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。     

有机无机氮肥配施对土壤氮淋失及油麦菜生长的影响

利用网室盆栽试验,研究了相同施氮量不同有机无机氮配施比例：0∶4、1∶3、1∶1、3∶1和4∶0对油麦菜产量及土壤氮淋失的影响。结果表明,0∶4配比（单施无机氮肥）处理土壤渗虑液pH值最低,而总氮、硝态氮和铵态氮淋失量最高,分别为926.6、648.3和194.7mg;配施有机肥能够显著提高渗滤液pH值和增加油麦菜产量,同时降低土壤氮淋失量,且随有机肥配施量增加,土壤氮淋失量下降明显,而1∶1有机无机氮配比处理油麦菜产量最高;硝态氮是土壤主要的氮淋失形态;油麦菜移栽第5 d和第18 d是土壤总氮、硝态氮淋失高峰期,且无机氮肥追施能够增加总氮、硝态氮的淋失量;土壤铵态氮淋失量随油麦菜生长总体上呈下降趋势。从兼顾油麦菜产量和减轻氮对环境污染两个角度考虑,有机无机氮1∶1的用量配比较佳。     

中国农田氮淋失相关因素分析及总氮淋失量估算

通过对我国近 10 年 382 组农田 N 素淋失数据进行统计分析,发现水田的 NO3--N 淋失量与土壤体积质量、有机质、全 N（TN）、黏粒含量百分比显著负相关,与施 N 量、灌水量显著正相关;旱地中 NO3--N 淋失量与全 P（TP）、粉粒含量百分比、土层深度显著负相关,与土壤中 TN 含量、砂粒百分比含量、施 N 量、降雨量、灌溉水量显著正相关。水田中总 N 表观淋失率平均值为 2.19%,95% 的置信区间为 1.56% ~ 2.82%;旱地中总 N 表观淋失率平均值为 4.35%,95% 的置信区间 2.88% ~ 5.82%。根据 2008 年中国统计年鉴计算出 2007 年我国总 N 淋失量达到 0.644 Tg,约占我国总施 N 量的2.80%。     

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。     

基于钾平衡和氮淋失风险的红壤猪粪安全用量

我国红壤区土壤普遍缺钾。通过8 a猪粪施用试验,研究了长期不施肥,长期施低量有机肥钾（59?kg/(hm2·a)）,高量有机肥钾（237?kg/(hm2·a)）,高量有机肥钾+石灰（有机肥钾237?kg/(hm2·a)＋石灰1?000?kg/(hm2·a)）对红壤旱地钾平衡的影响,并结合氮淋失风险制定有机肥钾安全用量。研究表明,红壤旱地长期有机肥施用提高了土壤供钾能力,而不会增加钾淋失。施入土壤的有机肥钾超过69%被作物吸收,但低量有机肥处理导致土壤钾库不断耗竭,而高量有机肥和高量有机肥+石灰处理每年可向土壤补充钾48～57?kg/hm2。针对单作玉米系统,保障作物钾需求和土壤钾库平衡的有机肥施钾量为180?kg/hm2。若考虑有机肥施用的硝酸盐淋失风险,有机肥施钾量不能高于155?kg/hm2,同时需补施25?kg/hm2化肥钾满足作物生长、预防土壤钾库耗竭。     

