田块尺度上土壤/地下水中硝态氮动态变化特征及模拟

以青岛市大沽河下游地区冬小麦–夏玉米轮作农田为对象,通过田间试验和室内分析,研究了不同深度土壤和地下水中NO3–-N在一个轮作周期内的动态变化特征,探讨了不同氮肥施用量和灌溉量对土壤-地下水系统中NO3–-N时空分布的影响,并基于土壤水动力学和溶质运移理论对土壤中NO3–-N运移过程进行了数值模拟。模拟结果表明:小麦季施氮(N)量达到380 kg/hm2,玉米季施氮量达到290 kg/hm2时,季末剖面深度130~160 cm土壤NO3–-N含量超过10 mg/kg;由地下水NO3–-N月累计量估算模型得出,NO3–-N在6月和8月向浅部地下水的淋失量最大,分别为7.20、7.67 mg/L。     

不同施氮水平对深层包气带土壤氮素淋溶累积的影响

为研究深层包气带土壤中氮素的迁移规律,采用田间小区试验,研究了不同施氮水平(142.5、285和427.5kg/hm2)对夏玉米种植期间0～500cm包气带土壤中氮素淋溶累积的影响。结果表明,不同施氮水平对NO3--N、NH4+-N和总氮有显著影响,施氮越多,NO3--N、NH4+-N和总氮在土壤中的淋溶累积也就越多,夏玉米生育期间土壤中氮素的淋溶累积含量随着夏玉米生长逐渐减少。在0～200cm土层中,收获后不同施肥水平土壤中NO3--N和总氮累积量随施氮量增加而增多,285kg/hm2施氮水平NH4+-N累积量最多,427.5kg/hm2施氮水平NH4+-N累积量最少,但相差不超过0.1kg/hm2,收获后土壤中氮素累积量有损失。夏玉米生育期间不同施氮水平对土壤NO3--N、NH4+-N和总氮的影响深度主要为0～145cm。粉砂壤土中氮素更易累积,砂质壤土中氮素较易随水分淋溶至下层。142.5kg/hm2施氮水平可有效减少NO3--N在土壤中的淋溶损失,降低土壤中NH4+-N和总氮的含量,对地下水构成的潜在污染风险最小。北京地区地下水埋深较深,NO3--N不易淋溶至地下水,但长期大量施用氮肥、田间土壤大孔隙的存在等会加速NO3--N向深层土壤迁移,对地下水水质构成威胁。     

桓台县高产农田土壤硝态氮淋失动态研究

试验研究高产农田生态系统条件下N肥施用量和秸秆还田对土体硝态氮（NO3^--N）的时空分布动态结果表明，NO3^- -N含量在空间上随土壤深度而降低，这一相关关系可用Y=aX^b函数表达。小麦-玉米2季秸秆还田同单季小麦秸秆还田对NO3^- -N的动态影响较小，但相同施N量下未进行玉米秸秆还田0-40cm土层土壤中NO3^- -N含量偏高，土体NO3^- -N有淋失较强的趋势。土体NO3^- -N含量年度内波动大小与施N量密切相关，0-40cm土层土壤内NO3^- -N含量起伏最大，60cm土层以下相对稳定。各土层内NO3^- -N含量与施N量相关密切，这一相关关系影响到2m土层深度。土体中NO3^- -N含量周年内出现2次峰值和1次低谷，峰值出现在玉米和小麦收获后，低谷发生在小麦苗期-开花期土体养分大量吸收时期。9月下旬2m土层土壤NO3^- -N含量可高达10mg/kg，而且有淋失出2m土体的趋势。     

不同灌水和施氮对黄土性土壤中NO3^——N迁移和淋失的影响

通过室内土柱渗透试验,研究了不同灌水和施氮对黄土性土壤中NO3^--N迁移和淋失的影响。结果表明：土壤含水量随灌水量增大而增大,大灌水定额时,在近饱和土壤水分条件下,氮素淋失严重;在小灌水定额条件下,0-35 cm土层含水量显著减小,NO3^--N未发生淋失;施氮量一定时,土壤剖面NO3^--N含量随灌水量增大而减小,随土层深度增加呈显著增加趋势;土壤剖面NO3^--N含量随施氮水平的增加有递增趋势、与土壤含水量成消长关系。土壤NO3^--N累积量与施氮量、土层深度、渗透时间成正比,与灌水量成反比,符合多元非线性模型。因此,为减小NO3--N淋溶损失,从经济和环境效益方面考虑,黄土性土壤适宜灌水量应小于121 mm,次施氮量不宜高于2.40 mg/cm^2。     

