施肥对黄土旱塬区黑垆土土壤肥力及硝态氮累积的影响

本文以长期定位试验为依托,研究了黄土高原旱塬区黑垆土大田对比试验和长期定位施肥对土壤肥力硝态氮累积和淋溶的影响。结果表明:长期施用有机肥能够明显增加土壤养分,氮磷和有机肥配施效果显著;和1984年土壤养分状况相比,大田对比试验土壤有机质增加了27.1%,全氮和全磷提高了84.2%和34.8%,有效氮、有效磷和速效钾增加了46.9%、540.0%和10.2%,养分水平与长期定位试验中氮磷配施相近。长期定位试验中氮磷配施或与有机肥配施能够有效地减少土壤剖面中硝酸盐的累积和淋溶,氮肥单施硝态氮累积量最大,为1006.4 kg/hm2,大田对比试验土壤硝态氮总累积量较长期定位试验中施用氮肥处理的总累积量少。     

不同施肥处理对华北露天菜地氮素淋溶的影响

氮肥的不合理施用是造成氮素淋失和地下水污染的主要原因之一,蔬菜生产地由于水肥投入不合理而引起的土壤氮素淋溶问题日趋严重。试验以保定地区露地蔬菜(黄瓜 -茄子)为研究对象,应用渗漏池法研究氮淋失与水肥响应的关系以及控水、控肥、增效剂对氮素淋溶的影响,揭示不同水肥管理措施下的氮素淋溶特征及阻控效果。结果表明:1)在农民常规施氮水平(全年施用氮肥 N 890 kg/hm²)下氮素在蔬菜生育期总氮淋溶量为 N 307.5 kg/hm²,占施氮量的 24.9%,总氮淋失量和施氮量呈显著线性关系。2)相比常规施氮量,减氮 20%和减氮 50%,全年总氮淋溶量可分别减少 12.8%和 36.3%。3)在减氮 20%基础上添加氮肥增效剂或改良剂(有机肥、联合抑制剂、生物炭、秸秆还田)能够减少总氮淋溶量 3.7%～ 10.4%,而不影响产量。4)在减氮 20%基础上减少灌溉量 20%,能够减少总氮淋溶量 33.4%。5)由于基肥施肥方式为种植行上小高畦开沟施用并覆土,有机肥和无机肥配施对减少氮淋溶量无显著影响。在大水大肥管理条件下,氮淋溶是华北典型露地菜地氮损失的主要途径之一,减氮 20%配合联合抑制剂和减氮 20%配施生物炭均可在一定程度上减少氮淋溶,且施肥的环境负荷小。     

保护地菜田土壤氮素淋溶阻控措施及其效果研究

在保护地菜田条件下,以水果苤蓝为供试作物,研究优化施肥、C/N调控、种植填闲作物等3种不同措施对土壤硝态氮累积与淋溶的影响。结果表明,种植当季,优化施肥和C/N调控处理均可有效阻控硝态氮淋溶。综合考虑水果苤蓝生长期和填闲/休闲期,3种措施阻控硝态氮淋溶的强度,由强到弱依次为:种植填闲作物>优化施肥>C/N调控。建议控制施肥量的同时,采用合理的管理方式,多方面阻控硝态氮的累积与淋溶,保护环境安全。     

设施菜田不同施氮处理对硝酸盐迁移和积累的影响

在设施菜地条件下,研究了氮肥减施及配施抑制剂处理在黄瓜生长期对土壤NO3--N迁移累积的影响。结果表明,氮肥减施处理可显著降低土壤表层和整个土体的NO3--N含量。常规施氮量时0~40 cm土层的NO3--N含量均高于其它处理,减氮30%后0~40 cm土层未出现NO3--N显著积累现象;氮肥配施抑制剂处理不同程度降低了土壤NO3--N含量,且抑制硝态氮向下层土壤淋失,其中抑制剂组合的效果最好。氮肥配施抑制剂,可以有效控制NO3--N在土壤和植物体内的过量累积,减少硝态氮淋溶损失。     