华北山前平原农田土壤硝态氮淋失与调控研究

本文依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米一年两熟长期定位试验, 应用土钻取土和土壤溶液取样器取水的方法, 研究了不同农田管理措施下土壤硝态氮的累积变化, 计算了不同氮肥处理通过根系吸收层的硝态氮淋失通量。结果表明, 小麦-玉米生长季土壤硝态氮累积量和淋失量随着施氮量的增加显著增加, 相同氮肥水平下增施磷、钾肥增加了作物的收获氮量, 施磷肥增加的作物收获氮量最高可达123kg·hm^-2·a^-1, 施钾肥增加的作物收获氮量最高为31 kg·hm^-2·a^-1。不同灌溉水平下0~400 cm 土体累积硝态氮随着灌溉量的增加而降低, 控制灌溉(小麦季不灌水, 玉米季灌溉1 水)、非充分灌溉(小麦季灌溉2~3 水, 玉米季按需灌溉)、充分灌溉(小麦季灌溉4~5 水, 玉米季按需灌溉)各处理剖面累积硝态氮量分别为1 698 kg·hm^-2、1148 kg·hm^-2 和961 kg·hm^-2。与非充分灌溉和充分灌溉处理相比, 控制灌溉在100~200 cm 土层硝态氮累积量显著高于其他层次, 2003~2005 年间控制灌溉剖面增加的硝态氮量占施肥总量的23%; 非充分灌溉处理剖面增加的硝态氮量占施肥总量的22%; 充分灌溉处理剖面增加的硝态氮量占施肥总量的47%。免耕措施降低了作物产量, 影响土壤水的运移, 增加了硝态氮的淋失风险。根据作物所需降低氮素投入(N 200 kg·hm^-2·a^-1), 增施磷、钾肥, 控制灌溉量是减少华北山前平原地区硝态氮淋失, 保护地下水的有效措施。     

有机肥及DMPP对蔬菜生产及硝态氮淋失的影响

研究在等氮条件下有机无机肥配施及添加硝化抑制剂DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)对蔬菜产量、品质及土壤硝态氮淋失的影响,旨在为蔬菜安全生产和地下水环境质量保护提供理论依据。采用大型原状土柱系统,连续种植3季蔬菜(蕹菜、苋菜和萝卜),以施有机肥的氮素量占总氮施用量的质量分数为依据,设置8个施肥处理:不施肥(CK)、纯化肥(CF)、30%有机肥+70%无机肥(30%OM)、50%有机肥+50%无机肥(50%OM)、70%有机肥+30%无机肥(70%OM)、纯化肥+DMPP(CF+DMPP)、30%有机肥+70%无机肥+DMPP(30%OM+DMPP)和50%有机肥+50%无机肥+DMPP(50%OM+DMPP)。结果表明:1)随有机肥施用比例增大,蔬菜产量呈下降趋势,但施用比例不高于50%时产量下降不显著;随有机肥施用比例增大土壤硝态氮淋失量及蔬菜硝酸盐均降低,50%OM处理土壤淋失液硝态氮平均浓度及淋失量较CF处理显著降低了29.29%和25.39%,氮肥表观利用率及表观淋失率分别为22.60%和8.82%。2)硝化抑制剂DMPP对蔬菜产量和硝酸盐含量的影响与蔬菜种类和种植季候密切相关,降低土壤硝态氮淋失的效果为CF+DMPP30%OM+DMPP50%OM+DMPP,但DMPP的抑制效果会随有机肥的比例增加而降低。50%OM+DMPP处理氮肥表观淋失率和表观利用率分别为4.70%和26.26%。3)试验期间,3季蔬菜水分输入(降雨和灌溉)分别为总水分输入量的49.82%(蕹菜季)、23.03%(苋菜季)和27.15%(萝卜季);水分淋失量为总淋失量的46.75%(蕹菜季)、19.66%(苋菜季)和33.59%(萝卜季);硝态氮淋失量为总淋失量的73.77%(蕹菜季)、2.31%(苋菜季)和23.92%(萝卜季)。研究表明,50%OM+DMPP处理,是保证蔬菜产量品质,同时有效降低土壤硝态氮淋失量的最优处理;降雨和施肥措施是影响土壤硝态氮淋失的重要因素,合理配施有机肥及添加DMPP并根据蔬菜生长需肥特性进行施肥能有效应对连续降雨造成的硝态氮大量淋失。     

