三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015-2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮（Total Nitrogen,TN）、硝态氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、总磷（Total Phosphorus,TP）、可溶态总磷（Dissolved Total Phosphorus,DTP）和颗粒态总磷（Particulate Phosphorus,PP）浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明：1）不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2）不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3）内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4）长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4 278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。     

稻麦轮作制还田秸秆腐解和养分释放特征

秸秆还田是耕地质量提升的重要措施,还田秸秆腐解能够为作物生长提供氮、磷、钾等养分。明确稻麦轮作制水稻和小麦秸秆还田后的腐解和养分释放特征,是制定秸秆还田下合理养分管理制度的理论基础。通过田间尼龙网袋法,研究了小麦秸秆在水稻季、水稻秸秆在小麦季的腐解和养分释放特征以及秸秆腐解剂的影响。结果表明,小麦和水稻秸秆快速腐解期、中速腐解期、缓慢腐解期分别为0～10、10～20、20～110和0～10、10～50、50～200 d。在秸秆腐解剂的作用下,秸秆腐解率达50%和95%的时间缩短约8和38 d。水稻生育期内小麦秸秆累积腐解率达57%,秸秆氮和磷表现为淋溶-富集-释放,释放量分别为29%～37%和36%～44%,碳和钾表现为直接释放,释放量分别为55%和92%。小麦生育期内水稻秸秆累积腐解率达到73%,秸秆碳、氮、磷、钾均表现为直接释放,释放量依次为75%、41%～51%、59%、98%。水稻季,小麦秸秆在缓慢腐解期会吸附-富集土壤溶液中的氮和磷,伴随着秸秆中纤维素和半纤维素逐渐腐解,富集的氮、磷会部分释放到土壤中;小麦季,秸秆腐解剂提高快速和缓慢腐解期氮和磷的释放量和释放速率,氮素和磷素释放量分别提高10.0%和4.7%。热重分析表明,秸秆腐解剂主要加速了小麦和水稻秸秆半纤维素和纤维素的腐解。综上所述,秸秆腐解剂可以在一定程度上提高秸秆腐解和养分释放速率,同时也应注意还田秸秆在水稻孕穗期对土壤溶液中氮、磷的吸附-富集过程,在实际生产中宜在该时期适当补充氮、磷肥,以避免秸秆与作物争养分而导致减产。     

杂交中稻广两优香5的营养特性与施肥效应研究

采用田间试验的方法,研究了杂交中稻广两优香5的营养特性与施肥效应。结果表明,在生育前期广两优香5对氮、磷需求量大,中后期钾素吸收增加;养分对其产量构成因子的影响上表现为氮钾磷;结合模拟的最佳施肥量和经济施肥量,推荐了江汉平原地区中等肥力条件下的施肥量为氮170~200 kg/hm2、磷70~100 kg/hm2、钾105~135 kg/hm2。     

莲藕氮磷钾锌肥配合施用效应研究

采用田间小区试验2005～2006年连续2年研究了莲藕配施氮、磷、钾、锌肥的效应.结果表明:(1)莲藕氮、磷、钾、锌肥配施(OPT),荷叶高大、荷秆粗壮、单位面积内荷叶数量较多;后期形成的莲藕单支主藕长度较长、主藕节数较多、藕节较粗、单支藕重量较高,其商品品质较好;莲藕氮磷钾锌肥配施平均产量为37136 kg/hm2,不施氮肥、磷肥、钾肥和锌肥分别比OPT处理平均减产37.2%、15.9%、19.3%和7.90%,不同元素肥料对莲藕生长、产量和品质的影响顺序为氮>钾>磷>锌.(2)氮磷钾锌肥配施处理的莲藕,其养分吸收量较高,不施某一元素肥料,莲藕中相应的元素含量和吸收量均较低;莲藕氮、磷、钾养分吸收量之比平均为1:0.28:2.30,集中了整株植株中75%以上的氮、90%左右的磷和约95%的钾,可认为莲藕为喜钾作物.     

江汉平原棉麦套种方式下小麦施肥模型的建立及其应用研究

采用氮、磷、钾3个养分因子,每个因子分4个施用梯度,共14个处理的无重复不完全大田试验设计“3414”方案,对湖北省潜江市棉麦套种方式下的小麦施肥技术进行了田间试验,建立了江汉平原棉麦套种方式下小麦的施肥模型,并在此基础上,提出了区域棉麦套种区土壤养分丰缺指标与小麦氮、磷、钾施用量的修正值,推荐了合适的小麦施肥量为N(-) 130～210 kg/hm2、P2O540～70 kg/hm2、钾K2O 40～60 kg/hm2.     

