三峡库区不同稻田分布格局下农业小流域径流磷排放特征

于2012年3月21日—2013年3月20日期间对三峡库区涪陵段两个毗邻集水域汇出口径流水质进行了高频(每日)采样监测,以对比分析稻田空间分布格局对径流磷浓度和输出强度的影响。两集水域气候地理条件相似,农耕方式相同,单位面积施肥量相近,但其中一个(记为集水域A)稻田分布零散,破碎度高,而另一个(集水域B)稻田连片分布在其末(底)端,破碎度低。结果显示,集水域A在全年和不同作物生长季的径流总磷平均浓度都相应地高于集水域B。同样,前者的径流产流量(1431 m3·hm~(-2)·a-1)也显著高于后者(840 m3·hm~(-2)·a-1),因而前者径流总磷的年输出通量(210 g·hm~(-2)·a-1)远大于后者(72 g·hm~(-2)·a-1)。按季节计算,两集水域水稻/玉米季总磷浓度皆高于榨菜季,集水域A在水稻/玉米季的径流总磷输出通量(147 g·hm~(-2)·a-1)是榨菜季(63 g·hm~(-2)·a-1)的1.9倍,集水域B在水稻/玉米季的径流总磷输出通量(58 g·hm~(-2)·a-1)是榨菜季(14 g·hm~(-2)·a-1)的3.6倍。从研究中看,这些差异很有可能是两集水域的土地利用,特别是水稻田布局差异所导致的,因此实现水稻田的合理布局是三峡库区径流磷排放负荷减控的有效措施。     

三峡库区农业小流域盐基离子排放特征研究

为了解盐基离子的农业面源流失负荷与排放特征,对三峡库区涪陵段两个毗邻的集水域汇出口径流水质进行了持续两年的高频(每日)监测。两集水域气候、地貌和农耕方式相同,但其中一个集水域稻田分布零散,破碎度指数高(记为集水域A),另一集水域的稻田连片分布在集水域底部,破碎度指数低(记为集水域B)。结果表明,集水域A阴、阳离子年均输出通量分别为499kg·hm~(-2)·a~(-1)和218 kg·hm~(-2)·a~(-1),集水域B阴、阳离子年均输出通量分别为265 kg·hm~(-2)·a~(-1)和118 kg·hm~(-2)·a~(-1)。集水域A的盐基离子年均输出通量是集水域B的2倍左右,这种差异很可能是由两集水域稻田布局差异所导致。流域径流水体优势阴、阳离子分别为Cl~-和Ca~(2+),各占阴、阳离子年均排放总量的58%和67%。不同作物季中,水稻/玉米季和榨菜季均贡献了全年盐基离子排放量的1/2左右;不同时期中,5月和11月的离子排放负荷最高,分别占全年的26%和24%。研究表明,5月和11月是控制该流域盐基离子流失的关键时间节点,稻田连片布设于集水域底部是降低农田盐基离子流失的重要空间布局。     

直播水稻田田面水氮素动态变化及径流损失研究

[目的]为直播水稻田的合理施用氮肥和灌水及防止氮素污染地表水提供科学依据.[方法]通过田间试验,对太湖流域丹阳地区直播水稻田田面水氮素动态变化特征及径流损失进行研究.[结果]施肥使田面水氮素浓度迅速提高,施氮后第1天田面水TN和NH+4-N的浓度达峰值43.99和23.31 mg/L,第7天分别下降至峰值的23.50%～30.02%和16.22%～23.84%;田面水的NO-3-N浓度在施氮后第3天达最大值7.51 mg/L,随后逐渐下降.施氮后3～5 d内,田面水NH+4-N/TN比值达动态观察期中的最大值0.50～0.69,此后逐渐降低.田面水NO-3-N/TN比值也先升后降,均在0.31以下.丹阳当季直播稻田TN地表径流损失量为23.84 kg/hm2,占施氮量的5.05%;NH+4-N流失量为13.24 kg/hm2,占施氮量的2.88%.烤田排水TN径流损失为13.49 kg/hm2,占总施氮量的2.93%.[结论]NH+4-N是稻田田面水氮素的主要形态,施氮后7 d是防止稻田氮素流失的关键时期.     