基于三维Copula函数的滴灌硝态氮淋失风险评估方法

硝态氮淋失是滴灌系统设计和运行管理需要考虑的重要因素。该研究构建了滴灌条件下的水氮运移模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,模拟分析了田间尺度砂壤土饱和导水率和初始含水率空间变异对NO₃^--N淋失率的影响,并利用三维Gumbel-Hougaard Copula函数构建了土壤饱和导水率、初始含水率和NO₃^--N淋失率的联合分布函数,分析了给定土壤饱和导水率和初始含水率条件下NO₃^--N淋失率超过某一阈值的条件概率。结果表明,NO₃^--N淋失率概率密度函数可用指数函数表示;土壤饱和导水率和初始含水率的空间变异会明显增加NO₃^--N淋失风险;NO₃^--N淋失率超过给定阈值（6.4%,均质土壤条件下的NO₃^--N淋失率）的条件概率基本随土壤饱和导水率和初始含水率的增大而增大。构建田间尺度土壤特性参数（如饱和导水率、初始含水率等）与NO₃^--N淋失率的联合分布函数为研究多变量空间变异条件下NO₃^--N淋失风险评估提供了参考。     

不同土壤耕作法对作物产量及土壤硝态氮淋失的影响

针对华北平原小麦—玉米两熟区不同土壤耕法下玉米产量及玉米生育期土壤硝态氮迁移进行研究,结果表明,翻耕模式下玉米产量最高,免耕下最低。在0~180 cm土体中,收获期与苗期相比,翻耕硝态氮含量平均减少了66.6%;旋耕平均减少了21.7%;免耕则平均减少了20.9%。累积峰出现的深度与硝态氮淋失有直接关系。对比3种模式,翻耕累积峰最深,硝态氮淋失威胁最大;免耕无明显累积峰。在施肥、灌溉等影响硝态氮淋失的可控因子以外,从耕作模式上研究硝态氮淋失是今后研究的方向。     

W-OH固化剂对土壤水渗漏及硝态氮淋失的影响

采用盆栽试验结合天然降雨观测,研究了不同W-OH喷施浓度(1%、3%和5%)对作物(大豆、玉米和大蒜)地土壤水渗漏及硝态氮淋失的影响。结果表明:本试验条件下W-OH的保水作用受降雨量和作物类型影响;小雨和中雨条件下,玉米地土壤水渗漏量随W-OH施用浓度的增加呈先减小后增加,浓度为3%的处理渗漏量最低,保水效益明显;当降雨量达大雨及以上级别时,W-OH的保水作用与其喷施浓度成正比;W-OH对大豆和大蒜地的保水作用不受降雨量的影响,且其对二者土壤水渗漏量的影响规律相似,与对照(不喷施WOH)相比,各处理水分渗漏量随W-OH浓度增加而增加。在作物生长初期,W-OH的保肥作用与其施用浓度成正比,经历后续降雨渗流多次淋溶,保肥作用趋于稳定;玉米和大蒜地喷施中、高浓度(3%和5%)的WOH即可减少硝态氮淋失量,大豆地1%浓度的W-OH即可减少硝态氮淋失。     

华北潮土冬小麦-夏玉米轮作包气带氮素淋溶机制

合理水氮管理可以实现作物目标产量和品质、维持土壤肥力和降低环境污染。然而,自20世纪90年代以来,我国农田过量施氮和大水漫灌等问题突出,引起农业面源污染日趋加重,地下水硝酸盐污染成为一个普遍现象。本文以华北潮土区冬小麦-夏玉米体系为研究对象,采用数据整合和文献分析的方法,阐明了典型农田硝态氮淋溶的时空特征及影响因素,研究了地表裂隙和土壤大孔隙对硝态氮淋溶的影响,定量了氮素在地表-根层-深层包气带-地下水的垂直迁移通量及过程。结果表明,农户常规管理的冬小麦-夏玉米轮作体系氮素盈余较高(299～358kg·hm~(-2)·a~(-1)),导致土壤根区和深层包气带累积了大量的硝态氮。冬小麦季硝态氮的迁移主要受灌溉影响,以非饱和流为主,且迁移距离较短;春季单次灌溉量低于60 mm,可以有效控制水和硝态氮淋溶出根区。冬小麦耕作和灌溉引起的地表裂隙对水氮运移的贡献不大。雨热同期的夏玉米季,土壤水分经常处于饱和状态,再降雨就可以导致硝态氮淋溶出根层进入深层包气带。夏玉米季极易发生硝态氮淋溶事件(占全年总淋溶事件的81%左右),硝态氮淋溶量占全年总淋溶量的80%左右,且单次淋溶事件的淋溶量较高。大孔隙优先流对夏玉米季根区硝态氮淋溶的贡献率在71%左右,这些硝态氮脱离了作物根系吸收范围,反硝化作用对硝态氮去除具有一定作用。在华北气候-土壤条件下,特别应注意冬小麦收获后土壤不应残留过多硝态氮,以避免夏玉米季降雨发生大量淋溶;夏玉米季需要注意施氮与作物需氮的匹配。由于夏玉米追肥困难,生产上提倡一次性施肥措施,控释肥应该能够发挥更大作用。未来气候变化,导致夏季极端高强度降雨事件的频率增加,将会加剧包气带累积硝态氮通过饱和流或优先流向地下水的迁移。合理的水氮管理是从源头上减少硝态氮向深层包气带和地下水迁移的主要措施。     