丹江口库区湖北水源区农业面源污染现状调查及评价

采用综合调查的方法,对丹江口库区湖北水源区31个乡镇的农业面源污染现状进行调查,用产污系数法、排污系数法测算区域内各类农业污染源产生与排放污染物的总量,并引入等标污染负荷法分析和评价该区域农业面源污染现状.结果表明,在该区域内,农业面源主要污染物TN、TP和COD的产生量分别为2 066.93、240.93和16 540.18 t,排放量分别为1 432.28、161.83和4 546.65 t;种植业源为该区域农业面源的主要污染源,其等标污染负荷占所有农业面源等标污染总负荷(1 196.78 t PO43-)的57.79％,水产养殖业源、农村生活源和畜禽养殖业源所占比例分别为14.91％、14.25％和13.05％;TN、TP为该区域农业面源的主要污染物,其等标污染负荷分别占所有农业面源等标污染总负荷的50.26％和41.38％,COD只占8.36％;种植业源的TN和TP等标污染负荷量分别占所有农业面源等标污染负荷总量的36.08％和21.71％,是区域内水体富营养化风险的主要构成因子,也是农业面源污染防控的重点.     

晚籼杂两优277氮、磷、钾施肥模型的研究与应用

采用二次回归组合设计试验,研究两优277的施肥技术,建立了产量对氮、磷、钾施肥量的肥料效应函数模型,并提出了优化施肥方案,即获得每公顷7 681.3kg以上产量的合理施肥量应为氮(N)180.0～207.0 kg,磷(P2O5)91.5～105.0 kg,钾(K2O)132.0～159.0 kg.     

稻田田面水氮素浓度变化特征及快速检测方法研究——以长江中游单季稻田为例

为揭示田面水的氮素浓度动态特征并探讨其快速检测方法,于2018年水稻生育期对稻田田面水的氮素浓度、常规水质参数进行原位监测。结果表明,水稻生育期内,人工栽秧稻田田面水的TN和NH4+-N浓度在施基肥后1周分别迅速降至4.03 mg/L和3.02 mg/L,至下次施肥前变化趋于平稳,TN和NH4+-N在追肥后2 d到达峰值,1周左右趋于平稳,机插秧稻田田面水的氮素动态特征与人工栽秧基本一致。基肥期田面水的TN和NH4+-N从峰值随时间的衰减趋势近似符合指数衰减规律,人工栽秧和机插秧稻田田面水的TN浓度在基肥期峰值出现后2周内衰减幅度分别为62%和72%,NH4+-N的衰减幅度分别为80%和83%。以DO、EC、pH、ORP为自变量,TN为因变量,得到了多元线性回归模型,为服务于稻田田面水氮素流失风险的监测和管理,按照GB 18918—2002中TN的限值15 mg/L（一级A标准）和GB 3838—2002中TN的限值2 mg/L（Ⅴ类）对TN的排放进行分级,得到模型预测的准确率为80%,基本满足水环境管理的需求。     

氮肥运筹对水稻农学效应和氮素利用的影响

通过田间试验,以不同氮肥量级为参照,结合关键生育期叶片叶绿素含量（SPAD值）指导氮肥施用,以探明潜江地区水稻关键生育期的氮肥适宜用量。结果表明,在施N 90～180kg/hm2间水稻产量差异不显著,当超过N 180 kg/hm2,产量降低。根据水稻产量（y）和施氮量（x）拟合得出一元二次关系式:y = -0.0728x2 + 22.335x + 6811.5,R2 = 0.9442。结合当年水稻价格肥料投入费用等计算出水稻的经济效益（Y）和施氮量（X）之间的函数式:y = -0.134x2 + 37.097x + 12533-M,R2 = 0.9331;由此得出经济效益最大时水稻的施氮量是N 138 kg/hm2。该施氮量下水稻的氮肥表观利用率,农学利用率和氮肥偏生产力可保持在40.9%,11.5 kg/ kg和63.2 kg/ kg,与完全依据SPAD值指导关键生育期的氮肥施用量相近似（N 140 kg/hm2）,保证了水稻最大的经济效益,同时也保持了较高的氮肥利用率,降低氮素表观损失。     

三峡库区坡耕地免耕秸秆覆盖下氮磷流失特征

为有效防治三峡库区坡耕地氮磷流失,在三峡库区长坪小流域连续进行两年野外径流小区监测试验。在自然降雨条件下进行免耕秸秆覆盖(SM)和对照(CK)两个处理的田间试验,研究了免耕秸秆覆盖措施对地表径流和氮磷养分流失的影响。结果表明：(1)降雨量与径流量极显著正相关,径流主要由几次暴雨事件造成,需要重点防范玉米季暴雨造成的水土流失。免耕秸秆覆盖能减少地表产流产沙,相比对照处理,免耕秸秆覆盖减少19.1%的径流流失,减少63.6%的泥沙流失。(2)免耕秸秆覆盖分别降低了21.3%,25.8%的总氮和总磷流失量,径流量和氮磷流失量呈极显著正相关,免耕秸秆覆盖主要通过减少径流量来减少氮磷流失。(3)坡耕地油菜—玉米种植制的氮磷流失风险期为6—7月初,该时期CK处理41.3%的径流量贡献了81.4%,52.1%的总氮和总磷流失,SM处理38.4%的径流量贡献了75.2%,48.2%的总氮和总磷流失,在该时期通过免耕秸秆覆盖可分别减少17.5%,31.7%的总氮和总磷流失。研究表明,免耕秸秆覆盖是控制三峡库区坡耕地氮磷养分流失的良好水土保持措施。