农业驱动的地下水硝态氮污染研究进展

科学合理地进行农业生产是控制地下水硝态氮污染的关键。笔者综述了近年来国内外在地下水硝态氮污染方面的研究进展,提出水肥管理以及土壤质地结构是导致硝态氮淋溶的重要因素,总结了区域层面的调整氮肥和有机肥施用,合理耕作,水分管理以及新型高效缓控释肥料的施用等措施是预防土壤硝态氮淋溶,减少地下水硝态氮污染,提高氮素利用率的有效途径。介绍了物理观测法、离子示踪法以及模型模拟法在地下水硝态氮污染防治的重要意义,指出基于区域尺度的农田水肥管理措施和模型相结合是未来研究的热点。     

河北露地蔬菜土壤硝态氮淋溶特征及影响因素研究

为提高氮素的利用率和经济效益,减少氮素对环境和地下水产生的污染,以河北露地蔬菜土壤为研究对象,采用田间定位试验和室内分析相结合的方法,研究不同氮肥用量对甘蓝及白菜产量、氮肥利用效率、土壤硝态氮含量和硝态氮淋溶的特征及影响因素。结果表明:施氮量、降雨量和灌溉方式对硝态氮的淋失有显著影响,施氮量越高,土壤及淋溶液硝态氮含量越高、蔬菜产量及氮肥利用率越低、氮淋失风险越大。其中,优化施氮量OPT处理效果最明显,与农民习惯用量FP相比,产量增加9.2%、氮肥利用率提高8.3%~30.6%、土壤及淋溶液硝态氮的含量分别降低1.3%和43.2%。综合经济效益与生态效益,优化施氮量OPT处理最为合理,是增加农民收入和环境友好型的推荐施肥量。     

氮肥形态对槟榔幼苗全氮含量、土壤有效氮和酶活性的影响

为提高槟榔树氮肥的利用效率,筛选槟榔树生长过程中偏好的氮肥形态。本试验采用盆栽土培方法,以两叶一心槟榔幼苗为材料,分别用酰胺态氮肥(尿素)、硝态氮肥(硝酸钠)和铵态氮肥(氯化铵) 3种形态氮肥对槟榔幼苗进行处理,以不施氮肥为对照,研究氮肥形态对槟榔幼苗氮素吸收、土壤氮素有效性和酶活性的影响。结果表明:槟榔植株及各器官全氮含量在不同形态氮肥处理60 d后,铵态氮肥酰胺态氮肥硝态氮肥对照,各器官氮素含量为:叶片茎杆根系;与对照相比,不同形态氮肥处理均显著提高了土壤硝态氮含量;酰胺态氮肥和铵态氮肥处理下土壤铵态氮含量明显提高;各氮肥形态处理下槟榔幼苗根际土壤酶活性几乎全部高于非根际土壤。以上结果说明,施用氮肥能显著提高槟榔幼苗植株氮素吸收,有利于根际和非根际土壤有效氮含量和酶活性的提高,但槟榔幼苗更偏好吸收氨态氮肥。本研究结果不仅可以为槟榔合理施用氮肥提供依据,同时也为氮肥减量控释研究提供了理论基础。     

硝化抑制剂对不同氮肥运筹下棉田土壤及棉株功能叶片氮素积累的影响

 通过在棉田中施用硝化抑制剂双氰胺（DCD）实现棉花增铵营养的途径,来改变传统棉田氮肥运筹途径和营养状况,同时考察了由此导致的棉田土壤和棉株功能叶片中氮素变化动态。结果表明：2％DCD的施用促进了棉株对氨基态氮的吸收而抑制棉株对硝态氮的吸收;同时也减少了棉田土壤中残留全氮含量、维持了土壤较高的氨基态氮含量,提高了氮肥吸收利用效率、节约了氮肥资源。进一步表明棉田中施用增铵营养在生理和生态上具有重要的意义。     

氮肥决策支持系统(CMDSSN)的研究

CMDSSN是以CERES模型中的氮素平衡子程序为基础,面向对象的程序设计方法为手段建立的辅助用户氮肥决策的计算机软件应用系统。它可以模拟土壤有机物质和作物残留的周转过程,也可以模拟尿素和硝态氮的水解和氮素的损失。在实际生产中可以辅助氮肥施用决策、评价施肥方案、动态显示土壤中硝态氮和铵态氮变化趋势。最后选取了河北农业大学教学试验基地2002-2003年的试验数据对CMDSSN进行了验证。结果表明,系统在模拟土壤硝态氮、铵态氮含量及动态变化方面与实测值拟和较好。     

