兴山县香溪河流域农业源氮磷排放估算及时空特征分析

基于典型调查与统计分析,应用排污系数法估算了兴山县香溪河流域2007-2013年种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源TN、TP污染物的排放量,并对排放量、排放强度及其时空格局进行了分析。结果表明,香溪河流域农业面源污染TN、TP年均排放量分别为 1 145.2、56.5 t·a^-1,排放强度分别为44.5、2.14 kg·hm^-2·a^-1.农业源TN和TP的年排放量逐年增加,2013年较2007年增幅分别为38.0%和85.1%,TN:TP为21:1,TN排放占主导,为香溪河流域兴山县段重点防控指标。从各类污染源贡献来看,畜禽养殖业源是TN的主要贡献源,占农业源污染总量的77.9%;种植业源是TP的主要贡献源,占55.4%.从不同源氮磷排放量空间格局来看,各乡镇中水月寺镇、黄粮镇和峡口镇的TN、TP排放量均最高。从氮磷排放强度空间格局来看,峡口镇、高桥乡和黄粮镇对TN排放强度最高;峡口镇、昭君镇和黄粮镇对TP排放强度最高。     

2021-01期封面+目录

  【目的】   农田氨挥发是大气中氨的重要来源,其减排措施研究已成为国际研究热点。有机肥替代化肥的农田氨挥发减排潜力已得到广泛认可,然而年际间气候变化对其减排能力的影响研究报道较少。通过研究年际间有机替代对作物产量和氨挥发损失量的影响,为华北地区科学减少氨挥发损失提供理论依据   【方法】   本研究基于华北平原玉米长期田间定位试验 (2007年设置),针对不同施肥处理开展了连续3年 (2017—2019年) 的氨挥发监测,以明确年际间气候变化对有机替代氨挥发减排潜力的影响强度。试验共设置4个处理:不施氮肥处理 (PK)、单施化肥处理 (NPK)、半量有机肥氮替代化肥氮处理 (HONS)、全量有机肥氮替代化肥氮处理 (FONS)。   【结果】   有机替代可以提高玉米产量,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的玉米产量分别提高20.7%和30.9%。不同施氮处理的氮素偏生产力在35.6～46.7 kg/kg,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的氮素偏生产力分别提高20.8%和30.9%。年际间和各处理间的氨挥发规律基本一致,都是在施肥后的第2～4天出现排放峰值,之后氨挥发速率逐渐降低,并在9天内基本趋于稳定。施肥后前9天是农田氨挥发的主要排放时期,氨挥发量占基肥期氨挥发总量的70.1%;占追肥期的63.7%。华北平原春玉米农田氨挥发损失量较低 (10.6 kg/hm2),有机替代能够进一步显著降低农田氨挥发损失。与NPK处理相比,HONS和FONS处理对氨挥发损失的减排率平均分别可达33.5%和58.7%。有机替代处理农田氨挥发的年际间变化显著高于单施化肥处理。相比氨挥发损失较低的2019年,2018年NPK处理的氨挥发损失增加了12.3%,而HONS处理和FONS处理分别增加了91.2%和105.0%,相应的HONS处理和FONS处理的减排率,从2019年的54.3%和71.1%,降低到22.1%和47.2%。主成分分析表明,年际间大气温度变化和土壤湿度变化是导致年际间氨挥发损失量差异的主要原因。   【结论】   相比单施化肥,有机肥替代化肥能够提高作物产量;相比半量有机替代,长期全量有机肥替代化肥对作物产量的提升能力更强。华北平原旱地农田有机替代能有效降低氨挥发损失,但在氨挥发损失较高年份有机替代的减排潜力会减弱,因此,有机替代氨挥发减排潜力的估算需要考虑年际间的变化。     

