不同水氮管理下稻田氨挥发损失特征及模拟

为了探讨减少稻田氨挥发的合理水氮管理措施,基于田间试验资料,分析了不同水氮管理稻田氨挥发损失规律及其交互影响,并用DNDC(土壤碳氮循环模型)模型模拟了节水灌溉条件下不同氮肥管理稻田氨挥发损失动态特征。结果表明,控制灌溉和实地氮肥管理的联合应用既大幅降低了稻田氨挥发峰值,又降低了稻田大部分无施肥时段的氨挥发损失,稻田氨挥发损失量为39.63kg/hm2,较常规水肥管理稻田降低44.69%。采用DNDC模型模拟节水灌溉条件下不同氮肥管理稻田氨挥发损失量是可行的,稻季氨挥发总量模拟值与实测值相对误差均在±10%以内。节水灌溉和实地氮肥管理的水氮联合调控显著降低了稻田氨挥发损失量,且实地氮肥管理对氨挥发损失降低的贡献率要大于节水灌溉。该文研究结果可为稻田的水肥科学管理,减少稻田氨挥发损失提供依据。     

常规灌溉条件下施氮对温室土壤氨挥发的影响

为明确温室土壤的氨挥发特征,探讨适宜的减量施氮措施对氨挥发损失量及黄瓜产量的影响,在常规灌溉条件下设置了3个施氮（尿素）处理,采用通气法测定了冬春季黄瓜地中的氨挥发速率。结果表明：温室土壤在氮肥基施后7 d出现氨挥发速率峰值,但在氮肥追施后,施肥带与非施肥带的氨挥发速率峰值分别在第1 d与第5 d出现,氨挥发速率的峰值比氮肥基施时下降了8.6%～46.3%,施肥带的累积氨挥发量是非施肥带的0.91～1.54倍。冬春季黄瓜地的氨挥发损失量为16.7～26.6 kg/hm2,其中减施氮25%处理N900（900 kg/hm2）与减施氮50%处理N600（600 kg/hm2）与习惯施氮处理N1200（1 200 kg/hm2）相比,氨挥发损失量分别降低了22.1%和37.2%。而2 a黄瓜产量的平均值以处理N600（600 kg/hm2）最高,比处理N1200（1 200 kg/hm2）增加了6.52%。综合考虑氨挥发损失量、黄瓜产量及施氮量,在河北省的温室冬春季黄瓜生产中,比农民习惯氮用量（1 200 kg/hm2）减少25%～50%的措施是可行的。     

湖南典型双季稻田氨挥发对施氮量的响应研究

选择湖南典型双季稻田为对象,采用密闭室连续抽气法研究了不同施氮量下的氨挥发损失。结果表明,稻田氨挥发总量随施氮量增加而显著增加,在当地农民习惯施肥水平（早稻150 kg/hm2、晚稻180 kg/hm2）下,早稻氨挥发损失氮量占施氮量的39.8%,晚稻则达46.9%,双季稻平均氨挥发损失率达43.7%。氨挥发通量与田面水的NH+4-N浓度和 pH 之间均存在极显著的正相关关系。可见,氨挥发是该区域稻田氮素损失的最主要途径之一。     

优化施氮下稻-麦轮作体系氮肥氨挥发损失研究

采用密闭室连续通气法研究了优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田氨挥发损失。结果表明,肥料氮素氨挥发损失量随施肥量增加而增加。施肥处理小麦季氨挥发损失量为N 11.37~17.05 kg/hm2,肥料氮氨挥发损失率为4.75%5~.43%,氨挥发峰值大约发生在施肥后的第35~d,肥料氨挥发过程持续71~0 d;水稻季氨挥发损失量为N32.506~2.82 kg/hm2,肥料氮氨挥发损失率为8.24%1~9.38%,氨挥发峰值大约发生在施肥后的第23~d,氨挥发过程持续57~d。水稻季和小麦季氨挥发之间差异显著,整个稻-麦轮作体系氨挥发主要发生在水稻季,约占整个轮作体系的74.08%7~8.65%。同习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施肥次数的优化施氮能有效减少肥料氮的氨挥发损失。     

