太湖地区稻麦轮作农田氮素淋洗特点

通过排水采集器模拟试验研究了太湖地区不同施肥水平下农田N素淋洗特点。结果表明,N的渗漏损失以硝态氮（NO3^--N）为主,并发生在麦季,铵态氮（NH4^ -N)淋洗量则很少,NO3^--N的量占渗漏液总N量的43%-72%,浓度为20-110mg/kg;渗漏水中N的含量与土壤N的淋洗量随施肥量的增加而增加,麦季土壤中NO3^--N肥量的3.7%-12.2%;与纯化肥处理比较,化肥 猪粪处理增加了农田N的淋失,化肥 秸秆处理减少了土壤中N的淋失,与麦田渗漏水相比较,稻田渗漏水除水稻生长早期的部分样品外,NO3^--N和NH4^ -N含量均很低,分别在1mg/kg和0.5mg/kg以下。     

太湖地区稻麦轮作下氮素径流和淋洗损失

Although nitrogen （N） loss through runoff and leaching from croplands is suspected to contribute to the deterioration of surrounding water systems, there is no conclusive evidence for paddy soils to prove this hypothesis. In this study, field plot experiments were conducted to investigate N losses through runoff and leaching for two consecutive years with 3 N fertilization rates in rice （Oryza sativa L.）-wheat （Triticum aestivum L.） rotations in the Taihu Lake region, China. A water collection system was designed to collect runoff and leachates for both the rice and wheat seasons. Results showed that dissolved N （DN）, rather than particulate N （PN）, was the main form of N loss by runoff. The NO3^--N concentration in runoff was between 0.1 and 43.7 mg L^-1, whereas the NH4^＋-N concentration ranged from below detection limit to 8.5 mg L^-1. Total N （TN） loads by runoff were 1.0-17.9 and 5.2-38.6 kg ha^-1 during rice and wheat seasons, respectively, and the main loss occurred at the early growing stage of the crops. Nitrogen concentrations in leachates during the rice seasons were below 1.0 mg L^-1 and independent of the N application rate, whereas those during the wheat season increased to 8.2 mg L^-1 and were affected by the fertilizer rate. Annual losses of TN through runoff and leaching were 13.7-48.1 kg ha^-1 from the rice-wheat cropping system, accounting for 5.6%-8.3% of the total applied N. It was concluded that reduction in the N fertilization rate, especially when the crop was small in biomass, could lower the N pollution potential for water systems.     

稻麦轮作农田氮素循环的DNDC模型分析

基于长江中下游稻麦轮作体系的氮肥施用田间试验,采用Denitrification- Decomposition model (DNDC) 模型研究了气候条件、土壤属性、农业管理等输入因素的不确定性对子粒产量、作物氮吸收、氨挥发、N2O排放等预测结果的影响。结果显示:采用DNDC模型模拟的土壤氨挥发速率和N2O排放通量与田间实测结果较为吻合,氨挥发通量模拟值与实测值相关系数为0.688,N2O排放通量模拟值与实测值相关系数为0.528,均达极显著水平,表明DNDC模型预测农田土壤氮素具有较高可信度。模拟结果显示,气温和氮肥用量是影响作物产量和吸氮量的关键因素;土壤氨挥发主要受氮肥品种影响,并随氮肥用量增加而增加;土壤N2O排放主要受温度、土壤pH值、土壤有机碳含量的影响。为使DNDC能更有效地估算氨挥发和N2O排放,有必要获取更翔实的资料以减少输入数据的不确定性。     

稻麦轮作农田生态系统服务功能价值评估

采用市场价值法、替代工程法和影子价格法,对江苏省典型的种植模式——稻麦轮作农田生态系统的包括农产品生产、大气调节、涵养水分和蓄积洪水、营养物质循环以及保持土壤等主要的生态服务功能价值进行评估分析。结果表明,当前单位面积稻麦轮作农田生态系统服务功能所提供的年平均价值为45 998.08元·hm-2·a-1,其中对环境的调节功能价值为26 458.86元·hm-2·a-1,是直接服务功能农产品生产价值的1.35倍。稻麦农田生态系统每投入1元成本,将会产生3.58元的环境效益。在稻麦轮作农田生态系统环境调节功能中,对大气的调节功能占主体,占总环境调节功能价值的62.20%。政府部门在进行土地利用决策时,应将农田生态系统的环境调节功能重点加以考虑。     

