稻田氨挥发及控制技术研究进展

我国南方稻田氮素损失严重,其中氨挥发损失在南方稻田中占有很高的比重.综述了稻田氨挥发的现状与规律,损失途径与机理,对控制氨挥发的农田施肥管理措施进行了探讨,为实现现代农业高产、构建高效的技术体系、保障农业环境安全提供科学依据.     

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.     

稻田氮素损失途径及影响因素研究进展

为了满足我国不断增长的粮食需求量,未来一段时间内稻田氮肥消耗量仍会持续增加,但现阶段我国氮肥回收利用率仅为30%左右,针对我国稻田氮素损失量大的现状,概述了稻田氮素三大损失途径,即氨挥发损失、硝化反硝化损失和氮素淋溶、径流损失的现状及其环境效应,分析了农作措施、降雨、土壤类型及水稻基因型对稻田氮素损失的影响,结合近年来国内外学者的研究结果,提出了当前减少稻田氮素损失的对策,并对今后减少稻田氮素损失措施的研究提出展望。     

四川盆地稻田氨挥发通量及影响因素

氨挥发是稻田氮损失的重要途径,越来越受到高度重视。本文采用密闭室法对四川盆地稻田的氨挥发量及影响因素进行了研究。结果表明,稻田NH3挥发损失的氮素达22~63 kg·hm-2,占施氮量的比例为14%~19%,是稻田氮损失的重要途径。稻田NH3挥发总量随施氮量的增加而增加,二者呈极显著的相关关系。稻田氨挥发量与田面水温度和p H显著正相关,可以通过控制田面水温度等措施控制氨挥发。稻田NH3挥发主要发生在10:00-18:00之间,超过全天挥发量的2/3。8:00-10:00与18:00-20:00 2个时间段的氨挥发通量平均值和全天氨挥发通量平均值很一致,是测定氨挥发的最佳时间。     

沼液在稻田的精确施用及其环境效应研究

为探究沼液在稻田中的适宜用量,通过田间试验,研究不同氮素水平的沼液(0、90、157.5、225、292.5、562.5 kg·hm~(-2))对水稻产量、氮素利用率、田面水无机氮动态变化、土壤残留无机氮以及稻田氨挥发的影响。结果表明,水稻籽粒产量随沼液氮素施用量的变化符合线性加平台模型,沼液在水稻种植中的最佳氮素施用量为213.9 kg·hm~(-2);施用沼液显著增加了田面水铵态氮浓度,施用沼液3 d后,田面水铵态氮浓度迅速降低,而田面水硝态氮初始浓度无明显变化;稻田氨挥发总量随沼液氮素施用量的增加而显著增加,且主要集中在沼液施用后的一周内,氨挥发所引起的氮素损失占沼液氮素量的14.52%~17.64%;等氮量施用的沼液和化肥相比,水稻产量、氮素利用率、氮素农学生产率和土壤残留无机氮均无显著差异,而单位稻谷产量的氨挥发量显著降低22.6%。由此可见,稻田合理施用沼液具有较好的经济效益和环境效益。     

太湖地区集约化农田氮素减排增效技术实践

通过开展氮高效水稻品种种植与化肥减施的增效减排技术、稻田生物炭应用增效减排技术、固氮作物养分减投与轮作制度调整技术、菜地机械起垄侧条施肥技术等的研发和适地性研究,优化了技术参数,明确了技术效果:氮高效水稻品种生产单位产量谷物时稻田NH_3挥发量比常规水稻品种下降17.4%~27.3%(平均为21.3%),稻田氮素渗漏损失量下降6.08%~44.0%(平均为25.3%),稻田氮素径流损失量下降9.18%~28.7%;与单施尿素相比,稻田中施用0.5%(表层土壤质量百分比)的低温(500℃)制备生物炭,维持水稻高产且不增加单位产量氨挥发损失的同时,可显著减少土壤氮素径流损失13.9%~22.1%;传统的集约化蔬菜轮作中引入豆科作物金花菜,可减少周年总氮淋失约40%,并且可使经济效益提高29%;大白菜机械起垄侧条施肥的适宜垄宽为55cm,在保证高产的同时,可减施化肥氮约30%,节本增效58.3%,并且减少50%以上的氨挥发。以上技术在集约化农田上的实践,有力地推动了国家化肥零增长战略和太湖地区农田面源污染防治。     