洱海流域北部农田养分平衡及残留特性研究

为减少农田氮磷流失,改善洱海水质、遏制富营养化发展,以洱海流域北部8个乡（镇）为研究区域,采用现场调查与分析测试相结合的方法研究了洱海流域北部10种典型轮作模式的施肥量、作物养分吸收量、农田养分盈余量以及土壤养分残留状况,对不同轮作模式农田养分平衡及残留特性进行了分析评价。结果表明,水稻-大蒜轮作模式下有机肥和氮肥的投入量显著高于其他模式,水稻-蔬菜作物轮作模式的磷肥投入量显著高于其他模式;不同轮作模式间土壤养分残留差异性以硝态氮最为突出：水稻-大蒜轮作条件下土壤硝态氮残留量达43.4mg.kg-1,明显高于其他轮作模式;10种轮作模式均处于养分盈余状态,以水稻-大蒜轮作模式养分盈余量最大,为1258.8kgN.hm-2和1472.7kgP2O5.hm-2;养分盈余量差异主要凸现在小春季作物上;土壤中易流失的硝态氮、铵态氮和速效磷与氮磷肥的投入量和养分盈余均呈显著相关。表明水稻-大蒜和水稻-蔬菜轮作是洱海流域农田环境污染风险较高的种植模式,需要重点防控。     

农田氮素管理模式对洱海流域大蒜生长和氮素流失风险的影响

为探求能有效提高洱海流域土壤生产力并降低氮素流失风险的适宜氮素管理模式,采用田间试验方法,研究了5种氮素管理模式对大蒜农艺性状、产量与经济效益、氮素利用率、土壤硝态氮含量及氮素表观平衡的影响。结果表明,与习惯施肥处理相比,优化施肥结合免耕秸秆覆盖可提高大蒜产量7.9%,增加经济效益14.1%,氮肥利用率增加约20个百分点,达42.3%,降低0-30cm土壤无机氮残留44.3%;优化施肥结合秸秆翻埋和优化施肥处理的大蒜产量较习惯施肥处理无显著性差异,但经济效益分别增加5.7%和3.4%,氮肥利用率分别增加约11和13个百分点,分别为32.7%和34.5%,0-30cm土壤无机氮残留分别降低60.9%和41.1%;氮素调控处理产量较习惯施肥无显著性差异,经济效益降低3.2%,氮肥利用率提高18个百分点,为40.3%,0-30cm土壤无机氮残留降低53.0%;与习惯施肥处理相比,单施牛粪处理虽然可降低0-30cm土壤无机氮残留92.4%,但大蒜减产22.8%,经济效益降低19.1%。综合研究结果可知,有机无机配施结合免耕秸秆覆盖或秸秆翻埋是洱海流域氮素管理的优化模式,是保证作物产量、提高经济效益、降低环境风险的重要措施。     

洱海北部地区不同轮作农田氮、磷流失特性研究

为明确洱海北部地区不同轮作模式下农田氮、磷流失特性,客观评价环境污染风险。试验在洱海北部地区沿弥苴河和罗时江流域的7个乡镇进行。采用定点取样与实地调研相结合的方法进行多点重复监测,调查不同轮作模式、轮作周期内田面水和沟渠水的氮、磷含量变化情况,研究不同轮作模式下氮、磷污染的负荷及其影响因素。结果表明,田面水中,不同轮作模式下氮素的流失差异显著且以水溶态为主,可溶性氮浓度以大蒜水稻模式最高,油菜水稻模式最低,其它轮作模式居中分布;降雨径流氮流失量以大蒜水稻模式最高。磷素流失总量偏低,且以泥沙结合态为主,轮作模式间无显著差异。田面水质劣于沟渠水,田面水对沟渠水存在不同程度增荷作用;农田水对沟渠水总氮和总磷的增荷率分别为73%和82%,其中追肥是导致农田水对沟渠水增荷的关键因素。本研究中,大蒜水稻是洱海流域农田氮、磷流失风险最高的种植模式;蚕豆水稻比大蒜水稻模式减少氮素流失风险38%。应综合考虑环境效益和经济效益,合理安排种植结构,为洱海流域种植结构调整、控制农田面源污染提供参考。     