用原状土柱研究太湖地区稻麦轮作农田养分淋溶量

采用原状模拟土柱,对太湖地区不同施肥水平下稻麦轮作农田NH4 -N、N03--N 和TP的淋溶量进行了研究.初步结果表明:麦田NH4 -N、NO3--N 和TP的淋溶量分别为0.36～0.64、2.74-16.42和0.05-0.19kg/hm2,各占化肥施用量的0.2%～0.4%、4.8%～8.1%和0.2%～0.7%;稻田NH4 -N、N03--N和TP的淋溶量分别为0.36～1.04、0.86～3.01和0.24～1.17kg/hm2,各占化肥施用量的0.2%～0.4%、0.6%～1.7%和0.8%～8.2%.猪粪能增加养分淋溶量,尤其显著促进了P素向下迁移;秸秆减少麦季土壤无机N的淋溶损失.     

长期定位施肥对太湖地区稻麦轮作土壤酶活性的影响

对太湖地区25年长期定位试验田的稻麦两季土壤酶活性进行了测定分析。结果表明,麦季不同施肥处理间的5种土壤酶活性变化没有明显的规律性;无论是仅施化肥还是施有机肥加化肥,稻季5种土壤酶活性的不同肥料配比处理之间绝大多数均无显著差异;成对比较显示,稻麦两季绝大多数相同肥料处理的酶活性之间没有显著差异,仅有稻季猪粪加氮磷钾全施(MNPK)处理的酸性磷酸酶活性极显著高于麦季。分析差异不显著的原因,可能与经过多年的长期定位培肥,土壤储积酶已经达到"饱和"水平,因此不会对外源肥料的施用产生显著响应有关。     

太湖地区麦季氮素淋失特征

通过排水采集器模拟试验,研究了太湖地区不同施肥水平下,麦作期间农田氮素淋洗特点。结果表明,麦季氮素渗漏损失以NO3--N为主,占总氮量的36.2%～99.1%,平均高达82.9%,NO3--N淋洗量随施肥量的增加而增加。不同施肥水平及肥料种类,对于NO3--N淋洗有着不同的影响,在试验的施肥水平下,麦作期间氮素淋失对地下水存在潜在污染。     

太湖地区稻麦轮作系统不同氮肥管理模式对麦季氮素利用与流失的影响研究

通过对施氮管理模式的调整,研究太湖流域稻麦轮作系统不同模式下麦季氮素利用率以及土壤中氮素迁移对水体中氮的影响。试验设置6个处理：农户施肥处理、化肥减量处理、稻季按需施肥处理（麦季同化肥减量处理）、新型肥料处理、有机无机配施处理以及无氮处理。结果表明：有机无机配施处理在麦季持续减少25%施氮量的情况下不会影响产量及作物地上部分氮素总积累量,且氮素表观利用率显著高于其他处理,麦季径流与渗漏损失量主要受施氮量的影响,NO3-N是损失的主要形态;减氮处理可较农户处理降低7.7～12.0kg·hm-2的氮素流失;麦季有机无机配施减量处理,能够保证作物产量与氮素吸收并且有效降低氮素的流失,具备可持续性发展的前景。     

