不同种植方式下农田渗漏水硝态氮含量的动态变化特征研究

该文选取江阴市沿江平原地区的3种典型农业种植区:即大棚葡萄集约化种植基地、蔬菜集约化种植基地和常规种植农田为研究对象,通过田间现场采样分析的试验方法研究了不同种植方式下农田渗漏水硝态氮含量的动态变化特征。结果表明,大棚葡萄集约化种植区渗漏水硝态氮含量随着时间的变化波动较大,硝态氮平均含量达到31.94mg/L,其中硝态氮含量峰值高达45.90mg/L,这主要是由于大棚葡萄集约化种植条件下长期过量施肥导致土壤氮素累积水平过高,过量灌溉又加大了土壤氮素的淋失强度;而蔬菜集约化种植区和常规种植区渗漏水硝态氮平均含量分别仅为4.02,3.54mg/L,显著低于大棚葡萄集约化种植区,其中常规种植区渗漏水硝态氮平均含量最低,这与常规种植区施肥强度较低有关。大棚葡萄集约化种植条件下过量灌溉和施肥加剧了土壤氮素的渗漏损失,是引起农田地下水环境硝态氮污染的主要原因。研究结果可为优化田间管理措施、减轻农田氮素淋失以及防治农业非点源污染提供科学依据。     

集约化种植条件下土壤硝态氮动态变化及累积特征研究

选取江阴市沿江平原地区的3种典型农业种植区,即大棚葡萄集约化种植基地、蔬菜集约化种植基地和常规种植农田为研究对象,通过田间现场采样分析的方法研究了不同种植方式下土壤剖面硝态氮含量的动态变化和累积特征.结果表明,葡萄种植基地0-100 cm各土层硝态氮含量随时间的变化波动较大,而蔬菜种植基地和常规种植农田的表层土壤硝态氮含量变化幅度大于深层土壤;3种典型种植区的土壤硝态氮含量均呈现随着土层深度的增加而逐渐减小的趋势,其中土壤硝态氮含量最大值出现在葡萄种植基地的20-40 cm土层中;葡萄种植基地各土层硝态氮平均累积量均高于蔬菜种植基地和常规种植农田,大棚葡萄集约化种植基地0-00 cm土层硝态氮平均累积总量高达400.96 kg/hm2,显著高于蔬菜集约化种植基地和常规种植农田的累积总量,这进一步表明不合理过量追肥导致土壤中硝态氮大量累积,增大了氮素淋失和地下水环境污染的风险.     

科尔沁沙地不同土地利用结构硝酸盐氮淋失规律

采用小型回填式土柱动态淋溶实验方法,研究了科尔沁沙地不同土地利用结构耕层土壤硝酸盐氮淋失规律。结果表明,科尔沁沙地草地、林地和沙荒地结构淋溶液硝酸盐氮浓度平均值低于地下水Ⅰ类水质标准（2.0mg·L-1）,农田结构淋溶液硝酸盐氮浓度平均值大于地下水Ⅰ类水质标准。农田结构是造成地下水硝酸盐氮污染的重点区域。科尔沁沙地不同土地利用结构硝酸盐氮淋失强度依次为：农田（96.54kg·hm-2·a-1）〉沙荒地（32.84kg·hm-2·a-1）〉林地（28.66kg·hm-2·a-1）〉草地（15.48kg·hm-2·a-1）。农田是科尔沁沙地氮素营养管理的重点结构,硝酸盐氮淋失强度与土壤硝态氮含量呈极显著正相关。     