施氮量对白萝卜硝酸盐含量和土壤硝态氮淋溶的影响

在保护地栽培条件下,通过6个施氮水平的田间小区试验,结合土层原位渗滤装置,研究了施用氮肥对白萝卜（Raphanus sativus L.）产量和硝酸盐含量及土壤硝态氮淋溶的影响。结果表明,施氮处理白萝卜产量比不施氮处理仅增加6.04%～10.92%,当尿素氮施用量大于N 100 kg/hm2时,增产幅度开始下降。不同施氮处理白萝卜产量没有显著差异,说明在土壤基础肥力较高的情况下,增施氮肥不能明显提高白萝卜的产量;单施有机肥白萝卜体内硝酸盐含量为 196.86 mg/kg,比不施氮处理降低 5.08%。在此基础上加施尿素后,硝酸盐含量随氮肥施用量的增加显著升高（p0.05）;0—100cm土壤剖面硝态氮累积量随氮肥施用量的增加而增加,且与氮肥施用量显著正相关（r=0.993, r0.01=0.917）;白萝卜生长期间收集到的土壤淋溶液中硝态氮浓度较高,平均为32.88 mg/L,硝态氮的淋失量为 4.42～6.14 kg/hm2,不同施氮量处理之间没有显著差异。     

不同氮肥用量下冬小麦土壤剖面累积硝态氮及其与氮素表观盈亏的关系

以在陕西关中地区户县、周至两县连续2年的20余个3414肥料田间试验为研究对象,研究了不同施氮量下冬小麦收获后土壤2 m剖面硝态氮的分布、累积及其与土壤氮素表观盈亏量间的关系。结果表明:随着氮肥用量的提高,土壤剖面硝态氮累积量明显增加,其向土壤下层淋溶的程度也越严重;当施氮量为180～240 kg/hm2时,一些试验点的土壤氮素已经表现出盈余;当施氮量达到270～360 kg/hm2,所有试验点土壤氮素均明显盈余。不同施氮量时土壤表观氮素平衡值（施氮量与氮素携出量的差值）与土壤02 m剖面硝态氮累积量之间呈极显著正相关,说明土壤表观氮素平衡和盈亏决定了土壤剖面硝酸盐的累积状况;土壤氮素表观盈余值每增加100 kg/hm2,02 m土壤剖面硝态氮累积量增加约62.5 kg/hm2。     

中国北方农田氮磷淋溶损失污染与防控机制

突破厚包气带农田根层氮磷淋溶与地下水污染复杂定量关系和阻控机理是国际研究难点。本文系统梳理了重点研发专项"农田氮磷淋溶损失污染与防控机制"项目取得的主要进展,项目包括以下4方面研究内容:1)北方主要农区农田根层氮磷淋溶时空规律;2)根层—深层包气带氮磷淋溶机制和主控因子;3)黑土、潮土和褐土氮磷淋溶阻控机制及其效果; 4)典型农区氮磷淋溶风险与区域消减途径。主要科学发现包括:1)受土地利用类型、地下水埋深、包气带岩性、水文地质条件等综合因素的影响,黑土区、潮土区和褐土区根层氮磷淋溶规律与地下水硝酸盐超标率体现出空间不一致和较大差异性。黑土区虽然根层淋溶较小,然而受地形地貌影响,地下水水质对淋溶响应更强烈,应该进一步研究黑土区地下水水质对淋溶的响应机制。华北潮土区和褐土区厚包气带具有明显氮阻控能力,应该进一步加强厚包气带对氮磷淋溶减排机理与途径研究。2)基于长期施肥定位试验和12 m深观测井对包气带农田土壤氮盈余累积特征和淋失规律的研究发现,华北平原区的环境安全施氮量约为200kg(N)·hm~(-2)·a~(-1),超过环境安全阈值的多投入氮肥中有51%淋失到1m根层以下,不合理灌溉、强降水、大孔隙和裂隙是造成土壤硝酸盐淋溶的主要因素,对包气带累积硝态氮的淋失作用可影响至6m以下土层。3)利用深层取样和生物学方法结合,对厚包气带0～10.5m原位土壤微生物的反硝化活性和微生物区系组成的研究结果表明,表层土壤是微生物进行反硝化的主要场所,深层土壤中反硝化作用显著减弱,"碳饥饿"是限制底层土壤反硝化微生物丰度与活性的关键因素;室内培养试验证实添加碳源可有效激活土壤微生物的反硝化活性,为"根层截氮包气带脱氮"的淋溶阻控机理找到了突破口。4)利用黑土、潮土和褐土区氮磷淋溶阻控试验、全国农业面源污染国控监测网、北方农区地下水硝酸盐监测网和NUFER (NUtrient flows in Food chains, Environment and Resourcesuse)模型,提出了养分损失脆弱区区划和区域氮磷污染削减草案,可为农业绿色发展和面源污染阻控提供科学依据。     

