长江三角洲河网平原地区集约化种植面源污染监测指标筛选研究

以长江三角洲河网平原地区典型区域不同种植模式(水稻、小麦和设施蔬菜)面源污染发生过程为研究对象,通过连续3 a田间试验,确定不同种植模式面源污染发生量。结果显示,水稻种植中氨挥发损失、地表径流损失和淋溶损失分别占施氮量的15. 4%、5. 3%和1. 8%,总损失量约占22. 5%。小麦种植中氨挥发损失、地表径流损失和淋溶损失分别占施氮量的3. 3%、5. 1%和3. 0%,总损失量约占11. 4%。设施蔬菜种植中氨挥发损失、地表径流损失和淋溶损失分别占施氮量的0. 1%、3. 0%和18. 9%,总损失量约占22. 0%。基于田间试验结果,针对长江三角洲河网平原地区水稻、小麦和设施蔬菜种植模式,分别提出4个(田面水铵态氮浓度、日最高气温、土壤120cm深度处总氮浓度和降水量)、5个(0~30 cm土壤中铵态氮浓度、日最高气温、土壤pH、氮肥投入量和降水量)和2个(氮肥投入量和降水量)简易监测指标,结合田间试验数据的验证,确认新建立的简易监测指标及构建的数学关系能够提高面源污染发生量预测精度,从而可为我国环境管理部门提供一种便捷有效的监测和管理方法。     

乌梁素海流域种 养系统氮素收支及其对当地环境的影响

以内蒙古乌梁素海流域为研究区,建立区域氮素流动模型,研究了2006年种-养系统中氮素的收支状况及其对区域环境的影响。研究结果表明,乌梁素海流域氮素投入主要来源于耕地系统,草地系统的投入量很少。耕地系统氮投入量大于支出量,氮素盈余4.03×104t,平均盈余85.0 kg.hm-2。草地系统氮投入量小于支出量,导致草地系统氮收支亏损,亏损额为593 t,平均亏损0.99 kg.hm-2。大量氮亏损是引起当地草场退化的主要原因。此外,该流域每年随地表径流进入地表水的氮总量达9.25×103t,给当地水环境带来了巨大压力。肥料施用是地表水最主要的氮素来源,因此,控制农业面源污染应是当地水环境控制和管理的重点。     

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。     

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。     

我国农田土壤碳氮耦合特征的区域差异

利用中国第2次土壤普查数据,分析了稻作和旱作方式下农田耕层土壤有机碳和全氮特征及其区域差异。结果表明,水田土壤有机碳和全氮含量分别为旱地的147.8%和145.5%,但水田碳氮含量的区域变异低于旱地。全国水田和旱地土壤有机碳氮比值分别为10.8和9.9,各区域水田土壤碳氮比值普遍高于旱地,其中东北水田最高,而华东旱地和西北旱地最低。旱地碳氮比值的区域变异显著,水田则不显著。农田耕层土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关,除华北地区外,各区域无论水田还是旱地其碳氮含量之间相关系数都超过0.8,达极显著水平。由此可见,我国农田耕层土壤有机碳和全氮含量之间存在显著耦合关系,而且不同利用方式和区域之间差异显著;相同氮水平下,水田土壤可能储存更多的有机碳。     

减氮覆膜对黄土高原旱地小麦产量及氮素残留的影响

明确减氮覆膜措施下冬小麦的产量变化规律和麦田土壤氮肥的利用效率及残留情况,可为旱地冬小麦的环境友好科学施肥提供理论依据.于2013-2018年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置农户施肥种植模式(FP)、减氮测控施肥(MF)、减氮测控施肥+垄膜沟播(RFSF)和减氮测控施肥+平膜穴播(WFFHS)4种处理,分析在5年减氮覆膜条件下冬小麦产量、氮肥偏生产力、0-2 m土壤氮素残留分布和氮素平衡状况.结果显示,减氮测控施肥在5年总施氮量减少46.9%、平衡增施磷钾肥的情况下,能够保障冬小麦产量处于稳定状态,氮肥偏生产力比农户模式提高120.3%,0-2 m土壤硝态氮残留量减少30.5%,氮素累积表观损失量减少72.9%,且差异均达显著水平.在减氮测控施肥基础上覆膜种植后,使冬小麦产量提高9.46%-56.4%,氮肥偏生产力提高21.7%-41.4%,0-2 m土壤硝态氮残留量减少16.6%-25.8%,土壤累积表观矿化氮含量增加89.1%-127.8%,差异均达显著水平.本研究表明通过减少氮肥用量和平衡施用磷钾肥可提高氮肥利用效率,降低硝态氮残留量和表观损失,并达到稳产的目的;同时在减氮测控施肥基础上进行覆膜,可进一步促进小麦对土壤养分的吸收利用,在提高小麦产量、降低硝态氮积累和减小环境污染风险方面具有显著的效应.(图3表4参36)     

