基于GIS技术的中国农田钾素养分收支平衡研究

基于农田养分收支平衡模型、农业经济统计数据,结合GIS 技术,研究了2000年我国农田K素的平衡特征,并利用GIS技术对研究结果进行了空间表达与分析.主要结论有:①我国农田 K 素投入总量为1.068 × 107 t,农田 K 素总支出为1.458 × 107 t,农田 K 素处于亏缺状态,亏缺量为3.90 × 106 t,平均单位耕地 K 素亏缺 40 kg/hm2;②在县域层面上,农田 K 素处于亏缺的县域单元数占全部县域单元数的 77.39%,我国绝大多数的县域单元农田 K 素处于亏缺状态;③我国农田 K 素输入中化肥 K 素投入4.77 × 106 t,有机肥 K 素投入总量为4.98 × 106 t;④在全国层面上,由人畜禽粪尿提供的 K 占全部有机 K 肥总投入的比例为48.98%,由秸秆提供的 K占全部有机肥 K 素投入总量的比例为51.02%;⑤全国农田 K 素支出总量中 K 素生物产出总量为1.335 ×107 t,占农田 K 素总支出的比重为 91.56%.     

基于DSS的1978－2005年中国区域农田生态系统氮平衡

该文建立了养分平衡决策支持系统,并利用该系统对中国国家及分省层次上的农田生态系统氮养分平衡情况进行了研究。研究表明：1）从1978到2005年,全国氮素养分盈余量不断上升,从1978年的1054.66×104 t一直上升到2005年的2867.12×104 t,平均年增量约为64.7×104 t;2）区域之间氮素盈亏量存在着显著差异。粮食主产区的省份如山东、河南和四川的养分氮盈余量一直都较高,而西部省份如新疆、西藏等养分氮盈余量较低。中国粮食主产区农田生态系统氮素平衡呈现出持续盈余且逐年上升的态势,显示出以化肥氮为主体的氮素养分投入量已经长时间高于作物的需求量,这些盈余的氮素养分在农田中累积,并通过多种途径进入到水体及大气环境中,不但造成了氮素化肥的浪费,更会对环境造成较大的压力。     

作物对氮素养分高效吸收的根系形态学研究进展

本文综述了近年来与作物对氮素养分高效吸收有关的根系形态学研究情况，简要比较了解释氮索供应诱导作物根系形态变化的几种观点，着重阐述了用氮素诱导碳水化合物定向分配来解释根系变化的合理性和意义，并提出了根系研究在水分、养分效率和植物营养遗传研究中的展望。     

农田氮、磷的流失与水体富营养化

农田氮、磷的流失，不仅造成化肥的利用率降低，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。本讨论了农田氮磷流失对水体富营养化的贡献、农田氮磷流失途径及影响因素。提出了减少农田氮磷流失、控制水体富营养化的措施。     

秸秆还田对土壤氮素养分及微生物量氮动态变化的影响

通过定位试验研究玉米秸秆全量粉碎还田及小麦秸秆旋耕施肥播种同步完成的前提下,秸秆还田循环利用对小麦玉米两熟制土壤氮素养分及土壤微生物量氮的动态变化。结果表明小麦、玉米秸秆还田能满足小麦旺盛生长阶段拔节期对氮素养分的需求,秸秆还田处理或施肥处理的土壤全氮量总体上在小麦拔节期处于最低值,而既无秸秆还田又没有施肥的对照处理土壤全氮含量最低值出现的时期延后,在小麦开花期出现,持续至小麦的灌浆期。对于麦玉秸秆还田但不施氮磷钾肥而言,小麦生长后期(小麦开花期以后)土壤脱氮比较严重。秸秆还田后土壤碱解氮含量在小麦整个生长发育时期呈现上升的趋势。单独施肥或秸秆还田对提高土壤微生物量氮均有一定的作用,但是仅仅施肥其后效不足。秸秆还田并且施肥显著地促进了土壤微生物的活动,能持续地增加土壤微生物量氮含量。     

闽西北农田生态系统中大气氮湿沉降研究

在福建省三明市将乐县连续3年定位收集湿沉降,研究闽西北地区农田生态系统大气氮素湿沉降的浓度、沉降量以及时间变化规律。结果表明:降水中TN、TIN、DON、NH4+-N和NO3--N的平均浓度分别为1.22,0.83,0.38,0.53,0.30mg/L,无机氮与有机氮的比例达到2.18,且在每次降雨中总氮的浓度均超过水体富营养化阈值(0.2mg/L)。该地区湿沉降氮输入量有明显的季节性变化,春、夏季高,秋、冬季低。在湿沉降输入氮中NH4+-N、NO3--N和DON占总氮的比例分别为43.77%,24.78%和31.45%,湿沉降以无机氮(TIN)为主,平均年无机氮(TIN)沉降量为8.71kg/hm2,占总氮(TN)沉降量的68.55%。总氮(TN)年输入量为4.17～18.00kg/hm2,平均值为12.71kg/hm2。大气中氮素湿沉降对生态环境有一定的风险。     

