精确滴灌施肥技术对大棚土壤盐渍化和氮磷流失控制的研究

针对温室大棚盐渍化土壤灌水洗盐而导致的农业面源污染问题,以常规肥水管理方式为对照,在上海崇明东滩温室大棚采用土壤次生盐渍化监测、灌水洗盐过程模拟和农作物生产试验等方法研究精确滴灌施肥技术在降低土壤次生盐渍化程度和减少农田氮磷流失中的作用。结果表明,滴灌施肥技术可有效降低农田表层土壤的盐分积累速度,以此降低洗盐频次,进而显著削减温室大棚因灌水洗盐而引起的氮磷流失负荷。当滴灌施肥区洗盐频次降低为常规区的一半时,总氮、总磷、硝氮和氨氮的年流失负荷较常规方式削减45％-53％,而作物产量基本可以保持;当洗盐频次降低为常规区的1／4时,总氮、总磷、硝氮和氨氮的年流失负荷的削减率达58％-75％,但后茬作物减产明显。     

塑料大棚设施菜地土壤次生盐渍化特征

以上海郊区规模化设施蔬菜园艺场为研究对象,监测了不同种植年限和不同种植模式的塑料大棚设施菜地土壤的主要理化性状,筛选了设施菜地土壤次生盐渍化特征指标,分析了不同深度土壤特征指标的变化规律。结果表明,与露天菜地相比,设施菜地土壤酸化、盐渍化、养分累积明显,田间最大持水量和土壤呼吸速率降低;各类种植年限和种植模式的设施菜地表层土壤(0~20 cm)可溶性盐分、硝态氮和全磷含量分别达到4.18 g·kg~(-1)、121.8 mg·kg~(-1)和1.38 g·kg~(-1),分别为对应露天菜地的2.9倍、1.7倍和1.6倍。综合考虑设施菜地和露天菜地土壤主要理化性状的显著性以及设施菜地土壤对作物的障碍影响和对环境的污染风险,选择p H值、可溶性盐分、硝态氮和全磷作为设施菜地土壤次生盐渍化特征指标,并采用土壤相对质量评价法进行评价。设施菜地土壤p H值随着深度的增加而升高,可溶性盐分、硝态氮和全磷则随着深度的增加而递减,其中硝态氮相对质量指数达到3.06;随着设施菜地种植年限的增加,土壤p H值逐步降低,硝态氮、全磷和可溶性盐分逐步累积,其中4~6年棚龄的p H值和可溶性盐分相对质量指数最高,7~9年棚龄的硝态氮相对质量指数最高,10年以上棚龄的全磷相对质量指数最高,茄果连作模式的可溶性盐分和硝态氮相对质量指数最高,叶菜连作模式的全磷相对质量指数最高。     

从黄淮海平原水盐均衡谈土壤盐渍化的现状和将来

土壤盐渍化是黄淮海平原的热点问题，本文依据多年的攻关研究成果，从区域，流域，土体水盐均衡角度，评估了该平原的土壤盐渍化的状况，认为土壤潜在盐渍化和盐害的威胁仍然存在，综述了土壤潜在盐渍化的研究进展，指出要加强水，盐、肥相关机理研究，在盐渍土区培育建立“谈化肥沃层”以肥调节土壤水盐。     

灌水对不同次生盐渍化水平设施土壤氮、磷迁移特征的影响

通过野外调查与室内土柱模拟试验相结合的方法,对灌水条件下不同次生盐渍化水平设施土壤氮、磷含量的变化及迁移特征进行研究.结果表明:(1)灌水后土壤水分变化主要集中于20 cm以上土层,灌水后13～15 d,不同次生盐渍化程度的土壤水分都表现出向下迁移的特征.(2)设施土壤硝态氮含量最高值均出现在土层20 cm处,且次生盐渍化程度越严重,硝态氮表聚现象越为突出.灌水15d后,各处理铵态氮集中分布于20-40 cm土层,灌水后土壤铵态氮含量变化不明显,环境风险较小.(3)设施土壤速效磷含量高于露地土壤,且表层土壤速效磷含量介于40～60 mg/kg之间,灌水后各时期不同次生盐渍化程度土壤剖面中速效磷的分布趋势基本一致,虽受灌水的影响较小,但存在潜在的环境风险.     

