不同雨强和植被盖度对稻田径流及氮素流失的影响

阐明径流及养分流失特征对制定农田径流削减策略、降低面源污染发生风险具有重要意义。为明确稻田径流和氮素流失对雨强的响应,分别在水稻生育前期（低植被盖度）和后期（高植被盖度）选择3个降雨强度[低雨强（SI）,30 mm·h^-1;中雨强（MI）,60 mm·h^-1;高雨强（LI）,90 mm·h^-1]进行了田间降雨模拟试验。结果表明：稻田径流率均呈先上升后下降的趋势,且径流率峰值随雨强增大而增加。不同降雨强度下径流率峰值分别为72.58 （SI）、126.45 （MI）、234.90 （LI） m³·hm^-2·h^-1（低植被盖度）和41.94（SI）、70.02 （MI）、83.30 （LI） m³·hm^-2·h^-1（高植被盖度）。径流氮素浓度在初始产流期较高,不同植被盖度和雨强下径流氮素浓度随径流时间的变化均可以用对数函数方程进行描述[Y=a-b×ln （X+c）,P<0.01]。与浓度表现不同,受径流率影响,径流发生后的前40min内的氮素流失风险较高,特别是在径流发生后的20~30 min （流失率峰值时间）。低植被盖度下氮素流失率更易受降雨强度影响,两种植被盖度下氮素流失率峰值分别为0.07 （SI）、0.10 （MI）、0.27 （LI）kg·hm^-2·h^-1（低植被盖度）和0.05 （SI）、0.04 （MI）、0.06 （LI）kg·hm^-2·h^-1（高植被盖度）。因此,不同雨强下氮素流失负荷在低植被盖度条件下差异显著,且高降雨强度的氮素流失量（10.02mg·m^-2）显著高于中、低降雨强度,铵态氮（NH₄⁺-N）是稻田径流氮素流失的主要形态（占比约41%~52%）。氮素流失负荷与径流发生前期（0~20 min）和中期（20~40 min）的径流率及氮素浓度密切相关。结果表明,初始产流期是稻田氮素流失的高浓度风险期,而径流发生后的20~30 min内氮素流失最快,低植被盖度下径流发生更易受雨强影响。     

稻田氮素流失规律测坑研究

通过测坑试验，研究了稻田水中氮素的变化动态、渗漏流失规律。结果表明，施肥后田水中氮素的浓度有逐日递减的趋势，但各种形态氮素的变化趋势有所不同，铵氯在第二天就减少了75％；不同施肥期氮素的渗漏流失量以基肥期为最大；在前茬为草莓的情况下以NO^-3-N渗漏流失为主；NO^-3-N作为氮素在土壤中淋失移动的主要形态将成为施用氮肥造成地下水污染的重要来源。     

广东稻田氮素径流流失特征

2008—2012年间,对分布于粤中、粤北和粤西的增城、清远和高州三个稻田试验点进行了连续5年的径流养分定点监测试验,研究当地农户常规施肥模式下稻田氮素养分的径流流失特征及其潜在环境风险。径流监测结果表明,三个试验点的稻田径流事件主要发生在早稻季节。增城、清远和高州试验点施肥处理铵态氮浓度分别为0.05~25.05、0.02~19.83 mg·L-1和0.02~55.4 mg·L-1,总氮浓度分别为0.33~36.51、0.46~21.01 mg·L-1和0.49~61.96 mg·L-1。结果显示,施肥明显增加径流水铵态氮和总氮含量,施氮后10 d内径流水铵态氮和总氮浓度均高于地表水Ⅴ类水标准(2.0 mg·L-1),具有一定的环境污染风险;施氮对径流水硝态氮浓度具有一定影响,三个试验点径流水硝态氮浓度均在10 mg·L-1的地表水标准限值内;稻田氮年流失负荷表现出时空差异性大的特点,增城、清远和高州试验点施肥处理总氮年流失负荷分别为24.31~53.68 kg·hm-2、8.71~23.76 kg·hm-2和13.32~88.16 kg·hm-2,相应氮流失系数为1.4%~3.9%、0.1%~5.5%和0.9%~21.6%。不同稻季总氮流失分析显示,53%~86%的总氮流失负荷发生在早稻季,与本地区降雨时间分布有直接关系。     