不同施氮水平条件下烤烟对氮素的利用研究

大田中设置盆栽试验，采用１５Ｎ示踪法对不同施氮水平条件下的烤烟的氮素吸收、肥料氮素的利用和土壤ＡＮ值进行研究．试验结果表明，烤烟全生育期吸收的氮素主要来自于土壤可利用性氮．随着氮肥用量的增加，烤烟对肥料氮的吸收量增加，对土壤氮的吸收量减少，土壤对肥料氮素的固定和氮肥损失量增加．ＡＮ值有随氮素用量的增加而逐渐减小的趋势，但以处理４的（６７．５ｋｇ氮素／ｈｍ２）最小．肥料中的氮素利用率以处理４最高，达到５２．３％。     

浙北地区平原河网农村小流域面源污染调查与防治对策——以德清县武康镇新琪村为例

以浙江省德清县武康镇新琪村为例,通过污染源及水环境调查,分析平原河网农村小流域面源污染的产生来源与特点,并估算调查区域面源污染负荷及比例.研究结果表明,研究区面源污染的主要来源是水产养殖业、农村生活污水和种植业,水产养殖业氮、磷污染负荷占总污染负荷的31.73%和21.59%;农村生活污水对磷污染负荷贡献最大,占39.48%;氮、磷养分投入过高,导致种植业氮、磷污染负荷比例分别为27.69%和28.53%;畜禽养殖业氮、磷污染负荷比例分别为10.75%和10.40%,对区域氮、磷污染贡献率最低.建议将农业面源污染的控制重点从传统的粮食作物种植区转移到高投入密集型种植业,通过合理的工程和技术措施降低水产养殖业和农村生活污水的污染排放量.     

长三角地区典型稻作农业小流域氮素平衡及其污染潜势

江苏省句容市陈武镇水库流域是以稻作为主的农业小流域,在长三角地区颇具典型性。于2007年5月至2008年4月在该流域进行定位观测与现场调查,通过估算氮素平衡来分析预测流域农田氮污染潜势。结果表明,研究时段内流域氮素输入量为1 589.1 t,输出量为1 168.4 t。化肥氮输入是农田氮素的最主要来源,占氮输入总量的67.2%;而作物收获是农田氮输出的主要方式,占氮输出总量的46.7%。水田和旱地氮平衡均处于盈余状态,盈亏率分别为20.5%和52.4%,氮素利用率分别为33.6%和34.9%,利用率较低。水田47.8%的氮素以气态形式损失,气态氮和储存在土壤中的氮素极易导致大气和水体污染。     

江苏太湖地区不同种植模式下肥料投入与养分平衡分析

为明确农业面源污染对太湖水体富营养化的影响,以江苏省太湖地区为研究对象,选取宜兴市、苏州市吴中区和溧阳市3个地区作为典型调查区域,对太湖地区稻麦、稻油2种种植模式下的肥料投入和养分平衡状况的研究结果表明,太湖地区稻麦、稻油2种种植模式下的周年氮肥投入量分别达到556.2和488.0 kg.hm-2,盈余率分别为100.2%和62.5%,稻季氮肥平均投入量为298.0 kg.hm-2,明显高于麦季的229.1和油菜季的218.9kg.hm-2;2种种植模式下的周年磷肥投入量分别为117.6和116.7 kg.hm-2,盈余率较低,仅为9.0%和-7.4%;周年钾肥投入量最少,分别为107.3和105.3 kg.hm-2,且都存在超过50%的亏缺。2种种植模式下,氮肥投入量明显高于磷肥与钾肥,导致大量氮素盈余,磷肥投入较为合理,达到基本平衡状态,投入量最少的钾肥则存在严重的养分亏缺。     

施用控释氮肥对早稻田面水氮素动态变化和水稻产量的影响

湖南是中国重要的水稻(OryzasativaL.)产区,随着农业现代化的发展,施用更多化肥成为水稻增产的主要途径,这不仅造成资源浪费,更加重了农业面源污染风险。通过水稻田间小区试验,设置了不施氮肥(WN)、常规施用尿素(CF)、控释氮肥(N100)、90%氮量控释氮肥(N90)、80%氮量控释氮肥(N80)、70%氮量控释氮肥(N70)6个处理,对田面水中各形态氮素含量进行动态监测,研究施用控释氮肥对早稻田面水各形态氮素动态变化特征和水稻产量的影响,以期探寻兼顾经济效益与环境效益的控释氮肥最佳用量,实现稻作清洁生产。结果表明:早稻田面水各形态氮素浓度均随施氮量增加而增加,且以施用尿素处理浓度较高或最高,不施氮肥处理最低,控释氮肥各处理居中;各形态氮素浓度均在施用基肥或追肥后1～4 d内达到峰值,随后不断降低;综合考虑施用基肥和追肥后各形态氮素浓度变化规律可知,施肥后10 d内是防止田面水氮素流失的关键时期;控释氮肥各处理水稻产量与尿素处理无显著性差异,施用控释氮肥能达到减氮、稳产效果。本试验中,理论施用控释氮肥101.46 kg·hm~(-2)时是兼顾经济效益与环境效益的施肥方案。     