水氮耦合对水稻田间氨挥发规律的影响

在防雨棚池栽试验中应用通气法研究了水氮耦合对稻田土壤氨挥发速率的动态变化及损失量。结果表明,稻田施用氮肥后有明显NH3挥发损失,整个生育期累计氨挥发量为31.67～69.70kg·hm^-2,占施氮量的17.95%～28.64%;不同生育时期氨挥发量的大小依次为返青期〉拔节孕穗期〉分蘖期〉抽穗开花期〉乳熟期,挥发高峰出现在施氮肥后的1～3d内;随着施氮水平增加,田间氨挥发量显著增加。与此同时,稻田水分状况对NH3挥发损失具有重要影响,与常规灌溉模式相比,控制灌溉条件下氨挥发总量和氨挥发损失率均较小,且不同施氮水平间差异显著。就氨挥发损失率而言,在试验条件下水氮耦合效应显著,以控制灌溉模式下施氮量为180kg·hm^-2时的氨挥发损失率最低,为17.59%。     

黄河上游灌区稻田氨挥发损失研究

采用密闭气室间歇式抽气法研究了黄河上游灌区不同施肥处理下稻田氨挥发损失特征。结果表明,在水稻全生育期不同施肥处理下稻田氨挥发量为N 27.6～94.1 kg/hm2,肥料氮损失率为16.4%～22.2%;不同施肥阶段氨挥发损失持续时间为10 d左右,氨挥发最大峰值均发生在施肥后2～3d;分蘖肥后氨挥发损失量最大,损失量占全生育期损失总量的27.1%～37.0%。温度、光照、pH值是黄河上游灌区氨挥发的主要影响因素,稻田田面水铵浓度与氨挥发呈显著线性正相关。稻田氨挥发损失量随氮肥施用量的增加而增加,与习惯施肥（N300）相比,减氮20%（N240）及有机肥和化肥配合施用（N240-1/2OM）均能有效减少稻田氨挥发损失,且这两个处理的水稻产量最高,是生态效益和经济效益双赢的最佳模式。     

日光温室栽培下土面及整棚氨挥发比较

日光温室氮素投入量高，氨挥发损失是值得关注的问题之一。但目前对温室系统氨挥发排放测定多以土面氨挥发为主，而日光温室是一种半封闭式种植系统，由土面挥发出的部分NH3会被植物冠层吸收或溶解于棚膜水中回流于土壤，因此土面氨挥发难以准确反映日光温室排放到大气中氨的量，从而难以准确估计日光温室栽培系统NH3的实际排放量。为此，采用间歇式密闭室通气法连续测定了三季作物（番茄、西瓜、番茄）生长期间不同施肥处理（包括：不施氮+常规灌溉（N0+FI）、常规施氮+常规灌溉（FT+FI）、优化施氮+常规灌溉（OPT+OI）及优化施氮+优化灌溉（OPT+OI）4个处理）土面氨挥发损失量；同时连续两季采用风量罩测定通风口处气体流量，采用抽气法对通风口处氨浓度进行连续监测，以估算监测整棚（通风口处）氨挥发损失速率及损失量。结果表明，温室施肥后当天土面氨挥发速率出现峰值，7 d后施肥与未施肥对照无显著差异，三季种植期间各施氮处理其氨挥发排放量分别为N 2.82~4.97、6.59~9.97和15.77~21.83 kg hm-2，相应的氨挥发系数分别为0.64%~1.50%、3.11%~4.21%和2.59%~3.90%；整棚氨挥发速率趋势与土面氨挥发基本一致，整棚氨挥发量第二季及第三季分别为N 2.22 kg hm-2和N 2.92 kg hm-2，仅占土面表氨挥发的13.38%~33.69%，氨挥发系数仅为0.46%~1.48%，显著低于土面氨挥发量。可见若以土面氨挥发来估算日光温室氨挥发会显著高估了我国日光温室系统氨挥发损失量，建议采用整棚观测的方法估算日光温室体系氨排放损失。     

