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。     

减量施肥条件下稻田径流氮磷流失特征的研究

为明确减量施肥下奉贤区稻田氮磷养分的径流流失特征,寻求适宜的田间施肥模式,基于田间小区径流试验,研究自然降水下常规施肥(CF)、减量施肥(JF)和优化施肥(YF)对水稻产量和稻田径流水中各种形态氮磷流失特征及输出负荷的影响。结果表明:上海市奉贤区当季水稻地表径流水量为2 714.91 m3∕hm2,占农田年径流量的87.38%,主要发生于施肥较多、水量丰富的6—8月份。处理间径流水中的氮磷流失浓度在6月份出现峰值,之后逐渐下降,最后平均径流浓度依次为CF> JF> YF,YF处理因缓释肥能有效减缓肥料养分释放速度,径流水中的氮磷浓度始终保持较低,流失负荷量也相应较低,其中以NO3--N消减率最高。与CF处理相比,YF处理的籽粒产量虽减少1.91%,但两者表现无显著差异。总体而言,缓释肥减量20%处理既能稳定水稻籽粒产量,又能有效降低稻田内的氮磷径流损失风险,在实际生产中可采用该施肥模式。     

稻田中氮肥损失途径研究进展

稻田中氮素损失途径主要有氨挥发、硝化-反硝化、淋洗和径流．其中氨挥发是氮素损失的主要途径．通过氨挥发损失的氮可达施入量的9％～42％．氮肥损失一方面降低了氮肥的利用率，另一方面导致地表水、地下水及大气等环境污染，这些污染正严重威胁着人类的健康．减少稻田中氮肥损失的措施主要包括实施生态农业政策和优化氮肥管理．优化氮肥管理主要包括：①确定适宜的氮肥用量．将氮肥的施用量控制在适当水平，是减少氮肥损失、提高氮肥利用率、减少环境污染的主要措施之一；②研究表明，氮肥深施的深度以6～10cm比较适宜；③根据水稻生育期的需肥特点合理运筹；④控释(缓释)肥料的推广应用；⑤平衡施肥．     

稻田氮磷面源污染现状、损失途径及其防治措施研究

稻田养分损失是农业生产领域的热点,其对控制面源污染和保护生态环境有着十分重要的现实意义。本文主要综述了稻田氮磷面源污染现状、损失途径及其影响因子等,提出了减少稻田氮磷损失的对策,并对今后的研究进行了分析讨论。     

不同土壤添加剂对太湖流域小麦产量及氮磷养分流失的影响

为探讨土壤添加剂对太湖流域面源污染控制的效果,采用盆栽试验,选用树脂、生物炭和硝化抑制剂作为供试材料,研究其单独施用、两两配施以及三者同时施用对冬小麦产量、氮磷养分吸收、氮磷径流渗漏损失和土壤养分的影响。研究结果表明:各添加剂处理均促进了小麦的地上部生物量,除单施树脂处理外,其他添加剂处理的产量都比施肥对照有所增加,增加幅度为13%～133%,以添加剂的两两配施效果较佳;各添加剂处理均促进了小麦对氮素的吸收,除单施树脂处理外,其余处理均提高了氮肥利用效率,以两两配施效果最为显着,显着高于施肥处理;与施肥对照相比,生物炭和硝化抑制剂的单施及配施均降低了径流和渗漏液中TN和TP浓度,减少麦季氮流失57%～71%、磷流失26%～46%,而有树脂施入的处理其氮磷损失量有所提高。综合比较得出,施化肥的同时配施生物炭和硝化抑制剂,可显着增加小麦产量(增产103%),氮肥农学效率和生理效率显着提高,整个麦季通过径流和渗漏损失的氮磷分别减少了68.8%和26.1%,值得在太湖流域麦田的面源污染控制上进一步应用。     