包膜控释和常用氮肥氮素淋溶特征及其对土水质量的影响

大量施用氮素化肥所引起的氮素损失和环境污染正日益受到重视。通过土柱模拟氮素养分的淋洗试验,探讨包膜控释氮肥和常用氮肥的氮素淋失特点及其对土壤和地下水质量的影响。研究结果表明,不同氮肥施入土壤后氮素的淋失率有着显著的差异,其中硝酸钾中氮素淋失率最高,其次为尿素,硫酸铵和碳铵的氮素淋失量明显较小。然而控释氮肥因其控制释放的特点,在氮素释放的高峰期,其模拟淋失量较高,但如果在田间条件下此释放高峰期与作物吸肥高峰期相吻合,则会显著地降低其淋失率。除尿素外,被淋失的氮素均以硝态氮为主,尿素则以酰胺分子态被淋溶。大量速效化肥的施入会形成土壤中的肥料"微域点",引起交换性Ca2+、Mg2+离子的淋失,从长远来看可引起土壤结构的破坏,而施用控释肥则很少形成这种"微域点",有利于土壤结构和肥力的维持。不同氮肥处理淋洗后对土壤pH值和有效氮含量变化的影响差异较大,其中以控释肥对土壤pH值变化的影响较小。大多数氮肥处理在淋洗后,土壤中各层速效氮含量较淋洗前有所降低,然而两种控释氮肥处理的土壤表层却能持续保持较高的有效氮含量。     

土地利用方式对紫色土丘陵区土壤剖面碳、氮影响

采取野外调查与室内分析相结合的方法研究了紫色土丘陵区林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面(0～40 cm)有机碳、全氮变化特征.结果表明.有机碳、全氮均随土层深度增加而逐渐减小,且林地、撂荒地有机碳递减幅度高于水田、旱地.相对于撂荒地和旱地,水田、林地更利于有机碳、全氮的积累.林地有机碳和全氮在0～5 cm土层表现出绝对优势;随土层递增,与水田、撂荒地和旱地的差异逐渐减小.水田有机碳和全氮在大于10 cm土层显示最大值.而撂荒地有机碳和全氮仅在土壤表层高于旱地.有机碳与全氮存在显著正相关关系;w(C)/w(N)随土层深度增加而降低,且林地、撂荒地降低幅度较大.因此相对于水田、旱地,林地和撂荒地w(C)/w(N)仅在0～10 cm显示较大值.可见,土地利用方式对陆地生态系统碳、氮蓄积有明显影响,通过旱地还林或撂荒可以增加土壤特别是表层土壤对碳、氮的积累.     

基于RZWQM模型的华北平原冬小麦-夏玉米土壤硝态氮淋溶和氨挥发评估方法研究

硝态氮淋溶和氨挥发是华北平原农田因施肥所引起的最重要的氮损失途径,直接监测法的过程复杂且需要消耗大量人力物力,如何建立科学准确的损失量与土壤性质之间的关系,以支撑管理部门便捷快速估算各途径氮损失量成为迫切需要解决的问题。利用已经通过华北平原冬小麦-夏玉米长期定位试验数据进行参数率定验证的RZWQM模型,输出不同施肥水平下1 m内土壤硝态氮残留量、硝态氮淋溶量和氨挥发量,通过回归分析构建了土壤硝态氮淋溶量和氨挥发量分别与1 m内土壤硝态氮残留量之间的函数关系,并利用华北地区研究文献中实测数据对函数准确率进行分析,得出在华北平原2个函数平均准确率分别为70. 9%和71. 2%,该方法可供管理部门在估算和管理华北地区面源污染发生量过程中推广使用。     

氮肥对菜园土壤硝态氮淋溶流失的影响

过量施用N肥可导致土壤中硝态氮的大量积累,对环境构成威胁.笔者通过盆栽试验收集测定土壤渗漏水硝态氮浓度,研究了不同施氮水平对土壤氮素淋溶流失浓度的影响.结果表明,在较大施氮量范围内,施氮量与土壤渗漏水硝态氮浓度之间呈非线性关系,但在中低施氮量时则表现为线性关系,可以应用"双速率转折点"概念评价菜园土壤硝态氮流失潜力.当施氮量超过双速率转折点X0后,土壤淋溶排水中硝态氮浓度将以非线性形式急剧增加.从环保角度看,氮用量不应超过X0.空心菜和菜心栽培试验表明氮肥X0分别为每盆N 0.31 g和0.32 g,二者间的氮肥用量X0差异很小.以环保为目标的氮肥用量X0和以产量为目标的经济施氮量的差异与土壤质地有关.     

