填闲作物甜玉米对太湖地区设施菜地土壤硝态氮残留及淋失的影响

为控制我国南方太湖地区设施蔬菜管理体系中夏季休闲期氮素淋失,减轻其对地下水污染的风险,本田间试验在太湖地区设施菜地夏季揭棚休闲期种植填闲作物(甜玉米),研究了不同施氮条件下甜玉米填闲处理对土壤硝态氮含量、电导率和pH变化的影响,并通过收集淋洗液的方法观测了甜玉米对土壤氮素淋洗及对下茬作物莴苣产量的影响.结果表明:与休闲相比,甜玉米填闲处理可使表层0 ～ 10 cm土壤硝态氮含量从251.4 mg kg-1下降至143.5 mg kg-1,0 ～ 50 cm土壤硝态氮残留减少4.19％～ 30.72％;种植甜玉米可显著降低土壤(0 ～ 10 cm)电导率,降幅达30％以上,但对pH影响不显著.从减少氮素淋洗角度看,甜玉米填闲处理虽不影响淋洗液体积,但可使农民习惯施氮量条件下淋洗液中总氮浓度从102.6 mg kg-1降低至53.7 mg kg-1.与休闲相比,甜玉米填闲处理可减少总氮淋洗30.4％,且对下茬莴苣产量无显著影响.在南方设施菜地夏季休闲期,利用种植填闲作物甜玉米的方式降低土壤氮素淋失风险是较直接有效的措施.     

填闲作物消减蔬菜生产棚室土壤硝态氮潜力研究

为了明确填闲作物对棚室蔬菜土壤NO3--N的消减潜力,揭示不同填闲作物消减土壤剖面累积NO3--N的特征,并为探索阻控棚室蔬菜土壤氮素淋溶损失机制及预防地下水污染提供理论依据,本研究以华北平原传统的棚室蔬菜轮作体系作为研究对象,在蔬菜休闲期采用种植深根型填闲作物甜玉米、甜玉米+牛膝间作和白菊花的田间原位修复技术。结果表明:甜玉米和甜玉米+牛膝处理的总含氮量和吸氮量较高,分别为20.11、19.62 t·hm-2和240.34、287.56 kg·hm-2,显著高于白菊花的5.81 t·hm-2和57.13kg·hm-2;根长密度和根干重均随土壤剖面深度的加深而降低,其中白菊花处理的根长密度与根干重在0~30 cm土层显著高于其他处理,30 cm土层以下的根干重在各处理间无差异,根长密度在数值上表现为间作甜玉米甜玉米白菊花间作牛膝;甜玉米对土壤剖面0~200 cm土层的消减量高达907.87 kg·hm-2,显著高于白菊花的891.16 kg·hm-2和甜玉米+牛膝间作的879.93 kg·hm-2。因此,在蔬菜作物轮作的间歇期,种植填闲作物能有效地降低硝态氮在土壤中的累积,控制土壤剖面硝态氮向下淋溶。     

不同施氮量对太湖地区新增设施菜地土壤硝态氮累积的影响

采用田间小区试验,研究了太湖地区大棚蔬菜不同施N量对土壤NO3--N累积及其土壤电导率、pH和蔬菜产量品质的影响.结果表明:土壤NO3--N的累积与施N量呈正比,种植两季蔬菜后,农民习惯施N下的土壤NO3--N从35 mg/kg上升到221.35 mg/kg;土壤电导率、pH与NO3--N含量显著相关,其中电导率与NO3--N的关系更为密切,相关系数达到0.832.NO3--N的累积导致蔬菜的产量与品质下降,与莴苣、芹菜施N量分别为312、384 kg/hm2的处理相比,农民习惯施N处理下的莴苣和芹菜产量分别下降了11.8％和33.9％,Vc含量下降了17％和36.6％,而硝酸盐含量增加了22.3％和32％,农民习惯施N处理下的两季蔬菜硝酸盐含量均达到三级污染,可危害人体健康.     

