够增加水稻产量,低量添加（0.5%）的增产效应高于高量添加（1.5%）处理.低量添加下,WHC和W-WHC处理的水稻产量分别较对照处理（CKU）增加17.16%和20.20%.结果同时表明,除W-WHC低量添加处理的氨挥发损失量与对照相当,水热炭及其改良产物添加均能够减少稻田氨挥发损失.其中,WHC低量添加和W-WHC高量添加处理的稻田氨挥发损失显著低于CKU处理,NH₃挥发累积排放量分别减少31.01%和17.40%.阶段氨挥发损失结果分析表明,水热炭添加对稻田氨挥发损失的控制效应主要集中在蘖肥期和穗肥期,水热炭添加后蘖肥期田面水氮素浓度的变化和穗肥期田面水pH的改变是秸秆水热炭添加后稻田氨挥发控制的主要驱动因素.结果说明,适宜用量下小麦秸秆碳化还田可以在提高作物产量的同时减少稻田氨挥发损失,是一种适于农业副产物资源化利用的良好方式.     

控释肥条件下沿南四湖农田水稻吸氮特征

氮素是水稻必需营养元素中限制植物生长和形成产量的首要因素,同时也是南四湖水体主要营养性污染物之一.通过施用树脂包膜控释尿素不同氮肥量处理大田试验,研究了南四湖流域鱼台农田控释肥条件下水稻生育期的吸氮特征.结果表明,树脂包膜控释尿素对水稻产量有明显的促进作用,但并不随施氮量的增加呈线性增长,施用中氮量337.5 kg/h...     

滇池北岸典型农区韭菜田大气氮湿沉降与氮挥发研究

选择滇池北岸大清河下游典型农区韭菜田为对象,对雨水进行化学分析,研究了2007年大气氮湿沉降通量及其动态变化,并通过田间试验观测了地表(韭菜地土壤、韭菜废弃物原位腐解、沟渠污水)的氨氮挥发.结果表明,全年大气湿沉降氮(以N计)7.1kg/hm2,其中雨季(4～9月份)占89%.韭菜一次基施尿素(以N计)276kg/hm2,35d累计氨挥发占施氮量的32%,其中前9d氨挥发占总氨挥发96%.韭菜残体腐解21d累计氮挥发占植株氮23%.含氮7～51mg/L的污水(其中氨氮2.7～25.8mg/L)露天放置12d,水体总氮的27%～38%挥发进入大气.可见,韭菜田氮挥发是该地大气氮重要来源之一.     

秸秆还田条件下氮肥用量对稻田氮素淋失的影响

通过田间小区试验,研究了秸秆还田条件下不同氮肥用量对稻田田面水、渗漏水中氮素动态变化和淋失量的影响.结果表明,稻季秸秆还田量为6t/hm2,氮肥用量分别为0,120,180,240,300kg/hm2时,稻季田面水、渗漏水中无机氮(NH4+-N与NO3--N)浓度随氮肥用量的增加而显著增加,秸秆还田显著降低田面水和渗漏水中NH4+-N和NO3--N浓度;田面水中NH4+-N浓度在每次施肥后的第2d、NO3--N在第2~4d达到峰值,渗漏水中NH4+-N在每次施肥后的第2~4d, NO3--N在施基肥后的第20d左右达到峰值;不同处理田面水中NH4+-N、NO3--N的平均浓度及变幅分别为1.23±0.88(0.01~9.89)、1.14±0.18(0.14~2.86)mg/L,渗漏水中分别为1.78±1.60(0.03~22.66)、1.42±0.24(0.22~2.66)mg/L.稻田渗漏量与水稻移栽后天数呈极显著负相关,整个水稻生育期内的总渗漏量为298mm.不同施氮处理稻季NH4+-N、NO3--N的平均净淋失量分别为4.77±4.37 (0.45~12.33)、1.76±1.08(0.49~3.31)kg/hm2,占施氮量的2.57%~4.11%、0.41%~0.56%,氮素损失以NH4+-N为主.     