江西红壤地区农田生态系统大气氮沉降通量的研究

2004年12月至2005年11月在江西鹰潭中国科学院红壤生态实验站进行了为期1a的大气氮沉降的外场观测试验。本文对观测得到的数据资料进行分析,定量给出了农田生态系统大气氮化物浓度和氮沉降通量。结果表明,鹰潭地区农田下垫面大气中NH3、NOx和ON(有机氮)的平均浓度分别为24.6、3.54、7.2μgm-3。气溶胶中铵盐、硝酸盐、ON的平均浓度分别为4.16、4.64、0.92μgm-3。降水中NH4+离子、NO3-离子、ON的平均浓度分别为0.89、0.73、0.26mgL-1。全年大气氮沉降总量为N6.26gm-2,其中干沉降为N3.19gm-2,占总沉降量的51%;湿沉降为N3.07gm-2,占总沉降量的49%。无机氮沉降为N5.47gm-2,占总沉降量的87.4%;有机氮沉降为N0.79gm-2,占总沉降量的12.6%。与草地、森林、湖泊等其他下垫面相比,江西红壤地区农田下垫面大气氮沉降量相对较大,对农田生态系统氮素平衡将产生重要影响。     

基于GIS的江西省农田划分等级研究

如何解决当前农业税征收中的不合理现象,探索一种科学、简明、易于实践操作的农用土地等级评价方法,是当前亟待解决的热点问题,通过引入先进的GIS技术手段,对江西省农田划分等级进行研究,将江西省303.25万hm^2农田分成6个等级,为农业税征收提供客观标准。     

农田防护林应用GIS的研究

农田防护林是防护林体系的主要林种之一,是指将一定宽度、结构、走向、间距的林带栽植在农田田块四周,通过林带对气流、温度、水分、土壤等环境因子的影响,来改善农田小气候,减轻和防御各种农业自然灾害,有效改善了生态环境,降低了自然灾害对农业生产造成的危害和损失,有力地提高了居民的经济水平和生活质量,是农区社会经济可持续发展的重要保障。     

冻融作用对农田黑土有机氮组分的调控效应

为深入了解非生长季农田土壤有机氮库组成及转化特征,采用Bremner氮素分级法研究了室内模拟冻融条件下(冻融温度、冻融频数、水分含量)农田黑土有机氮组分含量的变化行为。结果表明:冻融作用对农田黑土有机氮组分及其转化过程影响显著,氨态氮和氨基酸氮是土壤酸解有机氮的主要组分。随着冻结温度降低,土壤氨基酸氮含量显著增加,氨态氮和未知氮含量均显著降低,而氨基糖氮含量变化行为因融化温度而异。随着融化温度升高,土壤酸解有机氮组分无规律性变化。随着冻融频数增加,冻融土壤氨基酸氮含量显著降低,未知氮含量显著增加,氨态氮含量先增加后降低,而氨基糖氮含量则无显著性变化。随着水分含量增加,冻融土壤氨态氮和未知氮含量均显著增加,这与氨基酸氮的变化趋势正好相反,而氨基糖氮含量则无显著性变化。可见,较大的冻融温差、适宜的冻融频数和水分含量是影响土壤有机氮库转化的主要驱动因子。冻融作用能够提高土壤酸解有机氮中氨态氮和氨基酸氮的含量及其分配比例,增加土壤可矿化氮量,促进土壤氮素转化,有利于土壤有效氮的累积,为春季作物生长提供足够的氮素。     

紫色丘陵区县级农田养分平衡与土壤养分变化趋势研究—以四川省犍为县为例

根据有关统计资料、实地调查和土壤分析数据,采用典型抽样法,以犍为县为例,研究了近14年(1985～1999年)来该县农田养分平衡与土壤养分变化的趋势。结果表明:20世纪90年代以后,农田氮素由持平转向盈余;磷素全面扭亏为盈,盈余率已超出50%;钾素一直处于大比例亏缺状态。通过1981年和2000年的土壤主要养分含量对比研究,获得了近20年来土壤养分动态变化的基本趋势,以及农田养分平衡状况对土壤养分变化的影响,并针对农田养分平衡与土壤养分变化的趋势,提出了四川紫色丘陵区县级农田养分平衡与土壤养分变化的相应调控对策和措施。     

