节水灌溉稻田氨挥发损失及影响因素

为了揭示节水灌溉稻田氨挥发特征,开展了不同灌溉模式稻田氨挥发损失的田间试验,分析了节水灌溉稻田氨挥发速率季节变化规律与稻季氨挥发损失量,以及稻田氨挥发速率与影响因素之间的相互关系。结果表明,控制灌溉稻田氨挥发速率与淹水灌溉稻田变化规律基本一致,且在分蘖肥引起氨挥发出现峰值后的大部分时间里都要低于淹水灌溉;控制灌溉与淹水灌溉稻田稻季氨挥发损失总量（以纯氮计）分别为125.27 kg/hm2和145.64 kg/hm2,分别占稻季施氮量的31.06%和36.11%。除了受施肥影响外,稻田氨挥发还与田面水（表层土壤水）铵态氮浓度、空气温度、风速、日照时数及空气湿度等有密切关系。与淹水灌溉相比,控制灌溉减少了稻田氨挥发损失。     

水氮耦合对水稻田间氨挥发规律的影响

在防雨棚池栽试验中应用通气法研究了水氮耦合对稻田土壤氨挥发速率的动态变化及损失量。结果表明,稻田施用氮肥后有明显NH3挥发损失,整个生育期累计氨挥发量为31.67～69.70kg·hm^-2,占施氮量的17.95%～28.64%;不同生育时期氨挥发量的大小依次为返青期〉拔节孕穗期〉分蘖期〉抽穗开花期〉乳熟期,挥发高峰出现在施氮肥后的1～3d内;随着施氮水平增加,田间氨挥发量显著增加。与此同时,稻田水分状况对NH3挥发损失具有重要影响,与常规灌溉模式相比,控制灌溉条件下氨挥发总量和氨挥发损失率均较小,且不同施氮水平间差异显著。就氨挥发损失率而言,在试验条件下水氮耦合效应显著,以控制灌溉模式下施氮量为180kg·hm^-2时的氨挥发损失率最低,为17.59%。     

节水灌溉控制排水条件下稻田水氮平衡试验与模拟

为了揭示我国南方灌区节水灌溉控制排水条件下稻田水平衡机制及其氮素迁移转化规律,以指导稻田水肥管理,该文以2007－2008年试验区域水稻生长期田间水氮监测数据为依据,基于一阶氮素动力反应方程,耦合田间水平衡及氮素渗漏和作物吸收过程,构建了田间水氮平衡模型,模拟计算了试验区稻田日渗漏水量与各氮素迁移转化过程中的日铵态氮和硝态氮量。结果表明,试验区田间水经渗漏和排水流失占降水和灌溉水总和的54.7%,气态氮素损失（挥发和反硝化）和渗漏是稻田氮素损失的主要途径,挥发和硝化损失量分别占铵态氮和硝态氮的30.6%和36.1%。渗漏流失中硝态氮明显高于铵态氮,排水中铵态氮高于硝态氮。通过渗漏流失的总氮素量亦较大,渗漏硝态氮和铵态氮分别占其相应氮素形态的9.8%和29.5%。因此,减少氮素气态损失有利于提高节水灌溉控制排水稻田氮肥利用率     

稻田氨挥发损失和水稻产量对不同水氮处理的响应

为了实现减少氨挥发带来的环境负效应和增加作物产量的目的,在典型的江汉平原稻作区,设计4种不同的水氮管理模式:1)U+CI(普通尿素+常规灌溉),对照(CK);2)US+SWD(普通尿素减氮20%+薄浅湿晒节水灌溉);3)CRU+CI(树脂包膜控释尿素+常规灌溉);4)CRUS+SWD(树脂包膜控释尿素减氮20%+薄浅湿晒节水灌溉),探究了减氮与节水灌溉搭配的条件下,控释尿素对稻田氨挥发损失和水稻产量的影响。结果表明:不同水氮处理间稻田土壤铵态氮浓度无显著差异,但在水稻不同生育期间差异显著,表现为返青期分蘖期、孕穗期、抽穗期成熟期;各水氮处理氨挥发最高峰出现在施肥后的1～3 d,其中CRU+CI的氨挥发速率最快,为N 1.46 kg·hm~(-2)·d~(-1)。在整个晚稻生长季,基肥期和分蘖期是氨挥发的主要时期;节水减氮搭配下,常规施肥稻田的氨挥发总量显著小于控释肥处理稻田的氨挥发总量。其中US+SWD分别比CRU+CI和CRUS+SWD氨挥发总量降低了21.3%和15.3%,损失率分别降低了0.9%和14.8%;其中U+CI的氨挥发总量分别比CRU+CI和CRUS+SWD的氨挥发总量降低了15.7%和9.4%,损失率分别降低了15.5%和27.3%。稻田氨挥发损失量与土壤铵态氮浓度显著正相关。相比U+CI(CK),CRU+CI的水稻产量和CRUS+SWD的水稻产量均显著增加,其中CRU+CI增加了17.4%,CRUS+SWD增加了11.0%,而两个处理之间的水稻产量没有显著差异。因此,综合增产效应和节能减排效应,CRUS+SWD是该区域目前最佳的水肥管理方式。     