陕西(土娄)土中硝态氮运移特点及影响因素

利用不同深度的渗漏池研究了陕西(土娄)土中NO3-N运移特点及影响因素。结果表明,NO3-N淋失量与土壤深度呈指数曲线关系,与施N量呈线性相关;NO3-N淋移深度随地而接水量(降水量加灌水量)的增加而增大;NO3-N在土壤剖面中的分布大部分都集中在0～60cm,含量高峰一般出现在20～40cm;不同施N方法对NO3-N的淋失和在土壤中的积累都有明显的影响。     

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.     

滴灌施肥条件下不同种类氮肥在土壤中迁移转化特性的研究

采用室内土柱模拟方法研究了滴灌条件下不同种类氮肥(硝态氮、铵态氮和尿素态氮)在土壤中的迁移、淋溶和转化特征。结果表明,3种氮肥在2种质地土壤中的淋失量均是硝态氮肥>尿素>铵态氮肥,淋失的氮素主要为肥料氮。砂壤土上氮素的淋失量明显高于粘壤土。滴灌施用铵态氮肥,显著增加了土壤中NH4+-N含量,随着硝化作用的进行,NH4+-N的量在培养的第5d左右达高峰,尔后含量逐渐降低。与滴灌施用硝态氮肥相比,施用铵态氮肥和尿素后在培养期间土壤矿质态氮(NO3--N+NH4+-N)的含量有降低的趋势，降低的原因可能与N+NH4+-N在土壤中的固定、挥发等有关。     

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。     

引黄灌区灌淤土氮素淋失特征土柱模拟研究

采取土柱模拟实验的方法研究了不同施氮强度对宁夏引黄灌区灌淤土中氮素淋洗损失特征,以期为氮素淋失控制和合理施用提供科学依据。试验设5个氮水平,分别为对照处理(N0)、常规氮水平300 kg·hm-2(N300)、优化氮水平(N240)、2倍常规氮水平(N600)、2倍优化氮水平(N480)。试验结果表明:不同施氮水平淋洗液中NO3--N的浓度表现出先升高后降低的趋势,浓度峰值出现的时间随施氮水平增加逐渐后移,NO3--N是氮素淋洗损失的主要形态,而NH4+-N的淋失损失主要出现在淋洗前期,增加施氮量可以推迟各形态氮素峰值出现时间,增加淋失风险。N240,N300,N480和N600处理总氮累积淋失量分别为94.53、128.02、222.06 kg·hm-2和268.6 kg·hm-2,淋洗损失比例分别为39.38%、42.67%、46.26%和44.77%,当季施入稻田土壤的氮肥极易淋洗到100 cm深度以下,成为浅层地下水的潜在威胁。施入到灌淤土的氮素有39.38%~46.26%通过淋洗途径损失,各处理总氮累积量淋失规律服从对数方程Yt=a+blnt(R2=0.927~0.975)。     

小麦生长季氮素在紫色土中的迁移和淋失

利用原状回填土渗漏池研究了小麦生长季节氮素在紫色土中的移动特点和淋洗损失以及影响氮素移动和淋失的因素。结果表明,小麦生长期间氮素的移动和淋失主要以NO3^--N为主。小麦生长前期是NO3--N向下移动最强烈的时期,向下淋洗的NO3^--N没有在土壤剖面中累积,小麦收获后NO3^--N在lm土壤剖面中呈均匀分布。氮素淋失量平均为4．81kg／hm^2,淋洗损失的氮占施氮量的1．7％～3．3％。降雨量、氮肥用量、肥料品种和土壤性质影响了NO3^--N在紫色土中的移动和淋失。     