大棚蔬菜土壤次生盐渍化无害化综防技术研究

根据大棚土壤次生盐渍化发生情况,开展物理洗盐、生物治盐等一系列无害化综防技术研究,结果表明:灌水处理能降低土壤盐分39．4％-75．2％,明显降低土壤次生盐渍化危害程度;施用30 kg／hm2全新KOM 土壤改良剂能降低土壤盐分60．2％,提高产量15．4％。     

土壤盐渍化的监测和预报研究

本文采用田间观测和数值模拟相结合的方法，对改造后的重盐碱试验地的水盐动态连续三年进行了监测和预报研究。在田间，监测了地下水的水位和矿化度、土壤盐分和水分、降雨和农田蒸散量等参数，同时针对现场试验条件进行数值模拟。在土壤盐分输运模型中，考虑动水不动水概念和吸附作用，在解水分运动方程时采用了更合理的改进型Ｐｉｃａｒｄ迭代差分法。研究表明，在当前的自然因素和农耕活动中，试验地土壤中的盐分达到动态平衡，不     

改良和开发利用盐渍化土壤的生物学措施

在盐碱地上种植碱蓬和苜蓿的试验结果表明，种植碱蓬有明显的脱盐作用，０～６０ｃｍ深度土壤中的Ｎａ含量每年减少８３～１２８ｋｇ／亩．种植柽柳等８种盐生　和耐盐植物，一年后耕层土壤有机质，Ｎ、Ｐ、Ｋ养分，细菌，真菌数量增加，容重变小，渗透系数增大，土壤肥力状况得以改善．本文还提出８种有种植价值经济盐生植物，并对８种盐　生的耐植物的经济效益进行了比较．     

大米草玉米的耐盐效果及对盐渍化土壤的改良试验

土壤盐渍化已成为限制农作物生长、发育和产量的最主要非生物胁迫因素之一。培育耐盐碱作物是解决这一问题的有效途径。通过田间试验,研究了大米草玉米耐盐碱能力和改良盐渍化土壤的效果。结果表明,筛选出的适应盐渍土种植的优良大米草玉米自交系具有很强的生长势和耐盐碱性,耐盐能力为11.76g/kg。根据作物生长势好,生长势强和生长势特强3种长势试验地块的测试结果,3种地块土壤脱盐率依次为15.7%,22.9%和34.5%,表明通过培育优选出的大米草玉米不仅具有较强的耐盐碱性能力,而且还对改良盐渍化土壤具有一定的效果。     

关于土壤盐渍化问题的研究趋势

文章在介绍第14届国际土壤学大会有关盐渍土壤研究的论文和讨论会概况的基础上,提出了今后的研究重点,即利用新技术研究盐渍土;寻求改良盐渍土的新方法和将盐渍土的研究与农业生态和环境保护的研究相结合。     

密云水库土门西沟流域非点源污染负荷估算

密云水库水质影响北京市地表饮用水源质量,非点源污染成为密云水库水质下降的主要原因。为了满足水资源管理规划,在密云水库土门西沟小流域内根据不同的水土保持措施选择6个径流小区,主要有：板栗林、油松林、刺槐林、混交林、灌木林、梯田,于2007年对小区地表径流进行水质水量的监测。运用RUSLE公式和SCS法估算流域内不同水土保持措施的非点源污染负荷,利用ArcGIS工具绘制了土壤侵蚀量空间分布图。结果表明：土门西沟小流域非点源污染物主要来源于土壤侵蚀,泥沙中的吸附态是非点源污染物存在的主要形式;其次土门西沟小流域不同水土保持措施单位面积的污染负荷输出由大到小排列顺序为,经济林＞阔叶林＞灌木林＞针叶林＞混交林＞梯田。研究结果表明减少经济林来增加混交林用地面积,提高水源林的覆盖率,梯田可以维持现有的用地状况,禁止陡坡栽种农作物,坡脚和沟道农地采取梯田的耕种方式,以此来达到控制非点源污染的目的。跟以往研究得出的结论相反,梯田非点源污染负荷比林地小,主要是因为梯田相对坡耕地大大增加了地表入渗量,此外是因为梯田施用有机肥料,减少非点源污染。     