武汉市城郊区集约化露天菜地生产系统硝态氮淋溶迁移规律研究

以武汉市及其周边区域的典型露天菜地为研究对象,对菜地土壤、土壤溶液及菜地附近井水中硝态氮（NO3--N）含量进行了周年监测分析。结果表明:菜地土壤100 cm内各土层NO3--N平均含量为11.2 mg/kg,其中0~20 cm土壤剖面NO3--N含量为21.1 mg/kg;60 cm深度处土壤溶液中NO3--N含量为27.5 mg/L;井水中NO3--N含量为19.6~39.8 mg/L,其含量达到了饮用水安全标准的2~4倍。由此说明:武汉城郊菜地土壤NO3--N淋失量较大,已造成地下水NO3--N污染;且硝酸盐淋失量随着氮肥施用量和水分输入量的增加而增大,同时与种植蔬菜的种类有一定相关关系;由于土壤理化性质不同,土壤硝酸盐含量在正常范围内并且尚能够安全种植作物时,地下水可能已受到严重的污染,这种情况在砂性土壤中表现更为明显。本文的研究为科学评价露天菜地土壤和地下水NO3--N污染提供了科学理论依据。     

不同水氮条件下双氰胺对设施番茄生长发育和土壤氮素淋失的影响

采用田间小区试验法研究不同水氮条件下硝化抑制剂双氰胺(DCD)对设施番茄生长发育和土壤氮素淋失的影响。结果表明:在优化水氮处理条件下,配施DCD能显著抑制土壤NH4+-N含量的降低,提高氮素利用率;同时降低土壤硝态氮含量,从而减少氮淋失。与传统水氮处理相比,优化水氮配施DCD(W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD)可使设施番茄施用氮素的平均利用率由13.84%提高到22.45%;可使表层(0-10cm)土壤的NO3--N淋失量降低49.34%～55.54%,0-30cm土层NO3--N含量降低35.21%～64.88%;平均减少30-120cm土层NO3--N淋失量61.08%～72.00%。同时,优化水氮配施DCD的调控措施还能够显著降低番茄体内硝酸盐含量,改善番茄果实品质,可使番茄果实硝酸盐含量降低51.94%～62.82%,且对番茄产量影响不大。综合评价,与传统水氮处理相比,优化水氮配施DCD处理W2N2+DCD在番茄生长期内减少施氮量59.02%,节约灌溉用水29.80%,能够使土壤0-10cm土壤NO3--N累积量减少54.01%,且在初果期、盛果期、末果期和拉秧期0-120cm剖面中NO3--N累积量分别降低58.32%,72.80%,63.23%和52.60%,并将氮素利用率提高到25.49%,番茄果实硝酸盐含量也降低59.81%,较好地实现了经济和环境效益双赢。     

水肥配合对太行山山前平原高产区土壤矿质氮分布及作物产量的影响

在中国科学院栾城农业生态系统试验站的潮褐土上,通过水、肥2因子3水平的完全方案,研究冬小麦-夏玉米轮作下,水、肥对土壤矿质氮分布及作物产量的影响。试验表明,NO3--N在土壤剖面中的分布除受水、肥作用外,还与土壤质地,作物及雨季降水有关;NO3--N在土壤剖面中的累积则受水肥二因素的共同制约。高水高肥处理,在收获2季作物后,土壤剖面中NO3--N明显积累;当水分或肥料不足,NO3--N的积累量减少;冬小麦全生育期旱作,不仅影响当季NO3--N的形成转化和冬小麦对N素吸收,而且直接影响后季夏玉米的产量以及土壤NO3--N的积累。土壤NO3--N的累积量与土壤水分含量存在明显的耦合作用。NH4+-N在土壤中所占比例很小,不同水、肥组合处理对其分布和累积无明显影响。肥料和水分都是冬小麦产量的限制因素,尤其水分不足,对当季和后季作物都有直接影响。针对该区地下水紧缺的矛盾,在有限水分供应时,应首先保证冬小麦季灌足底墒水和拔节水,每水至少灌60mm,施肥量不宜太高,否则会造成NO3--N在土壤中积累或淋失。本试验条件下该区适宜的水肥处理应为W2MF。     

