基于模糊数学法评价甲基溴及其替代技术

为履行《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定,运用模糊数学综合评判法,探讨了甲基溴及其替代技术在土壤熏蒸过程中的各项因素,构建了作物产量、作物品质、病虫害防治效果、技术安全、操作过程、环境影响、应用时长和投入成本8个指标集,并划分了模糊评判集,综合评估了生姜、草莓作物甲基溴及其替代技术。生姜作物综合评估结果为甲基溴(83.61)氯化苦(79.06)棉隆(78.03)威百亩(69.07),草莓作物综合评估结果为甲基溴(69.13)氯化苦(64.60)棉隆(56.80)。各单项指标评价结果表明,甲基溴在作物产量、作物品质、防治效果以及应用时长等4个指标上均高于各项替代技术,但由于自身毒性、对臭氧层物质消耗以及受生产管控等因素的影响,在其余指标上低于替代技术;氯化苦在作物产量、作物品质和病虫害防治效果等6项指标上均高于其他替代技术,但由于为剧毒农药,而在技术安全和操作过程2项指标上低于其余替代技术。以上结果表明,生姜作物和草莓作物主流替代技术的消毒效果并不具备甲基溴的广谱性,当前最佳替代技术为氯化苦。     

双孢蘑菇菌渣堆肥及其肥效的研究

为了促进农业废弃物资源的循环利用,以双孢蘑菇菌渣为研究对象,通过菌渣堆肥中添加发酵剂或鸡粪的处理,分析了堆肥过程中各个时期不同处理的温度、pH值、EC值、全氮、全磷和全钾的变化趋势,并用腐熟后的堆肥菌渣进行了水稻肥效试验。结果表明,双孢蘑菇菌渣堆制过程中加入发酵菌剂可快速提高堆体温度,与未加发酵菌剂的堆肥处理A相比,在堆肥中加入发酵菌剂后,堆肥中全氮、全钾和速效钾的含量增加量分别为处理A的3倍、1.43倍和2.67倍;菌渣堆肥结束后,处理A,处理B和处理C速效磷含量分别比发酵前增加了54.5%、38.5%和58.3%。菌渣肥水稻田间试验表明,双孢蘑菇菌渣有机肥能够促进水稻增产,菌渣堆肥增产效果优于不发酵菌渣,而加于菌剂处理的堆肥增产效果最佳,按400kg·667m-2施肥,水稻空瘪粒数少,穗粒饱满,水稻单产553.37kg·667m-2,与当地常规施肥方式相比较增产20.55%,与不施肥处理相比较增产44.18%。     

基于种养平衡的河南省畜禽养殖分析及其环境污染风险研究

为探究河南省畜禽养殖环境污染现状,利用排污系数法等方法估算了河南省畜禽养殖粪尿负荷量、耕地承载力和水体污染负荷指数等指标,分析并评价了不同地区畜禽养殖现状的合理性及对环境的污染状况,以期为河南省合理畜禽养殖提供理论依据。结果表明,(1)河南省2016年畜禽粪尿产生总量为13 101.5万t,以南阳市、驻马店市、周口市、商丘市和开封市产生量最大,其总和占全省总量的54.0%。从污染风险看,河南省平均负荷量为16.2 t·hm-2,警报值级别处于Ⅱ级,对环境稍构成污染威胁。(2)河南省可承载的猪当量为7 402.4万头猪当量,实际养殖已超载2 047.3万头猪当量。其中驻马店市、平顶山市、洛阳市、信阳市超载最严重,占超载总量的50.1%。(3)河南省水体的主要污染物为全氮(TN)和全磷(TP),而化学需氧量(COD)的等标排放量相对较少。全省平均扩散浓度达128.0 mg·L-1,属于严重污染。平均等标污染指数为12.2 mg·L-1,表现为对水环境有污染。对环境污染最严重的是开封市,污染指数达31.9 mg·L-1;对环境污染最小的是信阳市,污染指数为2.3 mg·L-1。(4)从污染负荷来看,开封市、平顶山市、漯河市的耕地承载负荷大,水体潜在污染严重,安阳市和信阳市的污染负荷较低。     