大棚土壤盐分累积特征与调控措施研究

通过对昆明地区不同年限的大棚土壤的管理现状调查分析及采集次生盐渍化严重的土壤做调控盐分的盆栽模拟试验，研究了保护地大棚土壤次生盐渍化的形成特征以及土壤调理剂对大棚土壤盐分的调控效果，结果表明：随着大棚年限的增长，耕层土壤的盐分在增加，盐分组成以Ca²⁺和NO^-₃为主，0～60 cm土层的盐分剖面由露地的直筒型向倒锥形发展，由泥炭、沸石、锯末等改良材料组合成的土壤调理剂控盐效果显著，耕层土壤全盐含量降幅在19％～32％之间。     

江川灌区旱田改水田加剧水体氮磷污染

黑龙江省江川灌区实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。该文在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,建立了模型所需的空间数据库和属性数据库,并运用实测资料对模型参数进行了率定。最后,设置了不同的情景,在耕地面积不变的情况下,改变水田比例为现状的70%、50%,从而研究农业非点源污染输出变化。研究表明:水田面积为70%和50%的情况下,月平均径流深比现状减少20.95、41.37 mm,总氮负荷减少27.84、48.16 t/a,总磷负荷减少1.66、2.89 t/a,说明旱田改水田将会对水环境产生不利影响。通过情景模拟发现,减少施肥量和节水灌溉均可以在一定程度上控制污染物输出,施肥量减少50%后,总氮输出减少25.23%,总磷减少16.32%。在实际生产生活中,为保证粮食产量,可以通过改变施肥方式或设置人工湿地等方法减少农业面源污染。     

晋江流域非点源氮磷负荷及污染源解析

计算流域非点源氮磷负荷并以此开展源解析对于水体污染控制具有重要意义。基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过调查及小区试验获取模型参数,建立晋江流域非点源氮磷污染负荷模型;利用SLURP模型和输出系数模型分别核算流域内不同景观类型土地输出径流和农村污染溶解态氮磷负荷,利用修正的USLE土壤侵蚀通用方程核算吸附态氮磷负荷,并进行污染源解析。结果表明:晋江流域非点源氮负荷为12298.95t/a,大部分为溶解态氮,占到了94.13%,主要来自畜禽养殖、农田径流和农村生活污水,其源贡献率分别为31.72%、26.38%和17.44%;非点源磷负荷为667.04t/a,溶解态磷和吸附态磷对流域总磷负荷贡献比例相当,分别为56.73%和43.27%,主要来自土壤侵蚀、农田径流和农村生活污水,其贡献率分别为43.27%、21.10%和12.25%。总体分析表明,土壤侵蚀、农田径流和畜禽养殖是影响晋江流域非点源氮磷负荷的主要污染源,亟待优先控制。     

不同水肥条件下农业非点源田间产污强度

为揭示灌水量和施肥量对田间产污强度的影响程度,基于已有的农业非点源污染田间产污模型和该项研究监测试验资料,计算分析了不同灌水量、施肥量和施肥方案下水稻田的田间产污强度。结果表明,灌水量与田间产污强度呈指数增长关系,施肥量与田间产污强度呈正相关;其次,即使在施肥量相同的情况下,不同的施肥方案田间产污强度也有较大差别。综合对比其他相关研究成果以及中国现阶段农田灌溉、施肥现状,讨论分析了田间水肥过程对农业非点源污染的影响。最终研究提出,田间水肥过程对农业非点源污染产出具有较大影响,应将开展节水灌溉与科学施肥、合理调整田间水肥过程等作为当前减轻和缓解农业非点源污染的一项重要措施。     

基于分布式水文模型的嘉陵江流域氮磷非点源污染负荷预测

为研究在大尺度流域上以降雨径流为载体的非点源污染,以基于土地利用的分布式水文模型(SLURP Hydrological model)为基础,提出氮磷负荷预测模型及未来气象参数和土地利用分布图的构建方法.就嘉陵江流域土地利用、畜禽养殖和农业人口未来变化产生的总氮与总磷的月负荷量进行模拟和预测分析.结果表明,预测年降雨径流...     