设施菜田不同施氮处理对硝酸盐迁移和积累的影响

在设施菜地条件下,研究了氮肥减施及配施抑制剂处理在黄瓜生长期对土壤NO3--N迁移累积的影响。结果表明,氮肥减施处理可显著降低土壤表层和整个土体的NO3--N含量。常规施氮量时0~40 cm土层的NO3--N含量均高于其它处理,减氮30%后0~40 cm土层未出现NO3--N显著积累现象;氮肥配施抑制剂处理不同程度降低了土壤NO3--N含量,且抑制硝态氮向下层土壤淋失,其中抑制剂组合的效果最好。氮肥配施抑制剂,可以有效控制NO3--N在土壤和植物体内的过量累积,减少硝态氮淋溶损失。     

灌溉对土壤硝态氮淋吸效应影响的研究

在陕北米脂县无定河谷地沙壤质土壤上进行了灌水量对土壤硝态氮的淋失和作物吸收效应影响的研究( 简称淋吸效应) 。结果表明,灌水量在0～4000m3/hm2范围内,与玉米产量和玉米吸N 量之间的关系均呈线性相关。土壤剖面中NO3--N 遗留量主要集中分布在0 ～60cm土层内,出现的高峰在40cm ;在0 ～80cm 土层内的NO3--N 遗留量随灌水量的增加而降低;80 ～320cm 土层内的NO3--N 与灌水量之间无明显相关,320 ～400cm 土层内NO3--N 是随灌水量的增加而增高。不同深度的土壤剖面中NO3--N 遗留量与灌水量之间均呈双曲线相关;氮素损失率以未灌溉和灌水量4000m3/hm2处理的为最低,据此提出了土壤NO3--N 淋吸效应的概念。     

施氮和秸秆还田对小麦-玉米轮作农田硝态氮淋溶的影响

连续4 a采用渗漏计测定法研究了陕西关中小麦-玉米轮作区施氮和秸秆还田对土壤剖面90 em处NO3--N淋溶的影响.结果表明,NO3--N淋洗主要发生在7、8、9月份或灌溉后,年际间变异较大.监测期内各处理渗漏液NO3--N浓度和淋失量的变幅为0～103.5 mg L-1和0～21.8 kg hm-2,二者均随施氮量的增加呈增加趋势.小麦施氮150 kg hm-2、玉米施氮180 kg hm-2时,连续4a作物均能获得高产.施氮量继续增加,产量不再增加,0 ～100 cm土层NO3--N累积量和90 cm处NO3--N淋失量却相应增加.秸秆还田2 a后作物显著增产,2010年和2011年分别增产15.1％和14.2％,但对NO3--N累积和淋溶的影响不显著.回归分析显示,NO3--N年淋失量和0～ 100 cm土层累积量均随年施氮量的增加呈指数形式增加,说明施氮量越高,NO3--N年淋失量和累积量越高,二者占施氮量的比例也越高.     

三峡库区典型农耕地的氮素淋溶与评价

试验选择重庆市三峡库区典型、具有代表性的菜地和坡耕地,于2005至2007年将改进后的离子交换树脂吸附装置分别埋入20cm、30cm、40cm深度的土壤中,中雨、大雨之后或按月收集树脂吸附的NO3--N和NH4+-N,连续三年原位定点研究了两种土壤的氮素淋溶状况。结果表明,菜地的氮素淋失量(74.58kghm-2a-1)高于降雨输入量(56.9kghm-2a-1),坡耕地的(46.01kghm-2a-1)则相反,说明菜地的氮素淋失局部影响当地水环境,农耕地可能不是区域水体富营养化的主要原因。NO3--N占土壤氮素总淋溶量的90%以上,主要发生在施肥后的第一次中雨、大雨中。此外,NO3--N淋溶量耕作层心土层底土层,前者远远高于后两者。在整个降雨季节,土壤NO3--N淋溶量前期高,峰值出现在5月份;在雨季后期,土壤NO3--N淋失量很低,故对水体的影响甚小。NO3--N淋溶与土壤碱解氮呈指数正相关。由此可见,三峡库区降低土壤氮素淋溶的主要对象是菜地,有效措施包括控制氮肥用量,降低土壤有效氮库,抑制硝化作用等。     