太湖流域农田肥料投入与养分平衡状况分析

通过对太湖流域9个县市的700多份实地作物施肥情况调查,并结合相关统计资料,综合分析了太湖流域目前农田肥料投入以及氮、磷养分的平衡(盈亏)状况,重点进行了大田作物和蔬菜等经济作物氮、磷肥料投入量、养分平衡状况以及有机肥和化肥投入比较。分析结果表明,蔬菜等经济作物的养分投入和盈余状况整体上均高于粮食、油料作物,而大宗粮食、油料作物的周年养分投入支出基本平衡。蔬菜播种面积尽管只占到所统计4类作物总播种面积的30%,但是其施磷量却达总施磷量的50%以上,而磷素是造成我国水体富营养化的关键因素之一,加之目前经济作物的种植面积日益扩大,对水环境的影响不容忽视。     

兴电灌区主要带田养分循环与平衡研究

以兴电灌区6种主要带田种植模式为对象,采用田间实地调查,在典型地块划定小区按籽粒、秸秆和根茬三部分测重并取样分析化验的方法,研究了各模式的养分输入与输出状况及其养分循环与平衡特征。结果表明:除小麦/黄豆带田出现氮亏空外,其它5种带田种植模式的氮、磷、钾循环都是良好的,但其平衡条件是有足够的农家肥投入和有豆科作物的共生固氮。农家肥提供了总氮量4.62%~8.93%、总磷量17.34%~22.31%、总钾量72.61%~82.07%的养分;豆科作物提供了总氮量14.08%~42.45%的养分;化肥氮和磷占其养分输入总量的52.27%~76.06%和61.40%~70.91%;由降水和灌水携入的N,P,K分别占其养分输入总量的8.35%~12.04%,3.72%~7.74%和9.20%~17.48%。从施肥结构来看,6种带田种植模式的氮、磷、钾养分输入比例极不合理,在生产上应提倡"控氮、增磷"策略,同时注重化学钾肥的施用,并推行秸秆还田和高茬收割技术,以提高养分循环再利用的效率。     

河北省果园氮素投入特点及其土壤氮素负荷分析

以河北省果园土壤地力调查、农户调查和统计数据为基础,采用氮盈余法从果树种类和区域角度分析了果园生产体系中的氮素输入输出特点及氮养分盈余状况。结果表明,河北果园平均化肥氮投入量为438.0 kg/hm2,主要品种为尿素和复合肥,有机肥氮为181.6 kg/hm2,以畜禽粪为主,其中禽粪占25.5%。京津东部区和冀中、南平原区的果园氮素投入、盈余量较高;葡萄园和桃园的氮素投入水平较高;果园氮素施用与养分盈余量之间存在极显著的正相关,过量施用氮肥是氮盈余量很高的主要原因。随着氮盈余量增加,果园土壤全氮呈增加趋势,而土壤C/N均呈下降趋势,氮素盈余对土壤全氮的影响大于对土壤有机质的影响。     

黑龙江垦区农田土壤养分平衡分析与评价

养分资源高效利用是农业绿色发展的重要环节。黑龙江垦区是中国粮食主产区之一,对其进行农田土壤养分平衡评价至关重要。该研究以黑龙江垦区为研究对象,采用农田土壤养分平衡方法,分析与评价其2000-2018年农田土壤氮、磷、钾养分输入与输出情况。结果表明:1)2000-2018年黑龙江垦区农田土壤氮、磷、钾输入与输出整体呈现"平稳-增长-下降后平稳"的趋势,养分输入以化肥为主,养分输出以籽粒和秸秆为主。2)黑龙江垦区农田土壤单位面积养分输入量较为稳定,并且所带来的经济效益在增加。3)2017年以来黑龙江垦区农田土壤氮和钾处于养分平衡状态,而磷处于养分盈余状态。2018年黑龙江垦区氮、磷、钾利用效率分别为51.03%、27.98%、10.04%。建议黑龙江垦区大力推广有机无机肥配施,开展农田土壤养分平衡长期调查与监测,促进区域农业绿色发展。     