水氮用量对设施栽培蔬菜地土壤氨挥发损失的影响

【目的】针对我国设施蔬菜生产中存在的水肥过量施用问题,研究不同水氮条件下黄瓜-番茄种植体系内的土壤氨挥发特征,探讨影响设施菜地土壤氨挥发的重要因子,为降低氮肥的氨挥发损失、 建立合理的灌溉和施肥制度提供参考。【方法】以华北平原设施黄瓜-番茄轮作菜地为研究对象,设常规灌溉(W1)和减量灌溉(W2)2个灌溉水平,每种灌溉水平下设不施氮(N0)、 减量施氮(N1)和常规施氮(N2)3个氮水平,共6个处理组合(W1N0、 W1N1、 W1N2、 W2N0、 W2N1、 W2N2)。采用通气法监测不同水氮条件下黄瓜-番茄轮作体系内的土壤氨挥发动态,分析与土壤氨挥发相关的主要影响因子。【结果】设施黄瓜-番茄种植体系内表层(0—10 cm)土壤铵态氮受施肥的影响波动较大,与常规施氮(N2)相比,相同灌水条件下减量施氮(N1)处理的0—10 cm土层铵态氮浓度最高值降低了25.1%~30.3%(P 0.05)。减量施氮可显著降低土壤氨挥发速率。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)在黄瓜季和番茄季内的氨挥发速率均值分别降低了21.1%~22.8%(P0.05)和16.5%~17.9%(P0.05)。整个黄瓜-番茄轮作周期内,土壤氨挥发损失量和氮肥的氨挥发损失率分别为17.8~48.1 kg/hm2和1.23%~1.44%。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)的土壤氨挥发损失量及氮肥的氨挥发损失率分别降低了19.3%~20.0%(P0.05)和0.85~0.92个百分点。各处理土壤氨挥发速率与0—10 cm土壤铵态氮浓度呈显著或极显著正相关,说明0—10 cm土壤铵态氮浓度是土壤氨挥发的重要驱动因子。与常规灌溉(W1)相比,减量灌溉(W2)条件下设施菜地土壤氨挥发速率及氨挥发损失量略有增加(P0.05)。适宜减少氮肥及灌溉量不仅能够维持较高的蔬菜产量,而且显著提高了灌溉水和氮肥的利用效率。其中减量施氮处理(N1)的氮肥农学效率比常规施氮(N2)提高了95.4%~146.4%; 减量灌溉(W2)的灌溉水农学效率比常规灌溉(W1)提高了27.7%~54.0%。【结论】通过合理的节水减氮措施可达到抑制氮肥氨挥发损失、 增加产量以及提高水氮利用效率的目的。在供试条件下,节水30%左右、 减施氮量25%的水氮组合(W2N1)具有较佳的经济效益与环境效应。     

黄河上游灌区稻田氨挥发损失研究

采用密闭气室间歇式抽气法研究了黄河上游灌区不同施肥处理下稻田氨挥发损失特征。结果表明,在水稻全生育期不同施肥处理下稻田氨挥发量为N 27.6～94.1 kg/hm2,肥料氮损失率为16.4%～22.2%;不同施肥阶段氨挥发损失持续时间为10 d左右,氨挥发最大峰值均发生在施肥后2～3d;分蘖肥后氨挥发损失量最大,损失量占全生育期损失总量的27.1%～37.0%。温度、光照、pH值是黄河上游灌区氨挥发的主要影响因素,稻田田面水铵浓度与氨挥发呈显著线性正相关。稻田氨挥发损失量随氮肥施用量的增加而增加,与习惯施肥（N300）相比,减氮20%（N240）及有机肥和化肥配合施用（N240-1/2OM）均能有效减少稻田氨挥发损失,且这两个处理的水稻产量最高,是生态效益和经济效益双赢的最佳模式。     