不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布及农田氮素平衡的影响

阐明不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布及农田氮素平衡的影响, 是挖掘品种氮素高效利用的生物学潜力, 提高氮素供应与作物需求的匹配度, 进而提高氮肥利用效率的重要途径。本研究以氮高效玉米品种郑单958、金山27和氮低效玉米品种蒙农2133、内单314、四单19为材料, 在不同施氮量下(0、300和450 kg hm^-2), 系统研究了不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布、农田氮素平衡的影响, 并分析了植株氮积累量与土壤硝态氮累积量的关系。结果表明, 不同施氮水平下, 氮高效品种的产量、氮素吸收效率、氮肥利用率都显著高于氮低效品种; 相关分析表明植株氮素积累量与土壤硝态氮累积量呈显著负相关。从土壤硝态氮时空分布来看, 随生育进程, 土壤硝态氮含量最大土层逐渐下移, 下移速率不受品种氮效率影响, 其年际间差异与降雨量差异显著相关; 但吐丝后氮高效品种的60~100 cm土壤剖面内硝态氮含量显著低于氮低效品种, 差异达显著水平; 收获后土壤硝态氮残留量则表现为氮低效品种显著高于氮高效品种, 且随施氮量的增加显著增加。从农田氮素平衡来看, 品种的氮效率显著影响农田土壤氮素残留及表观损失, 氮低效品种的农田氮素表观损失是氮高效品种的2.2倍(300 kg hm^-2)和1.5倍(450 kg hm^-2), 且年际间差异较大。因此, 不同氮效率品种通过对氮素的差异性吸收显著影响农田氮素平衡。选用氮高效品种可显著降低土壤中硝态氮残留和表观损失, 降低氮素淋溶风险, 是提高氮肥利用率的有效途径。     

缓释氮肥减少菜田土壤硝酸盐淋溶研究

为了提高化学氮肥利用效率、减少氮素淋溶造成的环境污染风险.采用大田试验的方法,研究在菜田土壤条件下,施用树脂包衣尿素、硫包衣尿素、添加DCD氮肥3种措施对土壤硝态氮累积和圆白菜硝酸盐含量的影响.研究表明:树脂包衣尿素能明显提高圆白菜的经济产量,较常规增产15.0%,硫包衣增产7.3%,添加DCD氮肥与常规持平;施用添加DCD氮肥圆白菜硝酸盐含量比常规N降低20.3%,而树脂包衣与硫包衣分别增加了11.3%、20.3%;3种缓释氮素在一定时期能够将土壤硝酸盐保持在圆白菜的主要根系层,树脂包衣在圆白菜莲座期、结球期和收获期效果比较稳定,硫包衣和添加DCD氮肥前期效果好,后期淋溶加强.     

尿素类型与灌溉管理对玉米节水保肥的影响

水分和氮素管理对提高作物产量具有重要作用。笔者研究尿素类型与灌溉管理对玉米节水保肥的影响以达到玉米高氮肥利用效率和高产田的生产目标。本研究在2016—2017年开展2年完全随机区组设计试验,讨论了尿素类型（普通尿素和控释尿素）及灌溉对玉米土壤和氮素利用的影响。每种尿素类型设置2种氮素水平,分别为75、150 kg N/hm ²,以不施氮肥为对照。水分设置2种灌溉水平,分别为全生育期不灌水和灌浆阶段灌水85 mm。结果表明：在灌溉与施氮水平相同下,0~40 cm土层应用控释尿素处理氮含量较高,但在更深的土壤层低于普通尿素处理;相对于不灌溉,灌溉增加了硝态氮的损失,但施用控释尿素的处理硝态氮损失低于施用普通尿素处理;灌溉条件下施用控释尿素可以提高玉米氮素吸收,并使更多的氮向籽粒中转移;与普通尿素相比,控释尿素提高了氮肥利用率,降低土壤对氮需求的依赖。控释尿素低氮的释放可以减少硝态氮在土壤中的存留时间而迅速被玉米吸收,从而降低硝态氮的损失风险,提高了土壤氮肥利用效率。综上,控释尿素与少量灌溉相结合适用于华北半湿润地区达到玉米高氮肥利用效率和高产田的生产目标。     