模拟降雨条件下太湖地区稻田氮素径流流失特征

为了解太湖水网地区稻田氮素径流流失特征,在不同施肥处理试验小区的不同时期,进行人工模拟降雨试验.结果表明,降雨后稻田总氮(TN)流失量随着施氮量的增加而增加,施氮初期是氮素流失高峰期.第一次施氮后5 d(降雨前有田面水),0、225、300和375 kg/hm~2 4种施氮水平的稻田TN流失量依次递增,依次相差均在0.15kg/hm~2以上;第二次施氮后15d(降雨前无田面水),施氮量对TN流失量影响不大,各施氮水平的稻田TN流失量依次相差均在0.05 kg/hm~2以下.氮素流失形态以硝态氮和铵态氮为主,在第一次施氮后3d的稻田径流TN中,铵态氮和硝态氮所占比例近50%.此外,在一次降水过程中,无论降雨前有无田面水,产生径流的初期都是氮素流失的高峰期.     

基于DNDC模型的稻田氮素流失及其影响因素研究

稻田氮素流失是导致农业面源污染的主要原因之一。采用测坑定位实验获得的野外观测数据对DNDC模型模拟稻田氮素流失的可行性进行验证,同时重点采用模型的敏感性分析功能对影响稻田氮素流失的关键因素进行分析研究。结果表明:DNDC模型能够准确地模拟不同施肥条件下稻田的氮素流失和水稻产量,施肥和降雨是影响稻田氮素流失的主要因素,与稻田氮素流失呈正比。值得注意的是,在目前施肥水平下有机肥的施用对稻田氮素的渗漏流失无明显贡献。此外,稻田氮素的渗漏流失还与土壤硝态氮的含量呈正比,而与土壤有机碳含量和黏土比例呈反比。根据敏感性分析结果可知,在我国稻田目前的施肥水平下,降低施肥量、采用节水灌溉以及增施有机肥等措施均是减少稻田氮素流失的有效手段。     

紫云英配施化肥减少稻田氮素径流损失

为了解豆科绿肥紫云英配施化肥降低稻田氮素径流损失的效果,采用田间定位试验,设置不施氮肥N-P-K:0-80-120kg/hm2(Control),常规施肥N-P-K:200-80-120kg/hm2(urea),紫云英配施化肥N-P-K:140-80～120+紫云英22500kg/hm2(urea+CM)3种施肥处理,测定稻田中总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)及硝态氮(NO3--N)的径流损失量.结果表明,与Control处理相比,施肥显著增加了稻田氮素径流损失量,urea和urea+CM处理的总氮损失总量分别达到Control处理的6.53倍、4.73倍.与urea处理相比,urea+CM处理下硝态氮的径流损失量无明显差异,而铵态氮径流损失量和总氮径流损失量则显著降低,分别减少4.00kg/hm2、5.40kg/hm2,降幅分别达到51.0％、27.6％.因此,紫云英配施化肥能有效地减少稻田氮素的径流损失,降低研究区域的环境风险.     

节水灌溉条件下稻田氮素径流与渗漏流失特征研究

采用测坑定位试验的方法研究不同灌溉条件下稻田系统氮素流失特征。结果表明:与常规淹灌(W1)处理相比,间歇灌溉(W2)和湿润灌溉(W3)等节水灌溉处理可分别减少4.37%和8.88%的灌水量、35.74%和5.98%的径流排水量以及2.01%和17.28%的渗漏排水量;整个水稻季,W1处理的总氮(TN)径流和渗漏流失负荷均为最高,分别为11.69、3.40kgN·hm-2;与W1处理相比,较低的排水量导致W2处理和W3处理分别减少了52.01%和38.24%的TN径流流失,以及15.88%和42.06%的TN渗漏流失;W2处理和W3处理还分别提高了10.83%和5.46%的水稻籽粒产量。研究表明节水灌溉不仅能有效控制稻田氮素流失,并能在一定程度上提高水稻产量。     

稻田中氮素流失的田间试验与数值模拟研究

在上海青浦农田水利试验站进行田间试验,研究了淹灌稻田在排水条件下的氮素流失规律。在试验的基础上提出了氮素运移与转化的数学模型,对氮素的淋失动态进行了模拟研究。分析表明, 淹灌稻田的淹水层和剖面土壤溶液中氮素的主要形态为ＮＨ４＋ － Ｎ; 施肥后淹水层中氮素浓度衰减呈指数消退; 水稻生长期间, 氮肥损失的主要途径是气体损失,而淋失量相对较小。氮素损失与农田灌溉排水条件有关,因此应合理进行水位管理与调控。     