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．     

红壤稻田施用控释肥与氮素转化的关系

在湘南红壤稻田连续两年(2002-2003)采用田间试验与室内分析相结合的研究方法,对施用控释肥和尿素的稻田肥料氮转化与去向进行研究.结果表明,稻田氨挥发是氮素损失的主要原因.施用尿素,其氨挥发损失量达到施氮素总量的39.28%,施用控释肥(LCU70、LCU50),其氨挥发损失量分别占其施氮总量的19.99%和10.91%,比尿素的氨挥发氮素损失量降低19.29%～28.37%.田间表面水NH4-N浓度高峰期出现在施肥后的第1天,10d后下降到对照水平.田间氨挥发高峰期出现在施肥后的第3天,7d后下降到对照水平.施用控释肥(LCU70、LCUS0),水稻对氮素的吸收利用率分别为80.5%、64.7%,比施尿素高50.5%、34.7%,差异极显著.     

不同比例沼液和尿素配施对稻田氨挥发的影响

[目的]研究不同比例沼液和尿素配施对稻田氨挥发的影响。[方法]采用稻田小区试验,以等量氮素施入量为标准,将沼液和尿素以不同比例混合,分3次施入。[结果]沼液与尿素配施下水稻3个施肥期（基肥、分蘖肥、穗肥）氨挥发均主要发生在施肥后前5～6 d,第7天氨挥发基本结束,施肥后3 d内氨挥发速率即可达到峰值;与仅施尿素相比,配施沼液使稻田氨挥发速率显著增加,其中基肥完全由沼液代替的处理,其氨挥发速率最大可达7.5 kg/（hm²·d）;氨挥发损失量与沼液配施比例呈显著正相关,其中沼液配施比最大的处理下由氨挥发导致的氮素损失比例可达20.2%。[结论]适当降低沼液比例可明显减少氨挥发损失;沼液中大量氮素以NH₄⁺-N的形式存在是沼液还田后增加氨挥发的主要原因之一,此外,高温也能增加沼液的挥发强度,加速铵态氮的流失。     

有机种植对滨海稻田氨挥发特征及水稻产量的影响

为了探讨有机种植对滨海稻田氨挥发损失及水稻产量的影响,设置不施肥对照(CK)、常规种植(CT)、有机种植(CO)3个处理,采用密闭室间歇抽气法,开展有机种植方式下滨海稻田氨挥发特征的研究。结果表明,有机种植的滨海稻田氨挥发总量为34.72 kg/hm²,较常规种植显著降低55.94%(P<0.05)。田面水NH⁺₄-N浓度与稻田氨挥发通量呈极显著正相关(P<0.01),有机种植可有效降低田面水NH⁺₄-N浓度,从而直接减少了氨挥发的产生。有机种植的水稻产量下降4.33%,但与常规种植相比,未达显著水平。因此,有机种植在保持水稻基本稳产的情况下,有效降低了滨海稻田由于氨挥发造成的氮素损失。     

田面水位对稻田氨挥发影响的试验研究

稻田在施氮肥后有明显的氨挥发损失,田面水位对稻田氮素流失具有关键作用,为探究田面水位对稻田氨挥发的影响,基于室内土柱试验装置,采用密闭室通气法,对水稻各肥期不同田面水位下的氨挥发进行了研究。结果表明,田面水位会显著影响稻田氨挥发,在整个施肥期间,相同施肥量条件下,当田面水位为1、3、5 cm时,氨挥发累积量占总施氮量的比例分别为23%、15%、12%,施入基肥和分蘖肥后1 cm处理下氨挥发通量的峰值最高,3 cm处理次之,5 cm处理最低,施入穗肥后表现为5 cm处理高于1 cm处理和3 cm处理。田面水位在施入基肥和分蘖肥后,高水位低NH_4~+-N浓度和低水层温度是氨挥发降低的主要因素,施入穗肥后,低水位高硝化强度是抑制氨挥发的重要因素。为降低氨挥发,建议水稻在施用基肥和分蘖肥时采用较高水位,施用穗肥时适当降低水位。     