除草剂对氮肥反硝化损失与N2O排放的影响

在华北平原潮土上,采用原状土柱培养乙炔抑制法研究玉米地氮肥反硝化损失和N2O排放量以及喷施3种除草剂(乙莠、丁莠和旱锄)的影响.结果表明,氮肥的反硝化损失量为2.66kgN/hm2,占施肥量的1.77%;氮肥产生的N2O排放量为3.14kgN/hm2,占施氮量的2.09%,反硝化不是该地区旱作系统氮肥损失的主要途径,但氮肥的施用大大增加N2O排放量.喷施除草剂显著或极显著降低氮肥的N2O排放量和反硝化损失量,比单施尿素处理分别降低2.01~2.85kgN/hm2和2.56~3.16kgN/hm2.     

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.     

氮肥管理措施对黑土玉米田温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了不同氮肥管理措施(农民常规施肥、减氮20%、添加硝化抑制剂、施用控释肥)对黑土玉米田温室气体排放的影响.结果表明:黑土玉米田施肥(基肥和追肥)后1~3d出现N2O排放峰,施肥后16d内N2O排放量占生育期总排放量的28.8%~41.9%.减施氮肥20%显著降低土壤N2O排放,生育期内的N2O累积排放量减少了17.6%~46.1%,综合温室效应降低30.7%~67.8%,温室气体排放强度降低29.1%~67.0%.等氮量投入时,添加吡啶抑制剂土壤N2O排放量、综合温室效应和温室气体排放强度最低.玉米拔节~乳熟期出现了较强的土壤CO2排放,黑土玉米田是大气中CH4的一个较弱的“汇”,施氮和添加硝化抑制剂对黑土玉米田CO2排放和CH4吸收没有显著影响.添加硝化抑制剂和施用控释肥不影响玉米产量.在本试验条件下,减氮20%并添加吡啶抑制剂在保证玉米产量的同时, 减排增收效果优于其他施肥措施,适宜在黑土区玉米种植中推广使用.     

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

太湖重污染区麦季养分输入与流失规律研究

为了识别太湖流域重污染区典型麦季污染物流失规律,以田间单元为研究对象,研究了麦季不同施肥处理条件下营养元素的输入和流失与降雨的关系。结果表明,大气湿沉降和施肥输入氮素190.23 kg/hm2,磷素19.12 kg/hm2;优化施肥-秸秆还田处理条件下COD、总氮和总磷平均流失量均小于常规施肥处理,而小麦产量有一定增加,说明采用深施化肥可以降低营养元素的流失,而秸秆还田措施对小麦产量的增加有一定帮助;径流流失中氮的形态以硝态氮为主,硝氮、氨氮平均浓度分别占总氮浓度的85.8%和4.84%,所以重污染区农田径流污染应着重考虑硝态氮的处理。文章研究结果可为太湖流域重污染区农田径流流失的治理提供基础性支撑。     

太湖地区高产水稻土经济极点施肥:一种农田N、P养分负荷的田间控制技术

我国农业中化肥施用过多而利用率极低,过量N、P养分由农田向水系的迁移损失是农业非点源污染的重要问题.本研究选择太湖地区高产水稻土(乌栅土),进行了不同施肥量及其养分配比的肥料试验.结果表明,供试土壤的基础肥力相当于6.75t/hm²产量,总施肥量(N+P)为300kg/hm²时达到土壤的极点产量(9.79t/hm²);但发现施肥量(N+P)240kg/hm²时产量仍可达9.69t/hm²,此时养分的产量效应最大.为此,笔者提出一种经济极点施肥模式(化肥N+P 240kg/hm²,N:P:K比为3:2:0或1:1:0),可以减少30%的N、P施用量.这可以进一步发展为环境安全的减肥-轮肥新技术,从而有利于控制N、P的农业非点源污染.     

三峡库区紫色土坡耕地小流域磷收支估算及污染潜势

为了解三峡库区磷收支情况,进行污染潜势评价,对三峡库区典型紫色土坡耕区新政小流域进行调查分析. 结果表明,新政小流域单位面积磷输入量为139.82 kg/(hm2·a),输出量为 101.69 kg/(hm2·a).肥料磷输入是新政小流域磷输入的主要来源,占磷输入总量的72.26%;人畜排泄物磷是新政小流域磷的主要输出方式,占磷输出总量的56.01%;新政小流域磷损失负荷为18.26 kg/(hm2·a),人畜排泄物损失磷是磷损失的主要形式,占磷损失总量的46.75%;磷盈余负荷为38.13 kg/(hm2·a),高于全国平均值26.1 kg/(hm2·a).坡耕地磷污染潜势呈现,磷肥的过量施用是造成污染潜势的主要原因.