不同水肥措施下华北露地菜地氮淋溶特征

华北地区典型一年两季露地蔬菜种植系统,蔬菜生长季水热同季、种植管理中水氮供应充足且往往过量,造成大量氮素淋溶到深层土壤,不仅造成水肥资源利用率低,对地下水质也造成威胁。本文以华北潮褐土黄瓜-白菜一年两季典型露地蔬菜为研究对象,利用田间试验研究不同氮肥用量及优化措施(包括抑制剂、生物炭、秸秆还田)以及控制灌溉量对蔬菜产量、土壤氮淋溶及氮平衡的影响。研究结果表明:1)华北典型露地菜地氮肥主要损失去向为深层土壤中积累及氮淋溶。2)农民常规施肥处理[黄瓜季和白菜季各施550 kg(N)·hm~(-2)]淋洗出80cm土壤剖面的总氮占当季氮肥施用量的10.0%,减氮20%和50%分别使总氮淋溶量降低23.8%和45.6%;减氮20%对蔬菜产量没有显著影响,减氮50%对水肥需求量较高的黄瓜产量有显著影响(减产19.6%)。3)减氮20%配合脲酶抑制剂和硝化抑制剂、施用生物炭和添加秸秆还田分别使全年总氮淋溶量比常规水肥处理降低40.7%、43.0%和34.3%,而对蔬菜产量没有显著影响。4)减少灌溉量15%和30%分别使总氮淋溶比常规水肥处理降低43.1%和50.5%,水氮协同调控对降低氮淋溶效果显著;对需水量较高的黄瓜季,灌溉量降低30%黄瓜产量显著降低13.9%。5)高量水肥投入条件下连续种植蔬菜3年6季后,0～80cm土壤剖面硝态氮积累量占0～200 cm土壤剖面积累量的38.2%～50.7%,土壤剖面积累了大量硝态氮而且向深层土壤中移动。因此,合理控制水肥管理,特别是减氮结合脲酶抑制剂和硝化抑制剂配合水分管理,是经济可行的有效阻控土壤氮淋溶的措施。     

高投入菜地土壤磷累积、损失特征及阻控措施的研究进展

"大肥大水"已经成为我国蔬菜种植体系的生产特征,这种生产方式导致大量磷流失到环境中,通过地表径流和地下淋溶导致水体富营养化.目前菜地因其在农田磷污染排放中的占比最高已成为种植业磷损失的优先阻控对象.该研究在明确菜地磷赋存形态特征的基础上,针对露天及设施菜地磷损失特征包括损失途径及其影响因素,综述目前一些减少潜在磷污染负...     

优化施肥对大棚番茄氮素利用和氮素淋溶的影响

以河北省徐水县连续11年种植春番茄的大棚蔬菜地为试验对象,采用田间对比和土壤硝态氮地下淋溶原位监测方法,研究了合理优化施肥对春番茄经济效益和土壤中硝态氮淋溶的影响。试验以氮素空白为对照,设单施有机肥、常规施肥和优化施肥。其中优化施肥与常规施肥有机肥用量一致,无机氮素减少了240 kg/hm2。结果表明, 1) 优化施肥的春番茄产量和经济效益较常规施肥分别提高了4.1% 和4.5%; 2)优化施肥的氮素利用率显著提高,比常规施肥增加了1.48%; 3) 优化施肥可以显著减少大棚菜地敞棚期硝态氮的淋溶量。2011年本试验敞棚期（5月8日9月30日）降水总量为465.3 mm,优化施肥土壤硝态氮淋溶量比常规施肥减少了50.06 kg/hm2。     

小麦-玉米轮作期间不同施肥处理氮素的淋溶形态及数量

利用大型回填土渗漏池研究了陕西关中平原小麦-玉米轮作年生长周期内塿土不同施肥处理氮素淋溶的动态变化。结果表明,小麦-玉米期间土壤淋溶的氮素以硝态氮（NO3--N）为主,溶解性有机氮（DON）次之,铵态氮（NH4＋-N）最低,占淋失总氮的比例平均分别为72.1%、26.2%和1.7%,说明除NO3--N外,DON也是不可忽视的土壤氮素淋失形态。与施氮磷化肥（NP）相比,氮磷化肥和有机肥配施处理（NPM）明显降低了淋溶到100 cm深度土层的氮量;在小麦-玉米生长期间,NPM处理NO3--N、DON和NH4＋-N的累积淋溶量比NP处理分别降低了64.4%、42.9%和54.8%,这与配施有机肥后提高了土壤的持水保肥能力有关,说明有机肥与化肥合理配合施用可以降低氮素的淋溶损失。     