鄂南红壤丘陵区种植结构调整对土壤养分的影响

研究了鄂南红壤区不同种植模式的旱地及坡荒地、不同轮作模式的水田、水田改旱菜地的土壤养分状况。本区土壤有机质含量和氮素含量较低,磷素普遍缺乏,钾素含量较低且呈下降趋势。土壤有机质及氮含量呈现水田类>水田改旱地类>旱地类;土壤磷含量则是水田改旱地类>水田类>旱地类;水田类钾含量明显低于旱地类和水田改旱地类,而且三熟制油菜-西瓜-晚稻种植模式下,土壤全钾及速效钾含量呈下降趋势。水田改为旱作是改善土壤水分状况的有效措施。     

秸秆还田下晚播稻茬麦适宜施氮量研究

研究了前荏水稻秸秆全量还田条件下,不同施氮水平(0、90、180、270和360 kg·hm-2)对晚播小麦土壤矿质氮积累、秸秆氮释放、氮素平衡特征和产量的影响.结果表明,基肥施用提高了越冬期0～ 30 cm土壤矿质氮量,追施氮肥提高了开花期0～15 cm土壤矿质氮量.施氮量高于180 kg· hm-2时会造成小麦成熟后土壤矿质氮量的显著增加.氮平衡分析结果表明,小麦全生育期氮素净矿化量为48 kg· hm-2;随施氮水平的增加,秸秆氮释放量、植株氮积累量、土壤矿质氮残留量和氮表观损失量均随之增加;N90、N180、N270和N360处理氮表观损失率分别为27.9％、37.6％、43.2％和47.6％;N90处理损失量以播种至越冬期最高,其余处理均以开花至成熟期最高.适量增施氮肥有利于提高籽粒产量,但施氮量若超过180 kg·hm-2,增产效果则不显著.综合考虑,水稻秸秆全量还田条件下氮肥施用量为180 kg·hm-2有利于兼顾晚播小麦生产和生态效益.     

葡萄糖对东北黑土有机氮矿化的调控作用

采用Stanford和Smith的间歇淋洗好气矿化培养法研究了添加外源底物对东北黑土有机氮矿化进程和矿化速率的影响.结果表明,葡萄糖能够降低土壤有机氮的矿化进程和矿化速率,促进土壤有机氮的固定.葡萄糖与氮肥配施处理也表现出对土壤有机氮的截获作用.葡萄糖对土壤有机氮的矿化具有调控作用,这对于提高农田土壤氮素利用率、减少氮素损失具有重要意义.     

淀山湖区域茭白种植模式氮、磷流失规律及负荷特征

在常规施肥条件下,通过大田小区径流试验研究了淀山湖区域特有的茭白-水稻轮作和茭白单作种植模式的氮、磷流失规律及污染负荷特征.结果表明,研究区氮、磷面源污染物排放主要集中在6-9月,排水TN平均质量浓度最高可达130.0 mg·L-1,以NH+4-N流失为主,主要来源于化肥施用;茭白生长期内,排水TP平均质量浓度为0.104～0.777 mg·L-1,以颗粒态磷为主,约占TP总量的73.5%～90.3%(除8月外).茭白-水稻轮作和茭白单作模式TN污染负荷分别为134.8和88.6 kg·hm-2·a-1,均高于太湖流域其他几种种植模式;而TP污染负荷则分别为1.52和1.06 kg·hm-2·a-1,低于太湖流域常见种植模式的平均水平.氮肥施用及氮素流失控制应作为淀山湖区域农业面源污染控制的重点.     

农业政策对种植业面源污染的影响分析

基于公共政策外部性理论,选择政策评估的侧面影响模型作为农业政策环境评价的基本模型;采用多元线性回归分析方法识别我国不同区域种植业面源污染的农业政策影响因素,研究现有农业政策如何通过调整单位面积化肥使用量而对种植业面源污染产生影响。结果表明,现行的农业土地政策、农业结构政策、农业财政政策和农村人力资源政策均对种植业面源污染有显著影响,农业政策对种植业面源污染风险的缓解有正向、负向2种效应;影响各区域种植业面源污染的农业政策指标组合互有差异,同一个农业政策指标对不同区域种植业面源污染影响的正负效应也有差异。侧面影响模型结合多元线性回归分析适用于农业政策环境评价研究;农业政策对种植业的面源污染影响分析能够为政策层面进行种植业面源污染风险控制与管理提供理论参考。