控制灌溉稻田的甲烷减排效果

为探讨节水灌溉水分调控对稻田甲烷（CH4）排放的影响,寻找节水减排的稻田灌溉模式,依据5a田间原位观测资料,分析控制灌溉稻田CH4排放规律及其减排效果。结果表明,控制灌溉稻田稻季CH4排放量为1.07±0.17 g/m2,较淹水灌溉稻田（6.49±0.17 g/m2）降低83.5%,差别极显著。本研究得到的中国东南部稻田稻季和全年CH4排放量均低于已有报道中的中国稻田CH4排放量,其中控制灌溉稻田全年CH4排放量低于世界大部分地区稻田。根据本研究结果估算中国稻田CH4排放总量为2.06 Tg/a,大面积推广控制灌溉后,中国稻田CH4排放量还将进一步下降。控制灌溉模式显著影响水稻全生育期稻田CH4排放通量的变化,削峰效果显著。控制灌溉稻田CH4排放通量在返青期至分蘖中期（移栽后18 d内）逐渐上升至最大值,然后逐渐减小,从水稻分蘖后期（移栽后21 d）开始至生育期结束均维持在较低水平。控制灌溉稻田CH4排放通量峰值为3.69 mg/m2·h,较淹水灌溉稻田降低69.0%。在持续降雨的作用下,控制灌溉和淹水灌溉模式下稻田CH4排放通量均呈现下降趋势。控制灌溉模式的土壤水分调控,使稻田经历一系列的脱水过程,改变了根层土壤的水气状况,减小了稻田CH4排放。控制灌溉模式在水稻全生育期的应用可显著地减少稻田CH4排放。     

太湖地区氮磷肥施用对稻田氨挥发的影响

在太湖地区乌栅土上,采用田间小区试验连续两年研究了施氮(N)量为0、180、255、330kg hm-2,施磷(P2O5)量为0、309、0、180 kg hm-2的6个组合(对照N0P0、低氮N180P90、优化N255P90、低磷N255P30、高磷N255P180、高氮N330P90)以及三个施肥时期对稻田氨挥发损失的影响,氨挥发采用密闭室间歇通气法测定。结果表明,稻田氨挥发损失主要发生在施肥后6d内,基肥和第一次追肥后各处理氨挥发量占施氮量的0.4%~11.5%,而第二次追肥后氨挥发损失比例较大,对照、低氮、优化、低磷、高磷和高氮处理的氨挥发在2002年稻季分别占施氮量的5.8%、9.7%、25.6%、15.6%和11.6%,在2003年稻季则分别为27.4%、26.2%、30.0%、35.1%和27.6%。若施肥后遇阴雨天气或正值水稻拔节孕穗期,氨挥发量便降低。田面水中的NH4 -N浓度是氨挥发的决定因素之一,与氨挥发通量呈正相关。施磷量相同时,氨挥发随施氮量增加而增加;施氮量相同时,高磷和低磷处理氨挥发均高于优化处理,表明在氮磷不平衡施用时,氮肥氨挥发损失会加剧,从氨挥发损失方面考虑,稻田推荐施磷量不宜超过P2O590 kg hm-2。     

添加外源炭对苹果园土壤无机氮变化和氨挥发损失的影响

大田条件下,采用磷酸甘油-双层海绵通气法,监测了玉米秸秆两种不同利用方式（直接施用和制成生物质炭施用）下的土壤无机氮含量和氨挥发速率的变化,研究了两种碳源对土壤氨挥发的影响。试验共设4个处理,分别为：CK（N0）、N（N 250 kg/hm2）、N+S（N 250 kg/hm2+生物秸秆）和N+B（N 250 kg/hm2+生物质炭）。结果表明：不同处理间氨挥发速率存在显著差异,施氮处理（N,N+S和N+B）的氨挥发速率均显著高于对照（CK）处理,氨挥发速率随着施肥后时间的推移迅速增大,均在施肥后第3天达到峰值,然后逐渐下降,呈“低-高-低”的单峰曲线。各施氮处理氨挥发峰值大小存在显著差异,N处理最大,为2.37 kg/(hm2·d),其次是N+S处理,为1.65 kg/(hm2·d),N+B处理最低,仅为1.32 kg/(hm2·d),N处理分别是N+S和N+B处理的1.44,1.80倍。0—10 cm土层土壤铵态氮浓度的变化趋势与氨挥发速率的变化趋势一致,与氨挥发速率呈极显著正相关,但各处理间土壤铵态氮含量的峰值存在显著差异,N处理最大,N+S处理次之,N+B处理最小。去掉CK本底值后,氨挥发损失量以N处理最大,为15.29 kg/hm2,占施氮量的6.12%;N+S处理次之,为9.32 kg/hm2和3.73%;N+B处理最低,仅为6.01 kg/hm2和2.40%。因此,添加外源炭显著降低了氨挥发损失,以添加生物质炭效果最好。     