不同施氮量及施氮方式对水稻田氨挥发及氮肥利用率的影响

施用缓控释氮肥是降低稻田土壤氨挥发损失的常用措施之一。将缓控释氮肥与速效氮肥配施,可以解决水稻对氮素的需求与降低氮素损失之间的矛盾。在保证水稻产量的前提下,以减少稻田氨挥发损失、提高氮肥利用效率以及降低环境污染为目的,采用大田裂区试验的方法,设置不施氮肥和施氮量分别为60(N60)、120(N120)、180(N180)、240(N240)kg·hm-2 5个施氮水平,以及氮肥一次性施用(SF)及氮肥一基二追(TF)2种施肥方式,研究不同氮肥用量及运筹模式对水稻田氨挥发、氮肥利用率以及水稻产量的影响:结果表明,氮肥施用方式和施氮量对水稻田氨挥发损失量影响显著,同一施氮方式下,稻田土壤氨挥发损失量随着施氮量增加而增加,SF各处理氨挥发损失量为14.46～23.74 kg·hm-2,TF各处理的氨挥发损失量则为23.3～47.74 kg·hm-2,SF氨挥发损失量比TF降低37.9%～50.3%;氮肥施用方式显著影响氮肥表观利用率和氮肥偏生产力,SF和TF的最大氮肥表观利用率均出现在N180,分别为50.02%和38.68%;低施氮量(N60)和高施氮量(N240)时,TF氮肥偏生产力高于SF,而施氮量为120(N120)kg·hm-2、180(N180)kg·hm-2时,SF比TF氮肥偏生产力分别高出3.32和5.58 kg·kg-1;施氮量极显著影响水稻的氮素吸收量和氮肥农学利用率;SF和TF的最高产量分别出现在N180和N240,且SF高于TF,两者相差465.3 kg·hm-2。缓控释氮肥与速效氮肥配施一次性施肥可以有效降低稻田氨挥发损失,同时提升氮肥表观利用率和偏生产力,且能在施氮量较低的情况下获得较高产量,在水稻氮肥管理上具有应用价值。     

利用膜进样质谱法测定不同氮肥用量下反硝化氮素损失

利用膜进样质谱仪(MIMS)测定了太湖流域典型稻田不同氮肥施用梯度下,土壤反硝化氮素损失量,同时也对氨挥发通量进行了观测。根据两年的田间试验结果得到:在常规施氮处理(N300)下,每年平均有54.8 kg/hm~2 N通过反硝化损失,有约54.0 kg/hm~2 N通过氨挥发损失,分别占肥料施用量的18.3%和18.0%,两者损失量相当。通过反硝化和氨挥发损失的氮素量随着氮肥用量增加而增加,田面水的NH_4~+-N、NO_3~–-N、DOC和pH浓度影响稻田土壤反硝化速率。在保产增效施氮处理(N_270)下,氮肥施用量比常规减少10%,水稻产量增加了5.5%,而通过反硝化和氨挥发损失的氮素量分别下降了1.1%和3.1%,氮肥利用率提高了约5.5%。在增施氮肥处理(N375)下,因作物产量增加使得氮肥利用率比N300增加,但通过氨挥发和反硝化的氮素损失量也最大。因此,通过综合集约优化田间管理措施,降低氮肥用量,可实现增产增效的目的。     

不同水氮条件对日光温室冬春茬黄瓜栽培氨挥发的影响

通过设置不同灌水、施氮处理,采用通气法研究了温室土壤施肥带与非施肥带的氨挥发特征,探讨了节水灌溉、减量施氮处理与传统水氮处理土壤氨挥发的差异及其影响因素。结果表明,冬春季温室黄瓜土壤在氮肥基施7 d后出现氨挥发峰值,减施氮25%处理的氨挥发峰值比传统施氮处理降低18.2%~34.3%;追肥后,施肥带和非施肥带的氨挥发速率峰值分别在第1 d和第5 d出现,减施氮25%处理与传统施氮处理相比,氨挥发速率峰值降低12.3%~37.2%;节水灌溉处理与传统灌水处理相比,氨挥发峰值则提高3.9%~47.0%。土壤中铵态氮含量以及温度的升高可促进土壤的氨挥发,而土壤含水量则与氨挥发速率呈负相关。在黄瓜花期和初瓜期,施肥带的累计氨挥发量显著高于非施肥带,而初瓜期之后,施肥带与非施肥带的氨挥发无显著差异。整个黄瓜生育季的累计氨挥发量为11.4~26.6 kg.hm 2;与传统施氮和灌水处理相比,减施氮25%处理的累计氨挥发量可降低20.8%~22.2%,但节水灌溉处理的累计氨挥发量却有所增加,增加幅度为0~4.51%。适宜减少灌水和氮肥用量不会降低黄瓜产量,且可大幅度提高灌水和氮肥利用效率。     

