稻田氨挥发损失及减排技术研究进展

氨挥发是稻田氮素损失的主要途径,不仅降低了氮素利用率,还通过促进PM2.5形成和大气氮沉降造成严重的环境问题。本文通过查阅文献,分析了稻田系统氨挥发损失现状及相关影响因子,评价了国内外普遍采用的调整氮肥类型、有机废弃物资源化、添加土壤调理剂和优化水肥管理4种氮素减排措施的优劣,探讨了目前稻田氨挥发减排研究中存在的不足,为后期研究稻田氨挥发减排提供参考。     

四川盆地稻田氨挥发通量及影响因素

氨挥发是稻田氮损失的重要途径,越来越受到高度重视。本文采用密闭室法对四川盆地稻田的氨挥发量及影响因素进行了研究。结果表明,稻田NH3挥发损失的氮素达22~63 kg·hm-2,占施氮量的比例为14%~19%,是稻田氮损失的重要途径。稻田NH3挥发总量随施氮量的增加而增加,二者呈极显著的相关关系。稻田氨挥发量与田面水温度和p H显著正相关,可以通过控制田面水温度等措施控制氨挥发。稻田NH3挥发主要发生在10:00-18:00之间,超过全天挥发量的2/3。8:00-10:00与18:00-20:00 2个时间段的氨挥发通量平均值和全天氨挥发通量平均值很一致,是测定氨挥发的最佳时间。     

不同氮肥管理模式对稻田氨挥发的影响

采用通气法测定氨挥发量,研究了农户传统施氮、氮化肥减量、按需施氮、新型缓控释氮肥、有机无机配施氮等不同氮肥管理模式条件下稻田氨挥发的影响.结果表明,施氮后稻田氨挥发损失明显,主要发生在施肥后1周内,在施肥后第2天达到峰值,且随施氮量的增加氨挥发通量增加.采用有机无机配施的减氮施肥模式能够显著减少氨挥发损失.而新型缓控释氮肥有其慢速、长期释肥的特点,但在减低氨挥发损失方面效果不明显.     

氮素水平与施氮方式对稻田氨挥发影响

采用氨挥发的静态吸收法研究了5个不同施氮（尿素）梯度以及3种施肥方法（深施、表施、混施）在3个不同施肥时期的氨挥发损失变化特征。结果表明：随着施氮量的增加,氨挥发通量呈现上升趋势,随着施氮量的提高氨挥发损失量占施氮总量的比例逐渐升高,水稻施用尿素后的氨挥发损失在各个施肥时期比例不一,其中以蘖肥时期损失最大,其次是基肥,穗肥时期氨挥发损失最小。每次施肥后氨挥发持续时间大约7d,在2～4d达到最大值,氨挥发损失随着施氮的增加呈明显增高趋势,其中表施肥最为明显。     

田面水位对稻田氨挥发影响的试验研究

稻田在施氮肥后有明显的氨挥发损失,田面水位对稻田氮素流失具有关键作用,为探究田面水位对稻田氨挥发的影响,基于室内土柱试验装置,采用密闭室通气法,对水稻各肥期不同田面水位下的氨挥发进行了研究。结果表明,田面水位会显著影响稻田氨挥发,在整个施肥期间,相同施肥量条件下,当田面水位为1、3、5 cm时,氨挥发累积量占总施氮量的比例分别为23%、15%、12%,施入基肥和分蘖肥后1 cm处理下氨挥发通量的峰值最高,3 cm处理次之,5 cm处理最低,施入穗肥后表现为5 cm处理高于1 cm处理和3 cm处理。田面水位在施入基肥和分蘖肥后,高水位低NH_4~+-N浓度和低水层温度是氨挥发降低的主要因素,施入穗肥后,低水位高硝化强度是抑制氨挥发的重要因素。为降低氨挥发,建议水稻在施用基肥和分蘖肥时采用较高水位,施用穗肥时适当降低水位。     