设施菜地土壤氮素运移及淋溶损失模拟评价

设施菜地因大水大肥管理方式导致的氮素淋失已成为当前关注焦点。探寻氮素淋失阻控技术需要首先探明土壤中NO_3~--N的运移和淋失过程,找到淋失阻控的关键点,从而实现蔬菜栽培高产量低环境成本。本研究以京郊设施菜地黄瓜-番茄轮作系统为研究对象,通过田间试验获取土壤温度、湿度、NO_3~--N含量等数据,对反硝化-分解(DNDC)模型进行参数校验,并以农民常规种植模式为基线情景,设置改变土壤基础性质、灌溉量、施氮量等不同情景,运用DNDC模型对设施菜地系统土壤氮素运移及淋溶损失进行定量评价。结果表明:经验证后的DNDC模型能够较好地模拟蔬菜产量、5 cm土壤温度和0～20 cm土壤孔隙含水率变化以及NO_3~--N的迁移过程,是模拟和评价氮素运移和损失的有效工具。模拟不同情景表明,设施菜地0～60 cm土壤NO_3~--N累积主要受灌溉水量和氮肥施入量的影响,此外土壤pH和土壤有机碳的变化也是影响NO_3~--N运移的重要因子。节水节肥是设施菜地氮素淋失减量的最有效方法,相比常规措施,同时减少20%灌溉量和20%施氮量可明显降低59.04%的NO_3~--N淋失量。同时,在节水节肥的基础上改变灌溉方式并提高20%土壤有机碳含量,在保证蔬菜产量的前提下,能够进一步降低69.04%的NO_3~--N淋失量。可见, DNDC模型为设施菜地NO_3~--N淋失评价和阻控提供了一个较好的解决方案。在当前重点关注减氮节水等管理措施的同时,提高土壤本身的质量,不失为一种更有效的减少设施菜地氮素淋失的途径。     

华北太行山前平原农田土壤水分动态与氮素的淋溶损失

通过采集土壤溶液并分析其硝态氮（NO3^--N）含量，结合水量平衡方法，研究了华北太行山前平原小麦-玉米轮作农田在当前农民普遍采用的农业管理措施下土壤NO3^--N迁移、累积特征，计算了深层土壤水分渗漏与NO3^--N淋溶损失量。结果表明，土壤水分渗漏、NO3^--N的分布及其淋溶损失存在着明显的时空变异性，土壤水分的深层渗漏和NO3^--N的淋溶损失发生在玉米生长期间施肥灌水或降雨之后。在1998／1999和1999／2000两个作物轮作年中，土壤水分的深层渗漏损失分别为33～48mm（平均39mm）和90～92mm（平均90.7mm），分别占降水＋灌溉总量的10％和19％；淋溶到根区之下的NO3^--N量（包括来自土壤和肥料的N）分别为N12kg hm^-2（范围N6～17kg hm^-2）和N61 kg hm^-2（范围N30～84kg hm^-2），分别占施入肥料量的1．4％～4．1％和7．3％～20．3％。在玉米生长期间有较大潜力可调控灌溉与肥料用量，以提高水肥利用效率。     

冻融交替对农田氮磷淋溶影响的研究进展

农田施肥过量导致氮磷养分淋溶引发的水体污染问题日益突出,冻融交替是中高纬度、高海拔和部分温带地区的自然现象,对冻土区农田生态系统的土壤生物地球化学过程有重要影响。了解冻融交替如何影响土壤氮磷养分淋溶,对建立阻控养分淋溶的措施至关重要。本文对国内外已有的研究结果进行归纳和梳理,从土壤物理、化学和生物学角度阐述了冻融交替对农田土壤氮磷淋溶的作用机制和影响因素。冻融交替主要是通过以下几个方面影响养分淋溶:1)土壤水的相变对土壤颗粒、孔隙结构、微生物细胞的破坏作用;2)对土壤微生物群落组成、结构及其参与的养分循环的影响; 3)最终导致土壤对养分和水分固持能力、可淋溶养分的含量和形态以及淋溶通道的改变。此外,气候因素包括气温和积雪覆盖对冻融模式的影响以及土壤自身的性质决定着冻融期间养分淋溶损失程度。基于冻融对养分淋溶的影响机制,阐述了增施生物炭、种植覆盖作物、采用免耕秸秆覆盖等耕作方式在减缓养分淋溶方面的研究进展和潜在机制,为今后相关研究工作提供了理论依据。最后简要指出当前研究的不足之处,提出未来相关研究的方向。     