北方设施菜地夏季不同填闲作物的吸氮效果比较研究

为筛选出吸氮效果明显的北方设施菜地夏季填闲作物，在北京郊区设施菜地，以甜玉米、高丹草、红叶苋菜、空心菜和小麦等5种不同作物为处理设置试验小区，开展田间监测、土壤和植株样品采集及检测，进行试验数据和资料的统计分析。结果表明，5种作物中，甜玉米生物量大、吸氮量大且速率快，阻控硝酸盐向深层土壤淋溶能力强。本试验条件下，甜玉米生物量和吸氮量分别达到92335kg·hm^-2和330kg·hm^-2；种植甜玉米后，0-120cm土层的硝酸含量减少近140kg·hm^-2，均显著大于同等种植条件下的其他4种作物（P〈0．05）。就减少土壤硝态氮淋失的效果而言，甜玉米是北方设施菜地夏季填闲作物的较好选择。     

甜玉米填闲减缓菜田土壤硝酸盐淋溶的研究

为提高菜田氮肥的利用率，降低氮肥对环境的污染风险。在中德合作项目东北旺试验田（土壤类型为潮土），三年（1999～2001）9季蔬菜长期传统施氮灌水与推荐施氮灌水处理的地力基础上，于高温多雨的夏季选择甜玉米作为填闲作物，以休闲处理作对照，研究甜玉米在土壤硝态氮淋溶关键期对土壤残留硝态氮素分布及对后茬蔬菜产量的影响。研究结果表明甜玉米生长迅速、生物量大、吸收氮素能力强，吸氮量可达205.6～246.1 kg/hm²；与休闲处理相比，种植甜玉米能有效的吸收0～60 cm土壤中残留氮素，实现了土壤残留氮素的再利用。0～180 cm剖面中土壤硝态氮的残留量都有不同程度的降低，有效阻抑了氮素向土壤深层的淋洗。甜玉米也获得了较高的经济产量，穗净鲜重达9.2～10.2 t/hm²。后茬作物菠菜收获后未被利用的氮素大部分残留在土壤浅层；甜玉米处理与休闲处理相比未显著影响后季菠菜的生长，产量达18.4～20.7 t/hm²。该研究表明：甜玉米是较为理想的填闲作物。     

不同施氮情况下小麦玉米间作土壤硝态氮的动态变化

本文主要研究了0、210、420和630kg/hm2（NO、N1、N2和N3）4种不同施氮量对小麦玉米间作土壤硝态氮(NO-3-N)含量动态变化的影响。结果表明,0～200cm土层硝态氮的含量整体表现为N3>N2>N1>N0。各生育时期低氮水平下0～60cm土层,中、高氮水平下的0～80cm土层土壤硝态氮含量变化显著。0～60cm土层土壤硝态氮累积量随作物生育时期的变化呈“双峰”曲线,峰值分别出现在小麦挑旗期和玉米大喇叭口期,而60～200cm土层土壤硝态氮累积量的变化呈“单峰”曲线,峰值出现在玉米大喇叭口期。N0处理硝态氮累积量各生育时期变化差异较小。小麦与玉米共生期内0～200cm土层硝态氮含量表现为玉米带>小麦带,差异最大的时期为小麦灌浆期和玉米大喇叭口期。土壤硝态氮向深层的运移量随施氮量增加而增加,与N0相比,施氮后100～200cm土层硝态氮累积量小麦带增加了1053～6253kg/hm2,玉米带增加了1791～7039kg/hm2。优化氮肥施用比例,适当降低小麦播前施氮量可减小土壤硝态氮深层淋溶的风险。     