长三角地区稻麦轮作生态系统净碳交换及其环境影响因子

采用涡度相关技术对我国长三角地区典型稻麦轮作农田生态系统(2011年11月—2012年10月)的CO2通量进行连续观测,分析了农田生态系统净碳交换(NEE)的变化特征及其环境影响因子。结果表明:长三角地区稻麦轮作生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化特征,具有很强的固碳能力。NEE月平均日变化总体呈"U"型曲线,不同月份"U"型高度不同;NEE季节变化则呈显著的"W"型双峰特征,分别对应两季作物(小麦、水稻)的生长季节。小麦/水稻月平均最大碳吸收峰出现在4月/8月,分别达到-1.12 mg·m-2·s-1、-1.45 mg·m-2·s-1;日最大累积碳吸收量分别为-12.88 g(C)·m-2·d-1、-10.63 g(C)·m-2·d-1,长三角地区稻麦轮作生态系统年固碳量达到-769.61 g(C)·m-2·a-1。光合有效辐射是影响白天NEE的主要环境影响因子,Michaelis-Menten方程可以很好地表示作物生长季节两者之间的关系(R2=0.37~0.83);在同一光合有效辐射条件下,长三角地区稻麦轮作生态系统白天NEE随着气温的升高而增加,而当光合有效辐射大于1 800μmol·m-2·s-1时存在着一定程度的光抑制。温度是影响夜间农田生态系统呼吸特征的主要环境影响因子,长三角地区稻麦轮作生态系统夜间NEE与不同层次温度之间均存在显著的指数相关关系,但是不同作物夜间NEE的最适温度略有差异,小麦夜间NEE与土壤温度(10 cm)相关性最好(0.60),而水稻夜间NEE与气温相关系数最高(0.49)。     

水稻控制灌溉对稻麦轮作农田N_2O排放的调控效应

为了揭示水稻控制灌溉对稻麦轮作农田N2O排放的调控效应,该文对稻麦轮作农田N2O排放进行原位观测,分析稻麦轮作农田N2O排放对水稻控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,水稻灌溉模式对后茬冬小麦田N2O排放产生了显著的后效性影响,控制灌溉稻季农田N2O排放总量较常规灌溉稻季农田平均增加了136.9%(P0.05),而稻季采用控制灌溉的麦季农田N2O排放总量较稻季采用常规灌溉的麦季农田平均减少47.1%(P0.05);稻季采用控制灌溉的稻麦轮作农田全年N2O排放总量平均为761.50 mg/m2,较稻季采用常规灌溉的轮作农田平均减少了1.0%,差异很小(P0.05)。稻季采用控制灌溉的稻麦轮作农田N2O-N损失率为1.01%,稻季采用常规灌溉的轮作农田N2O-N损失率为0.98%。麦季N2O排放通量的峰值一般出现在施肥后伴随降雨时,降雨后7~10 d是麦季N2O剧烈排放的关键时期。水稻控制灌溉较常规灌溉没有增加稻麦轮作农田的N2O排放。研究结果为准确估算中国农田N2O排放量及制定N2O减排措施提供参考。     

含氯氮肥对太湖稻麦轮作体系氨挥发及作物产量的影响

【目的】通过研究尿素、氯化铵以及二者混合高塔造粒而成的含氯脲铵氮肥对太湖地区稻麦轮作体系作物产量、氮肥利用率、氨挥发损失、土壤氯残留和耕层土壤 pH 的影响,为新型含氯氮肥的推广,降低环境风险提供理论依据。【方法】通过两年稻麦轮作季的田间小区试验,在当地适宜施氮量条件下,以 CK (不施氮) 和施用普通尿素为对照,研究了两种含氯氮肥的施用对稻麦轮作体系作物产量和氮肥利用率的影响。采集作物收获后 0—20 cm、20—40 cm 土壤样品,采用硫氰酸汞比色法测定土壤氯残留;施肥后采用密闭室间歇通气－稀硫酸吸收法测定氨挥发通量。【结果】尿素、氯化铵和含氯脲铵处理对稻麦产量无显著影响,但与尿素相比含氯脲铵对稻麦有增产的趋势,而氯化铵对小麦有减产趋势。与尿素相比施用含氯脲铵显著提高氮肥利用率 7.0% (P < 0.05)。氨挥发主要发生在稻季,与施用尿素相比单施氯化铵使麦季氨挥发降低 26.3% (1.39 kg/hm2),而使稻季氨挥发增加 10.4% (2.67 kg/hm2);含氯脲铵使麦季和稻季的氨挥发分别降低 5.2% (0.55 kg/hm2) 和 12.9% (6.16 kg/hm2)。施用含氯氮肥土壤氯残留表现为稻季显著增加,而麦季则显著降低的趋势,收获期耕层土壤 (0—20 cm) 氯离子含量最高不超过 160 mg/kg,低于水稻和小麦的耐氯临界值。经过两个稻麦轮作循环后,施用氯化铵土壤 pH 比尿素下降 0.88 个单位,而施含氯脲铵土壤 pH 与尿素没有显著差异。【结论】在太湖地区稻麦轮作体系中,综合考虑产量和环境效益,含氯脲铵氮肥与两种单质肥料相比有一定优势,为氨挥发减排和氯化铵施用难题的解决提供了依据。     