沼液稻田消解对水稻生产、土壤与环境安全影响研究

为研究稻田消解沼液对水稻安全生产、土壤肥力及质量的影响,评价沼液施用后对水体及大气环境污染的风险,提出稻田沼液消解安全容量,在浙江省嘉兴市青紫泥田（属脱潜潴育型水稻土）上,进行3a定位田间小区试验,考察了不同沼液用量下水稻产量、稻谷及土壤中有害重金属含量差异,测定了稻田氨挥发通量及田面水、下渗水氮含量,并确定了稻田沼液消解容量。结果表明,连续3a、每年水稻生长季施灌沼液135～540kgN·hm-2的范围内,水稻产量与全化肥区持平或略有增产,施灌沼液处理的稻谷中有害重金属镉、铅、汞、砷含量没有明显增加;除高沼液用量处理土壤速效钾、缓效钾含量明显增加外,其他土壤肥力指标没有明显增加,土壤中重金属含量也没有明显积累;施用沼液处理田面水中铵态氮含量明显高于全化肥处理,但对土壤下渗水氮含量影响较小;2倍氮沼液用量下,水田消解中氨挥发量占总氮投入量的13%,高于全化肥处理10倍以上。在水稻生产安全、农产品安全、土壤质量可持续、农田水环境友好的前提下,水稻生长季沼液稻田消解的安全容量为540kgN·hm^-2·a^-1;氨挥发是目前沼液稻田消解中主要的环境风险。     

Nitrogen Loss from Paddy Field with Different Water and Nitrogen Managements in Taihu Lake Region of China

High rates of nitrogen (N) fertilizer were applied to a paddy field in the Taihu Lake region of China to maximize crop production. Excessive N input has resulted in serious agricultural nonpoint pollution. Water and N management are two important approaches to regulating N loss from paddy fields. This study aimed to determine N losses through ammonia volatilization, runoff, and leaching from a paddy field during the rice-growing season in Taihu Lake region. Field experiments with two water and two N managements were conducted. The N exported to the environment through ammonia volatilization, runoff, and leaching from the paddy field was 37.2 kg N ha^?1 to 102 kg N ha^?1, with ammonia volatilization accounting for 69.6% to 83.5% of N loss. Ammonium and dissolved organic N significantly contributed to N loss through runoff and leaching. Controlled irrigation and site-specific N management (CS) significantly decreased N losses through ammonia volatilization, runoff, and leaching. Compared with the N and irrigation water inputs in traditional water and N management, those generated by controlled irrigation and site-specific N management were reduced by 34.6% to 43.0% and 59.2% to 63.3%, respectively. Moreover, the reduction in N and water input in the CS paddy field enabled the maintenance of high rice yield; it significantly increased N use efficiency by 15.1% to 34.9% and decreased the N exported to the environment by ammonia volatilization, runoff, and leaching by 53.1% to 56.1%. Therefore, the joint application of controlled irrigation and site-specific N management efficiently reduces agricultural nonpoint pollution through N loss from paddy fields.     

不同施氮量和施氮方式对稻田氨挥发损失的影响

采用密闭室法研究苏南地区稻麦轮作体系中,不同施N量和施N方式对水稻和小麦生育期氨挥发损失的影响。结果表明,优化施肥能明显降低稻-麦轮作系统中的氨挥发损失,在整个稻麦轮作体系中,优化和习惯的氨挥发损失占N肥施用量的百分比分别为7．05％±1.37％和9．81％±0．38％。稻季与麦季的氨挥发损失差异显著。稻季氨挥发损失量与N肥施用量呈乘幂关系上升,麦季则呈正的线性关系。水稻施肥后氨挥发持续的时间短,主要发生在施肥后1周以内,麦季持续时间较长,在施肥后10天左右。稻季和麦季的基肥阶段是主要的氨挥发时期,占各自氨挥发损失N的50％左右。     