塘堰湿地减少农田面源污染的试验研究

为研究塘堰湿地对农田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取1座典型塘堰并进行改造,于2009年5-9月水稻生育期在塘堰采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,塘堰湿地对总氮、总磷整体去除率分别为45.88%、44.20%,取得了良好的降解作用。湿地3个处理单元的对比试验表明,优化了植物种植密度的单元,降解氮的能力显著增强,说明湿地植物对氮素的吸收是湿地去除农田面源污染中氮素的一个重要途径。单元Ⅲ(对湿地底泥进行了疏浚,回填新的底泥,然后重新调整种植密度)比单元Ⅱ(对湿地植物密度进行了优化)的磷的去除效果好,说明底泥对磷的吸附在湿地降解磷素中起重要作用。该研究为以后的湿地研究提供参考。     

Anammox bacterial abundance and biodiversity in greenhouse vegetable soil are influenced by high nitrate content

The anaerobic ammonium oxidizing(anammox) process has been found to play an important role in terrestrial ecosystems in recent years. However,the diversity and abundance of anammox bacteria in nitrogen(N)-rich agricultural soils under high fertilizer greenhouse conditions are still unclear. Two greenhouse fields with different N fertilizer input levels were chosen, and their soil profiles were studied with molecular technologies, including quantitative polymerase chain reaction assay, a clone library, and phylogenetic analysis based on hzsB(encoding anammox hydrazine synthase β-subunit) gene. Molecular analyses suggested that anammox bacteria were at their highest density at 10–20 cm soil depth, and that the anammox bacterial abundance was significantly lower at high N than at low N. Candidatus Brocadia was the sole anammox bacterial genus throughout the soil depth profiles. The highest diversity of anammox bacteria was found at 30–40 cm soil depth, and different phylotypic clusters of Candidatus Brocadia were associated with specific soil environmental factors, such as nitrates, soil depth, and total N. Correlation analyses and redundancy analyses confirmed that high nitrate content associated with high N fertilizer input had a significant negative influence on the abundance and biodiversity of anammox bacteria. These results imply that excessive use of N fertilizer would affect arid land soil N loss to the atmosphere by the anammox pathway.     

基于土壤微环境分层的平原水稻灌区磷污染模型

灌溉农田产生的非点源磷是造成水体富营养化的主要原因之一,但是目前国内外的磷污染模型对于平原灌区灌溉和排水管理下的水分运动过程和氧化还原条件下的磷转化过程的定量表征还比较欠缺。该研究构建了适用于平原水稻灌区水分运动和磷转化迁移的机理性磷污染模型,模型根据稻田水量平衡和沟道运动波方程模拟灌区产汇流,采用考虑土壤微环境分层的磷转化模型和对流扩散方程模拟灌区产汇污。模型中将耕作层分为有氧层和无氧层,定量表征了由于水田干湿交替导致的土壤分层溶解氧变化和磷的转化过程。为了验证模型的可靠性,利用黑龙江省和平灌区2018年试验田实测田间土壤水、积水及排水和2条支沟实测排水的水量和水质数据对模型进行了率定和验证。验证结果显示试验田、一排和七排排水的径流流量、磷浓度的模拟结果与实测结果都吻合较好。模拟排水流量的Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）和决定系数（R2）分别大于0.820和0.815;模拟总磷浓度的NSE和R2分别大于0.811和0.821;考虑土壤微环境分层后得到的土壤可溶磷垂向分布结果比不考虑分层时与原位实测结果更接近。该磷污染模型被用于模拟和平水稻灌区的非点源磷污染。灌区磷污染浓度过程统计结果显示,2018年水稻生育期内通过排水和渗漏流失的磷为1.88 kg/hm2,约占施肥和灌溉磷输入的5.7%。其中分蘖期和拔节孕穗期径流磷输出负荷最大,分别为0.85和0.60 kg/hm2;泡田期和分蘖期渗漏输出负荷最大,分别为0.11和0.16 kg/hm2。灌区一排和四排由于控制面积大,输出磷污染物总量大于其他排水沟。该研究所构建的磷污染模型包含稻田灌溉和排水过程的水分运动及稻田干湿交替引起的氧化还原变化条件下的磷转化和运移,可为平原灌区水肥运筹管理下的磷运移模拟提供更准确的方法。