不同水肥管理模式对太湖地区稻田土壤氮素渗漏淋溶的影响

针对当前我国水稻生产中日益严重的水资源短缺及稻田土壤氮素渗漏淋溶引发的面源污染问题,本研究通过设置2种灌溉方式及4个施氮水平的双因子交互试验,探讨了不同水肥处理对稻田土壤氮素渗漏淋溶的影响.结果表明,稻田20 cm处渗漏水中NH+4-N浓度与施氮量呈正相关关系,减少氮肥施用量,可降低2％～35％的NH+4-N浓度,而80 cm处NH+4-N浓度与施氮量无相关关系;稻田20 cm、80 cm处渗漏水中NO3-N浓度均与施氮量呈正相关关系;控制灌溉显著提高了稻田80 cm处渗漏水中NO-3-N浓度,增幅达31％,但由于其水分渗漏量少,NO3-N淋溶量较常规灌溉仍降低16％～ 49％; NO3-N是稻田中氮素渗漏淋溶的主要形式,占氮素渗漏淋溶总量的77％～92％;减氮施肥条件下,NO3-N渗漏淋溶量降低14％～56％.控灌减氮措施可很好地协调产量效益与水体环境效益,是适宜太湖地区的环境友好型水肥管理模式.     

习惯施肥对菜地氮磷径流流失的影响

对菜地进行连续3年的定位监测试验。结果表明:与不施肥对照相比,菜农习惯施肥处理显著提高降雨径流中的总氮(TN)和硝态氮(NO3--N)流失质量浓度及流失量,3年监测期内总氮(TN)径流流失负荷为321kg/hm2,总磷(TP)流失负荷为134kg/hm2,分别占氮、磷养分投入总量的13.6%和13.2%,氮肥的流失系数约为5.6%。菜地氮素流失以硝态氮(NO3--N)形式为主,磷素流失以颗粒态磷(PP)形式为主。菜地氮、磷养分径流流失与径流量呈显著线性关系,菜地每流失1kg的总磷(TP),可溶性总磷(TDP)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)所需要的径流量分别为77.5,322,52.5,67.5,404m3。     

氮磷肥减施对露地蔬菜农田氮磷淋溶及蔬菜产量的影响

过量氮磷肥施用导致菜田氮磷淋溶严重,对水环境及人体健康产生较大威胁。本研究在河南蔬菜种植区选取典型露地菜田,采用田间渗漏池法,研究洋葱、甘蓝菜田氮磷肥减施后氮磷淋溶及蔬菜产量变化。试验设置常规施肥(NP),常规氮磷肥减量20%(JNP1),常规氮磷肥减量40%(JNP2)。结果表明:通过氮磷肥减施,JNP1和JNP2处理淋溶液总氮、可溶性总氮、硝态氮浓度比常规平均降低12.9%、18.2%和20.5%。JNP1处理总氮、可溶性总氮和硝态氮淋溶量分别比常规处理降低5.3%、11.9%和10.3%。JNP2处理总氮、可溶性总氮和硝态氮淋溶量比常规处理分别显著降低33.6%、36.2%和32.6%(P <0.05)。所有处理硝态氮平均淋溶量占总氮淋溶量60.1%,占可溶性总氮淋溶量的79.0%。两个蔬菜季氮积累量236.0～256.1 kg hm-2,磷积累量25.3～29.9 kg hm-2。氮磷肥减施后,蔬菜的产量略有降低,不同处理差异并不显著。     