保护地菜田土壤氮素淋溶阻控措施及其效果研究

在保护地菜田条件下,以水果苤蓝为供试作物,研究优化施肥、C/N调控、种植填闲作物等3种不同措施对土壤硝态氮累积与淋溶的影响。结果表明,种植当季,优化施肥和C/N调控处理均可有效阻控硝态氮淋溶。综合考虑水果苤蓝生长期和填闲/休闲期,3种措施阻控硝态氮淋溶的强度,由强到弱依次为:种植填闲作物>优化施肥>C/N调控。建议控制施肥量的同时,采用合理的管理方式,多方面阻控硝态氮的累积与淋溶,保护环境安全。     

南方设施菜地填闲苋菜筛选及其氮磷淋失阻控效果研究

筛选经济效益高、易推广,且对夏季休闲期氮磷淋失阻控效果好的填闲作物,对减轻我国珠三角地区设施菜地土壤氮磷流失、保护水体环境具有重要意义。通过淋溶管法研究了夏季休闲期(7月至8月)种植4种苋菜(圆红苋菜、心红苋菜、青苋与南星苋)对设施菜地土壤淋溶液p H、无机氮磷浓度及收获后土壤速效养分等的影响。结果表明:苋菜作为填闲作物种植可产生2.04～2.83万元/hm~2的经济效益,同时降低设施菜地土壤淋溶液NO_3~–-N、NH_4~+-N与总磷浓度,对三者淋溶损失的阻控效率依次达到31.2%～49.5%、35.5%～37.5%和30.1%～43.6%。与休闲对照处理相比,苋菜种植收获后土壤碱解氮与有效磷养分并没有表现出耗竭,其中有效磷含量提升31.9%～67.8%。综合本研究结果,4种苋菜均为可优选的填闲叶菜,皆具较高的减控设施蔬菜休闲期土壤氮磷淋溶损失效率与经济效益,且不影响后茬蔬菜生产的地力基础,其中,心红苋菜在环境效益和经济效益(2.83万元/hm~2)方面表现较为突出。     

蔬菜间作对土壤和蔬菜硝酸盐累积的影响

大量氮肥施用，易造成菜地土壤硝酸盐累积并引起地下水硝酸盐污染和蔬菜硝酸盐含量超标。为降低菜田氮素累积及环境污染风险，采用根深差异蔬菜间作的方法，研究其对土壤硝态氮时空变异规律和蔬菜硝酸盐含量的影响，选择根系较深的萝卜和根系较浅的芹菜进行间作种植大田试验。结果表明，无论在作物的生长前期还是收获期，此种间作增加了0～20cm土层NO3^- -N含量，同时降低了20cm以下土层NO3^- -N含量，能够减少土壤中NO3^- -N的向下移动。从土壤NO3^- -N累积剖面分布规律看，间作区0～40cm土层NO3^-—N累积量高于单作区，而40～100cm土层NO3^- -N累积量低于单作区，间作区土壤0—100cm土层NO3^- -N总累积量减少，收获期分别比萝卜和芹菜单作区降低1．4％、9．0％。间作有降低萝卜和芹菜硝酸盐的趋势，而间作区萝卜全氮含量显著高于单作区，同时间作显著提高了萝卜产量，此种间作还能够减少氮素的表观损失。总之，合理搭配的蔬菜间作既能够增强土壤对氮素的保蓄能力，减少土壤NO3^- -N淋移，对蔬菜产量和品质也有一定正效应。     

不同有机肥对日光温室土壤剖面硝态氮含量动态变化的影响

采用田间小区试验,研究了不同有机肥对日光温室土壤硝态氮累积、分布及季节性变化的影响。结果表明,有机肥对设施土壤硝态氮的影响不同季节呈现不同特点,夏季高量有机肥的施用会引起硝酸盐在土壤、蔬菜中的累积,并加剧了硝酸氮向土壤深层的迁移;而冬季却相反,高量有机肥能够降低土壤及蔬菜中硝酸盐的含量,减少硝酸氮向土壤深层迁移。以猪粪用量（干基）22.5 t/hm2的处理为例,在夏季（番茄季）,硝态氮在土壤表层(010 cm)、080 cm土层和蔬菜中的累积量分别比化肥处理高出56.69%、31.48%和23.94%;而在冬季（芹菜季）,比化肥处理降低了67.38%、61.74%和6.26%。3种有机肥与化肥相比,引起土壤硝态氮周年变化幅度大小顺序为鸡粪猪粪商品有机肥化肥。因此,有机肥的施用要依据季节性的不同而有所差异,设施土壤对于春季施肥夏季收获的蔬菜,有机肥用量不宜过高,而秋季施肥冬季收获的蔬菜,有机肥用量可适当增加。     