稻田-沟塘系统水氮动态模拟与灌排调控模型构建

沟塘系统对农田排水具有较好的拦蓄能力,是降低中国南方稻区农业面源污染风险的有效措施,定量化评价稻田-沟塘系统水氮过程是合理制定水氮管理措施的关键。该研究以稻田-作物模型WHCNS_Rice为基础,通过添加沟塘水氮平衡和灌排调控过程,构建了稻田-沟塘系统水氮调控模型。并采用太湖流域2 a不同灌排和施肥处理的田间试验数据校准和验证模型,分析不同灌排和施肥处理下稻田-沟塘系统的调控策略。研究结果显示,模型能够模拟不同灌排和施肥处理下稻田土壤含水量、稻田田面水深、径流量、氮素径流损失量、氨挥发量、作物吸氮量和作物产量,模拟的相对均方根误差、一致性指数和模型模拟效率的范围分别为4.6%～29.7%、0.758～0.996和0.073～0.983,均在可接受的范围内。模拟结果显示,与传统处理相比,控制灌溉结合优化施肥,减少了稻田32.1%～36.2%的灌溉水用量和36.7%～67.3%的氮素径流损失,同时平均降低了55.1%沟塘硝态氮浓度,从而降低了沟塘地表氮素径流损失风险。Morris敏感度分析结果显示,稻田土壤水力学参数和沟塘渗漏速率对沟塘水深的模拟影响较大,而作物参数的敏感度相对较低。沟塘硝态氮浓度对稻田水力学参数、沟塘氮素消纳系数和氨挥发一阶动力学系数较敏感。同时,构建的模型能反映不同水氮管理措施和沟塘/稻田面积比下稻田-沟塘系统水分消耗、氮素去向和作物生长过程。该模型可为优化稻田-沟塘系统水氮管理方案、防控农业面源污染提供有力工具。     

Nitrogen Loss from Paddy Field with Different Water and Nitrogen Managements in Taihu Lake Region of China

High rates of nitrogen (N) fertilizer were applied to a paddy field in the Taihu Lake region of China to maximize crop production. Excessive N input has resulted in serious agricultural nonpoint pollution. Water and N management are two important approaches to regulating N loss from paddy fields. This study aimed to determine N losses through ammonia volatilization, runoff, and leaching from a paddy field during the rice-growing season in Taihu Lake region. Field experiments with two water and two N managements were conducted. The N exported to the environment through ammonia volatilization, runoff, and leaching from the paddy field was 37.2 kg N ha^?1 to 102 kg N ha^?1, with ammonia volatilization accounting for 69.6% to 83.5% of N loss. Ammonium and dissolved organic N significantly contributed to N loss through runoff and leaching. Controlled irrigation and site-specific N management (CS) significantly decreased N losses through ammonia volatilization, runoff, and leaching. Compared with the N and irrigation water inputs in traditional water and N management, those generated by controlled irrigation and site-specific N management were reduced by 34.6% to 43.0% and 59.2% to 63.3%, respectively. Moreover, the reduction in N and water input in the CS paddy field enabled the maintenance of high rice yield; it significantly increased N use efficiency by 15.1% to 34.9% and decreased the N exported to the environment by ammonia volatilization, runoff, and leaching by 53.1% to 56.1%. Therefore, the joint application of controlled irrigation and site-specific N management efficiently reduces agricultural nonpoint pollution through N loss from paddy fields.     