日光温室番茄灌水量与根层硝态氮淋溶特征及渗漏关系研究

针对蔬菜灌溉水肥渗漏问题,采用田间试验和室内分析相结合,研究了番茄膜下沟灌灌水量与土壤硝态氮的根层外渗漏关系,分析了灌水量与不同根层土壤硝态氮的淋溶和保蓄特征,结果表明:灌溉不施肥条件下灌水量与土壤硝态氮淋溶量和淋溶率、灌溉施肥条件下灌水量与土壤施入硝态氮的保蓄率和渗漏率均呈直线关系;灌溉均会引起浅根层(0—20 cm)硝态氮淋溶,灌溉施肥条件下7.5～15 mm灌水量范围硝态氮积累有一个峰值,而22.5～45 mm范围则有两个峰值;灌水量在7.5～15mm之间,灌溉不施肥条件下根层土壤硝态氮淋溶率为0,灌溉施肥条件下土壤硝态氮渗漏率为0～5.19%;灌水量在22.5～45 mm之间,灌溉不施肥土壤硝态氮淋溶率为5.38%～19.08%,灌溉施肥条件下根层土壤硝态氮渗漏率为21.91%～61.96%。日光温室番茄膜下沟灌能减少肥料淋溶与渗漏的节水灌水量为15 mm。     

宁夏引黄灌区稻田氮素浓度变化与迁移特征

过量施氮与不合理灌水是农田面源污染加剧的主要原因。为了寻求较优的水氮管理模式以促进农业生产和减少农田退水对黄河水体的污染, 在宁夏引黄灌区典型稻田中开展了不同水氮条件下稻田氮素迁移转化规律研究。结果表明: 不同水氮条件下稻田田面水NH₄⁺-N 与NO₃^--N 浓度伴随施肥出现明显峰值, NO₃^--N 峰值出现时间较NH₄⁺-N 晚, 且变化较平缓。3 次追肥时期和整个生育期田面水NH₄⁺-N 平均浓度与施氮量和灌水量都呈显著相关, 田面水NO₃^--N 平均浓度与施氮量呈显著正相关, 与灌水量相关性不显著。稻田30 cm与60 cm 深度的直渗水NH₄⁺-N 浓度受施肥影响较大, 与田面水NH₄⁺-N 浓度变化规律相似, 90 cm 处直渗水NH₄⁺-N 浓度峰值出现较为滞后, 且浓度较上层土体低, 120 cm 处直渗水NH₄⁺-N 浓度大体呈现持续上升趋势,整个生育期直渗水NH₄⁺-N 平均浓度与施氮量呈显著相关, 仅30 cm 处NH₄⁺-N 平均浓度与灌水量呈负相关, 其他土层深度不显著。30 cm 与60 cm 直渗水NO₃^--N 浓度在首次灌水后急剧下降, 在施肥后有较小幅度上升, 90 cm 与120 cm 直渗水NO₃^--N 浓度下降缓慢, 仅30 cm 处NO₃^--N 平均浓度与施肥量显著正相关。总的结果表明减少施肥或灌水均可达到减少农田氮素淋失的目的。     

SOIL-CROP NITROGEN RELATIONSHIPS IN MAIZE GROWN ON CALCAREOUS FIELDS

Maize yield is mainly controlled by nitrogen (N) fertilizers. Failure to predict economic optimum N rate causes over-fertilization of N through traditional application methods. Five field trials were conducted to study soil-crop N relationships in maize under field conditions. Optimum level of N application in this study was much lower than conventional N fertilization in calcareous soils of southern Iran, demonstrating over-fertilization of N fertilizers by farmers. Linear regression equations were found between total nitrogen (TN) and chlorophyll meter readings (CMR) (years 2001 and 2002) in both locations demonstrating that chlorophyll meter might be used in predicting TN in maize shoot. Results indicated that soil sampling location influenced on soil NO₃-N concentration at 4–6 leaf stage. In conclusion, N use efficiency can be improved by in-season soil NO₃-N testing. It appears that in Kooshkak and Bajgah experimental stations, soil samples for NO₃-N testing should be collected from shoulder and bottom of furrows, respectively.     