长期不同施肥模式对潮土有机碳组分的影响

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式条件下潮土有机碳组分变化及其分布规律。结果表明,与不施肥（CK）比较,长期氮、磷、钾平衡施用（NPK）、秸秆还田（NPKS）和有机无机肥配施（NPKM和1.5NPKM）均显著提高了潮土粗自由颗粒有机碳（cfPOC）、微团聚体内物理保护颗粒有机碳（iPOC）及矿物结合有机碳（mSOC）的含量,其中以粗自由颗粒有机碳增幅最高,达114.5%～278.9％,对施肥最敏感,能较好反映长期施肥下土壤有机碳库的变化。矿物结合有机碳是潮土固存有机碳的主要形式,它占总有机碳的67.0%～80.4%。除偏施化肥（N和NP）外,其它施肥模式增加的总有机碳有49.1%～58.1%进入矿物结合有机碳组分;26.2%～31.7%进入粗、细自由颗粒有机碳组分;15.7%～20.9%进入物理保护有机碳组分。偏施化肥（N和NP）有利于自由颗粒有机碳的增加。综上分析,长期有机无机肥配施或秸秆还田是提升潮土不同组分有机碳库的较好施肥模式。     

施氮量对潮土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮磷淋溶的影响

潮土是我国华北地区主要土壤类型之一,潮土区是我国冬小麦-夏玉米作物的主要产区,研究不同施氮量潮土氮磷淋溶特征对于指导区域农田面源污染防控具有重要意义。本研究设置3个施肥处理,即传统施氮(CON)、优化施氮(OPT)和优化再减氮(OPTJ),利用田间渗漏池法,研究潮土冬小麦-夏玉米轮作农田硝态氮及总磷淋溶特征。结果表明:2016—2018年,冬小麦-夏玉米轮作周年不同施肥处理90cm土层年淋溶水量79.0～102.5 mm,不同淋溶事件间土壤淋溶液硝态氮浓度波动较大, CON、OPT和OPTJ处理单次淋溶事件硝态氮浓度分别为18.9～208.7(平均为72.7) mg·L~(-1)、9.0～99.2 (平均为33.8) mg·L~(-1)、4.7～55.5 (平均为15.4) mg·L~(-1)。本研究区域冬小麦-夏玉米轮作模式的氮素淋溶风险较高,磷素淋溶风险较低。传统施氮处理(CON)下农田硝态氮的平均淋溶量和表观淋失系数分别为66.4 kg·hm~(-2)和10.3%,而总磷(TP)为0.06 kg·hm~(-2)和0.04%。氮肥减施会显著降低氮素淋失,OPT和OPTJ处理的氮素淋溶减排率可达56.3%和78.9%。两个年度CON、OPT和OPTJ处理硝态氮平均表观淋失系数分别为10.3%、6.2%和4.9%,随着施氮量的增加,硝态氮淋失系数动态增加。氮淋溶具有较大的年际变化,降雨量高的2018年比降雨少的2017年硝态氮淋溶量多57.0%。两个年度CON、OPT和OPTJ处理总磷平均淋溶量分别为0.06 kg·hm~(-2)、0.06 kg·hm~(-2)和0.08 kg·hm~(-2)。适量减施氮肥会增加作物产量, OPT处理的作物产量是CON处理的1.08倍。然而,过量减施则会带来减产风险, OPTJ处理氮肥减施56%,作物产量比CON处理降低2.0%～8.1%。总之,潮土区农田硝态氮淋溶风险较大,适量减施氮肥能够在保证作物产量的基础上显著降低氮素淋失损失。     