干湿交替灌溉下水氮耦合对沸石处理稻田产量和水氮利用的影响

为了明确斜发沸石在干湿交替稻田中的应用潜力,运用离心机法测定不同斜发沸石处理下稻田土壤水分特征曲线,分析了斜发沸石对土壤持水性能的影响;运用自动遮雨棚蒸渗仪进行了灌溉-施氮-沸石的综合水稻栽培试验,明确了斜发沸石和氮肥对干湿交替稻田阳离子交换量、产量、水氮利用率及稻米蛋白质含量的影响及机理。结果表明:稻田土壤基质势在-35~0 k Pa范围内,增施斜发沸石可明显提高土壤持水性能,改善土壤水分状况,在持续淹灌和干湿交替灌溉条件下均能提高水分生产率,且后者更为明显;增施斜发沸石可增强土壤阳离子交换量,从而提高保肥能力和氮肥利用率,尤其是10~15 t/hm2的斜发沸石同105 kg/hm2的氮肥混施可显著提高氮肥农艺利用率和稻米蛋白质含量;增施斜发沸石可增产4.7%~16.8%,且可优化水肥耦合,避免在高氮水平下干湿交替灌溉增产效果低于持续淹灌的现象。与常规施氮的淹灌稻田相比,干湿交替灌溉稻田施用10 t/hm2斜发沸石和105 kg/hm2的氮肥,可减少27.8%的耗水量和33.3%的施氮量,增产10.6%,进而显著提高氮肥利用效率(89.2%)和水分生产率(52.5%),且这些正效应至少可持续2年。     

旱涝交替下控制灌溉对稻田节水及氮磷减排的影响

该文研究控制灌排技术对稻田水氮磷动态变化及节水减排效应的影响。于2015年5—10月在河海大学江宁校区节水园,在有底侧坑内进行水稻栽培试验,于水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期4个生育阶段进行控水试验,以常规控制灌溉为对照,测定稻田淹排水铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度变化。结果表明:旱转涝处理淹水初期稻田水中铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度显著高于涝转旱处理,这个时期地表和地下排水应该引起注意。控制灌排条件下灌水量减少7.4%~18.5%,排水量减少23.0%~43.5%,NH_4~+-N负荷减少18.5%~54.5%,NO_3~--N负荷减少16.8%~57.7%,总磷负荷减少34.2%~58.3%;其中拔节孕穗期和抽穗开花期在保证节水减排的同时,也能实现较高的产量;因此,控制灌排技术具有较好的节水减排效果,对南方稻作区灌排实践具有指导意义。     

稻田消解沼液工程措施的水环境风险分析

为研究稻田消解沼液的能力及消解沼液过程中潜在的水体环境污染风险,该文通过田间定位试验,采取工程措施,监测并分析了稻田主要生育期消解沼液过程中田面水及不同深度下渗水总氮、铵态氮和硝态氮质量浓度变化情况。结果表明:1)稻田消解沼液的关键时期是施灌后的前3 d,总氮降解幅度达46.67%~78.36%,铵态氮降解幅度达47.52%~85.27%,且穗肥期消解速率大于基蘖期。施灌后3 d内若产生径流造成周边水体富营养化的环境风险较大,可采取封闭大田排水口或增加小区田埂高度5~10 cm等田间工程措施,控制地表径流产生量和产生时间,确保安全消解,实现农业面源污染源头减量减排。2)沼液消解量在200%BS处理(沼液氮量为常规施肥氮量的2倍,即沼液量705.88 t/hm2)以上,基蘖期和穂肥期对周边水体潜在的污染风险均高于常规施肥处理,100%BS处理(沼液氮量为常规施肥氮量的1倍,即沼液量352.94 t/hm2)与常规施肥处理相比潜在的环境污染风险稍低。因此,稻田工程措施消解沼液应采取少量多次的消解方式。3)稻田工程措施消解沼液对下渗水的污染风险主要集中在基蘖期,以铵态氮污染风险为主,硝态氮污染风险较小,污染程度因下渗水深度不同而有所差异。研究表明基蘖期稻田每次沼液消解量应控制在211.76 t/hm2以内,穗肥期稻田消解沼液能力较强,污染风险较小,单次消解量低于423.53 t/hm2在该试验的一个稻米生长周期内可视为安全的。该研究结果可为稻田沼液安全消解技术及农业面源污染源头减量减排技术提供理论支撑。