Water and Fertilizer Nitrogen Management to Minimize Nitrate Pollution from a Cropped Soil in Southwestern Quebec,Canada

Nitrate-N (NO₃ ^--N) pollution of water resources is a widely recognized problem. Water and nitrogen fertilizer are the two most important factors affecting NO₃ ^--N movement to surface and groundwater. Field trials were conducted from 1998 to 2000 growing seasons to investigate the combined impacts of water table management (WTM) and N fertilization rate on NO₃ ^--N concentration in the soil profile and in drain discharge. There were two water table treatments: free drainage (FD) with open drains at a 1.0 m depth from the soil surface and subirrigation (SI) with a target water table depth of 0.6 m below the soil surface, and two N fertilizer rates: 120 kg N ha^-1 (N₁₂₀) and 200 kg N ha^-1 (N₂₀₀) in a split-plot design. Compared to FD, SI reducedNO₃ ^--N concentration in the soil by up to 50% averaged over the two N rates. Concentrations of NO₃ ^--N in drainage water fromSI plots were lower than those from FD by 55 to 73%. These findings suggest that SI can be used as a means of reducing soil NO₃ ^--N pollution and drainage water NO₃ ^--N concentrations.     

华北山前平原典型厚包气带硝态氮分布累积规律

包气带是连接大气层和含水层水分和养分转换的纽带,也是农田NO_3~–-N分布和累积的重要场所和向含水层淋失的通道,因此研究包气带土壤中NO_3~–-N的分布累积规律对防止地下水NO_3~–-N污染至关重要。本文以中国科学院栾城试验站典型的厚包气带为对象,在无施肥处理(N0)和施氮肥600 kg/(hm~2·a)(N600)两种处理的多年试验田中,利用Geoprobe获取0~10.5 m深度土壤样品,研究厚包气带NO_3~–-N垂向分布、累积规律,并分析其影响因素。结果表明:N0中NO_3~–-N基本保持不变,长年施氮肥600 kg/(hm~2·a)使得NO_3~–-N淋溶至10.5 m,并在深层包气带中形成累积,累积的峰值由土壤的质地和含水量决定;NO_3~–-N的分布和累积主要受水分运移、土壤质地和反硝化作用影响。     

灌溉施肥对壤质潮土硝态氮淋溶的影响

在衡水市邓庄乡壤质潮上上进行了以灌水为主处理、氮用量为副处理，各五水平的定位试验。结果表明，氮肥用量是硝态氮淋溶损失的决定因素，冬小麦施氮150kghm-2不发生淋溶，施氮225～300kghm-2则硝态氮的淋溶增强。小麦播前基施氮肥量过高会使冬季发生硝态氮的淋溶。小麦拔节期和灌浆期灌溉一般不会引起硝态氮的淋溶损失;尽管一次灌水1350m3hm-2硝态氮的淋失量不高，但土壤剖面中的硝态氮含量显著比低灌水量的低。为降低硝态氮的损失，应控制一次灌水量不超过1050m3hm-2。雨季降水导致大量硝态氮淋溶损失，防治雨季土壤硝态氮的淋溶损失至关重要。     

Short-Term Irrigation Level Effects on Residual Nitrate in Soil Profile and N Balance from Long-Term Manure and Fertilizer Applications in the Arid Areas of Northwest China