减施氮肥与添加秸秆对设施黄瓜-茄子轮作土壤硝态氮累积与淋失的影响

针对设施蔬菜土壤硝态氮累积与淋失严重的问题,以宁夏引黄灌区设施黄瓜-茄子为供试作物,研究减施氮肥与添加秸秆对设施菜田硝态氮累积与淋失的影响。采用田间试验、取样、室内分析与生物统计的方法,设置农民常规施肥(CON)、氮肥减量28%(RF)和氮肥减量39%+秸秆添加(BMP)3个处理,开展不同氮肥管理措施对设施黄瓜-茄子种植体系土壤硝态氮累积与淋失的影响。结果表明,与CON相比,RF和BMP处理能有效降低0～120 cm土层土壤硝态氮储量,2016年黄瓜、2017年茄子和2018年茄子季土体硝态氮储量分别降低2.2%～9.4%、3.9%～6.1%和5.2%～12.8%,相应的硝态氮淋失量分别降低了55.6%～69.7%、59.4%～74.8%和35.4%～48.9%。BMP与RF处理相比,分别降低了2.3%～8.1%的硝态氮储量和20.9%～38.1%的硝态氮淋失量。土体硝态氮储量与淋失量呈显著正相关(R2=0.6973)。因此,在宁夏引黄灌区设施菜田农民习惯施肥的基础上,采用氮肥减施结合秸秆添加(BMP),即黄瓜氮肥减施39%,氮肥纯养分量为275 kg/hm²,配合添加玉米秸秆30.0 t/hm²,茄子氮肥减施39%,氮肥纯养分量为319 kg/hm²,配合添加玉米秸秆30.0 t/hm²,在获得高产的同时能降低土壤硝态氮累积和淋失,降低农田土壤面源污染风险,并提高经济效益,值得在宁夏引黄灌区设施菜田大面积推广应用。     

半旱地不同栽培模式及施氮下农田土壤养分表观平衡状况研究

以在陕西关中地区连续7年的夏玉米冬小麦轮作体系定位试验为对象,采用养分投入量与作物养分携出表观平衡法分析了不同栽培模式及施氮量下土壤氮磷钾养分的平衡状况及其与土壤养分含量间的关系。结果表明,两种秸秆覆盖的模式（即覆草模式和垄沟模式）土壤氮磷钾养分的亏缺状况均较常规模式及控水模式低,说明秸秆还田在平衡土壤养分状况方面具有重要作用。当施氮量为每季N 120 kg/hm2时,土壤氮素基本达平衡状况;而施氮量达N 240 kg/hm2时,土壤氮素盈余量显著增加,平均达1471 kg/hm2。不同处理土壤氮平衡值与土壤 02 m剖面累积的硝态氮以及土壤磷、钾的总平衡值与土壤有效磷及速效钾间呈极显著正相关,土壤氮平衡值每增加100 kg/hm2,02 m土壤剖面硝态氮累积量增加约 38.3 kg/hm2;土壤磷、钾的平衡值每降低 100 kg/hm2,土壤有效磷和速效钾含量分别降低约 3.5 mg/kg和1.0 mg/kg,说明农田养分平衡盈亏决定了土壤养分的消长规律。     

不同氮肥用量对设施番茄产量、品质和土壤硝态氮累积的影响

在设施栽培条件下,采用田间小区试验,以番茄为指示植物,研究了不同氮肥用量：农民习惯施氮量（N1,尿素,纯氮1000kg·hm^-2）、70%农民习惯施氮量（N2,尿素,纯氮700kg·hm^-2）、70%农民习惯施氮量结合调节土壤C/N（N3,尿素,纯氮700kg·hm^-2）、50%农民习惯施氮量结合调节土壤C/N和采用滴灌（N4,尿素,纯氮500kg·hm^-2）对设施番茄产量、品质和土壤硝态氮累积的影响。结果表明,与农民习惯施用氮肥相比,减施氮肥处理（N2、N3和N4）的番茄产量没有降低,N4处理产量最高,比N1增产9.7%。N2和N4处理氮肥的农学效率和肥料的产投比均显著高于N1处理（P〈0.05）,其中N4处理最高,为28.9kg·kg^-1和12.6,施肥效益最高。不同施氮肥处理间果实Vc含量虽没有显著差异,但N4处理是N1处理的1.2倍。番茄果实的硝酸盐含量随氮肥施用量的增加而增加,两者呈显著的正相关关系（R^2=0.8307,P〈0.05）,N3和N4处理果实硝酸盐含量均显著低于N1处理（P〈0.05）。0～100cm土层累积的硝态氮随氮肥施用量的增加而增加,N1处理土层累积的硝态氮含量最高,减施氮肥处理均降低了土壤对硝态氮的累积。土壤硝态氮多累积在0～40cm土层,硝态氮的相对累积量约为50%,这部分残留的氮素可被下季作物吸收利用。果实硝酸盐含量与土壤累积的硝态氮存在显著的相关关系（R^2=0.8003,P〈0.05）,说明土壤硝态氮含量过高能够增加果实对氮素的吸收和积累。在寿光设施蔬菜生产条件下,在农民习惯施氮量基础上减氮30%～50%既可以保证较高产量和较好的果实品质,同时降低土壤中硝态氮累积,从产量、肥料效益和土壤可持续利用角度来看,N4处理更具优势,具有较好应用价值。     