中国北方主要农区农田氮磷淋溶特征与时空规律

中国北方黑土区、潮土区和褐土区是我国农业主产区,大水大肥问题尤为突出,氮磷淋溶是全国典型的地下水污染来源。然而,中国北方主要农区农田氮磷淋溶特征和时空规律尚不清楚。本文利用田间原位监测和文献荟萃分析方法,系统分析了中国北方主要农区285个监测点年的4种主要种植模式(春玉米、冬小麦-夏玉米、露地蔬菜、保护地蔬菜)农田氮磷淋溶特征与时空规律。研究结果表明,中国北方4个主要种植模式的平均氮和磷淋溶强度分别为:保护地蔬菜117.5 kg(N)·hm~(-2)和0.74 kg(P)·hm~(-2),露地蔬菜51.7kg(N)·hm~(-2)和0.10kg(P)·hm~(-2),冬小麦-夏玉米轮作49.9kg(N)·hm~(-2)和0.07kg(P)·hm~(-2),春玉米30.7kg(N)·hm~(-2)和0.09kg(N)·hm~(-2)。与粮田相比,蔬菜田的高水肥投入决定了其较高的氮磷淋溶量。受土壤质地以及区域间水肥管理差异的影响,同一种植模式下,总氮淋溶强度为黑土区褐土区潮土区。农田氮磷淋溶年际间变化主要受降雨强度的影响,总氮淋溶量与降雨强度呈正线性相关关系,尤其前一年无淋溶事件发生背景下,下一年的淋溶量会急剧增加。空间尺度上,潮土区和褐土区是氮素淋溶的主要风险区。值得注意的是一些蔬菜种植面积尤其是保护地蔬菜种植面积占比较大的省份表现出较高的氮磷淋溶风险。综上,北方主要农区农田氮磷淋溶风险以氮为主,磷的淋溶风险也不容忽视。潮土区和褐土区是氮素淋溶的主要风险区。区域尺度上,氮磷淋溶主要来自粮田,但菜田面积越大,氮磷淋溶风险越高。     

有机无机肥配施对水稻氮素利用率与氮流失风险的影响

农田土壤–作物系统对畜禽粪便有一定的消纳作用,有机粪肥与无机氮肥配施是未来农业生产中进一步增加产量、减少化肥施用和保护环境的重要生产模式。本研究采用盆栽试验,分析在施用一定量有机粪肥基础上,不同无机氮肥用量对水稻产量、氮素利用率和氮流失风险的影响,探讨有机肥与无机氮肥的最优比例,为有机肥施用条件下稻田无机氮肥的合理施用提供科学依据。结果表明:与单施有机肥(M)相比,配施0.8倍的无机氮肥效果最佳,水稻产量、株高、分蘖数、籽粒吸氮量和氮肥利用率达最高。有机肥作底肥时,水稻生长前期田面水无机氮浓度随配施无机氮肥量的增加而增加,而后期配施无机氮肥各处理田面水氮素浓度则随着氮肥施用量的增加呈现先降低后升高趋势,其中,增施0.4倍、0.6倍和0.8倍无机氮肥时稻田田面水氮素浓度较单施有机肥处理分别降低17.5%、11.9%和9.3%,差异达显著水平(P0.05)。与单施无机氮肥处理(N)相比,同样以0.8倍无机氮肥+有机肥处理作物产量和氮肥利用率最高,田面水氮浓度降低了30.2%,差异达显著水平(P0.05)。综上,消纳有机肥基础上,在满足作物需氮量的前提下,无机氮肥与其配比为1︰1时,既可以提高水稻增产潜力,又降低稻田氮素流失风险和适当减少稻田无机氮肥施用量。     

东北三省农田化肥氮地下淋溶污染等级评估

本研究以我国东北三省（黑龙江、吉林、辽宁）为研究对象,统计了东北36个市级行政单元的化肥施用情况,分析了东北三省近10年的化肥施用趋势,并利用地理信息系统揭示了化肥施用空间特征。在此基础上,利用氮地下淋溶流失系数估算了农田化肥氮地下淋溶流失量,量化了东北三省各行政单元的氮地下淋溶流失强度。结果表明,近10年我国东北化肥施用量呈上升趋势,吉林省化肥施用强度最高,其次是辽宁省和黑龙江省;氮地下淋溶流失强度的平均值为0.314 4 kg·hm^-2·a^-1,氮地下淋溶高流失强度区主要集中在吉林省的长春市、四平市等地区,原因在于吉林省化肥施用量较高,同时玉米产量高,而玉米相对于其他作物,其氮肥施用量和氮素地下淋溶流失系数均处于较高水平。本研究相关方法可用于区域尺度上的农田氮地下淋溶估算,同时研究结果为我国农田面源污染防控和氮素管理提供了数据支持。     

东北三省农田化肥氮地下淋溶污染等级评估

本研究以我国东北三省(黑龙江、吉林、辽宁)为研究对象,统计了东北36个市级行政单元的化肥施用情况,分析了东北三省近10年的化肥施用趋势,并利用地理信息系统揭示了化肥施用空间特征。在此基础上,利用氮地下淋溶流失系数估算了农田化肥氮地下淋溶流失量,量化了东北三省各行政单元的氮地下淋溶流失强度。结果表明,近10年我国东北化肥施用量呈上升趋势,吉林省化肥施用强度最高,其次是辽宁省和黑龙江省;氮地下淋溶流失强度的平均值为0.314 4 kg·hm~(-2)·a~(-1),氮地下淋溶高流失强度区主要集中在吉林省的长春市、四平市等地区,原因在于吉林省化肥施用量较高,同时玉米产量高,而玉米相对于其他作物,其氮肥施用量和氮素地下淋溶流失系数均处于较高水平。本研究相关方法可用于区域尺度上的农田氮地下淋溶估算,同时研究结果为我国农田面源污染防控和氮素管理提供了数据支持。     