有机无机肥料配合施用对设施黄瓜产量、氮素累积及硝酸盐淋溶的影响

在不同的施肥模式下,探讨有机无机配合施用对设施黄瓜产量、氮素吸收、硝态氮在土壤中的累积和淋溶的影响,明确在设施条件下黄瓜种植过程中有机肥和氮肥的最佳配施量。通过田间小区试验,结合原位土渗漏装置,进行植株、土壤和渗漏水的采集和测定进行研究。结果表明,采用有机无机肥料配合施用,黄瓜产量平均增加12.1%,增收7.1%,其中施用低量氮肥处理(OM+N1PK)的增产和增收效果更佳;采用有机无机配合施肥处理可显著增加果实中氮的累积量,单纯增加氮肥的施用只会增加植株中氮的累积量,果实中未见增加;有机无机肥料配合施用能显著降低灌溉水和硝态氮的渗漏量,在氮肥用量相同的条件下,分别可降低14.2%和26.6%;施氮量较高的处理(OM+N2PK),硝态氮在各土层出现了明显的累积。因此,有机无机肥料配合施用应适当减少化学氮肥的用量,在本试验条件下采用OM+N1PK施肥模式为最佳。     

氮肥形态及施用方式对菠菜生长和硝酸盐累积的影响

氮肥形态及施用方式的盆栽试验研究表明，石灰性土壤上施用硝态氮肥茨菜生长量大，硝态氮累积量低；大量的铵态氮肥对菠菜的生长有明显的抑制作用；施用铵态氮肥可造成菠菜对氮素的吸收、利用滞后；硝态氮肥基施和适当推迟采收时间都能有效减少菠菜体中的硝态氮累积量。因此应以施用硝态氮肥为主，同时配合少量铵态氮肥，并结合重基施轻追肥、适当延长采收期，不权能够获得高，而且还能明显减少硝态氮累积量。     

甘蓝不同节水灌溉模式下水氮利用及氮素运移研究

为解决甘蓝过量灌溉和施肥问题,试验通过设置甘蓝不同节水灌溉模式、灌溉量和施氮量等因素,从水氮运移及其利用效率出发,探讨垄膜沟灌和膜下滴灌水肥利用规律。结果表明,膜下滴灌模式下施纯氮300 kg/hm²时产量最高,达到57135 kg/hm²。膜下滴灌处理的水分利用效率显著高于垄膜沟灌处理,其中施300 kg/hm²纯氮的水分利用效率最高。膜下滴灌模式的氮肥利用效率均显著高于垄膜沟灌模式。垄膜沟灌模式矿质态氮向下运移的深度和数量明显要大于膜下滴灌模式。收获后,整个200 cm土层矿质态氮含量均表现为垄膜沟灌高于膜下滴灌模式。     

节水减氮对土壤硝态氮分布和冬小麦水氮利用效率的影响

针对当前关中平原冬小麦生产中氮肥投入过量、灌溉水资源不足的问题,研究节水减氮栽培模式下冬小麦籽粒产量、水氮利用及硝态氮淋失情况,能为确定冬小麦节水减肥环保增效的生产模式提供理论依据。于2017—2019年在陕西杨凌开展冬小麦节水减氮田间栽培试验,采用二因素裂区设计,施氮量为主处理,灌水量为副处理,设施氮量处理N300 (300 kg hm~(–2))、N225 (225 kg hm~(–2))、N150 (150 kg hm~(–2))、N75 (75 kg hm~(–2))、N0 (不施氮)和灌水量处理W2 (1200 m~3 hm~(–2))、W1 (600 m~3 hm~(–2))、W0 (0),分析小麦产量、水氮利用效率及土壤硝态氮淋失情况。结果表明,2017—2018年和2018—2019年小麦季灌水处理较不灌水处理分别增产14.88%～15.01%和4.11～4.16倍,但处理间差异不显著,而越冬期灌水600 m~3 hm~(–2)土壤硝态氮淋失风险显著降低。在越冬期灌水600 m~3 hm~(–2)处理下, 2017—2018年施氮量150 kg hm~(–2)处理产量最高, 2018—2019年则是施氮量225 kg hm~(–2)处理产量最高,但2018—2019年施氮量150 kg hm~(–2)处理在较高产量基础上获得较高的氮肥利用效率,土壤硝态氮淋失量也较施氮量225 kg hm~(–2)处理2个年度分别降低了15.87%和10.20%。因此,施氮量150 kg hm~(–2)配合越冬期灌水600 m~3 hm~(–2),能够在保障产量的基础上,提高水氮利用效率,降低硝态氮淋失风险,实现关中平原冬小麦生产节水减肥环保增效的目标。     