施用尿素稻田表层水氮素的动态变化及模式表征

稻田表层水氮浓度高低是决定氨挥发、硝化、反硝化及径流氮排放多少的关键因素。在太湖地区乌栅土上,采用田间实验方法及原状土渗漏液,研究了不同尿素品种、不同施肥量在稻麦轮作下,稻田表层水氮浓度的动态变化。结果表明,包膜尿素表现出明显的缓释特性,在基施情况下,表层水总氮和NH4+-N浓度低,始终接近对照水平,氮素通过径流和氨挥发损失的可能性很小。施普通尿素后表层水总氮素负荷及流失潜能随时间呈指数递减,而表层水NH4+-N浓度及氨挥发潜能在施肥后约50h内随时间呈指数增加,之后又随时间呈指数递减的趋势,表层水总氮(TN)和NH4+-N变化均符合一级动力学方程y=C0×e-kt,反应速率常数在不同施肥量之间差异不显著,而在不同时期有显著差异。施肥与降雨的时间间隔将是决定径流氮损失的关键因素。施尿素后4d内是控制水田氮素流失的关键时期。在施尿素后1～4d内,稻田有较高的氨挥发潜能,而此后氨挥发损失的可能较小。适当增加田埂高度,或在施肥初期减少灌水以降低表层水深度,均可有效地减少径流氮素损失。     

微区模拟控排水条件下田面水氮磷流失特征及其减排效能研究

采用微区模拟施肥后春耕耕整稻田控水减排试验,研究了稻田施肥耕整后田面水中氮磷浓度的分布特征,排水时间及溢流堰排水高度对田面水氮磷的流失和减排效能。结果表明:春耕耕整后,若控制6 cm高排田面水,较常规控制3 cm高排水,可减少排放总氮35.76%～72.13%,总磷20.41%～50%。稻田耕整后蓄水6 cm高在第5 d排水比在3 d内排水可减少排放总氮21.22%～55.41%,减少排放总磷67.67%～83.70%。     

节肥控污施肥模式对双季稻田氮磷径流损失的影响

利用田间小区试验进行原位监测,研究了节肥控污施肥与习惯施肥两种不同施肥模式对双季稻田地表径流中氮磷的形态特征及流失量的影响。结果表明:稻田地表径流主要受降雨驱动,当降雨量大于24.4 mm时产生地表径流;氮磷径流流失量主要与径流中氮磷浓度相关; NH_4~+-N和悬浮颗粒结合态磷分别是氮、磷流失中比重最大的形态;节肥控污施肥模式全稻季的TN、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N的流失量及氮磷流失系数均较常规施肥模式减少。     

春耕稻田滞水减排控制面源污染效果研究

通过微区模拟稻田,设置不同排水高度进行春耕灌排水试验,研究春耕稻田田面水中氮、磷等污染物的时空分布特征,为控制稻田排水中氮磷排放量提供试验依据。结果表明:在耕作后,田面水中氮、磷等污染物随排放时间的变化呈降低趋势,若田面水排放时间延迟至2d,可减少总氮、总磷排放浓度分别约86.2%、85.3%。结合农业生产实际,若蓄水2～3d,保持稻田3cm左右深的田面水,可减排氮磷污染物,有效减轻春季农业面源污染。     