粪肥增施对水稻产量和氮素利用效率的影响

为探究不同用量粪肥增施对水稻生产的影响,在等氮施用化肥的基础上开展盆栽试验,通过系统分析水稻产量、氮素利用效率、水稻收获后土壤理化性质等指标,以及水稻叶片叶绿素相对含量（SPAD值）、田面水无机氮素浓度的动态变化特征,对粪肥增施的最佳用量进行了研究。结果表明：在施用尿素（192.8 kg·hm^-2,以N计）的基础上,增施0.75倍粪肥（相当于增施N 115.1kg·hm^-2）的效果最佳,秸秆产量、籽粒产量、穗数、分蘖数、株高、秸秆吸氮量和籽粒吸氮量等指标均达到最高,与单施尿素相比,分别提高36.2%、46.4%、12.1%、16.1%、0.7%、48.5%和56.3%;氮素利用指标（氮素利用率、氮肥贡献率、氮肥农学效率和土壤氮素依存率）得到显著优化（P<0.05）;追施穗肥后田面水中铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）的平均浓度分别下降10.4%和10.3%,表明适量增施粪肥会有效降低田面水中氮素的流失风险。另外,增施粪肥对土壤养分含量具有促进作用,其中土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和铵态氮含量随粪肥增施量的增加而提高。研究表明,在施用化肥基础上增施0.75倍粪肥,可最大程度实现水稻增产和氮素利用效率的提升,同时降低氮素流失风险。研究结果可为水稻生产中有机无机肥配施比例的确定提供参考。     

双孢蘑菇菌渣堆肥及其肥效的研究

为了促进农业废弃物资源的循环利用,以双孢蘑菇菌渣为研究对象,通过菌渣堆肥中添加发酵剂或鸡粪的处理,分析了堆肥过程中各个时期不同处理的温度、pH值、EC值、全氮、全磷和全钾的变化趋势,并用腐熟后的堆肥菌渣进行了水稻肥效试验。结果表明,双孢蘑菇菌渣堆制过程中加入发酵菌剂可快速提高堆体温度,与未加发酵菌剂的堆肥处理A相比,在堆肥中加入发酵菌剂后,堆肥中全氮、全钾和速效钾的含量增加量分别为处理A的3倍、1．43倍和2．67倍;菌渣堆肥结束后,处理A,处理B和处理C速效磷含量分别比发酵前增加了54．5％、38．5％和58．3％。菌渣肥水稻田间试验表明,双孢蘑菇菌渣有机肥能够促进水稻增产,菌渣堆肥增产效果优于不发酵菌渣,而加于菌剂处理的堆肥增产效果最佳,按400kg·667m-2。施肥,水稻空瘪粒数少,穗粒饱满,水稻单产553．37kg·667m-2,与当地常规施肥方式相比较增产20．55％,与不施肥处理相比较增产44．18％。     

残膜对农田土壤养分含量及微生物特征的影响

【目的】探究残膜对土壤养分含量和生物学特征的影响,明确产生危害的土壤残膜强度限值,为中国残膜污染防治工作提供理论支撑。【方法】于2011—2015年在甘肃张掖设置0（CK）、150 kg·hm^-2（T1）、300 kg·hm^-2（T2）、450 kg·hm^-2（T3）以及600 kg·hm^-2（T4）残膜梯度试验,并测定不同残膜强度下土壤理化性状、微生物量碳氮、微生物群落丰度以及土壤酶活性等关键指标。【结果】残膜对土壤含水量、有机质（SOM）、全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、有效磷（Olsen-P）的影响较大,随着残膜强度的增加,土壤含水量显著增加（P＜0.05）,而SOM、TN、NO₃^--N以及Olsen-P显著降低（P＜0.05）,NH₄⁺-N则表现出先升高后降低的变化趋势。低残膜强度下,土壤微生物量碳（MBC）和土壤微生物量氮（MBN）含量增加,但高残膜强度（T3和T4）则会显著降低土壤微生物量（MBC和MBN）及微生物群落丰度（吸光值平均变化率、丰富度、Shannon指数、Simpson指数以及McIntosh指数）（P＜0.05）。土壤酶活性随残膜强度的变化趋势同微生物量碳氮含量基本一致,残膜强度为300—450 kg·hm^-2时,土壤中α-葡萄糖苷酶（AG）、β-葡萄糖苷酶（BG）、纤维素酶（CBH）、木聚糖酶（BXYL）以及几丁质酶（NAG）活性普遍较高,残膜强度为600 kg·hm^-2时土壤酶活性显著降低（P＜0.05）。【结论】农田土壤中低量残膜存在下可通过保水作用提高土壤微生物活性及其丰富度,而当残膜强度超过450 kg·hm^-2时,土壤微生物量、微生物群落丰度和土壤酶活性显著降低;同时,长期残膜作用下会降低土壤SOM、TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N以及Olsen-P含量,引起土壤养分退化。因此,对于中国地膜残膜污染较严重的地区,应加大残膜防治工作力度,降低残膜引起的土壤退化风险。