不同水分条件与毕节烟田土壤氮素淋失的关系

为了研究不同水分状况对毕节烟田土壤氮素淋失的影响,采用盆栽试验比较了2种土壤在3个土壤含水量层次下,土壤渗滤液中总氮含量、各氮素形态、硝态氮淋失量之间的差异。结果表明,在不同水分状况下,毕节烟田土壤渗滤液可溶性总氮含量随土壤含水量的增加而明显提高,其回归方程为 y=0.447lnx-0.222;毕节烟田土壤渗滤液中的主要氮素形态是可溶性有机氮和硝态氮,铵态氮所占比例较低;土壤硝态氮的累积程度和水分入渗量是决定毕节烟田土壤硝态氮淋失量的重要影响因子;毕节市金沙县的紫色土其氮素淋失风险显著高于七星关区的黄壤。     

不同水分条件下缓/控释氮肥对水稻干物质量和氮素吸收、运转及分配的影响

为探究缓/控释肥在不同水分条件下提高氮素利用率及增产机制。本研究以杂交中稻F优498为试验材料,在180 kg hm^-2施氮量基础上,采用两因素裂区设计: 主区设控灌、干湿交替灌溉、传统灌水灌溉3种水分管理方式,副区设尿素一道清、尿素常规运筹、硫包膜缓释肥、树脂包膜控释肥4种氮肥种类,研究缓/控释肥和水分管理方式对水稻干物质量和氮素吸收、运转、分配和产量的影响及其互作效应。结果表明, 缓/控释肥和水分管理方式对水稻主要生育期干物质量和氮吸收、转运、分配及产量具显著影响及互作效应,产量构成因素与氮素在结实期转运总量及其分配呈显著正相关。干湿交替灌溉和缓/控释肥均能提高干物质量、氮素吸收及产量并表现出显著互作效应,施用缓/控释肥氮素表观利用率达42%~53%,相较于尿素一道清和传统的尿素常规运筹,氮肥偏生产力提高6%~23%,氮素农学利用率提高26%~71%,增产8%~19%。控灌条件下,缓/控释肥处理氮素有效性高,保证足穗、促进重穗;干湿交替灌溉条件下缓/控释肥处理能保持氮素的高效释放,有利于高产群体的形成,从而提高稻株氮素积累、协调氮素分配;淹水灌溉条件下,缓/控释肥处理无效分蘖减少,氮素入渗、淋溶降低,成穗率提高。综合产量与氮素吸收、运转的表现,干湿交替灌溉条件下施用缓控释肥为本试验最佳处理,能有效提高氮素利用率,促进高产形成。     

供氮水平和有机无机配施对夏玉米氮利用效率的影响

通过大田试验研究了不同氮素水平下有机无机肥料配施对夏玉米氮利用效率的影响。结果表明,氮素肥料的各去向受施氮量影响较大,施氮量越大,表观残留量、淋溶损失量、气态损失量均增加。表观利用率在施氮低于200 kg/hm2时,表现为增加,高于200 kg/hm2时,则表现为减少。配施有机肥比例越大,表观利用率、表观淋溶损失率越小,表观残留率则越大。气态损失率在有机无机配施条件下最小。淋溶损失是氮素肥料的主要损失途径。综合考虑,氮肥表观利用量、表观残留量和淋溶损失量,以纯氮施入量200 kg/hm2,75%的N由有机肥提供、25%的N由尿素提供的处理为较理想的氮素施用水平和配比组合。     

农田中有机肥氮磷流失的研究

笔者综述了有机肥在现代农业中的土壤培肥作用及其增产效果,农田中施用有机肥对农田氮磷流失的影响,讨论了畜禽粪便、秸秆及沼液3种不同有机肥施用后农田氮磷流失情况,以及控制有机肥氮磷流失的技术及措施。研究表明:畜禽粪便施用初期硝态氮的流失量有所减少,但是随着长期的施用畜禽粪便,会加大硝态氮的流失量;长期施用畜禽粪便既增加田面水中磷的浓度,下渗水中磷的浓度也有所增加;秸秆还田能够有效减少农田氮磷流失,不同的秸秆类型,不同的还田方式以及不同的耕作方式其对氮磷流失的影响不同。沼液施入土壤后,会显著增加淋溶水中氮磷的浓度,对水体造成污染。今后还需要加强有机肥氮磷流失的机理以及不同地区施用有机肥农田氮磷流失特征的研究。     