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。     

化肥优化减施对芹菜产量和品质以及硝酸盐淋溶的影响

采用田间小区试验,研究了化肥优化减施对芹菜产量、品质及硝酸盐淋溶的影响。结果表明,与习惯施肥处理相比,有机无机肥料配施的减量施肥模式能保证芹菜产量稳定,显著提高氮肥利用效率,显著降低了可食部分硝酸盐含量,同时提高了芹菜Vc含量,并能显著降低0～100 cm土层硝态氮积累。在本试验条件下,基于产量、经济效益和环境效益的统一考虑,最优施肥模式为氮肥减量20%配施菌渣处理模式。     

河北太行山山前平原葡萄园土壤硝态氮累积特征及影响因素

为进一步摸清农户生产实践条件下果园土壤硝态氮分布特征及影响因素,以河北太行山山前平原的保定地区葡萄园为研究对象,调查28个果园生产管理现状,测定分析葡萄园和临近农田共31个样点0—200 cm土壤硝态氮含量、累积量及主要影响因素。结果表明:葡萄生产中氮肥施用量偏高,每季平均为297 kg/hm²,过量的养分投入导致氮素在土壤中累积,0—200 cm土层硝态氮淋洗现象明显,平均累积量高达1 555 kg/hm²。不同树龄、施氮量、灌溉量水平下,土壤硝态氮含量有所不同,但均表现出随土层深度增加而增加的趋势,并且明显高于农田土壤。相关性分析表明,硝态氮累积量与树龄和施氮量均呈极显著正相关,与灌溉量呈显著负相关。通径分析表明,对土壤硝态氮累积量影响最大的因素为施氮量,其次为树龄和施肥次数,最后为灌溉量,施肥次数主要通过影响施氮量来间接影响硝态氮累积量。研究区域葡萄园氮素盈余严重,土壤硝态氮大量累积,并向深层土壤淋洗,影响该地区硝态氮累积的主要因素为施氮量、树龄和灌溉量。     

施用羊粪条件下人工草地土壤硝态氮淋失量研究

采用SRC（Soil-Resin-Core）装置，研究了三峡库区草畜配套体系中羊粪还田量与硝态氮淋失量的关系。研究结果表明，有机肥本身即可产生硝态氮在土壤中的累积，羊粪施肥量越高，土壤硝态氮累积量和全氮含量就越高。随着施肥次数的增加，全氮含量整体呈上升趋势，硝态氮含量因降雨、气温和牧草生长等因素的影响，存在明显的季节性。元月份土壤中的硝态氮含量显著高于其它季节。相关分析表明：土壤全氮和硝态氮含量影响20cm土层中硝态氮的淋失量，三者之间呈显著正相关关系；施肥提高了人工草地的产草量，但施肥量过高，草地产量下降，增加了氮素损失的可能性。在一定的产草量下，人工草地可容纳的羊粪量高于单位土地面积承载羊只所产生的羊粪量。说明在三峡库区发展集约化的种草养羊业，羊粪直接还田，从资源环境的角度分析是可行的。     

黄土坡地几种退耕植被土壤硝态氮分布特征与迁移研究

以荒坡地为对照,研究了黄土高原退耕还林中广泛种植刺槐、柠条、苜蓿、杨树、侧柏的土壤中NO3--N的分布特征。结果表明：0～160cm土层中上述不同植被土壤NO3--N的平均含量由高到低依次为柠条〉刺槐〉苜蓿〉侧柏、杨树〉荒坡地（P〈0.05）;人工林地土壤NO3--N含量大于荒坡地,豆科植被大于其他植被;从整个土壤剖面看,这几种植被在0～20cm表层土壤中NO3--N含量均高于其底下各土层,以苜蓿最高,达到6.12mg.kg-1,柠条次之,为5.82mg.kg-1;随着土层深度的增加,在20～60cm柠条、苜蓿和刺槐土壤中NO3--N含量随深度增加逐渐下降,并于60cm以后趋于稳定,杨树、侧柏与荒坡地NO3--N含量随土层的加深变化不大;各植被在140cm以下土层中均存在NO3--N富集现象;不同坡位的NO3--N均呈现坡顶〉坡中〉坡底的趋势,阴坡土壤的NO3--N含量显著高于阳坡（P〈0.05）。     