紫云英配施化肥减少稻田氮素径流损失

为了解豆科绿肥紫云英配施化肥降低稻田氮素径流损失的效果,采用田间定位试验,设置不施氮肥N-P-K:0-80-120kg/hm2(Control),常规施肥N-P-K:200-80-120kg/hm2(urea),紫云英配施化肥N-P-K:140-80～120+紫云英22500kg/hm2(urea+CM)3种施肥处理,测定稻田中总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)及硝态氮(NO3--N)的径流损失量.结果表明,与Control处理相比,施肥显著增加了稻田氮素径流损失量,urea和urea+CM处理的总氮损失总量分别达到Control处理的6.53倍、4.73倍.与urea处理相比,urea+CM处理下硝态氮的径流损失量无明显差异,而铵态氮径流损失量和总氮径流损失量则显著降低,分别减少4.00kg/hm2、5.40kg/hm2,降幅分别达到51.0％、27.6％.因此,紫云英配施化肥能有效地减少稻田氮素的径流损失,降低研究区域的环境风险.     

利用大型径流场研究太湖地区稻季氮素的径流排放

为准确评价稻季氮素径流排放对水体环境的影响,建立一面积为714m^2的大型径流场。通过测定降雨、灌溉输入氮量以及稻田径流氮排放量,研究在常规施肥、灌溉条件下太湖地区乌栅土上稻田施氮肥对水体环境的影响。结果表明,稻季径流氮中主要为溶解无机氮,所占比例达69.2%～91.4%,颗粒氮、溶解有机氮比例很低;氮素径流排放主要发生在苗期,稻季后期排放量较少;径流氮排放量低于降雨和灌溉氮素输入量,用较高氮浓度水体灌溉稻田可能是减少周围水体氮总量的有效方法;与同期进行的原状土柱试验比较发现,将田埂高度由6cm增加到8cm,稻季径流量和氮素径流排放分别降低73.4%和约90%。降雨输入氮在研究该地区水体富营养化时不容忽视。     

稻田氮素淋洗损失研究

采用田间小区试验,连续2年研究了施氮量、分子膜对稻田氮素淋洗损失和氮素平衡的影响,结果表明:稻田以铵态氮淋洗损失最少,90cm处浓度低于0.2mg/L;水稻移栽和烤田后硝态氮浓度达到峰值,以90cm处浓度为0.2～0.9mg/L;整个稻季氮素淋洗量为3.2～5.6kg/hm2,占施氮量的1.4%～2.5%。     

生石灰施用增加了酸性双季稻田氮素氨挥发损失

选择南方典型酸性双季稻田,采用通气法研究了不同生石灰用量对稻田氨挥发通量、田面水NH_4~+-N浓度和pH值的影响。结果表明:撒施生石灰显著影响稻田田面水NH_4~+-N浓度和pH值,生石灰用量与田面水NH_4~+-N浓度和田面水pH值之间均存在极显著正相关关系;撒施生石灰,显著增加稻田氮素氨挥发损失,早、晚稻季氨挥发损失量较不施生石灰处理分别增加2.20~22.91和3.08~52.44 kg/hm~2,增幅分别达19.28%~200.79%和6.96%~118.48%;当早、晚稻季分别施纯氮150和180 kg/hm~2时,撒施生石灰450~3 750 kg/hm~2,氨挥发损失量分别达13.61~34.32和47.34~96.70 kg/hm2,氮素损失率分别达7.44%~18.78%和21.66%~44.24%;当早、晚稻季生石灰用量分别超过900和1 800 kg/hm2时,稻田氨挥发显著增加。     