长期施肥条件下华北平原农田硝态氮淋失风险的研究

利用河北辛集潮土(21年)和北京昌平褐潮土(9年)两个长期定位施肥试验研究了华北平原冬小麦夏玉米轮作体系下农田氮素平衡和硝态氮淋失风险。结果表明,单施氮肥的增产效果有限,昌平试验点甚至出现减产现象;而适量有机肥与氮磷或氮磷钾配施可显著提高作物产量,降低氮素盈余。单施氮肥时,辛集和昌平土壤硝态氮峰值分别达20.7和30.0.mg/kg,出现在160200.cm和90120.cm土层;硝态氮累积量高且大部分集中在根区外土壤,硝态氮淋失风险大。氮磷或氮磷钾肥配施时,硝态氮峰值出现深度上移3040cm,根区和根区外土壤硝态氮累积量均大幅降低,淋失风险明显减弱;在氮磷或氮磷钾肥基础上适量施用有机肥时,硝态氮峰值出现深度进一步上移至根区土壤,深层土壤硝态氮累积量显著下降,淋失风险低。过量施用有机肥或过量施用氮肥时,深层土壤硝态氮累积量大幅增加,甚至超过单施氮肥处理,淋失风险大大增强。研究结果表明,氮磷钾肥与有机肥配合施用是提高作物产量、控制农田硝态氮淋失的重要途径。     

科技部“十三五”农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发重点专项 “农田氮磷淋溶损失污染与防控机制研究”项目正式启动

集约化农田通过投入大量化肥和灌溉提高作物产量,过量的化肥养分通过淋溶损失到地下水,对地下水环境产生巨大影响。这种高强度的人为干预,形成了集约化农业特有的根层-深层包气带-地下水系统。我国农业主产区集约化程度和污染负荷居全球之首,对环境影响为全球典型。我国地下水污染日益严重,80%监测点地下水为Ⅳ和Ⅴ类,与农田淋溶相关的“三氮”(氨氮、亚硝态氮、硝态氮)是最主要的污染源。黑土、潮土和褐土区是我国粮仓,氮磷肥、灌溉过量投入,也是农田氮磷淋溶和地下水污染的易发区和高发区。因此,开展氮磷在根层-深层包气带-地下水淋溶机理和阻控机制的理论研究,是保障国家粮食安全和生态环境可持续的迫切需求。由农田点污染控制向区域农田氮磷淋失风险控制分区及其相关氮磷消减政策法案的结合治理是国际上农田氮磷淋失污染控制的发展趋势。欧洲联盟(EU-27)制定硝酸盐指令(nitrate directive)和水指令(water framework directive),规范肥料与灌溉水的施用量和方式,提高氮磷的利用效率,减少氮磷淋失,并通过划分硝酸盐脆弱敏感区,进行重点防控。由此可见,研究从农田到区域的氮磷淋溶规律和区域阻控途径意义重大。针对这一社会需求,近日,科技部联合农业部启动了第一批“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”重点专项,“农田氮磷淋溶损失污染与防控机制研究项目”属于专项2016年首批启动的基础研究项目之一。     

亚热带主要耕作土壤硝态氮淋失特征试验研究

本文选取红壤、水稻土、潮土、黄棕壤和紫色土等我国亚热带地区的主要耕作土壤为研究对象,采用土柱模拟试验,研究了在这些土壤中,氮素累积与硝态氮迁移的动态特征,并对氮素的淋失风险进行了定量评价和预测。结果表明,硝态氮在土壤中的淋失过程可分为两个明显的阶段:高浓度快速降低阶段和低浓度缓慢降低阶段。硝态氮淋失过程存在明显的拐点,该点对应的累积入渗量（拐点入渗量）变化范围为38.1 - 219.7 mm,且随土壤硝态氮含量的增加呈幂函数关系增加,表明随硝态氮含量的增高,其淋失风险呈加速增大的趋势。硝态氮淋失强度随土壤硝态氮含量的增加呈显著的线性变化趋势。初步估测,我国亚热带地区年降水入渗量700 mm和土壤硝态氮累积水平为N 20 mg /kg条件下,表层土壤（0-20cm）的硝态氮年平均淋失量为N 484.9 kg /hm2,土壤间的变异系数（CV）分别为26.5%。土壤硝态氮含量是影响硝态氮淋失强度的决定性因素,其它土壤性质的影响均相对较小,因此,控制土壤氮素累积和化肥施用水平是降低其淋失风险的关键环节。     