生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田氨挥发的影响

通过土柱模拟实验,研究了生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田田面水氮素转化、氨挥发排放以及水稻产量的影响。结果表明:生活污水尾水灌溉显著提高了稻田田面水NO_3~--N浓度和田面水pH,并显著提高了产量、植株吸氮量和土壤脲酶活性。与清水灌溉处理相比,不施氮肥时生活污水尾水灌溉可使秸秆还田稻田氨挥发累积排放量显著降低35%;正常施氮时生活污水尾水灌溉增加了秸秆还田稻田氨挥发排放总量,但由于显著增加了水稻产量,因此单位产量氨挥发排放量有所降低。由此可见,秸秆还田稻田利用生活污水尾水灌溉,不仅可消纳净化生活污水、替代部分氮肥,还可增加水稻产量、降低单位产量稻田氨挥发排放。     

洱海流域典型农区不同施肥处理下稻田氨挥发变化特征

为探寻洱海流域合理的施肥方式,减少氮肥的氨挥发损失,采用"密闭室间歇通气法",研究了不同氮肥类型及施氮量对稻田氨挥发规律、氨挥发累积量及水稻产量的影响,并探究了影响氨挥发排放的因素。研究结果表明:稻田氨挥发主要发生在施肥后2～5 d内,穗肥期氨挥发损失占比最大为19.04%～33.00%,其次分蘖肥期损失为7.18%～15.72%,基肥期损失最少为4.89%～7.76%。不同施肥处理中常规施肥(CF)、化肥减量20%(T1)、单施有机肥(T2)、有机肥与化肥配施(T3)、考虑当季25%矿化率单施有机肥(T4)、考虑当季25%矿化率有机肥与化肥配施(T5)和单施控释肥(T6)的氨挥发累积量分别为42.52、22.73、11.71、15.12、38.24、25.95 kg·hm~(-2)和18.44 kg·hm~(-2)。等量施氮条件下不同肥料类型氨挥发损失占比大小为尿素控释肥有机肥+化肥有机肥。不同施氮量条件下,施氮量越大氨挥发累积量越大,且氨挥发速率与田面水NH4+-N浓度呈正相关性。综合稻田氨挥发累积量及水稻产量,在洱海流域典型农区水稻种植中,有机肥与化肥配施(25%当季矿化率)、化肥减量施用(20%)以及控释肥施用是3种较优的环境友好型施肥方式。     

稻田氨挥发和水稻产量对增效复合肥减氮施用的响应

通过田间试验研究3种增效复合肥(腐植酸、氨基酸及海藻酸复合肥)减氮施用对稻田氨挥发、氮素利用率和产量的影响,为探究增效复合肥的高效利用并评价其环境效应提供科学依据。田间试验设不施肥(CK)、常规施肥(CF)、常规施肥减氮20%(CR)、腐植酸复合肥减氮20%(HR)、氨基酸复合肥减氮20%(AR)和海藻酸复合肥减氮20%(SR)6个处理。采用密闭式间歇通气法测定施肥后氨挥发通量,于水稻成熟期测产,测定植株吸氮量并计算氮素利用率。结果表明:氨挥发主要发生在基肥和分蘖肥施用后。与CF处理相比,CR、HR、AR、SR处理均显著降低了稻田氨挥发损失总量(P0.05),降低幅度为38.9%～54.7%;且与CR处理相比,增效复合肥减氮处理AR与SR的氨挥发损失总量分别显著降低20.5%和25.8%。此外,田面水NH_4~+-N浓度是影响氨挥发的重要因素,减氮条件下田面水NH_4~+-N浓度降低,其中3种增效复合肥减氮处理田面水NH_4~+-N平均浓度较CR处理降低了5.5%～18.7%。减氮条件下,增效复合肥处理(HR、AR与SR)的植株吸氮量较CR处理显著提高20.0%～31.8%(P0.05)。而且,HR、AR与SR处理的氮素利用率均显著高于CF和CR处理(P0.05)。对比CF处理的产量,3种增效复合肥减氮处理的产量没有显著降低;同一减氮水平下,HR、AR与SR的产量均显著高于CR处理,增幅为4.4%～4.8%(P0.05)。研究表明,增效复合肥减氮施用均可有效降低稻田氨挥发损失,并具有较好的稳产效应,其中以氨基酸和海藻酸增效复合肥效果更为明显。     