灌溉定额和施氮量对机采棉田水分运移及硝态氮残留的影响

水资源短缺和土壤环境污染严重是制约农业可持续健康发展的瓶颈,迫使农民开发和采用可持续的农业生产技术。水分运动机理和氮肥残留行为是评价干旱地区农业水肥管理水平的依据,提高水氮利用效率是降低环境污染这一重要科学问题的重要途径。本研究采用裂区试验设计,以灌溉量为主区,设2250(低灌溉量,W1)、3450(传统灌溉量,W2)和4650 m~3 hm–2 (高灌溉量, W3) 3个灌溉量;设0 (空白, N1)、300 (传统施肥量, N2)和600 kg hm–2 (高施氮量, N3) 3个纯氮投入量,在干旱的中国西北内陆棉区开展2年的田间试验,评估灌溉和施氮策略对水氮运移、籽棉产量、水氮生产效率的影响。结果表明,灌溉量及水氮耦合效应是影响籽棉产量及灌溉水生产力的影响因素,其中灌溉量是主效应。2年均值表明,灌溉量为W1时,施肥量由N1增加至N3,生育期0～80 cm平均土壤含水量呈先显著上升后显著下降的趋势, N2和N3处理较N1处理籽棉产量分别提高13.8%和7.6%,水分利用效率分别提高13.6%和6.8%;灌溉量为W2和W3时,施肥量由N1增加至N3,生育期0～80 cm土层平均含水量...     

控释尿素对水稻产量、氮肥利用率及土壤硝态氮含量的影响

为探讨等量氮肥及合理节肥条件下,控释尿素对水稻的增产效应及氮素的高效利用,通过田间试验,比较分析了控释尿素(CRU)和普通尿素(CU)在不同施用量下对水稻产量、氮肥利用率及土壤硝态氮含量的影响。结果表明：CRU100%处理的产量最高,达8986.5 kg/hm²,较同等氮素用量的CU100%处理增产380.7 kg/hm²,差异呈显著水平。CRU3/4处理与CU100%处理,以及CRU1/2处理与CU100%处理之间产量差异不显著。这说明与普通尿素相比,控释尿素减少1/4~1/2的氮素用量时也能达到同样的产量水平。氮肥利用率以CRU1/2处理最高,达68.3%,较同等氮素用量的CU1/2处理提高20.6个百分点。同时,控释尿素还可明显降低水稻土壤中硝态氮的含量,减少硝态氮向土壤深层渗漏数量,以减轻对地下水污染风险。     

施用钙肥对盐碱地花生开花期后土壤水分、盐分和速效养分运移的影响

为探索黄河三角洲盐碱土区花生高产高效栽培技术、提高出苗和建苗率,田间条件下,设置Ca-0 (CK、 0 kg/hm_² CaO)、Ca-1(180 kg/hm_² CaO)和Ca-2(360 kg/hm_² CaO)试验,研究盐碱土花生开花期后0-100 cm剖面土壤水分、盐分和速效氮磷养分含量随花生生育进程的动态变化。研究结果表明,施用钙肥可明显降低0-60 cm土层含盐量, 80 cm以下土层含盐量明显增加,对0-40 cm土层含水量影响不大,但明显提高开花后60-80 cm土层土壤含水量,且较高钙肥用量可降低60-100 cm土层含水量。施用钙肥可明显提高开花期后0-60 cm土层水解性氮和速效磷含量,明显降低土壤水解性氮的淋溶强度,尤以Ca-2处理表现明显。黄河三角洲盐碱土区,土壤水解性氮含量匮乏,速效磷含量虽然较充足,但由于盐碱胁迫、团粒结构缺乏、土壤板结严重等因素制约,不利于花生根系对养分的吸收,使土壤磷效率难以发挥,基施钙肥可有效提高0-60 cm土层水解性氮和速效磷含量,降低水解性氮的淋溶强度,使其土壤肥力有效发挥。