洱海流域典型农区不同施肥处理下稻田氨挥发变化特征

为探寻洱海流域合理的施肥方式,减少氮肥的氨挥发损失,采用"密闭室间歇通气法",研究了不同氮肥类型及施氮量对稻田氨挥发规律、氨挥发累积量及水稻产量的影响,并探究了影响氨挥发排放的因素。研究结果表明:稻田氨挥发主要发生在施肥后2～5 d内,穗肥期氨挥发损失占比最大为19.04%～33.00%,其次分蘖肥期损失为7.18%～15.72%,基肥期损失最少为4.89%～7.76%。不同施肥处理中常规施肥(CF)、化肥减量20%(T1)、单施有机肥(T2)、有机肥与化肥配施(T3)、考虑当季25%矿化率单施有机肥(T4)、考虑当季25%矿化率有机肥与化肥配施(T5)和单施控释肥(T6)的氨挥发累积量分别为42.52、22.73、11.71、15.12、38.24、25.95 kg·hm~(-2)和18.44 kg·hm~(-2)。等量施氮条件下不同肥料类型氨挥发损失占比大小为尿素控释肥有机肥+化肥有机肥。不同施氮量条件下,施氮量越大氨挥发累积量越大,且氨挥发速率与田面水NH4+-N浓度呈正相关性。综合稻田氨挥发累积量及水稻产量,在洱海流域典型农区水稻种植中,有机肥与化肥配施(25%当季矿化率)、化肥减量施用(20%)以及控释肥施用是3种较优的环境友好型施肥方式。     

不同比例沼液和尿素配施对稻田氨挥发的影响

[目的]研究不同比例沼液和尿素配施对稻田氨挥发的影响。[方法]采用稻田小区试验,以等量氮素施入量为标准,将沼液和尿素以不同比例混合,分3次施入。[结果]沼液与尿素配施下水稻3个施肥期（基肥、分蘖肥、穗肥）氨挥发均主要发生在施肥后前5～6 d,第7天氨挥发基本结束,施肥后3 d内氨挥发速率即可达到峰值;与仅施尿素相比,配施沼液使稻田氨挥发速率显著增加,其中基肥完全由沼液代替的处理,其氨挥发速率最大可达7.5 kg/（hm²·d）;氨挥发损失量与沼液配施比例呈显著正相关,其中沼液配施比最大的处理下由氨挥发导致的氮素损失比例可达20.2%。[结论]适当降低沼液比例可明显减少氨挥发损失;沼液中大量氮素以NH₄⁺-N的形式存在是沼液还田后增加氨挥发的主要原因之一,此外,高温也能增加沼液的挥发强度,加速铵态氮的流失。     

表面分子膜抑制稻田氨挥发的模型研究

 在温室盆钵和田间试验中 ,研究了表面分子膜对氨挥发的抑制效果。结果表明 ,表面分子膜可以有效抑制氨挥发 ,其效果因膜用量的不同而有很大差异。同时 ,应用Jayaweera Mikkelsen氨挥发模型 ,并引入分子膜的氨挥发阻力系数kf,对该模型进行了修正 ,以应用于表面膜存在下的氨挥发模拟。为此 ,根据不同膜用量的盆钵试验结果对参数kf 值进行了计算 ,并用不同kf 值对氨挥发进行了模拟。在该模型中 ,用选定的kf 值对表面分子膜抑制氨挥发的效果与 pH、风速、水深和温度等的关系作了进一步模拟分析。根据修正后的模型 ,对田间试验结果进行了模拟和预测。结果表明 ,在田间试验中模型预测效果较差 ,需要对田间条件下的kf 参数作进一步研究。     

不同类型氮肥和耕作方式对稻田土壤氨挥发的影响

研究不同类型氮肥与耕作方式下稻田土壤氨挥发特征,开展稻田土壤氨挥发损失的田间试验,分析不同类型氮肥与耕作方式对稻田土壤氨挥发速率的季节性变化规律和稻季氨挥发损失量的影响.结果表明,氮肥类型影响着稻田土壤氨挥发,施用猪粪总氨挥发量最大,尿素次之,后依次为复合肥、包膜尿素与新型缓效有机肥(脲肽磷复肥),其中包膜尿素与新型缓效有机肥处理总氨挥发量相当;猪粪、尿素与复合肥处理氨挥发通量的峰值出现在施肥后1~3 d;相对于稻田免耕,稻田翻耕显著降低土壤氨挥发,其总氨挥发量是免耕处理的70%,表明稻田免耕降低了水稻对肥料氮的利用率.     