不同施氮措施配合硝化抑制剂对滴灌棉田土壤NH3挥发和N2O排放的影响

为了研究不同施氮措施配合硝化抑制剂双氰胺（DCD）对滴灌棉田土壤NH₃挥发和N₂O排放的影响。通过田间试验,设置不施氮肥（N0）、农民习惯施肥（TN300）、农民习惯施肥+硝化抑制剂（TN300+DCD）、酸性液体肥+硝化抑制剂（LN300+DCD）和酸性液体肥减氮20%+硝化抑制剂（LN240+DCD）共5个处理。测定土壤NH₃挥发、N₂O排放以及棉花产量和氮肥利用率。结果表明：施用氮肥显著增加滴灌棉田土壤N₂O排放,配施DCD可以降低N₂O排放量。TN300+DCD、LN300+DCD和LN240+DCD处理N₂O排放积累量较TN300分别降低12.78%、19.21%、31.55%。氮肥配施DCD显著增加NH₃挥发,TN300+DCD和 LN300+DCD处理NH₃累积挥发量较TN300分别增加24.79%和15.97%,氮肥气态净损失量较TN300处理增加1.12~1.61 kg/hm。与TN300+DCD相比,酸性液体肥配施DCD有利于降低氮肥的气态损失。配施DCD显著提高棉花产量和氮肥利用率, LN300+DCD处理棉花产量和氮肥利用率较TN300+DCD和 TN300分别增加9.28%、22.16%和8.10%、45.20%。综上所述,氮肥配施DCD显著减少N₂O排放,提高棉花产量和氮肥利用率。虽然NH₃挥发有所增加,但酸性液体肥可降低氮肥气态损失,以酸性液体肥减N 20%配施DCD效果最佳。     

生物质炭对华北平原4种典型土壤冬小麦生育前期氨挥发的影响

为了探明生物质炭对华北平原土壤氨挥发的影响,以该区域4种典型土壤（水稻土、砂姜黑土、褐土、潮土）为研究对象进行微区试验,设置了对照（CK）、单施化肥（NPK）、单施生物质炭（BC）、化肥配施生物质炭（BC+NPK）4个处理,于冬小麦生育前期观测土壤氨挥发损失,分析土壤矿质氮含量、土壤pH和温度对土壤氨挥发的影响。结果表明,4种土壤单施化肥处理氨挥发累积损失分别为2.70、3.14、2.90、4.00 kg N·hm^-2,占施氮量的比例（氨挥发损失率）为3.3%、3.8%、3.5%、4.9%。与单施化肥相比,化肥配施生物质炭可以降低砂姜黑土（15.3%）和潮土（14.8%）的氨挥发损失,但增加了水稻土（3.0%）和褐土（6.9%）氨挥发。添加生物质炭显著提升土壤pH值和土壤温度,相关性分析表明,土壤pH值是决定生物质炭对土壤氨挥发增减的关键因素。综上所述,在华北平原砂姜黑土和潮土施用生物质炭可以有效降低小麦生育前期土壤氨挥发。     