中国农田氮肥投入和生产效率

过去40年,中国氮肥用量增加、氮肥效率下降引起了国内外普遍关注,但中国不同作物氮肥用量及其利用效率缺乏大样本数据研究。本文通过农户调查及文献资料,对1970~2009年,尤其是从2000到2009年,中国主要农作物施氮量(化肥氮)、产量、氮效率(氮肥偏生产力)进行了研究。与2000~2003年相比,2008~2009年粮食、蔬菜、果树平均氮肥用量增加,单产增加,氮效率提高。粮食、蔬菜、果树氮肥用量分别增加26、36、107 kg/hm~2,产量分别增加1 280、5 722、18 802 kg/hm~2,氮效率分别增加2.2、6.6、25.2 kg/hm~2。东北、华北和长江中下游三大粮食作物主产区的氮效率都显著提高,而西北、西南和华南等地没有提高。与2000~2003年相比,2008~2009年中国平均氮效率的上升主要是因为单产大幅提高,而非氮肥用量下降。中国粮食作物单产较低,而氮肥用量高,未来在稳定氮肥投入的情况下继续提高单产是增效的主要途径。中国蔬菜和果树氮投入量太高,应该加强管理降低氮肥用量。     

半旱地不同栽培模式及施氮下农田土壤养分表观平衡状况研究

以在陕西关中地区连续7年的夏玉米冬小麦轮作体系定位试验为对象,采用养分投入量与作物养分携出表观平衡法分析了不同栽培模式及施氮量下土壤氮磷钾养分的平衡状况及其与土壤养分含量间的关系。结果表明,两种秸秆覆盖的模式（即覆草模式和垄沟模式）土壤氮磷钾养分的亏缺状况均较常规模式及控水模式低,说明秸秆还田在平衡土壤养分状况方面具有重要作用。当施氮量为每季N 120 kg/hm2时,土壤氮素基本达平衡状况;而施氮量达N 240 kg/hm2时,土壤氮素盈余量显著增加,平均达1471 kg/hm2。不同处理土壤氮平衡值与土壤 02 m剖面累积的硝态氮以及土壤磷、钾的总平衡值与土壤有效磷及速效钾间呈极显著正相关,土壤氮平衡值每增加100 kg/hm2,02 m土壤剖面硝态氮累积量增加约 38.3 kg/hm2;土壤磷、钾的平衡值每降低 100 kg/hm2,土壤有效磷和速效钾含量分别降低约 3.5 mg/kg和1.0 mg/kg,说明农田养分平衡盈亏决定了土壤养分的消长规律。     

上海郊区农田氮养分平衡及其对土壤速效氮含量的影响

通过对上海郊区的43块定位农田连续3年的跟踪监测分析，比较了50种作物以及5种不同轮作农田的氮养分平衡状况及其对土壤速效氮含量的影响。结果表明：（1）不同作物农田的氮养分盈余趋势为水生蔬菜类≥水果类〉旱作蔬菜≥大田作物≥草皮；不同轮作农田氮养分盈余大小表现为：菜菜轮作〉果树单作〉菜作轮作〉草皮单作〉作物轮作；（2）不同作物及不同轮作农田收获时土壤速效氮含量随土层的加深而逐渐降低，氮养分盈余多的农田土壤的速效氮含量也高；（3）不同作物以及不同轮作农田氮养分盈余与收获时土壤表层（0～30cm）的硝态氮和铵态氮含量呈正相关。     

长期施肥下潮土全氮、碱解氮含量与氮素投入水平关系

通过长期肥料定位试验,对不同施肥处理下潮土全氮和碱解氮含量演变特征及其与氮素投入水平的关系进行研究。结果表明,不施氮肥处理,土壤全氮和碱解氮含量基本保持平衡或者缓慢增加;长期施用化学氮肥处理,土壤全氮和碱解氮含量均有所增加;施用有机肥和秸秆还田处理,土壤全氮和碱解氮含量均显著提高。单施化学氮肥处理每投入氮素1 kg/hm2,土壤全氮含量增加0.017 mg/kg;而氮磷钾化肥配施有机肥和氮磷钾化肥并秸秆还田处理每投入氮素1 kg/hm2,土壤全氮含量分别增加0.049和0.035 mg/kg。施氮磷钾处理每投入氮素1 kg/hm2,土壤碱解氮含量增加0.001 mg/kg;而化肥配施有机肥或玉米秸秆处理每投入氮素1 kg/hm2,土壤碱解氮含量均增加0.004和0.004 mg/kg。总的来说,施用化学氮肥、有机肥配施化肥及秸秆还田处理增加氮素投入量均可以提高土壤全氮及碱解氮含量,且有机肥配施化肥及秸秆还田处理优于单施化肥。综上所述,增施有机肥及秸秆还田对于提升土壤肥力及实现农业可持续发展具有深远意义。