湖南典型双季稻田氨挥发对施氮量的响应研究

选择湖南典型双季稻田为对象,采用密闭室连续抽气法研究了不同施氮量下的氨挥发损失。结果表明,稻田氨挥发总量随施氮量增加而显著增加,在当地农民习惯施肥水平（早稻150 kg/hm2、晚稻180 kg/hm2）下,早稻氨挥发损失氮量占施氮量的39.8%,晚稻则达46.9%,双季稻平均氨挥发损失率达43.7%。氨挥发通量与田面水的NH+4-N浓度和 pH 之间均存在极显著的正相关关系。可见,氨挥发是该区域稻田氮素损失的最主要途径之一。     

不同吸附特性的稻草生物炭对稻田氨挥发和水稻产量的影响

秸秆生物炭具有改善土壤生态环境、土壤蓄水保肥和减少温室气体排放等正效应,但其石灰效应会加大稻田氨挥发损失。为充分发挥生物炭吸铵特性,降低其石灰效应的不利影响,对不同热解温度（300、500、700 ℃）和酸化水平（pH值=5、7、9）稻草生物炭处理下的田面水NH4+-N浓度、氨挥发和水稻产量进行了研究。结果表明：偏酸性（pH值=5）、中性（pH值=7）生物炭处理在基肥期和分蘖肥期均能显著降低田面水NH4+-N峰值浓度（P<0.05）,降幅达16.90%～35.60%。全生育期稻田氨挥发损失占施氮量的15.14%～26.05%（2019年）、15.10%～19.00%（2020年）。稻田增施热解温度为700 ℃、酸化水平为5（pH值=5）的生物炭（C700P5）降氨效果最好,两年氨挥发分别显著降低22.93%、12.61%（P<0.05）。高温热解配合偏酸性、中性生物炭（C700P5、C700P7）增产效果显著,增产率达9.92%～13.50%,结构方程模型表明,其增产原因是生物炭酸化处理降低了稻草生物炭的石灰效应,而热解温度调整提高了生物炭阳离子交换量（Cation Exchange Capacity,CEC）,进而降低了田面水NH4+-N浓度和氨挥发损失,最终提高了水稻地上部氮素积累和水稻产量。研究可揭示不同热解温度和酸化水平制备的生物炭在稻田中的应用潜力,并为稻田合理施用生物炭和减少化肥施用量提供理论依据。     

不同施氮量和施氮方式对稻田氨挥发损失的影响

采用密闭室法研究苏南地区稻麦轮作体系中,不同施N量和施N方式对水稻和小麦生育期氨挥发损失的影响。结果表明,优化施肥能明显降低稻-麦轮作系统中的氨挥发损失,在整个稻麦轮作体系中,优化和习惯的氨挥发损失占N肥施用量的百分比分别为7．05％±1.37％和9．81％±0．38％。稻季与麦季的氨挥发损失差异显著。稻季氨挥发损失量与N肥施用量呈乘幂关系上升,麦季则呈正的线性关系。水稻施肥后氨挥发持续的时间短,主要发生在施肥后1周以内,麦季持续时间较长,在施肥后10天左右。稻季和麦季的基肥阶段是主要的氨挥发时期,占各自氨挥发损失N的50％左右。     

沼液稻田消解对水稻生产、土壤与环境安全影响研究

为研究稻田消解沼液对水稻安全生产、土壤肥力及质量的影响,评价沼液施用后对水体及大气环境污染的风险,提出稻田沼液消解安全容量,在浙江省嘉兴市青紫泥田（属脱潜潴育型水稻土）上,进行3a定位田间小区试验,考察了不同沼液用量下水稻产量、稻谷及土壤中有害重金属含量差异,测定了稻田氨挥发通量及田面水、下渗水氮含量,并确定了稻田沼液消解容量。结果表明,连续3a、每年水稻生长季施灌沼液135～540kgN·hm-2的范围内,水稻产量与全化肥区持平或略有增产,施灌沼液处理的稻谷中有害重金属镉、铅、汞、砷含量没有明显增加;除高沼液用量处理土壤速效钾、缓效钾含量明显增加外,其他土壤肥力指标没有明显增加,土壤中重金属含量也没有明显积累;施用沼液处理田面水中铵态氮含量明显高于全化肥处理,但对土壤下渗水氮含量影响较小;2倍氮沼液用量下,水田消解中氨挥发量占总氮投入量的13%,高于全化肥处理10倍以上。在水稻生产安全、农产品安全、土壤质量可持续、农田水环境友好的前提下,水稻生长季沼液稻田消解的安全容量为540kgN·hm^-2·a^-1;氨挥发是目前沼液稻田消解中主要的环境风险。