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。     

辽河平原玉米田不同施肥下的土壤氨挥发特征

【目的】通过不同施肥措施对氨气排放贡献的研究,获得辽河平原化肥施用本地化的氨排放因子,为大气环境和生态等领域的相关研究提供参考借鉴。【方法】于2018年5—10月在沈阳农业大学试验基地开展不同施肥措施下的氨气排放的大田试验,以基肥施树脂包衣缓释化肥、拔节期追施尿素为常规施肥方式,设置无氮处理（T0）、常规施肥减半（T1）、常规施肥+生物炭（T2）、常规施肥一次性施入（T3）、常规施肥（T4）5个处理。采用通气法在玉米全生育期内定时收集氨气,利用流动分析仪检测计算氨排放通量,同时测定土壤铵态氮含量。【结果】施基肥后氨挥发速率呈现双峰趋势,各处理分别于施基肥后第1—2天或第5—7天达到氨挥发速率最大值,施基肥后各处理氨挥发速率最大值表现为：常规施肥减半（T1）>常规施肥+生物炭（T2）>常规施肥一次性施入（T3）>常规施肥（T4）>无氮处理（T0）;施追肥后各处理均于第1—2天达到氨挥发速率最大值,追肥后各处理氨挥发速率最大值表现为：常规施肥（T4）>常规施肥+生物炭（T2）>常规施肥减半（T1）>常规施肥一次性施入（T3）>无氮处理（T0）。氨挥发损失累积量表现为常规施肥+生物炭（T2)>常规施肥（T4）>常规施肥一次性施入（T3）>常规施肥减半（T1）>无氮处理（T0）。各时期各处理间的土壤铵态氮含量差异并不显著,但土壤铵态氮含量和同时期土壤氨挥发速率呈现出相似的变化趋势,施追肥后两者的变化趋势比施基肥后更加相似。由于T1、T2、T4追肥期施尿素,尿素释放铵态氮比缓释化肥更加迅速,同时氨挥发也相对较快。整体来看,减少50%施氮量,氨挥发损失累积量只减少20%。各处理间生长季内氨挥发损失累积量差异显著,常规施肥+生物炭（T2）的氨挥发损失累积量最多,在施氮量相同的情况下,加施生物炭氨挥发损失累积量增加22%。全生长季施氮量相同的情况下,一次性施入缓释化肥而不采取尿素追肥的措施比以尿素作为追肥的措施的氨挥发累积量减少12%。【结论】氨挥发随着施氮量增加呈现边际递减效应。生物炭促进了农田氨挥发,玉米秸秆生物炭呈碱性,导致了氨挥发累积量的增加,但其具有孔隙度和比表面积大、吸附效果强的特点,可改良土壤和减少其他温室气体。一次性施入缓释化肥而不采取尿素追肥显著降低了氨挥发。     

农田氨排放影响因素研究进展

从源头上控制对大气中PM2.5贡献率较高的氨排放,对降低大气污染物PM2.5含量、以及减少雾霾污染起着很重要作用。在农业源氨排放中,由农业活动(主要是施肥)导致的氨排放占整个农业源氨排放的40%。因此,总结农田氨排放的研究进展,分析影响农田氨排放的主要因素,描述农田氨排放的规律,对国家制定氨减排措施有指导意义。通过对农田氨排放影响因素的系统分析,发现影响农田系统氨排放的因素包括气象条件(温度、降水、风速和光照强度)、土壤因素(土壤类型、理化特性、含水量等)、施肥因素(肥料种类、施肥量、施肥方式及灌溉和施肥时期)、和农作物(种类,生长时期)。其中最主要的影响因素有:温度、风速、土壤pH、土壤粘粒含量、土壤有机质含量、土壤含水率、肥料类型、施肥量、施肥及灌溉的方式。其中温度、土壤pH、有机质含量以及施肥量与农田氨挥发量呈正相关关系;风速与含水率在一定范围内与氨挥发呈正比关系;土壤粘粒含量与氨挥发呈负相关。上述的研究都是基于合理施肥,增加氮肥利用率,减少氨排放导致的氮损失为目的的,而以减少环境污染物、保持空气质量为目的氨减排措施的研究较少。因此,开展农田氨排放污染系数的确定,建立农业氨排放清单模型的研究,可为环境相关部门有效控制和减少农业污染物的排放,促进农业生产健康良性发展和环境保护起支撑作用。