模拟降雨条件下肥料氮素流失特征

为了解肥料中氮素流失特征,设计不同水肥处理,并对不同去向（径流、渗流和渗漏到泥沙）氮素进行了跟踪监测。结果表明：渗流水中肥料氮素含量最高,占总流失量的36.55％～42.86％,泥沙中肥料氮素含量占30.77％～40.00％,随径流水流失的肥料氮素量占23.45％～26.59％;径流、渗流水、泥沙中N O3- N含量与施氮量密切相关,施氮量越高,N O3- N浓度越高;渗流中的肥料氮素含量及N O3- N浓度均高于径流水,表明施用氮肥对地下水环境构成较大威胁。     

广东典型稻田系统磷素径流流失特征

选择位于广东省增城、清远和高州地区的3个稻田试验点,于2008-2012年对稻田磷径流损失进行动态监测。结果表明,稻田径流事件主要发生在早稻季。常规施肥模式下稻田总磷径流浓度为0.02~1.56 mg·L^-1,11%~18%的径流样品总磷浓度超过地表水Ⅴ类水标准（0.4 mg·L^-1）,施磷后14 d内降雨易导致稻田不同形态磷浓度出现峰值,具有一定环境污染风险。施磷不同程度增加稻田可溶性总磷径流负荷,对颗粒磷和总磷流失负荷无规律性影响。稻田磷径流负荷时空变化较大,常规施肥条件下可溶性总磷、颗粒磷、总磷年径流负荷分别为0.63~4.05、0.33~2.91、1.10~6.68 kg·hm^-2。本地区稻田磷流失系数为0.06%~6.81%,可溶性总磷是稻田磷径流流失主要形态。施肥量和降雨、径流量是影响本地区稻田磷径流损失的主要因子。     

氮掺杂碳纳米子施用对稻田氮素径流和渗漏损失的影响

为明确氮掺杂碳纳米粒子(N-CNPs)在田间条件下对单季稻田氮素径流和渗漏损失的影响,采用田间小区实验,对不同用量N-CNPs和双氰胺(DCD)配施尿素时稻田径流液和渗漏液中总氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO-3-N)的动态和损失总量进行研究。结果表明:与单独施用尿素(Urea)处理相比,N-CNPs配施尿素能降低稻田径流NH_4~+-N浓度和渗漏液中NO-3-N浓度;基肥后第1次自然降雨产流时,15‰N-CNPs处理径流液中NH_4~+-N浓度较Urea处理降低30.33%,基肥后第7 d渗漏液中NO-3-N浓度较Urea处理降低了27.22%。在水稻全生育期内,15‰N-CNPs处理径流总氮损失量为8.15 kg·hm~(-2),占该处理总施氮量的4.08%,较Urea处理减少2.04 kg·hm~(-2),降幅达到20.02%;TN渗漏总量为16.59 kg·hm~(-2),占施氮总量的8.30%,较Urea处理减少8.83 kg·hm~(-2),降幅达到34.73%,其径流和渗漏TN损失量较5%DCD处理分别降低5.67%和15.70%。研究表明,尿素配施N-CNPs能显著减少稻田氮素径流和渗漏损失,达到提高氮肥利用效率、控制农田非点源污染范围和强度的目的。     

不同农艺管理措施下双季稻田氮磷径流流失特征及其主控因子研究

选择湖南省长沙县典型中亚热带双季稻田长期定位试验小区,通过田间观测明确不同施肥、水分管理、秸秆还田、生物质炭农艺管理措施对氮磷径流流失的影响,采用冗余分析方法(RDA)探明稻田氮磷径流流失的主控因子。研究结果表明:早晚稻各处理田面水总氮浓度在施肥后(基肥、分蘖肥和穗肥)第1 d达到峰值,并在10 d后逐步恢复到平稳水平;早稻田面水总磷浓度在施基肥后第1 d迅速达到最高,晚稻在施肥后第5 d才达到峰值。早晚稻田面水氮磷浓度受农艺管理措施影响明显,在间歇灌溉条件下,施有机肥、秸秆还田与生物质炭比常规化肥处理分别降低总氮浓度34.05%、15.34%～19.76%和15.46%～17.47%;秸秆还田与生物质炭相对常规化肥处理分别降低田面水总磷浓度6.33%～8.76%和9.09%～13.66%。铵态氮和颗粒态磷是氮磷径流流失的主要化学形态,施肥后10 d内是氮磷径流流失风险窗口期,该期间总氮和总磷径流流失分别占稻季总流失量的82.53%～97.66%和6.73%～47.02%。冗余分析结果表明配施有机肥促进氮磷径流流失,施用生物质炭主要促进稻田氮素径流流失,秸秆还田主要减少稻田氮素径流流失。综合考虑氮磷径流流失防控潜力、实际效果和实施可行性,中亚热带双季稻田采取高效水分管理(尤其是流失风险窗口期)加秸秆还田是减少稻田氮磷径流流失的可行方式。     