稻田杂草控制技术的发展与现状

随着农村产业结构的调整、劳动力的转移 ,我国对农田杂草的防治 ,尤其是水稻田间杂草的控制技术发展很快。到 1 995年 ,水稻田化学除草面积 1 40 0× 1 0 4 hm2 ,占播种面积46 7%。水稻的主要栽培方式有普通移栽、小苗抛栽、直播种植 ,由于种植方式的不同 ,稻苗与杂草的共生状况不同 ,杂草防治技术也不同。其中以直播稻田杂草防治技术较难。直播稻田杂草的化学控制 ,强调封、杀结合的综合治理原则 ,根据苗情、草情、天气等具体情况科学用药。     

稻田氨挥发和水稻产量对增效复合肥减氮施用的响应

通过田间试验研究3种增效复合肥(腐植酸、氨基酸及海藻酸复合肥)减氮施用对稻田氨挥发、氮素利用率和产量的影响,为探究增效复合肥的高效利用并评价其环境效应提供科学依据。田间试验设不施肥(CK)、常规施肥(CF)、常规施肥减氮20%(CR)、腐植酸复合肥减氮20%(HR)、氨基酸复合肥减氮20%(AR)和海藻酸复合肥减氮20%(SR)6个处理。采用密闭式间歇通气法测定施肥后氨挥发通量,于水稻成熟期测产,测定植株吸氮量并计算氮素利用率。结果表明:氨挥发主要发生在基肥和分蘖肥施用后。与CF处理相比,CR、HR、AR、SR处理均显著降低了稻田氨挥发损失总量(P0.05),降低幅度为38.9%～54.7%;且与CR处理相比,增效复合肥减氮处理AR与SR的氨挥发损失总量分别显著降低20.5%和25.8%。此外,田面水NH_4~+-N浓度是影响氨挥发的重要因素,减氮条件下田面水NH_4~+-N浓度降低,其中3种增效复合肥减氮处理田面水NH_4~+-N平均浓度较CR处理降低了5.5%～18.7%。减氮条件下,增效复合肥处理(HR、AR与SR)的植株吸氮量较CR处理显著提高20.0%～31.8%(P0.05)。而且,HR、AR与SR处理的氮素利用率均显著高于CF和CR处理(P0.05)。对比CF处理的产量,3种增效复合肥减氮处理的产量没有显著降低;同一减氮水平下,HR、AR与SR的产量均显著高于CR处理,增幅为4.4%～4.8%(P0.05)。研究表明,增效复合肥减氮施用均可有效降低稻田氨挥发损失,并具有较好的稳产效应,其中以氨基酸和海藻酸增效复合肥效果更为明显。     

包膜尿素与普通尿素配施对稻田氨挥发的影响

为有效减少平原河网双季稻种植区农田氮素（N）损失并提高N肥利用率,采用聚氨酯包膜尿素与普通尿素掺混一次性施肥技术,探究控释掺混肥对早稻季氨挥发损失及N肥利用率的影响。连续两年（2018—2019年）在湖南益阳开展田间试验,设置不施N肥（CK）、常规施肥（CF）、聚氨酯包膜尿素（PuCU）、聚氨酯包膜尿素与普通尿素以6∶4比例配比（0.6PuCU+0.4CF）共4个处理,采用半密闭通气法监测水稻生育期间氨挥发特征。结果表明： CF和0.6PuCU+0.4CF处理稻田氨挥发主要发生在移栽后10 d内,峰值出现于第2~3天和第10天;而PuCU处理整个早稻生长季氨挥发通量缓慢,略高于CK处理。早稻全生育期CF处理氨挥发损失量（率）最高,达39.48 kg·hm^-2（22.22%）,N肥吸收利用率（NRE）和N肥农学利用率（NAE）分别为29.19%和13.82 kg·kg^-1;PuCU和0.6PuCU+0.4CF处理氨挥发损失量（率）分别为12.01 kg·hm^-2（3.91%）和20.70 kg·hm^-2（9.70%）,NRE分别为60.22%和71.36%,NAE分别为18.99 kg·kg^-1和20.34 kg·kg^-1。其中,0.6PuCU+0.4CF和PuCU处理早稻季总计氨挥发损失量较CF处理分别降低47.57%和69.56%,而NRE分别提高163.08%和116.29%,NAE分别提高69.85%和55.97%。Elovich方程能较好地拟合稻田氨挥发累积量随时间的变化趋势,各处理相关系数均达到极显著水平。相关分析表明,早稻季氨挥发通量与田面水NH₄⁺-N浓度及pH呈显著正相关。研究表明,聚氨酯包膜尿素一次性基施能有效避免施肥后NH₄⁺-N的急剧升高,减少稻田氨挥发损失,并提高早稻N肥利用率,而将其与尿素按比例进行互配能进一步促进N素吸收,提高N素利用效率,但氨挥发减排效果较单施聚氨酯包膜尿素低。     