秸秆还田影响长江下游稻田周年氮磷径流风险

为了阐明秸秆还田模式和施氮量对稻田周年氮磷径流风险的影响,于2014年11月—2015年10月通过监测稻田在稻季田面水和麦季径流中的氮磷浓度,研究了秸秆不还田配施推荐施氮(N1)、麦秸还田配施推荐施氮(WN1)、稻秸还田配施推荐施氮(RN1)、稻秸麦秸均还田配施推荐施氮(WRN1)和稻秸麦秸均还田配施常规施氮(WRN2)5处理对长江下游稻田周年氮磷径流风险的影响。结果表明,秸秆还田增加小麦和水稻周年产量,增幅约9.03%～18.5%,其中WRN1和RN1处理增产效果显著高于WN1处理;与WRN2处理相比,WRN1处理可以维持稻田高产。在推荐施氮条件下,秸秆还田分别降低稻季田面水和麦季径流中溶解态总氮(DTN)浓度约5.17%～14.9%和12.3%,降低稻田氮径流风险;但增加溶解态总磷(DTP)浓度,增幅分别为6.67%～33.3%和30.0%,增加稻田磷径流风险。RN1处理下稻季田面水中DTN和DTP浓度均低于WRN1和WN1处理,且其DTP浓度与N1处理间无显著差异。在稻秸麦秸均还田下,WRN1处理下稻季田面水DTP浓度与WRN2处理没有显著差异,但能有效降低田面水DTN浓度的12.4%。研究表明,在长江下游稻-麦轮作农田推荐采用"RN1"模式,该模式可以维持稻田的周年高产和有效降低稻田的周年氮径流风险,同时对稻田的磷径流风险影响不显著,是一种兼顾粮食生产和生态环境效益的耕作模式。     

不同磷水平处理下水稻田磷氮径流流失研究

研究了不同磷水平处理下水稻田磷素及氮素的径流损失情况。结果表明,不同磷水平处理下稻田径流水中磷素的浓度随着施磷量的增加而显著增加,磷的径流损失量呈现相同趋势,在每公顷施磷量为0 kg、25 kg6、0 kg1、20 kg及240 kg的情况下,磷的当季径流损失量分别达到了125 g/hm^2、499 g/hm^2、939 g/hm^2、3 022 g/hm^2及5 974 g/hm^2。试验结果还表明,施氮肥后短期内若出现径流则氮素流失较多,但不同磷水平处理对于稻田径流水中氮素的浓度及损失量没有影响。几次径流中活性磷的浓度均有诱发附近水域水体富营养化的可能。     

江汉平原施氮水平对稻田CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响

氮素是保证水稻(Oryza sative L.)产量的关键,同时也会影响稻田温室气体的排放。研究施氮水平对江汉平原地区稻田甲烷(CH4)、氧化亚氮(N_2O)排放和水稻产量的影响,旨在筛选出适合当地的低碳高产氮肥管理措施。以单季稻"丰两优香1号"为研究对象,设置4个施氮水平(T0:对照,0 kg N/hm2;T1:90 kg N/hm2;T2:150 kg N/hm2;T3:210 kg N/hm~2),采用静态暗箱-气相色谱法对稻田CH4和N_2O排放通量进行连续监测,测定水稻产量及CH4和N_2O季节排放特征,分析综合温室效应和排放强度。结果表明,不同施氮处理下CH4和N_2O排放通量具有较为明显的季节变化规律,T2处理的CH4季节累积排放量为302.5 kg/hm2,显著大于T0、T1和T3处理,与T0相比增加CH4排放106.7%,T3处理稻田CH4季节累积排放量为160.5 kg/hm2,比T2、T1水平处理低。不同施氮处理生长季N_2O累积排放量在0.465~0.631 kg/hm2之间,T3、T2、T1处理N_2O累积排放量显著大于T0处理,但T3、T2、T1处理间差异不显著。水稻产量随着氮素水平增加而增加,100年尺度上的温室气体排放强度以T3处理最小为0.39,T2处理最大为0.79,二者差异显著(P0.05)。因此,210 kg N/hm2可推荐为江汉平原地区水稻低碳高产的适宜氮素投入量。     

牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响

为探讨牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响,通过田间小区试验设置Y-OL（70%化肥+30%牛粪-黑麦草-水稻）、Y-OV（70%化肥+30%牛粪-紫花苕-水稻）、Y-ON（70%化肥+30%牛粪-冬闲-水稻）3种轮作处理,以C-ON（100%化肥-冬闲-水稻）为对照,研究不同轮作模式下水稻产量及稻田田面水、下渗水、径流中的总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化特征。结果表明：不同处理田面水TN浓度在施穗肥后第2 d达到峰值,TP浓度在施基肥第2 d达到峰值,且最高值均出现在Y-ON处理; C-ON和Y-ON处理下渗水TN浓度在施基肥第2 d出现峰值,Y-OL和Y-OV处理下渗水TN浓度在施穗肥后第2 d出现峰值,在整个水稻生育期Y-OV处理下渗水TP浓度整体低于其他处理;不同处理间稻田氮磷径流流失量无显著差异,稻田氮磷径流流失量与降雨量极显著相关,且降雨量最大时,各处理TN径流流失量占径流流失总量的70.24%~73.42%,TP径流流失量占径流流失总量的35.12%~42.42%; Y-OV、Y-OL、Y-ON处理TN总流失量与C-ON相比分别降低43.92%、25.21%、35.74%,Y-OL、Y-ON处理TP总流失量与C-ON相比分别显著上升66.67%、13.13%,Y-OV处理TP总流失量与C-ON无显著差异; Y-OV、Y-OL、Y-ON各处理水稻产量与C-ON相比无显著差异。研究表明,70%化肥+30%牛粪施肥条件下,紫花苕-水稻的轮作方式可保证水稻产量,有效降低下渗水和径流中氮素流失量且维持较低水平的磷素流失量,是一种有效减少氮磷面源污染、增加土地利用效率的种植模式。     

秸秆还田对稻田磷素径流损失的影响

[目的]通过研究秸秆还田对稻田磷素径流损失及其对环境的影响,探索减少径流损失、提高巢湖水质的有效耕作措施。[方法]以巢湖流域稻田为研究对象,采用野外定位观测试验结合室内分析的研究方法。[结果]径流液TP含量为0.087～0.495 mg/L。PP是稻田P素随径流迁移的主要形态,约占TP的40%～70%。秸秆还田能够降低水稻生育前期径流液TP、DP和PP的浓度,减少P素径流流失风险。在当地常规耕作条件下(CT),2008和2009年稻季P素径流流失负荷分别为222.76和297.17 g/hm2,P肥表观流失率分别为0.68%和0.91%,平均为0.79%。与CT相比,秸秆还田处理(CTS)P素径流流失负荷分别减少了5.13%和18.98%,平均为12.05%。[结论]秸秆还田作为源头控制稻田磷素流失的较好措施可以在巢湖流域使用。     