太湖流域典型稻麦轮作农田稻季不施磷的农学及环境效应探究

以太湖流域典型稻麦轮作农田为研究对象开展大田试验,通过设置稻麦季均施磷（PR+W,当前农民施肥习惯）、麦季施磷稻季不施磷（PW）、稻季施磷麦季不施磷（PR）以及稻麦季均不施磷（Pzero,对照）四种施磷处理,提出麦季施磷稻季不施磷（PW）的减磷措施。四年八季作物研究结果表明：与传统PR+W处理相比较,PW处理的作物籽粒和秸秆产量均无显著变化,但却提高磷肥利用率3.54%,同时降低土壤速效磷累积量10.5%~36.7%,减少径流总磷浓度12.0%。据此推算,如果一个稻季不施磷肥,太湖流域1.02×106 hm2水稻土四年可节约P2O5约24万t,估算该流域每年可直接节约肥料投入成本3.06亿元。这表明采取麦季施磷稻季不施磷的减磷措施不仅能够保持稳产,而且可节约磷肥（磷矿）资源,降低水环境污染风险,具有农学、环境以及经济效益的三赢潜力。     

水生植物堆肥在太湖稻麦体系的适宜用量

【目的】 太湖流域水体及集约化水产养殖产生大量水生植物残体,制作堆肥是主要的利用途径。本文基于稻麦稳产与土壤培肥下,研究了水生植物堆肥农田适宜施用量,促进环太湖地区水体中植物残体的高效利用。 【方法】 2012—2016年连续4年在环太湖地区布置田间定位试验。以目前稻麦生长季尿素氮的常规施用量270和225 kg/hm2为基础,试验设7个处理,分别为:不施肥对照 (CK);施尿素氮 (U);施用水生植物堆肥,用量分别为尿素氮的1.0、1.5、2.0、2.5和3.0倍 (M_1.0、M_1.5、M_2.0、M_2.5和M_3.0)。测定了稻麦产量、氮磷钾吸收量、土壤养分及pH变化。 【结果】 试验第1年,M_1.0、M_1.5处理水稻产量与常规尿素处理相当,M_2.0、M_2.5和M_3.0水稻产量显著提高15.4%～28.6%。试验第2至第4年,堆肥各处理与尿素处理水稻产量均无显著差异。与水稻相比,水生植物堆肥施用量对小麦产量影响较大,试验第1年,小麦产量基本随着有机氮施用量升高呈增加趋势,各堆肥用量处理间差异显著;试验第2至第4年,M_2.5和M_3.0处理间小麦产量无显著差异,仍显著高于尿素处理。施用堆肥处理水稻、小麦植株吸氮量均低于常规尿素处理,但显著提高了磷、钾吸收量。连续8季施用有机肥后,与常规尿素处理相比,M_2.0～M_3.0处理土壤全氮显著提高了48.7%～89.9%,M_1.5～M_3.0处理土壤有机碳含量显著提高了42.1%～104.2%, M_1.0～M_3.0处理土壤有效磷含量显著提高了4.5～17.9倍,土壤速效钾含量显著提高了3.4～11.2倍。与不施肥处理相比,常规尿素处理土壤pH下降,而有机肥施用处理土壤pH提高0.66～1.31个单位,随施用量的增加而增加。稻麦产量与土壤碳氮及钾含量显著正相关。 【结论】 水生植物制备有机肥,不仅是太湖流域水生植物废弃物的有效出路,合理施用水生植物堆肥还可以提高稻、麦产量,增加土壤有机质含量,增加作物对磷钾的吸收,减缓土壤酸化程度,是太湖农作区经济和环境双赢的技术措施。综合考虑稻、麦产量与控制农田磷钾过量,水生植物堆肥施用量应控制在1.5倍于常规尿素氮的有机肥氮施用量较为合适。      