珠三角地区施肥对早稻氮素径流流失的影响

选择珠三角地区典型水田为径流监测点,在2008年4～7月和2009年4～7月期间,定点收集早造稻田径流样品,探讨了天然降雨下当季施肥对氮素径流流失的影响。结果表明:2008年和2009年的产流率分别达到90%和80%以上,常规处理(F)与对照处理(F0)之间的历次径流量均无显著差异;整个早稻期间,2008年和2009年常规处理(F)的总氮平均流失浓度分别比对照处理(F0)高出286%和80.7%,总氮流失量分别达到28.4kg/hm2和21.0kg/hm2,分别比对照处理(F0)高出89.7%和41.2%,表明施肥是早造稻田氮素径流流失的主要贡献因子。2008年和2009年的氮素径流流失系数分别为12.6%和3.6%,施肥量对不同年份间的流失系数影响很大。     

牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响

为探讨牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响,通过田间小区试验设置Y-OL（70%化肥+30%牛粪-黑麦草-水稻）、Y-OV（70%化肥+30%牛粪-紫花苕-水稻）、Y-ON（70%化肥+30%牛粪-冬闲-水稻）3种轮作处理,以C-ON（100%化肥-冬闲-水稻）为对照,研究不同轮作模式下水稻产量及稻田田面水、下渗水、径流中的总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化特征。结果表明：不同处理田面水TN浓度在施穗肥后第2 d达到峰值,TP浓度在施基肥第2 d达到峰值,且最高值均出现在Y-ON处理; C-ON和Y-ON处理下渗水TN浓度在施基肥第2 d出现峰值,Y-OL和Y-OV处理下渗水TN浓度在施穗肥后第2 d出现峰值,在整个水稻生育期Y-OV处理下渗水TP浓度整体低于其他处理;不同处理间稻田氮磷径流流失量无显著差异,稻田氮磷径流流失量与降雨量极显著相关,且降雨量最大时,各处理TN径流流失量占径流流失总量的70.24%~73.42%,TP径流流失量占径流流失总量的35.12%~42.42%; Y-OV、Y-OL、Y-ON处理TN总流失量与C-ON相比分别降低43.92%、25.21%、35.74%,Y-OL、Y-ON处理TP总流失量与C-ON相比分别显著上升66.67%、13.13%,Y-OV处理TP总流失量与C-ON无显著差异; Y-OV、Y-OL、Y-ON各处理水稻产量与C-ON相比无显著差异。研究表明,70%化肥+30%牛粪施肥条件下,紫花苕-水稻的轮作方式可保证水稻产量,有效降低下渗水和径流中氮素流失量且维持较低水平的磷素流失量,是一种有效减少氮磷面源污染、增加土地利用效率的种植模式。     

利用大型径流场研究太湖地区稻田磷素径流排放

2001~2002年利用大型径流场在太湖地区乌栅土上研究常规施肥条件下稻田径流磷排放情况。结果表明:稻季径流磷主要为颗粒磷,比例为50.1%~98.8%,溶解磷比例较低;磷素径流排放主要发生在水稻生育前期,稻季后期排放量较少;2001、2002年稻季径流输出总磷量分别为0.97、0.24 kg.hm-2,均低于同期降雨和灌溉输入总量,用磷浓度较高的水体灌溉稻田可能是减少周围水体磷总量的有效方法。研究该地区水体富营养化时不可忽视降雨输入磷。     

不同施肥模式下苕溪流域水稻田和蔬菜地氮磷流失规律

采用田间径流池小区试验方法,在自然降水条件下,于2016—2017年连续2 a在余杭区对不同施肥模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:年际间因降水原因导致氮素流失差异。不同施肥处理下,2016年和2017年水稻田的全氮流失量分别为12.76~16.97、15.40~17.60 kg·hm^-2,蔬菜地的全氮流失量分别为23.06~25.72、18.11~27.93 kg·hm^-2。水稻田和蔬菜地的氮素流失均以硝态氮为主。不同施肥处理下,2016年和2017年水稻田全磷流失量分别为2.36~2.62、3.57~4.05 kg·hm^-2。不同施肥处理对水稻田和蔬菜地径流水中总磷浓度无显著影响。水稻田磷素流失以可溶态磷为主,蔬菜地磷素流失以颗粒态磷为主。相比水稻田,蔬菜地的氮素流失量更高,而磷素流失量更低。减氮施肥和有机肥替代可在保证产量的基础上降低7%~35%的总氮径流损失。     