A field experiment was conducted to determine the effects of long-term applications of fertilizers and manure (1982 to 2003) and short-term irrigation level (2002 and 2003) on accumulation of nitrate nitrogen (NO₃-N) in soil at Zhangye Oasis, China. The treatments included manure (M) and no manure (M₀) as main plots; check (Ck), nitrogen (N), nitrogen + phosphorus (NP), and nitrogen + phosphorus + potassium (NPK) as subplots; and two amounts of irrigation (I₁ and I₂) as subsubplots. The application of N alone resulted in large NO₃-N accumulation in soil, accounting for 6% of the applied N, and the lowest crop N recovery. Application of manure resulted in increased NO₃-N in the soil profile compared to treatment with no manure, and the MN treatment resulted in the greatest amount of NO₃-N in soil. Nitrogen applied with P and/or K reduced the amount of NO₃-N in soil in both manure and no-manure treatments compared with N only. The unaccounted N was greatest (60%) in the N-alone treatment and lowest (30%) in the NPK treatment. When manure plus fertilizer were applied together, the unaccounted N ranged from 35%–42%. Based on results from only 2 years, greater amounts of irrigation (I₂) caused greater leaching of NO₃-N in the soil profile compared with I₁, especially in treatments receiving manure. The implications of these findings are that these high amounts of accumulated NO₃-N in surface and subsoil layers can be a potential threat to surface water, underground water, and air quality in the long run. This accumulated N in the soil profile can be used as a source of available N for future crops and should be recycled by using proper crop, soil, fertilizer, and water-management strategies/practices. The findings also suggest the need for further research to make an effective and efficient use of this accumulated NO₃-N in the soil profile in order to save cost of N fertilizer application to future crops.     

Corn (Zea mays L.) Grain and Stover Yield as Affected by Soil Residual Mineral Nitrogen

Evaluation of nitrogen (N) dynamic in soil using regression equations is important for proper determination of N fertilization. A 3-year field experiment was conducted to (1) develop the best-fitted regression model relating corn grain and stover yield to soil residual ammonium (NH₄)-N and nitrate (NO₃)-N for corn yield prediction and (2) evaluate how such a model can be beneficial to the health of ecosystem by predicting the appropriate rates of N fertilization for corn production. Soil NH₄-N and NO₃-N were determined at corn harvest at the depths of 0–30 and 30–60 cm. Nitrogen fertilizer rates and soil mineral N accounted for a maximum of 93% variation in corn grain yield. Soil mineral N enhanced corn yield more than N fertilizer. Totals of 63.1 and 14.1 kg/ha of soil residual NO₃-N and NH₄-N were found in the 0- to 60-cm depth, indicating the importance of performing soil N tests.     

不同肥料结构对红壤稻田氮素迁移的影响

不同肥料结构对红壤稻田淹水层、不同深度渗漏水、外排水和土壤剖面中氮素的含量、形态及其动态变化的影响研究结果表明 ,各处理淹水层、外排水和渗漏水中NH4+-N含量明显高于NO3--N。淹水层中N的含量 ,水稻生育前期以单施化肥的高 ,约相当于配施有机肥的 1.18～ 1.20倍 ,而水稻生育后期 ,后者为前者的 1.11～ 1.2 1倍。各处理外排水中N素的输出量均以苗期最高 ,单施化肥明显大于配施有机肥。土壤剖面中NH4+-N向下迁移比碱解N更为明显 ,且配施有机肥的远高于单施化肥的 ,而NO3--N则相反。不同深度渗漏水中NO3--N的比例 ,上层 (30cm)低于下层 (50cm) ,随水逸出的N量各处理渗漏水均小于外排水 ;随水输入的N量远低于随水输出的N量 ,且以单施化肥的N亏损最大。水稻未利用的N量也以单施化肥的最大 ,约为配施有机肥的 1.0 9倍。     

渭北旱塬冬小麦产区提前深耕一次深施肥料的肥水效应与理论分析

在陕西渭北旱塬冬小麦产区麦收后对提前深耕一次深施肥料的肥水效应进行了研究。结果表明,夏收后在7月15日、8月15日、9月15日结合深耕把小麦所需肥料一次深施20 cm土层下,比播种时深耕一次浅施6 cm土层下、分二次施和分三次施明显提高了小麦产量、肥料利用率和水分利用效率;增加了麦收后土壤NO3--N的积累量和水分贮存量。同时还发现,NO3--N含量分布呈 y=a-b·logx对数曲线模型,这可能是NO3--N在旱地土壤中分布的一种特征曲线;试验中没有产生NO3--N的淋失。文中还对提前深耕一次施肥的理论作了讨论和分析,并提出了“秋雨—冬储—春用”和“秋肥—冬储—春用”的理论概念,把两者结合起来,可达到肥水协调供应的状态。这为建立旱地施肥技术体系提供了理论依据。