微塑料输入与秸秆添加对潮土和黄棕壤氮淋溶的影响

为探究微塑料输入与秸秆添加对农田土壤氮淋溶的影响,以潮土和黄棕壤为研究对象,每种土壤各设置8个处理,包括对照（CK）、低量微塑料（PE1）、中量微塑料（PE2）、高量微塑料（PE3）、秸秆（S）、秸秆+低量微塑料（S+PE1）、秸秆+中量微塑料（S+PE2）、秸秆+高量微塑料（S+PE3）,研究了添加秸秆与不添加秸秆条件下,不同微塑料输入量对土壤氮淋溶的影响。结果表明,仅添加微塑料条件下,与对照（CK）相比,潮土PE1、PE2、PE3处理总氮（TN）淋溶量均无显著差异,黄棕壤仅PE1处理显著增加了TN淋溶量。在添加秸秆（S）处理中,与对照（CK）相比,潮土添加秸秆后显著降低了硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）、TN淋溶量,分别降低了31.15%、13.45%、15.26%,黄棕壤添加秸秆后显著增加了TN淋溶量,增加了22.56%。添加秸秆处理相较于不添加秸秆处理,潮土各浓度微塑料输入下NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN的累计淋溶量呈降低趋势,而黄棕壤低量微塑料输入降低了TN淋溶量,高量微塑料输入增加了TN淋溶量。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析表明,在潮土中添加秸秆主要通过影响淋溶液pH和NO₃^--N淋溶量影响氮素淋溶,微塑料添加量对氮淋溶无显著影响;在黄棕壤中添加秸秆主要通过影响淋溶液NO₃^--N、NH₄⁺-N淋溶量影响氮淋溶,微塑料添加量主要通过影响淋溶液NH₄⁺-N淋溶量影响氮淋溶。研究结果可为农田土壤微塑料污染风险的管控及减少土壤氮素的淋失提供依据。     

不同施肥方式对典型壤质潮土中微量元素积累及其有效性的影响

研究了1989-2009年间长期不同施肥方式对华北地区典型壤质潮土微量元素全量及有效性的影响。田间试验施肥处理包括：有机肥（OM）、1/2OM 1/2化肥氮磷钾（NPK）、NPK、NP、PK、NK和不施肥（CK）,每个处理4个重复。结果显示,经过长期不同施肥,铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）等微量元素在表层土壤（0～20cm）中均有一定积累,与其在不同土层中的迁移有关。形态分级提取结果表明,土壤中有效态铁（DTPA-Fe）、铜（DTPA-Cu）、锌（DTPA-Zn）含量高于其在碱性土壤中的最低标准,而有效态锰（DTPA-Mn）的含量则相对较低;残渣态(Residual-faction)是微量元素在土壤中的主要形态,分别占其全量的>90%（Fe）、>54%（Mn）、>70%（Cu）、>70%（Zn）。有机质在土壤中的积累通过多种机制提高了有效态、弱酸溶解态（Acid-soluble-fraction）及可氧化态（Oxidizable-faction）微量元素的含量,有效缓解了土壤有效态锰含量的不足,抑制了磷与锌的沉淀反应,是影响微量元素形态转化的主要原因。钾肥的施用同样提高了有效态及弱酸溶解态微量元素的含量,但降低了铁、锰在表层土壤中的全量;而磷肥施用则通过沉淀反应降低了有效态及弱酸溶解态微量元素的含量,提高了铜、锌在表层土壤中的全量。     