华北平原大孔隙优先流对农田氮素淋溶的影响

优先流是土壤水分入渗的一个重要途径,大孔隙是产生优先流的关键因素。研究优先流对于土壤水分和溶质运移研究及生态环境保护、制定合理的田间管理措施等具有重要意义。本研究将田间亮蓝染色示踪试验和WHCNS(soilwaterheatcarbonnitrogensimulator)模型模拟相结合,研究了华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系存在大孔隙下,强降雨和不同施肥、灌溉情景下土壤水氮运移的情况,以此探讨大孔隙优先流对于土体中水分和硝态氮运移的影响。结果表明:明显含有虫洞的免耕土壤入渗深度和染色面积均高于旋耕土壤;免耕土壤的染色面积和稳定入渗速率的Pearson相关性不显著,染色示踪不能定量化土壤稳定入渗速率。同时WHCNS模拟的0～100cm土层硝态氮淋洗量结果显示:一方面,相较于无大孔隙情景,大孔隙存在会显著增加硝态氮的淋洗量;另一方面,大孔隙存在下优化施肥模式的硝态氮淋洗量比传统施肥模式减少46.0%。常规灌溉量下喷灌比漫灌处理的硝态氮淋洗量减少15.6%;强降雨导致硝态氮淋洗量增加119.4%。本研究为华北平原地区大孔隙存在条件下的农田水肥优化管理措施提供了理论指导。     

长期大量施肥增加设施菜田土壤可溶性有机氮淋溶风险

可溶性有机氮比较活跃,在氮素转化和生态环境安全方面都有重要作用。该文研究了长期不同施肥处理（不施肥、施有机肥、传统施氮、优化施氮和秸秆还田）对设施菜田土壤矿质氮和可溶性有机氮含量及其在剖面累积的影响。结果表明,设施菜田土壤0～180 cm可溶性有机氮含量范围为29.1～88.9 mg/kg,占可溶性总氮的27%～50%;与不施肥处理相比,有机肥和氮肥的施用显著增加土壤可溶性有机氮的含量,并且随着化肥氮投入的增加可溶性有机氮含量也相应增加;其中,有机肥处理比不施肥处理可溶性有机氮在0～180 cm土层累积增加了1132 kg/hm2,传统施氮比单施有机肥处理累计增加了1505 kg/hm2,秸秆的施用显著降低土壤无机氮累积量,但是对可溶性有机氮没有影响。综上所述,可溶性有机氮是设施菜田氮素重要的损失形态,其对环境的影响值得关注。     

水肥耦合对华北高产农区小麦-玉米产量和土壤硝态氮淋失风险的影响

在封丘农田生态系统国家试验站, 通过多组水肥组合试验, 研究了冬小麦-夏玉米轮作下, 水、肥对作物产量、硝态氮在土壤剖面中的分布特征及其淋失风险的影响。结果表明, 适宜灌溉情况下, 氮磷配施是提高作物产量的关键, 氮钾配施与磷钾配施增产效果不明显。统计结果表明, 各因素对小麦产量影响次序依次为氮肥≥磷肥＞灌溉＞钾肥, 对玉米产量的影响次序为氮肥＞磷肥＞钾肥＞灌溉, 只有氮磷对作物产量的影响达到统计学上的显著性差异。随着施氮量和灌溉量的增加, 硝态氮累积峰峰值增加, 峰厚度加厚, 出现位置加深, 且根区外硝态氮含量亦显著增加, 极大地提高了硝态氮的淋失风险。适宜氮肥用量与适宜灌溉是减轻硝态氮淋失风险的关键, 氮磷配施可有效降低深层土壤硝态氮累积。研究区域适宜氮肥用量为每年400 kg(N)·hm^-2,适宜磷肥用量为每年225 kg( P₂O₅)·hm^-2, 一般降雨年型全年灌溉量以280 mm 左右为宜。     

甜玉米填闲减缓菜田土壤硝酸盐淋溶的研究

为提高菜田氮肥的利用率,降低氮肥对环境的污染风险。在中德合作项目东北旺试验田（土壤类型为潮土）,三年（1999～2001）9季蔬菜长期传统施氮灌水与推荐施氮灌水处理的地力基础上,于高温多雨的夏季选择甜玉米作为填闲作物,以休闲处理作对照,研究甜玉米在土壤硝态氮淋溶关键期对土壤残留硝态氮素分布及对后茬蔬菜产量的影响。研究结果表明甜玉米生长迅速、生物量大、吸收氮素能力强,吸氮量可达205.6～246.1 kg/hm²;与休闲处理相比,种植甜玉米能有效的吸收0～60 cm土壤中残留氮素,实现了土壤残留氮素的再利用。0～180 cm剖面中土壤硝态氮的残留量都有不同程度的降低,有效阻抑了氮素向土壤深层的淋洗。甜玉米也获得了较高的经济产量,穗净鲜重达9.2～10.2 t/hm²。后茬作物菠菜收获后未被利用的氮素大部分残留在土壤浅层;甜玉米处理与休闲处理相比未显著影响后季菠菜的生长,产量达18.4～20.7 t/hm²。该研究表明：甜玉米是较为理想的填闲作物。     