基于农户施肥和土壤肥力的黑龙江水稻减肥潜力分析

【目的】 黑龙江稻田面积320多万公顷,为全国稻田面积最大的省份,10多年来水稻产量一直徘徊在7 000 kg·hm ^-2,也是我国稻田化肥用量（纯N 约150 kg·hm ^-2）最低的省份。在化肥零增长的背景条件下,黑龙江是否存在节肥潜力有待研究。 【方法】 调查水稻主产区农户施肥情况。2005年调查区域为五常、方正、木兰、宁安、庆安、铁力、尚志、阿城;2008年调查区域为密山、虎林、庆安、五常、宁安、方正、萝北、桦川、富锦和尚志;2015年调查区域为五常、方正、宁安、虎林和庆安。每个地点随机选择一个乡,每个乡随机选择2或者3个村,每村调查10户,共638户。2009—2010年,采集了黑龙江水稻主产区8万多个土壤样品,测定0—20 cm土层速效磷、速效钾养分含量。采用理论适宜施氮量法估算黑龙江稻田氮肥用量;依据作物养分需求量和稻田土壤养分状况,采用磷钾衡量监控方法,估算稻田磷、钾肥适宜施用量,在此基础上分析黑龙江省水稻减肥潜力。【结果】 2005、2008和2015年黑龙江水稻平均产量分别为6 427、7 593和7 142 kg·hm ^-2 ,3年平均产量为7 104 kg·hm ^-2。农户间产量差异较大,高低相差近5 000 kg·hm ^-2。稻田N、P₂O₅和K₂O用量平均分别为141.0、56.6和51.6 kg·hm ^-2,N、P₂O₅和K₂O用量高低相差均超过300 kg·hm ^-2,农户间施肥变异较大,盲目施肥问题突出。稻田土壤速效磷和速效钾的含量分别约为26和138 mg·kg ^-1。速效磷的变异超过了40%,不同区域间土壤肥力差异较大。70%以上的样品速效磷、速效钾含量处于较高水平。要达到7 500 kg·hm ^-2的产量水平,对应的理论适宜N用量为105 kg·hm ^-2,只有20%的农户实现了高产氮素高效,有70%的农户具有节肥潜力,可以节氮超过26%。通过节肥,每千克氮素生产的粮食可由50 kg提高到70 kg。按照目前的产量和土壤养分状况,稻田P₂O₅和K₂O适宜用量分别为41.6和35.9 kg·hm ^-2,可以减量约30%。调研农户中,具有节磷和节钾潜力的农户分别约占总体的71%和72%,处于低产低效的农户均占总体的30%,节肥潜力最大。 【结论】 黑龙江作为全国施肥量最低的省份,有约70%的农户处于高产不高效或者低产低效水平,过量施肥问题突出,节肥潜力20%以上。     

不同水旱轮作方式对稻田甲烷排放影响的研究

用密闭箱法研究了不同水旱轮作方式对稻田甲烷排放的影响。１９９４ 年—１９９５ 年连续两年观测结果表明, 稻田甲烷排放的季节变化与前作有关, 前作是水稻的稻田移栽后即有大量甲烷排放,而前作是旱作蔬菜的水稻生长前期几乎没有甲烷排放,且旱作时间越长甲烷排放越迟,峰值越小。稻田甲烷平均排放通量结果表明,单季早稻和单季晚稻显著低于常规连作,而水旱年间轮作只显著减少早稻甲烷排放,对晚稻甲烷排放影响较小。     