DMPP对菜地土壤氮素淋失的影响研究

采用小粉土和青紫泥原状土柱种植青菜，研究了尿素添加DMPP（3．4-二甲基吡啶磷酸盐）硝化抑制剂对土壤氮素淋失的影响。结果表明．在60天内，与常规尿素相比，小粉土和青紫泥DMPP处理硝态氮的累积淋失量分别降低66．8％和69．4％，氨氮淋失量提高9．7％和6．7％，无机氮降低59．1％和63．0％；蔬菜收获后，土壤0～15cm层无机氮增高34．1％和28．2％，土壤中氮素纵向迁移降低。可见，DMPP抑制剂施入土壤具有显著的氨氧化抑制作用，延缓蔬菜地土壤氨氮向硝态氮的转化，减轻氮素向水体迁移的风险。使用硝化抑制剂DMPP，由于土壤对氨氮的强吸附特性．迁移总量低，不会对地下水造成污染的风险。     

不同降雨强度对营养盐垂向迁移过程和淋失量的影响

云南抚仙湖流域农田面源污染日益严重,土壤污染物主要随地表径流进入湖泊,使湖泊受到污染。但目前的现场观测表明,农田区浅层地下水也已受到污染,地下水已成为污染物输移的路径之一。通过四组不同降雨强度作用下的室内土柱试验模拟土壤污染物向地下水的淋失迁移量,对降雨入渗过程中总氮、总磷、铵态氮和硝态氮的垂向迁移过程进行了分析,通过分时段处理来对各组实验中营养盐累积淋失量进行了计算。结果表明,硝态氮的垂向迁移能力和出流浓度均大于铵态氮,总氮和总磷的累积淋失量与累积降雨量呈自然对数关系;降雨强度对总氮的淋失作用明显,对总磷淋失量的影响则相对较弱。实验结果有助于揭示抚仙湖流域降雨作用下农田土壤中污染物的垂向迁移过程及其对农田浅层地下水的污染机制,并为污染物垂向迁移的数学模拟提供数据基础。     

褐土区农田土壤氮磷淋溶特征及其管理措施

自20世纪90年代以来,持续过量氮磷化肥投入导致农业面源污染日益严重,了解农田土壤氮磷淋溶特征是降低地下水污染的基础。基于田间调查、长期定位肥料试验和田间试验,分析褐土区氮磷的盈余状况,阐明该区农田土壤氮磷的盈余变化、淋溶特征;评价田间管理措施对农田土壤氮磷淋溶的影响。结果表明,典型褐土区关中平原过量施氮的土壤达到83%以上,大量土壤硝态氮已经迁移到100cm土层以下,15%的水井地下水的硝态氮含量超过10 mg·L~(-1)(WHO饮用水标准);80%耕层土壤有效磷(Olsen-P)含量已超过20mg·kg-1,富磷土壤已出现可溶性磷素向耕层以下迁移的现象。氮肥和磷肥的投入量、氮磷吸收量和土壤氮磷残留量之间存在着3个发展阶段:环境友好-资源高效阶段、环境低风险-资源低效阶段和环境有害-资源无效阶段。与当地常规水肥投入量相比,在保证产量的前提下,化肥减量、降低灌溉量、施用生物炭或秸秆还田都可以降低氮磷淋失量;其中化肥减量、降低灌溉可显著降低氮磷的淋失,其次是施用生物炭和秸秆。施用秸秆条件下,阻控硝态氮淋失与微生物生物量碳氮的提高、土壤硝化势降低或反硝化势升高有关。此外,需要关注褐土区粮果复合系统中土壤氮磷淋溶的环境效应、地下水硝酸盐污染的溯源等问题。     