横坡垄作和秸秆覆盖对红壤坡耕地氮磷流失的影响

为研究南方红壤坡耕地油菜-玉米轮作模式氮磷养分地表径流损失对不同耕作方式的响应机制,本文采用田间定位试验的方法,研究坡耕地顺坡垄作（CK）、横坡垄作（T1）、横坡垄作+秸秆覆盖（T2）、顺坡垄作+秸秆覆盖（T3）4个处理模式连续2 a对坡耕地氮磷养分地表径流损失的影响。结果表明：不同处理地表径流总量与氮磷流失总量均呈现出CK>T3>T1>T2,横坡垄作和秸秆覆盖处理均能有效降低坡耕地地表径流量和径流液中氮磷养分含量,其中T2处理对控制地表径流及氮磷损失的效果最好,较其他处理分别降低地表径流量、氮和磷流失总量24.46%~74.90%、39.60%~86.37%和36.84%~79.66%;坡耕地氮素流失以硝态氮为主,不同处理下径流液中全氮浓度与硝态氮浓度呈显著正相关关系。横坡垄作+秸秆覆盖对减少坡耕地土壤氮、磷素损失效果最好,观测期内横坡垄作+秸秆覆盖处理土壤全氮和全磷含量分别增加了19.42%和21.98%。研究表明,在南方红壤坡耕地上推广横坡垄作+秸秆覆盖的保护性耕作措施有利于降低氮磷径流损失风险、提高红壤坡耕地可持续生产能力。     

秸秆还田对稻田磷素径流损失的影响

[目的]通过研究秸秆还田对稻田磷素径流损失及其对环境的影响,探索减少径流损失、提高巢湖水质的有效耕作措施。[方法]以巢湖流域稻田为研究对象,采用野外定位观测试验结合室内分析的研究方法。[结果]径流液TP含量为0.087～0.495 mg/L。PP是稻田P素随径流迁移的主要形态,约占TP的40%～70%。秸秆还田能够降低水稻生育前期径流液TP、DP和PP的浓度,减少P素径流流失风险。在当地常规耕作条件下(CT),2008和2009年稻季P素径流流失负荷分别为222.76和297.17 g/hm2,P肥表观流失率分别为0.68%和0.91%,平均为0.79%。与CT相比,秸秆还田处理(CTS)P素径流流失负荷分别减少了5.13%和18.98%,平均为12.05%。[结论]秸秆还田作为源头控制稻田磷素流失的较好措施可以在巢湖流域使用。     

秸秆还田影响长江下游稻田周年氮磷径流风险

为了阐明秸秆还田模式和施氮量对稻田周年氮磷径流风险的影响,于2014年11月—2015年10月通过监测稻田在稻季田面水和麦季径流中的氮磷浓度,研究了秸秆不还田配施推荐施氮(N1)、麦秸还田配施推荐施氮(WN1)、稻秸还田配施推荐施氮(RN1)、稻秸麦秸均还田配施推荐施氮(WRN1)和稻秸麦秸均还田配施常规施氮(WRN2)5处理对长江下游稻田周年氮磷径流风险的影响。结果表明,秸秆还田增加小麦和水稻周年产量,增幅约9.03%～18.5%,其中WRN1和RN1处理增产效果显著高于WN1处理;与WRN2处理相比,WRN1处理可以维持稻田高产。在推荐施氮条件下,秸秆还田分别降低稻季田面水和麦季径流中溶解态总氮(DTN)浓度约5.17%～14.9%和12.3%,降低稻田氮径流风险;但增加溶解态总磷(DTP)浓度,增幅分别为6.67%～33.3%和30.0%,增加稻田磷径流风险。RN1处理下稻季田面水中DTN和DTP浓度均低于WRN1和WN1处理,且其DTP浓度与N1处理间无显著差异。在稻秸麦秸均还田下,WRN1处理下稻季田面水DTP浓度与WRN2处理没有显著差异,但能有效降低田面水DTN浓度的12.4%。研究表明,在长江下游稻-麦轮作农田推荐采用"RN1"模式,该模式可以维持稻田的周年高产和有效降低稻田的周年氮径流风险,同时对稻田的磷径流风险影响不显著,是一种兼顾粮食生产和生态环境效益的耕作模式。     