潮土农田微生物研究进展

土壤微生物对不同施肥的响应和反馈对于评价和解释科学施肥具有极为重要的意义。本文总结了本课题组在我国华北平原潮土碳、氮、磷循环相关微生物对不同施肥,特别是对单施有机肥的响应方面的研究结果,明确了潮土地力提升过程中的微生物学机制。长期定位试验研究结果表明,长期平衡施肥,特别是施用有机肥能够显著增加潮土中有机碳和养分含量,特别是磷含量,进而改变土壤微生物群落结构,提高微生物生物量碳、转化酶活性、呼吸强度及微生物功能多样性(碳代谢活性),并且土壤微生物代谢熵与代谢热显著降低。相反,在缺素特别是缺磷条件下,土壤微生物不仅代谢效率低下,而且代谢过程会散逸相对多的热量、排放相对多的CO2,导致土壤质量明显下降。长期施用氮肥可增强潮土硝化活性、增加氨氧化细菌的数量和多样性,且无机氮肥比有机氮肥影响更显著;但是,科学施用氮肥的前提是必须合理地添加磷肥,才能更好地促进潮土作物生长、减少氮素损失和提升土壤地力。对于缺磷的潮土,长期施用磷肥,尤其是平衡施肥使得作物对菌根真菌(AMF)依赖性下降,进而导致土壤中AMF多样性下降,更多的土壤养分分配给其他微生物,有利于潮土农田地力的可持续性。潮土中一种土著微生物Bacillus asahii对长期施用有机肥的响应最为显著,该物种需要2~4 a会成为潮土中优势微生物,其有着独特的生理特征和丰富的代谢多样性,能够加速和促进其他微生物对潮土有机质累积和磷素循环过程的作用,在作物生长和土壤地力中起到"领军性"的作用。以上认知加深了对长期施用有机肥提升华北平原潮土地力过程中微生物学机制的认识,有助于指导调控土壤微生物更好地服务农田生态系统。     

长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳的影响

利用河南封丘潮土的13年长期施肥试验,采用Bremner法研究了潮土耕层有机氮组成的变化,分析了长期施肥对土壤有机氮组份和有机碳含量的影响。与不施肥和单施化肥相比,施有机肥或有机肥与化肥配施显著提高了土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、非酸解有机氮和有机碳的含量。有机氮主要由酸解铵态氮和氨基酸态氮组成,其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮,氨基糖态氮含量最小。施有机肥尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机氮的形成。施肥处理的酸解有机氮占全氮的比例减小,主要是由氨基酸态氮、酸解铵态氮占全氮的比例减小所致。与1989年试验开始时的土壤初始值相比,施有机肥能提高土壤全氮含量和有机质含量。在供应等氮磷钾的情况下,有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产量,是维持土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。     

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。     

华北平原农田裂缝对硝态氮淋溶的影响

土壤干缩开裂是常见的自然现象。目前关于土壤干缩开裂的研究主要集中于裂缝的最终形态特征,并且以室内试验为主。本研究通过室外大田试验,结合动态计算机图像分析及水氮运移模拟软件WHCNS,研究土壤干缩开裂的动力学过程、特征及其对农田水氮运移的影响。利用原位熔化石蜡浇筑得到了裂缝三维结构形态,借助三维激光扫描仪量化裂缝的几何特征,发现每平米裂缝平均长度为4.58m,裂缝上表面平均宽度为5.72 mm,平均深度为9.06 cm。基于三维扫描仪提取得到的裂缝几何参数,通过WHCNS仿真模拟,发现相较于无裂隙情况,裂隙的存在分别增加了传统施肥和优化施肥情况下97.40%和256.43%的硝态氮淋失量;与优化施肥模式相比,传统施肥模式更容易造成硝态氮的淋失风险。在模拟灌溉模式对硝态氮淋洗情况的影响时,其差异不明显;强降雨的设置同样增加了硝态氮的淋失风险,导致硝态氮的年均淋洗量增加83.61%。裂缝的存在严重影响农田作物对肥料的吸收和利用,通过优化施肥量、更改灌溉模式以及避免强降雨前施肥都可以减少肥料的损失。