宁夏引黄灌区日光温室集约种植区浅层地下水硝态氮含量与耕层土壤硝态氮含量的关系

  目的  探讨宁夏引黄灌区日光温室集约种植区地下水硝态氮污染现状及其与土壤硝态氮含量之间的关系,为有效防治地下水硝态氮污染及土壤盐渍化提供理论依据。  方法  通过抽样调查方法,采集7个典型日光温室集约种植区不同时期的214个地下水样及102个0 ~ 20 cm土壤样品,分析了地下水和土壤的硝态氮含量及电导率等。  结果  地下水样本硝态氮含量超过Ⅲ类水标准的达53.3%;近80%的土壤样本呈现出不同程度的盐渍化,其中中度盐化土占57%。当地下水硝态氮含量大于40 mg L?1时,地下水电导率、土壤电导率和土壤硝态氮含量均随地下水硝态氮浓度增加而急剧增加。土壤电导率与土壤硝态氮含量之间呈极显著线性函数关系,决定系数达0.376。土壤硝态氮含量与地下水硝态氮含量之间呈极显著的指数函数关系,土壤电导率与地下水电导率之间呈极显著的线性函数关系。  结论  宁夏典型日光温室集约种植区的地下水硝态氮污染和次生盐渍化严重,并与土壤硝态氮含量和盐渍化密切相关。     

宁夏黄灌区稻秆还田对硝态氮流失量的影响

为控制稻田土壤硝态氮流失,对宁夏黄灌区稻田设置不同量秸秆还田处理常规施肥不还田（CK）、常规施肥条件下稻秆分别半量（T1）与全量（T2）还田,采用树脂芯法测定了稻秆还田10、20、30cm土层硝态氮淋失量。结果表明,稻秆还田可以有效减少30cm处硝态氮淋失量,减少比例在5.5左右。从生育期内来看,前期流失量大于后期,但在后期120cm土层渗滤液中硝态氮含量在10mg.L-1以下,对地下水污染没有威胁。稻秆还田条件下,前期土壤硝态氮含量较低,减少了硝态氮淋失的可能性,后期N素得到释放而促进了水稻的生殖生长,产量得到增加。因此,稻秆还田可以作为源头控制稻田硝态氮流失的较好措施加以推广。     

田块尺度上土壤/地下水中硝态氮动态变化特征及模拟

以青岛市大沽河下游地区冬小麦–夏玉米轮作农田为对象,通过田间试验和室内分析,研究了不同深度土壤和地下水中NO3–-N在一个轮作周期内的动态变化特征,探讨了不同氮肥施用量和灌溉量对土壤-地下水系统中NO3–-N时空分布的影响,并基于土壤水动力学和溶质运移理论对土壤中NO3–-N运移过程进行了数值模拟。模拟结果表明:小麦季施氮(N)量达到380 kg/hm2,玉米季施氮量达到290 kg/hm2时,季末剖面深度130~160 cm土壤NO3–-N含量超过10 mg/kg;由地下水NO3–-N月累计量估算模型得出,NO3–-N在6月和8月向浅部地下水的淋失量最大,分别为7.20、7.67 mg/L。     

山东省种植区地下水硝酸盐污染空间变异及分布规律研究

近年来,我国部分地区地下水硝酸盐污染态势十分严峻,特别是集约化种植区由于施用大量氮肥导致的硝酸盐污染更为严重。为控制污染,应掌握地下水硝酸盐污染的空间变异规律与分布特征。采用地统计学方法,对山东省种植区地下水硝态氮含量数据进行空间变异分析。结果表明,不同区域地下水硝态氮含量存在一定的差异,存在明显的趋势效应以及变异性,且含量随地下水深度增加而减少。通过相关性分析,获得与地下水硝态氮含量相关性最高的两个因子（土壤有机质含量和全氮含量）,并作为协克里金（Cokriging）插值方法中的协同因子,对山东省地下水硝酸盐污染进行插值。经比较分析,协克里金法比普通克里金法（Ordinary Kriging）的精度高,减少了80%的平均误差。协克里金法空间插值结果表明,空间分布规律表现在从西南到东北逐渐升高的方向性效应,而地下水硝态氮含量较高的区域主要分布在潍坊、青岛、烟台种植区,如青岛的平度、莱西,潍坊的寿光等农业较发达的种植区。     