不同灌溉与施氮措施对露地菜田土壤无机氮残留的影响

在华北地区露地生产条件下 ,通过监测 5季轮作蔬菜 (苋菜 -菠菜 -花椰菜 -苋菜 -菠菜 )的产量和土壤无机N(Nmin)的变化 ,比较了传统的和采用平衡方法进行推荐的水分和N素处理对土壤Nmin残留数量的影响。结果表明 ,除花椰菜试验外 ,传统N素处理与推荐的N素处理在蔬菜产量上没有显著差异 ,但传统的N素处理皆可导致深层土体中Nmin的大量累积。在 4季蔬菜轮作后 ,传统灌溉措施条件下的N素处理都不同程度地造成了土体的N素淋失 ,所影响的土层深度已经达到了 150～ 180cm土层 ,然而采用平衡方法进行推荐的水分和N素处理组合对土体深层土壤中Nmin残留数量没有造成明显的影响     

Effect of leaching events on the fate of polyhalite nutrient minerals used for crop fertilization

Abstract

Polyhalite is a natural mineral containing potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg) and sulfur (S) and is proposed as a fertilizer source for these essential nutrients. Application of polyhalite is expected to be most relevant in soils where the availability of these nutrients is low: in sandy soils, in highly leached soils, or in areas where crops are irrigated by water with low content of these nutrients or are rain-fed. A controlled lysimeter experiment investigated the efficacy of surface applied polyhalite as a fertilizer supplying K, Ca, Mg and S compared to soluble sulfate salts in two soils (sandy and loamy) with or without simulated rain leaching events through two cycles of cropping. In the first cycle, carrot response and nutrient uptake, transport, and loss through leaching were studied, while in the second cycle the residual effect of the fertilizer was considered on maize without additional fertilizer application or leaching. Polyhalite plus rain led to increased carrot yield due to augmented Ca uptake in sandy soil. In both soils, polyhalite behaved as a prolonged availability fertilizer with more nutrients retained in the top soil layer and not leached below the root zone. The treatments did not affect maize growth or nutrient uptake except for lower K and S uptake in soils where rain had been simulated for the previous crop. We conclude that polyhalite shows potential as a commercial fertilizer to supply K, Ca, Mg, and S nutrients under conditions of dryland agriculture where occasionally leaching by rainfall occurs.     

华北平原高产粮区不同水氮管理下农田氮素的淋失特征

为了降低集约化种植制度下华北平原农田硝酸盐的淋失,该研究选择华北平原高产粮区,开展了为期2 a （2006－2008年）的田间试验,试验设计了2个灌溉处理（常规灌溉处理和基于土壤水分实时监控的优化灌溉处理）和2个施氮处理（传统施氮处理和优化施氮处理）,利用张力计结合土壤溶液提取器对土体2 m处的水分和硝酸盐通量进行了监测和计算。研究结果显示,在相同施氮条件下,优化灌溉能够有效降低农田水分的渗漏量,渗漏量仅为传统灌溉渗漏量的50%左右。优化施氮能够有效降低2.1 m土体硝态氮含量,在相同灌溉条件下2.1 m土体硝态氮的残留量都在传统施氮的60%以下,而灌溉方式对硝态氮累积的影响不大。优化水氮管理相比传统水氮管理氮素的淋失量下降了60%,淋失率也下降了50%左右,粮食产量略有提高。     

酸雨对菜地系统氮素收支的影响

分别在酸沉降重污染区、轻污染区和对照区选择代表性的蔬菜样地,对土壤、蔬菜、降水、施肥、渗滤水等的氮素动态进行为时一年的定位、定时监测,研究了不同酸雨影响区氮素在菜地系统中的收支平衡。结果表明:在相同的种植条件下,由于酸雨影响了蔬菜的正常生长,致使酸雨影响区菜地系统中氮素收支失衡,酸沉降重污染区和轻污染区菜地系统中氮素I/O值分别为1.27和1.19;而对照区菜地系统中氮素I/O值为1.08,收支基本平衡。在酸沉降重污染区,降水输入系统的氮远大于轻污染区和对照区(约3~4倍),同时因酸雨危害,蔬菜产量明显低于对照区,仅为对照区产量的60%,使系统中通过作物收获的氮输出减少,结果导致大量氮滞留于土壤中并以硝态氮等形态淋失,给水环境带来了氮污染风险。