不同栽培模式及施氮对玉米-小麦轮作体系土壤肥力及硝态氮累积的影响

以在陕西关中土垫旱耕人为土区进行的连续6年定位试验为对象,研究了长期覆盖栽培及施氮量对玉米?小麦轮作体系下土壤有机质、全氮及土壤剖面硝态氮残留量和分布的影响。结果表明,不同栽培模式对土壤有机质和全氮含量的影响为覆草垄沟常规节水,其中覆草模式影响达显著水平。增施氮肥不同程度地提高了土壤有机质和全氮含量。经过12季玉米-小麦的轮作,不同栽培模式0～200cm土壤剖面硝态氮残留量为垄沟节水覆草常规,垄沟和节水栽培模式与常规栽培硝态氮累积量差异达显著水平。随种植年限和施氮量增加,0～200cm土壤中硝态氮累积量明显增加,施240kg·hm-2N(N240)处理0～200cm土壤硝态氮累积量显著高于施120kg·hm-2N(N120)处理。不同施氮量下硝态氮在0～200cm土壤剖面的分布存在差异,与不施氮(N0)和N120处理相比,N240处理下各栽培模式在120cm以下的土壤硝态氮含量随深度增加而显著增加。     

有机物料输入对关中土碳氮影响的后效作用

土壤有机碳氮是土壤肥力的关键因素,有机物料施用是提高土壤有机碳氮的有效措施。研究和比较了不同有机物料输入对土耕层（0—20 cm）土壤有机碳、全氮、可溶性有碳氮及0—200 cm剖面土壤硝态氮和含水量分布变化的后效作用。结果表明,停止施入有机物料两年后,与对照（CK）相比,秸秆与氮磷肥配施（SNP）和生物炭与氮磷肥配施（BNP）的表层（0—20 cm）土壤有机碳（SOC）分别提高了29.5%和29.8%（p<0.05）;氮磷肥（NP）、有机肥与氮磷肥配施（MNP）、秸秆与氮磷肥配施（SNP）和生物炭与氮磷肥配施（BNP）的表层土壤全氮含量较CK分别提高了22.0%,14.3%,24.2%和26.4%（p<0.05）。BNP处理的土壤可溶性有机碳（DOC）显著高于其他处理（p<0.05）,分别比CK,NP,MNP和SNP提高了23.4%,10.9%,21.3%,20.5%;所有施肥处理的土壤可溶性有机氮（DON）均显著高于CK（p<0.05）,分别提高了39.3%,29.3%,34.5%和52.3%。与CK相比,各施肥处理显著提高了表层土壤硝态氮含量（p<0.05）,增加了0—100 cm土层的硝态氮累积量。与NP处理相比,MNP和SNP显著提高了0—200 cm土层的硝态氮累积量（p<0.05）,而BNP则差异不显著。相比CK,施肥处理（NP,MNP,SNP,BNP）可显著提高0—20 cm土层的含水量,增加0—40 cm土层的储水量,且BNP处理显著高于SNP和MNP。总体而言,生物炭在提高和维持表层土壤肥力以及降低剖面硝态氮淋溶风险等方面的后效作用显著优于秸秆和有机肥,是陕西关中地区旱地土上一种较好的有机物料施用方式。     

水分调节剂DY-ET100对番茄产量、品质及水氮在土壤中扩散的影响

为解决水分在土壤中横向扩散范围小和硝态氮淋溶等问题,以水分调节剂DY-ET100为供试材料,以清水、渴以友为对照,研究和对比了水分调节剂DY-ET100的添加对水分在不同土壤中的扩散情况及对硝态氮淋溶和番茄产量及品质的影响。结果表明,在掺沙和未掺沙黏土中添加水分调节剂DY-ET100较清水处理番茄果实中VC含量分别显著提高12.50%和20.51%;添加DY-ET100的处理使距滴头0～30 cm范围内的水分在土壤中分布更加均匀,滴灌时水分扩散半径较清水和渴以友分别增加22.53%和12.33%;在掺沙和未掺沙黏土中较清水处理硝态氮累积量增加41.21%和18.83%;同时减少硝态氮的淋溶损失量,在掺沙和未掺沙黏土较清水处理硝态氮淋溶损失降低7.53%和8.07%。研究为水分调节剂的使用推广提供了数据支撑。     

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%。