武汉市城郊区集约化露天菜地生产系统硝态氮淋溶迁移规律研究

以武汉市及其周边区域的典型露天菜地为研究对象,对菜地土壤、土壤溶液及菜地附近井水中硝态氮（NO3--N）含量进行了周年监测分析。结果表明:菜地土壤100 cm内各土层NO3--N平均含量为11.2 mg/kg,其中0~20 cm土壤剖面NO3--N含量为21.1 mg/kg;60 cm深度处土壤溶液中NO3--N含量为27.5 mg/L;井水中NO3--N含量为19.6~39.8 mg/L,其含量达到了饮用水安全标准的2~4倍。由此说明:武汉城郊菜地土壤NO3--N淋失量较大,已造成地下水NO3--N污染;且硝酸盐淋失量随着氮肥施用量和水分输入量的增加而增大,同时与种植蔬菜的种类有一定相关关系;由于土壤理化性质不同,土壤硝酸盐含量在正常范围内并且尚能够安全种植作物时,地下水可能已受到严重的污染,这种情况在砂性土壤中表现更为明显。本文的研究为科学评价露天菜地土壤和地下水NO3--N污染提供了科学理论依据。     

不同养分管理对东北东部半山区地下饮用水硝态氮的影响

为了探讨不同养分管理方式对东北东部半山区村镇地下饮用水水质的影响,该文在辽宁省清原满族自治县选择典型地下饮用水源区域,通过近2 a的田间试验,研究结果表明：常规养分管理和农田养分管理施氮量分别为240 kg/hm2和192 kg/hm2,与常规养分管理相比,农田养分管理处理氮肥农学生产力显著高于常规养分管理处理,提高了22.47%;浅地下水埋深区,地下水硝态氮质量浓度增幅为深地下水埋深区1.6倍;减N 20%农田养分管理措施实施后,区域地下水硝态氮质量浓度较常规养分管理措施削减了51.19%。因此,采取农田养分管理措施降低了农田施肥对浅层地下饮用水源地污染风险,这对于村镇地下饮用水水源地的保护及村镇居民安全饮水具有重要意义。     

中国农田氮肥面源污染估算方法及其实证：Ⅲ估算模型的实证

在总结农田氮肥淋失的一般性规律基础上,建立了农田氮肥淋失的理论模型,具体建立了以下4类模型并进行了实证：施肥量与地下水硝态氮含量关系模型（直接评价模型）、施肥量与土壤硝态氮淋失量关系模型（间接评价模型）、施肥量与土壤硝态氮淋失浓度关系模型（间接模型）、施肥量与土壤硝态氮残留量关系理论模型（间接评价模型）。研究表明：上述4个理论模型和实际模型的比较说明,虽然氮的淋失总体上与施氮量正相关,但是不同气候区和土壤条件,其开始淋失或积累的施肥量不同,并且随施肥量增加的趋势（快慢）也不同,因此,必须建立适合于不同区域的模型参数才能实现更准确的淋失预测。但是,从宏观上,也可以通过参数的平均而大体地预测氮的淋失等级或趋势。     