有机无机肥配施对玉米产量及土壤氮磷淋溶的影响

【目的】氮、磷是农作物生长所必需的营养元素,对提高农作物产量和改善产品品质均有重要作用,但由于肥料不合理施用,农田土壤中养分大量盈余,在降雨或灌溉条件下易随水流失,导致水环境质量下降。因此,研究有机无机肥料配施对土壤氮、磷淋溶风险的影响,可为地下水环境质量保护提供依据。【方法】采用田间渗滤池法,对华北地区玉米季氮磷淋溶状况连续5年进行监测,具体施肥处理如下:对照(不施用氮肥,PK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(与NPK处理等氮量,SW)、有机肥无机肥料配施(用猪粪中氮替代50%NPK处理中氮用量,SNP)。采集120 cm处淋溶水,测定氮、磷含量,研究在总氮投入量相同条件下,有机无机肥料配施对华北地区玉米产量及土壤剖面120 cm处氮磷淋溶的影响。【结果】1)有机无机肥料配施(SNP)处理,可以保证玉米较高产量,5年平均产量较单施化肥处理(NPK)提高10.3%。2)有机无机肥料配施可以显著减少总氮(TN)淋溶量,SNP处理较NPK处理减少71.4%;NPK处理淋溶水中NO-3-N浓度显著高于SNP处理,其平均浓度分别为54.93 mg/L、13.47 mg/L。3)在等氮量投入条件下,有机肥的投入带入了大量磷素,单施有机肥(SW)较NPK处理总磷(TP)淋溶量增加了0.6倍,分别为0.056 kg/hm2、0.035 kg/hm2;淋溶水中TP浓度分别为0.09 mg/L、0.066 mg/L。在氮磷养分淋溶损失中,NO-3-N占淋溶水TN的80%以上,可溶性总磷(TDP)占淋溶水TP的70%左右。4)在监测淋溶水中,NPK处理NO-3-N平均浓度已超过我国地下水Ⅲ类水质量标准(GB/T 14848-9),SW处理TP平均浓度0.09 mg/L,也高于水体富营养化TP浓度(0.02 mg/L)的临界值,可对水体造成污染。【结论】在氮磷养分淋溶损失中,NO-3-N占淋溶水TN的80%以上,TDP占淋溶水TP的70%左右。采用猪粪氮替代50%化肥氮素的有机无机肥料配施处理,5年玉米平均产量显著高于单施化肥处理,证明该施肥方法不仅可以确保产量,还可降低氮素淋溶,基本保证淋溶水中NO-3-N浓度低于地下水Ⅲ类水质量标准(GB/T 14848-9)。     

洱海北部地区大蒜‖蚕豆模式作物生长发育规律及经济效益分析

本文从经济可行性和生态适应性角度分析了大蒜‖蚕豆模式在当地种植的适宜性。在洱海北部地区罗时江边上关镇兆邑村开展田间小区试验,经田间测定和样品经室内分析化验后,依据所得数据分析干物质累积规律、根瘤菌变化、根系分布、作物群体生长率土地当量比等状况。结果表明,间作能增加后期干物质累积量,能提高大蒜叶绿素含量,提高后期光合利用效率。间作模式可以促使大蒜和蚕豆的根系向下生长。间作比单作效率高,间作的增产率为15%。本研究为增加当地农田生物多样性,合理安排当地种植结构提供参考。     

云南坡耕地红壤地表径流氮磷流失特征定位监测

选取南方典型坡耕地红壤为试验区,采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,于2008—2010年连续3 a对不同农业管理方式下地表径流及氮磷流失特征进行田间实地监测。结果表明,试验区域干湿季极其分明,3 a平均降雨量为838.6 mm,主要集中在5月到10月,坡耕地红壤地表径流、养分流失时间、流失量与降雨量之间具有显著的相关性,在常规施肥处理下径流量和氮磷流失量之间呈极其显著的指数相关性,相关系数分别为R=0.897 4＊＊和R=0.529 7＊＊。坡耕地红壤地表径流量、径流系数及氮磷流失量变化规律一致,不施肥条件下,总氮、总磷流失量最大,优化施肥、揭膜、横坡垄作及秸秆覆盖等农艺措施能降低氮、磷流失量,尤其是横坡垄作种植,相对于顺坡垄作氮、磷流失总量降低了2/3左右。不同处理之间径流中各种形态氮磷含量无显著差异,说明不同农业措施主要通过地表径流流失量而影响坡耕地地表径流氮磷流失量的多少。坡耕地红壤地表径流氮磷流失以颗粒态为主,TDN占TN比例年均为24.58%,TDP占TP的比例年均为7%,TN流失量是TP的3倍左右;优化施肥和揭膜条件下可溶性氮磷所占比例增加,横坡垄作和秸秆覆盖条件下降低。在可溶性氮素中,NO3-N、NH3-N占TN的比例年均分别为8.41%、12.65%,但是2009、2010年NH3-N均小于NO3-N。因此,关于坡耕地地表径流不同流失氮素形态的影响因素较多,目前研究结果不确定,且年际之间差异较大,尚需要进一步研究。     

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。