亚热带低丘区氮磷流失浓度和形态的季节性变化特点*

为了解不同利用方式土地氮磷流失的规律,对位于亚热带低丘区的3种不同土地利用方式小沟谷中不同季节的溪流水样进行了动态分析。结果表明,地表径流中氮磷的化学形态和浓度因流域土地利用方式、地表径流强度和季节的不同有较大的变化。总磷(TP)浓度一般是旱地>水田>林地,非雨期(地表径流强度较低)地表径流磷主要以溶解态排出,雨期(地表径流强度较高)磷主要以颗粒态(PP)排出;地表径流中TP浓度：雨期>>非雨期,夏季>秋季>春季>冬季,TP的流失具冲刷型特征;可溶性总磷(DTP)：水田>旱地>林地,雨期略高于非雨期,夏、秋季>春季>冬季;PP／TP：雨期>非雨期。可溶性全氮(DTN)浓度：水田>旱地>林地,夏、秋季>春季>冬季,非雨期>雨期;有机氮(OM－N)浓度：水田>林地>旱地;NH₄－N占DTN的比例：水田>旱地>林地;NO₃－N占DTN的比例：旱地>林地>水田。     

稻田径流易发期不同类型肥料的氮素流失风险

依据60年典型自然降雨资料分析了太湖地区稻田径流易发期,结合不同肥料减量运筹长期定位试验(2009年开始)近3年的径流监测数据,比较了径流易发期内不同处理的实际径流氮素控制效果。结果表明,太湖地区水稻生长前期降雨概率较大,6月21日—7月6日单日降雨概率均超过50%。从阶段统计结果来看,基肥期和蘖肥期(含基肥-蘖肥阶段)降雨概率和降雨量均明显高于穗肥期、蘖肥-穗肥阶段和穗肥后至成熟阶段,降雨概率分别达48.15%和49.81%,降雨量分别为12.81 mm和12.84 mm,均超过实际监测到径流的同期最低降雨量11.5 mm,产生径流可能性较大,是稻季径流易发期。从定位试验的实际产生径流和田面水氮素浓度结果来看,易发期径流和田面水氮素以铵态氮为主,硝态氮差异不显著。与常规用量分次施肥处理(CN)相比,化肥减量优化处理(RF)和有机无机减量配施处理(OCN)径流易发期径流氮素浓度分别较CN处理平均降低8.83%和19.18%。缓控释肥减量替代处理(SCU)的基肥期和基肥-蘖肥阶段径流氮素浓度和田面水氮素浓度明显高于其他处理,径流氮素浓度较CN处理分别增加了20.3%和11.72%,但蘖肥期径流氮素浓度减少30.72%。全有机肥减量替代处理(OF)肥期径流和田面水氮素浓度降低,其中基肥期径流氮素浓度较CN处理降低9.04%、蘖肥期降低28.53%,但基肥-蘖肥阶段氮素浓度较CN处理增加了19.7%,增加了氮素径流损失风险。不同氮肥减量措施能够降低易发期内不同阶段径流氮素浓度,但在径流易发期的径流氮素损失控制效果不能一概而论。     

土地利用方式对径流中N、P输出的影响

不同土地利用方式对径流中N、P输出的影响有很大差异。降雨和地表径流是农田营养物质流失的主动力。该文综述了有关农用地N、P流失的研究现状,通过对农用地,特别是坡地降雨径流中N、P浓度的讨论,以及对旱地和水田中N、P流失量差异的比较,研究不同土地利用方式对径流中N、P输出的影响。最后,结合近年来国内外研究进展,提出了将来的研究重点。     

不同施肥方式下稻田氮磷流失特征

采用大田小区试验,研究3种不同施肥方式下稻田系统氮(N)、磷(P)流失特征。实验结果表明,施用尿素和缓释肥的混施处理(MT)田面水中总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度均为最高,分别为24.01和3.78mg/L,降雨产生径流时的N、P流失风险最大。整个水稻季,MT处理的N、P径流流失负荷分别为23.91和2.67kg/hm2,均为3种施肥处理中最高;MT处理的N、P渗漏流失负荷也为最高,分别为9.19和1.79kg/hm2。相对于MT处理,施用尿素和BB肥的无机处理(CT)及施用有机肥的有机处理(OT)能分别减少14.69%和29.18%的N总流失负荷及61.85%和68.97%的P总流失负荷。N、P的径流流失是稻田N、P流失的主要途径。     

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.     