长期不同施肥模式对日光温室土壤硝态氮时空分布及累积的影响

通过连续7 年的定位试验, 研究了日光温室生产中不同施肥模式(常规模式、无公害模式和有机模式)对土壤NO₃^--N 时空分布及累积的影响。结果表明, 随着种植年限的增加, 3 种施肥模式土壤剖面各层次NO₃^--N含量均呈上升趋势, 年增加量顺序为常规施肥模式＞无公害施肥模式＞有机施肥模式。受氮素输入量(施肥)的影响, NO₃^--N 主要分布在0~40 cm 土层, 0~60 cm 土层NO₃^--N 含量总体呈作物生长前期低、中期高、后期低的趋势; 与上层土壤相比, 100 cm 以下土层NO₃^--N 含量有不同程度的增加。0～200 cm 土体NO₃^--N 平均累积量有机施肥模式比无公害施肥模式低33.8%, 比常规施肥模式低45.9%; 无公害施肥模式比常规施肥模式低18.3%。3 种施肥模式下, NO₃^--N 都有向2 m 以下土体淋洗的趋势。与施用化学肥料相比, 施用有机肥能明显降低土壤剖面NO₃^--N 含量, 控制其累积峰的下移, 但不合理施用有机肥也会产生NO₃^--N 淋洗而污染环境。     

盐渍化灌区玉米施氮量阈值DNDC模型模拟

为了寻求保障农业生产和环境友好的适宜施氮量,利用内蒙古河套灌区2 a田间试验数据对脱氮-分解作用模型（Denitrification-Decomposition Model,DNDC）进行了率定与验证,模拟并研究了影响硝态氮淋失量和植株吸氮量的关键因素,以及玉米施氮量阈值。结果表明：1）DNDC模型可以较好地模拟玉米产量及氮素吸收利用情况,率定和验证过程中玉米产量、叶面积指数和收获时土壤0～20 cm土层土壤硝态氮累积量纳什效率系数与R2均不小于0.75,标准均方根误差为9.26%～21.48%。2）施氮量和追肥次数对硝态氮淋失量和植株吸氮量的影响较大,而耕作深度和灌水量对硝态氮淋失量和植株吸氮量的影响较小。且过多施用氮肥不会促进植株吸氮量和产量的增加,反而会增加硝态氮淋失量造成环境污染。3）植株吸氮量和玉米产量均随施氮量增加呈先增长后逐渐趋于稳定的趋势。此外,当追肥次数为3次时,生育期植株吸氮量较追肥1次和2次时的植株吸氮量平均高167.18%和31.27%。4）当追肥次数相同时,硝态氮淋失量随施氮量增加而增加;当施氮量相同时,随追肥次数增加,硝态氮淋失量逐渐降低。当追肥次数为2次和3次时,生长季硝态氮淋失量较追肥1次时平均减少41.96%、59.75%。综合考虑玉米产量、硝态氮淋失量和植株吸氮量,当施氮量为165.50～200 kg/hm2,且分别在拔节期、抽雄期和灌浆期进行追肥为较优的施肥方案。研究成果可为减少河套灌区地下水环境污染及资源浪费提供技术支撑。     

华北农区浅层地下水硝酸盐分布特征及其空间差异性

华北平原地下水硝酸盐污染备受关注,然而受地貌类型、土地利用、土壤结构、含水层水文地质条件等因素差异性的影响,对区域尺度上农区浅层地下水硝酸盐污染程度和特征尚没有统一定论。本文通过综述过去华北平原地下水硝酸盐污染程度的相关研究,并结合近年来对华北平原农业种植区浅层地下水硝酸盐研究所取得的认识,指出补给源区(太行山低山丘陵区)、山前平原和低平原3个典型地貌类型区浅层地下水硝酸盐研究存在的问题:补给源区土地利用变化多样、土壤和含水层渗透性好,要重视对源区氮输入的控制,加强低山丘陵区气候变化对水文过程和氮迁移过程影响机制的研究;山前平原区是农业高产区,地下水埋深较深且包气带厚度大,较高的浅层地下水硝酸盐浓度除了与点源、污水渗漏以及污水灌溉等直接影响因素有关外,农田过量肥料施用对地下水硝酸盐影响的程度、水氮迁移路径以及未来潜在风险是农区地下水硝酸盐研究中亟需关注的问题;低平原区较细的土壤沉积结构减缓了氮向下迁移的速度,但地下水埋深较浅,二者的制约关系决定了地下水硝酸盐浓度,因此应在理解地表水-土壤-地下水转化关系的基础上评估地下水硝酸盐污染的风险。