留茬对小麦/玉米间作氮素吸收和硝态氮分布、淋失的影响

为减少高产农田硝态氮累积对地下水的潜在污染,在甘肃石羊河流域绿洲灌区设置裂区试验,研究不同留茬方式对单作小麦、单作玉米、小麦/玉米间作氮素吸收、土壤硝态氮分布、淋失的影响。结果表明:不同留茬方式对作物籽粒、秸秆含氮量影响较小。间作比单作显著提高了作物的籽粒吸氮量和氮收获指数;2种作物无论间作或单作,立茬土壤0-20cm硝态氮累积显著高于焚烧和翻还,20-60cm则相反,60cm以下受留茬方式影响差异不显著;土壤硝态氮残留单作小麦翻还比焚烧和立茬处理分别高11.41%和8.13%,单作玉米焚烧比立茬和翻还分别高26.97%和17.02%;植株总吸氮量小麦/玉米间作立茬和翻还分别比焚烧高9.58%和6.10%;硝态氮淋失量小麦/玉米间作平均比单作处理低30.75%,小麦/玉米间作立茬和翻还分别比焚烧处理低28.04%和10.23%。综上所述,小麦/玉米间作立茬硝态氮淋失最少,更有利于环境保护。     

节水控肥下有机无机肥配施对日光温室黄瓜–番茄轮作体系土壤氮素供应及迁移的影响

本试验以日光温室秋冬茬番茄-冬春茬黄瓜轮作体系为研究对象,采用田间小区试验,研究了5季节水控肥（冬春茬黄瓜和秋冬茬番茄季N-P2O5-K2O总投入量分别为600-300-525 kg/hm2和450-225-600 kg/hm2）有机无机肥配施对 040 cm（根区）土壤硝态氮供应、 40100 cm（根区以外）硝态氮残留和 0100 cm土体不同形态氮素淋失的影响,探索了设施蔬菜生产中节水节肥潜力,为构建设施蔬菜合理水肥管理下土壤肥力培育和土壤质量提升模式提供技术支持。试验结果表明, 1）农民习惯水肥管理节水节肥潜力较大; 节水控肥后0100 cm土体硝态氮积累量、 矿质氮和有机氮渗漏量均明显下降,种植蔬菜经济效益显著增加。2）商品有机肥猪粪与化肥在土壤无机氮供应方面的效果接近; 节水控肥1/41/2 猪粪氮替代1/41/2 化肥氮后,040 cm土体硝态氮供应和40100 cm土体硝态氮残留均无显著变化,但是随着猪粪氮配施比例的增加,土壤溶液渗漏量及养分淋失量呈增加趋势。3）施用秸秆促进了土壤无机氮固持,降低根区土壤硝态氮供应水平,提高土壤养分保蓄能力; 节水控肥1/2秸秆氮替代1/2化肥氮后,040 cm土壤硝态氮供应量平均下降34.3%~56.2%,40100 cm土体硝态氮残留量下降42.5%~87.8%, 0100 cm土体土壤溶液渗漏量下降65.0%,硝态氮淋失量下降 82.0%,而产量和经济收入无显著差异。根据本试验结果,对于新建温室可采用单施化肥、 化肥与猪粪配施方案,能在短时间内提高土壤无机氮供应强度,满足蔬菜氮素需求; 对于种植了一段时间的温室,可采用冬春茬黄瓜季化肥配施猪粪秋冬茬番茄季化肥配施秸秆方案,能固定积累于土壤中的无机氮,提高土壤养分容量,保证根层土壤氮素的稳定供应,降低环境风险,维护设施农业的可持续发展。