中国太湖地区稻麦轮作农田硝态氮动态与氮素平衡

Nitrate-nitrogen (NO 3--N) dynamics and nitrogen (N) budgets in rice (Oryza sativa L.)-wheat (Triticum aestivum L.) rotations in the Taihu Lake region of China were studied to compare the effects of N fertilizer management over a two-year period. The experiment included four N rates for rice and wheat, respectively: N1 (125 and 94 kg N ha-1 ), N2 (225 and 169 kg N ha-1 ), N3 (325 and 244 kg N ha-1 ), and N0 (0 kg N ha-1 ). The results showed that an overlying water layer during the rice growing seasons contributed to moderate concentrations of NO 3--N in sampled waters and the concentrations of NO 3--N only showed a rising trend during the field drying stage. The NO 3--N concentrations in leachates during the wheat seasons were much higher than those during the rice seasons, particularly in the wheat seedling stage. In the wheat seedling stage, the NO 3--N concentrations of leachates were significantly higher in N treatments than in N0 treatment and increased with increasing N rates. As the NO 3--N content (below 2 mg N L-1 ) at a depth of 80 cm during the rice-wheat rotations did not respond to the applied N rates, the high levels of NO 3--N in the groundwater of paddy fields might not be directly related to NO 3--N leaching. Crop growth trends were closely related to variations of NO 3--N in leachates. A reduction in N application rate, especially in the earlier stages of crop growth, and synchronization of the peak of N uptake by the crop with N fertilizer application are key measures to reduce N loss. Above-ground biomass for rice and wheat increased significantly with increasing N rate, but there was no significant difference between N2 and N3. Increasing N rates to the levels greater than N2 not only decreased N use efficiency, but also significantly increased N loss. After two cycles of rice-wheat rotations, the apparent N losses of N1, N2 and N3 amounted to 234, 366 and 579 kg N ha-1 , respectively. With an increase of N rate from N0 to N3, the percentage of N uptake in total N inputs decreased from 63.9% to 46.9%. The apparent N losses during the rice seasons were higher than those during the wheat seasons and were related to precipitation; therefore, the application of fertilizer should take into account climate conditions and avoid application before heavy rainfall.     

不同氮肥管理模式对太湖流域稻田土壤氮素渗漏的影响

针对太湖流域稻田土壤氮素流失引起的面源污染问题,以农户常规施肥处理、化肥减量施肥处理、缓控释肥处理、有机无机肥配施处理以及按需施肥处理5种稻田氮肥管理模式,探讨了不同施氮水平与肥料类型的处理对20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm以及100～120 cm四个深度土壤氮素渗漏的影响。结果表明,20～40 cm渗漏液中总氮(TN)浓度与施肥量成正比;农户常规施肥处理会出现40～60 cm TN浓度高于20～40 cm的现象;缓控释肥处理具有较高的20～40 cm TN淋失量;溶解性有机氮(DON)是稻田氮素进入地下水的主要形态,占TN的60%～70%;减少33%的氮素施用量,可降低进入地下水体36.9%～49.0%的TN浓度。按需施肥处理能在保证产量的情况下降低施氮水平,减少氮素渗漏损失,是适宜该地区的环境友好型氮肥管理模式。     

太湖地区直播稻田氮素渗漏损失试验研究

在太湖流域丹阳地区,通过田间试验研究了旱直播稻田氮素的渗漏损失特征。结果表明,在当地正常的水肥管理模式下,旱直播稻田氮素的渗漏主要发生在水稻生长前期,施入的基肥不易迅速水解,部分仍滞留在表层土壤,灌溉或强降水时增大了氮素渗漏流失的风险。稻田40 cm深度土壤硝态氮和铵态氮浓度平均值分别为5.79和0.49 mg/L,硝态氮浓度最大值出现在苗肥施入后的第7 d,达到21.8 mg/L。以土壤深度40 cm为界面计算的氮素渗漏通量表明,铵态氮和硝态氮在整个稻季的平均渗漏量为N 3.8和28.4 kg/hm2,氮素渗漏的形式主要为硝态氮。直播水稻萌芽至幼苗期对氮素的吸收量少,应适当减少前期基肥或苗肥的施用量,充分利用基肥与苗肥的叠加效应,减少前期氮素渗漏流失。     