农地排水中水溶性重金属浓度及其与土壤性状的关系研究

为了解农地排水中重金属浓度的变化特点及影响因素,从杭州市选择了代表性水田、果园、蔬菜地和苗木地等4种利用方式的农地,采样分析了暴雨产生的地表径流中水溶性镉、钴、铬、铜、铁、镍、铅、锌和锰的含量,并与城区地表径流中重金属状况进行了比较。分析结果可知,暴雨期间农地地表径流中不同种类的水溶性重金属浓度有较大的差别,平均浓度从低到高依次为镉(0.19 µg/L)、钴(0.46 µg/L)、铬(1.04 µg/L)、镍(1.73 µg/L)、铅(4.98 µg/L)、铜(88.47 µg/L)、锌(184.52 µg/L)、锰(609.52 µg/L)和铁(1135.21 µg/L),径流中铜、锌、锰和铁的浓度明显高于其他金属元素。除锰与铁外,农地径流中重金属浓度均较低,基本上都达到地表水环境质量I和II类水的要求。统计分析表明,地表径流中水溶性重金属浓度受土地利用方式的影响,铁与锰浓度在水田径流中最高,铜浓度在果园径流中最高,镉、钴、铬、镍、铅与锌浓度在城区径流中最高。相关性分析表明,地表径流中重金属浓度主要与土壤酸碱度有关,与土壤pH呈显著的负相关,与土壤中相应重金属全量和水溶态含量呈显著的正相关,但与土壤阳离子交换量、有机质含量和粘粒含量相关不明显。地表径流中重金属含量高低主要受土壤重金属污染程度和pH影响,正常农田地表径流中的重金属浓度不会对地表水质产生明显的影响。     

水肥综合管理对减少滇池北岸韭菜地氮磷流失的研究

农田氮、磷随地表径流向水体迁移,不仅造成化肥利用率降低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化.针对滇池流域规模化韭菜生产施肥量大,农业面源污染严重等问题,采用田间试验,结合自然降雨与人工模拟降雨,研究了不同施肥及田间沟渠利用方式下农田氮、磷的流失风险.结果表明,相对于化肥表施,合理的有机-无机肥料配合施用以及化肥深施,可分别降低地表径流中总氮和总磷平均浓度53%和39%.施肥后1周为氮、磷流失的高风险期,随后其风险随时间延长而降低;通过小区间沟渠的改造,提高排水溢流口高度,控制径流在沟渠内滞留时间以及采用农田养分循环利用的回灌技术,可减少农田向环境水体输出总径流量的76%以上,并同时提高了肥料利用率.     

化肥减量与有机肥替代对水稻产量与养分利用率的影响

通过田间小区试验,研究了减氮施肥与有机无机配施对水稻产量与养分利用率及其径流损失的影响。结果表明:施用氮肥可以显著增加早稻的单位有效穗数、每穗实粒数、株高和穗长,但对早稻千粒重及结实率无明显影响。各减氮施肥处理虽然相比于常规施肥处理早稻产量有所下降,但是氮肥利用率均高于常规施肥处理,提高了6.18~15.9个百分点。有机肥替代20%化肥处理的早稻产量较常规施肥处理增加了1.58%,且氮肥利用率提高了7.84个百分点。控释氮肥处理稻田田面水总氮、可溶性氮、铵态氮浓度均于施肥后缓慢升高,而其他施氮处理的于施肥后第1天达到最高峰,然后浓度迅速下降,其中减氮施肥处理的均明显低于常规施肥处理。由于减氮处理稻田田面水氮素含量较低,因此当暴雨等因素而产生径流时可有效降低稻田氮素流失的风险。