沼液与有机肥配施条件下氮损失风险的研究

本研究旨在探索沼液、有机肥配施等氮量替代化肥的模式,期望能够在保持产量稳定的前提下,降低稻田氮素损失的风险。本试验以太湖水稻土为研究对象进行盆栽试验,设置了空白对照(CK)、常规化肥(NPK)、100%沼液、75%沼液+25%猪粪有机肥、50%沼液+50%猪粪有机肥和100%猪粪有机肥六个处理,采用密闭室间歇通气法研究了不同生育时期的稻田氨挥发特性,同期测定稻田田面水氮含量,以及全施肥期径流流失量。试验结果显示,在等施氮量条件下,常规化肥处理水稻产量达12 752.70 kg·hm~(-2),其农田氨挥发总量为76.99 kg·hm~(-2),径流氮损失量39.11 kg·hm~(-2);100%沼液施用处理和75%沼液+25%猪粪有机肥配施处理氨挥发量较高,分别为120.66、88.01 kg·hm~(-2);而50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理氨挥发总量和径流氮流失量均低于常规化肥处理,分别为58.03、22.00 kg·hm~(-2),其产量与常规化肥处理相比无显著性差异;100%猪粪有机肥施用处理尽管氨挥发总量和径流氮流失量表现最低,但其产量低于50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理。综合比较而言,50%沼液+50%猪粪有机肥配合施用处理在保持一定产量的基础上又能减少氨挥发及氮流失风险,是一种比较适宜的施肥模式。     

长江流域典型单季稻田间水文及氮素流失特征

为探究稻田水文和氮素流失特征以及二者之间的关系,以我国三大水稻主产区之一的长江流域稻作区典型单季稻田为对象,开展田间尺度多因子水分与氮素流失原位动态监测。结果表明：田面水位高度主要受降雨和灌溉的影响,田间水肥管理是不同深度土壤含水量、田面水和土壤水中氮素浓度动态变化的主要影响因素。地表径流流失是平水年稻田氮素流失的主要途径,整个生育期内流失量为8.70 kg·hm^-2;渗漏流失是枯水年稻田氮素流失的主要途径,整个生育期内流失量为4.86 kg·hm^-2。返青期是氮素渗漏流失的关键生育期,平水年和枯水年该时期渗漏流失量分别为1.73 kg·hm^-2和2.14 kg·hm^-2;分蘖期和拔节孕穗期是氮素地表径流流失的关键生育期,平水年和枯水年这两个时期地表径流流失量分别为7.10 kg·hm^-2和1.26 kg·hm^-2。稻田水文与氮素流失之间密切相关,田面水位动态变化可以影响稻田渗漏水量和地表径流水量,进而影响稻田氮素流失量。研究表明,应该避免水稻生育前期(返...     

不同施氮量对稻田氨挥发损失的影响

[目的]研究不同施氮量对稻田氨挥发损失的影响,为解决稻田氮素低利用率提供参考依据.[方法]利用双季稻田间试验,采用动态室法监测基肥和穗肥施用不同用量氮素后的土壤氨挥发特征及田面水氮形态含量特征.[结果]早稻基肥期土壤氨挥发损失峰值于施肥后第5d出现,第9d接近对照水平;晚稻同期及穗肥期土壤氨挥发损失峰值均于施肥后第1d出现.基肥氨挥发损失量低于穗肥,晚稻高于早稻.早、晚稻平均氨挥发损失率分别为12.99％和21.79％.施氮提高氨挥发损失量和累积损失量,且随施氮量的增加而呈现不同程度地增加.氨挥发损失率随施氮量的增加而降低.相关分析表明,氨挥发损失量和磷肥施用量均与田面水铵态氮、硝态氮和溶解性总氮含量呈显著或极显著直线正相关.[结论]施氮通过提高田面水氮含量促进稻田氨挥发损失.通过合理施肥、改变肥料特性等措施降低施肥后田面水中氮含量降低,从而减少稻田土壤氨挥发损失.