中国南方稻麦轮作生态系统中土壤溶解性有机氮的淋失

The rice-wheat rotation in southern China is characterized by frequent flooding-draining water regime and heavy nitrogen(N)fertilization. There is a substantial lack of studies into the behavior of dissolved organic nitrogen(DON) in the intensively managed agroecosystem. A 3-year in situ field experiment was conducted to determine DON leaching and its seasonal and yearly variations as affected by fertilization, irrigation and precipitation over 6 consecutive rice/wheat seasons. Under the conventional N practice(300kg N ha-1for rice and 200 kg N ha-1for wheat), the seasonal average DON concentrations in leachate(100 cm soil depth) for the three rice and wheat seasons were 0.6–1.1 and 0.1–2.3 mg N L-1, respectively. The cumulative DON leaching was estimated to be1.1–2.3 kg N ha-1for the rice seasons and 0.01–1.3 kg N ha-1for the wheat seasons, with an annual total of 1.1–3.6 kg N ha-1. In the rice seasons, N fertilizer had little effect(P 0.05) on DON leaching; precipitation and irrigation imported 3.6–9.1 kg N ha-1of DON, which may thus conceal the fertilization effect on DON. In the wheat seasons, N fertilization had a positive effect(P 0.01)on DON. Nevertheless, this promotive effect was strongly influenced by variable precipitation, which also carried 1.8–2.9 kg N ha-1of DON into fields. Despite a very small proportion to chemical N applied and large variations driven by water regime, DON leaching is necessarily involved in the integrated field N budget in the rice-wheat rotation due to its relatively greater amount compared to other natural ecosystems.     

太湖流域稻麦轮作农田氮肥施用状况、问题和对策

分别于2006年和2011年在苏南常熟市和宜兴市开展了稻麦农田的氮肥施用状况调查。结果显示,常熟2006年稻季平均施氮量为N 329 kg/hm2,2011年则降低为N 264 kg/hm2;麦季变化不大,相应分别为N 216 kg/hm2和N 230 kg/hm2。2011年宜兴市稻麦季平均施氮量分别为N 326 kg/hm2和N 300 kg/hm2,高于常熟。通过农户种田面积调查分析,近5年来规模化种植大户的出现和不断扩大是驱动常熟市施氮量下降的主要原因,而宜兴市较高的施氮水平与该市仍以散户分散经营种植有关。氮肥品种结构调查表明,该区氮肥施用呈现"以尿素为主导、高浓度复混肥施用比例增加、碳酸氢铵逐步减少、有机肥基本弃用"的格局。基于目前氮肥施用量和结构的变化,从科学和政策两个层面提出了逐步改变当前太湖流域稻麦农田传统粗放种植模式和施氮习惯的对策。     

太湖水网地区不同种植类型农田磷素渗漏流失研究

采用田间原位小型土壤渗漏计法研究了太湖流域水网地区不同种植类型农田土壤中的速效磷累积量与渗漏水中磷素含量之间的关系。结果表明:研究区菜地、果园高的年均磷肥施用量分别为946.8 kg/hm2和832.6 kg/hm2,显著高于水田的年均磷肥施用量（83.6 kg/hm2）,约为水田的10～12倍。施入农田中的磷肥主要累积在土壤表层,0—5 cm土层中的Olsen-P含量最高,菜地、果园和水田的平均含量分别高达161.75 mg/kg、143.88 mg/kg和23.77 mg/kg,菜地和果园显著高于水田,约为水田的6～8倍。随着土层深度的增加,土壤中Olsen-P的含量显著降低。农田浅层渗漏水中的可溶态磷在总磷中所占的比例远高于颗粒态磷所占的比例。本研究结果显示,农田浅层渗漏水中溶解性正磷酸盐（DRP）含量与土壤中速效磷（Olsen-P）含量之间具有极显著的指数相关关系,表明伴随着农田施肥量的增加和土壤中速效磷含量的增加,浅层渗漏水中的溶解性正磷酸盐含量会显著增加,大大提高了农田磷素的渗漏淋失风险,造成对农业面源污染的巨大潜在压力。