生物炭与无机氮配施对稻田温室气体排放及氮肥利用率的影响

【目的】生物炭作为比表面积大、富含有多种营养元素的一种物质已被广泛应用于农业生产。弄清生物炭与化肥氮配合施用对稻田温室气体排放和氮肥利用率的综合影响,为合理使用生物炭提供科学依据。【方法】在武穴市花桥镇进行两年大田试验,设置4个处理,即不施氮肥（CK）、常规施氮（180 kg·hm ^-2）（IF）、常规施氮+10 t·hm ^-2生物炭（IF+C）、减氮30%+10 t·hm ^-2生物炭（RIF+C）。采用静态箱-气相色谱法对2018和2019年水稻生长季节稻田CH₄和N₂O排放通量进行监测,并测定水稻产量,探讨生物炭配施不同量无机氮对稻田CH₄和N₂O排放、水稻产量以及氮肥利用率的影响。【结果】（1）稻季CH₄和N₂O排放呈现明显的季节性变化规律。CH₄排放峰值主要出现在分蘖期和齐穗期,N₂O排放峰值主要出现在氮肥施用和排水后。2018和2019年稻季各处理CH₄排放通量分别为0.01—48.97 mg·m ^-2·h ^-1和0.36—18.08 mg·m ^-2·h ^-1,N₂O排放通量分别为-0.002—0.17 mg·m ^-2·h ^-1和0.01—0.28 mg·m ^-2·h ^-1。2018年各处理CH₄和N₂O的平均排放通量分别为6.17—7.16 mg·m ^-2·h ^-1和0.02—0.04 mg·m ^-2·h ^-1,2019年的分别为5.16—5.83 mg·m ^-2·h ^-1和0.05—0.08 mg·m ^-2·h ^-1。（2）与CK相比,无机氮肥的施用对CH₄排放没有影响,但显著提高了N₂O排放,增幅为32.6%—113.0%。与IF处理相比,生物炭与无机氮配施（IF+C、RIF+C）显著降低N₂O排放,在2018年降幅为33.4%—43.1%,2019年为37.0%—39.5%,但对CH₄排放的影响不显著,因此对全球增温潜势的影响不显著。生物炭与无机氮配施处理IF+C与RIF+C间CH₄和N₂O排放差异不显著。CH₄排放是综合增温潜势（GWP）的主要贡献者,对GWP的贡献达84.4%—95.2%。（3）氮肥施用显著提高水稻产量,增幅达4.0%—6.0%。与IF处理相比,生物炭处理（IF+C、RIF+C）显著增加水稻产量,增幅达9.9%—11.9%。生物炭与无机氮配施处理IF+C与RIF+C间水稻产量差异不显著。与IF处理相比,IF+C、RIF+C处理氮肥利用率显著增加了7.7%—8.1%,且RIF+C的氮肥偏生产力两年分别增加了57.1%、52.3%。【结论】减氮30%配施生物炭能有效地降低稻田N₂O排放、增加水稻产量、提高氮肥利用率,是一项可持续的农艺措施。但生物炭对稻田温室气体减排的效应还要进一步研究探讨。     

不同氮肥后移量对稻套麦产量的影响

[目的]研究不同氮肥后移量对稻套麦产量的影响,探讨其适宜的氮肥施用方式。[方法]采用单因素随机区组设计,共7个处理,其中稻套麦10月25日播种,拔节肥按不同尿素施用量分5个处理:A:150 kg/hm2;B:225 kg/hm2;C:300 kg/hm2;D:375 kg/hm2;CK1:0kg/hm2。收稻后旋耕撒播小麦(茬后种麦)分2个处理,分别为CK2:于11月5日播种;CK3:于11月15日播种。稻套麦大田用种量225kg/hm2,茬后种麦大田用种量150 kg/hm2。[结果]在基肥、壮蘖肥一致的前提下,施用拔节肥225 kg/hm2后其穗粒数、千粒重、理论产量、实际产量及经济系数均高于其他施氮处理以及不施氮处理CK1。但与稻茬后撒播小麦相比,在基肥、壮蘖肥一致的前提下,稻套麦产量要低于适期茬后种麦水平,高于迟播小麦。[结论]该研究可为稻套麦高产栽培提供理论参考。     

亚热带区域农业面源污染流域源头防控机理与技术示范

日益剧增的农业面源污染使得亚热带流域环境可持续管理面临巨大挑战。亚热带红壤丘陵地区的丰富降水、复杂多样土地利用方式和高强度氮磷投入,导致了该地区水文过程、氮磷元素生物地球化学过程、以及氮磷污染物迁移转化规律的复杂性。从"十一五"至今,我们以亚热带丘陵区典型金井小流域为对象,研究建立流域多尺度环境监测系统,准确定量流域氮磷平衡特征,精确解析流域氮磷迁移规律与输出通量;构建以水文和氮磷过程为主要对象的分布式栅格流域生源要素管理模型(CNMM),制定流域氮磷环境安全控制标准,开发流域环境安全评价和污染源头防控决策支持系统;研发针对农田养分流失、分散型农村生活污水和养殖业废水的绿狐尾藻生态湿地消纳技术,探索农业氮磷减控关键途径,构建流域面源污染源头防控技术体系,并进行了大规模的推广应用与示范。这些结果将巩固和加强亚热带区域农业面源污染流域源头防控的应用基础研究,为实现流域环境的生态管理、质量恢复和生态系统服务功能提升提供理论依据。