太湖地区稻田不同氮肥管理模式下氨挥发特征研究

以减少氨挥发带来的面源污染问题为目的,通过调整氮肥管理模式, 设置农户常规施肥处理、化肥减量施肥处理、缓控释肥处理、有机无机肥配施处理、按需施肥处理以及无氮处理6个管理模式试验,研究太湖地区施氮量与氮肥品种对氨挥发损失的影响。结果表明：氨挥发损失受施氮量的显著影响,施氮量减少22%~44%可降低氨挥发损失20.2%~35.3%。常规化肥处理下,基肥期与分蘖肥期氨挥发损失较为严重。同一施氮水平下,有机肥化肥配施可显著降低氨挥发;缓控释肥可明显减少基肥期氨挥发量,但后期效果不明显。氮肥用量由当前农户施氮水平减少22%时,不会对作物氮累积量与产量造成影响,可见适当降低施氮水平并搭配有机肥,是具产量可持续性及环境友好性的氮肥管理模式。     

生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田氨挥发的影响

通过土柱模拟实验,研究了生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田田面水氮素转化、氨挥发排放以及水稻产量的影响。结果表明:生活污水尾水灌溉显著提高了稻田田面水NO_3~--N浓度和田面水pH,并显著提高了产量、植株吸氮量和土壤脲酶活性。与清水灌溉处理相比,不施氮肥时生活污水尾水灌溉可使秸秆还田稻田氨挥发累积排放量显著降低35%;正常施氮时生活污水尾水灌溉增加了秸秆还田稻田氨挥发排放总量,但由于显著增加了水稻产量,因此单位产量氨挥发排放量有所降低。由此可见,秸秆还田稻田利用生活污水尾水灌溉,不仅可消纳净化生活污水、替代部分氮肥,还可增加水稻产量、降低单位产量稻田氨挥发排放。     

不同表面分子膜材料抑制稻田氨挥发的效果及其作用途径

表面分子膜是抑制稻田氨挥发的一种经济环保的手段,但适宜膜材料的选取及作用途径尚未明确,为此,试验选取聚乳酸(PLA)、玉米蛋白、Span60为表面分子膜材料,根据材料的溶解度和成膜状态确定各材料添加比例,PLA添加比例为2、4、6、8 g·m~(-2)(以干性物质计,下同),玉米蛋白1、2、4、8 g·m~(-2),Span60 1、2、4、6 g·m~(-2)。通过开展控温培养试验,比较不同分子膜材料对氨挥发的控制效果及其主要作用途径。结果表明,PLA、玉米蛋白、Span60三种材料均降低了肥后一周内的氨挥发排放量,降低比例分别为6.61%～18.10%、6.71%～21.78%、4.32%～9.51%。PLA、玉米蛋白通过降低田面水铵态氮浓度和pH值共同作用抑制氨挥发,含2 g·m~(-2)的玉米醇溶蛋白和含8 g·m~(-2)的PLA对氨挥发有较好的抑制作用,与对照相比可分别降低氨挥发排放量12.46%和9.61%;Span60主要通过降低田面水铵态氮浓度抑制氨挥发,但添加比例过高会增加田面水铵态氮浓度,最佳添加比例为1 g·m~(-2),与对照相比可降低氨挥发排放量5.63%。研究表明,玉米蛋白(2 g·m~(-2))是较适宜的氨挥发表面分子抑制材料,但其田间实际效果还有待于进一步验证。     

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。     

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31.67～69.70 kg· 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1～3 d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％.     

紫云英不同时期还田部分替代化肥对氨挥发及水稻产量的影响

氨挥发是稻田氮肥损失的主要途径,研究紫云英还田对稻田氨挥发和水稻产量的综合影响对于合理利用绿肥以及稻田化肥减量有重要意义.本研究以稻麦轮作常规施氮(M)为对照,在紫云英旺长期(F1)、始花期(F2)、盛花期(F3)和初荚期(F4)翻压还田并减少稻季20％的化学氮肥用量,研究了紫云英不同时期还田部分替代化肥对氨挥发及水稻产量的影响.结果表明,水稻生长期间氨挥发损失总量随紫云英翻压还田时期的推迟呈先增加后减少的趋势,处理间无显著差异,但均较对照显著减少.F3、F4、F2处理的水稻产量较高,显著高于F1处理,但与对照的差异均未达到显著水平.F1、F2、F3、F4处理间氨挥发排放强度无显著差异,但均显著低于对照.不同翻压还田时期造成了紫云英干物质质量和氮素养分还田量的差异,最终影响了稻田氨挥发和水稻产量;减少化学氮肥的投入可以有效降低稻田氨挥发.说明,紫云英还田应选择在盛花期至初荚期进行,并减少稻季20％的化学氮肥用量,可在确保水稻高产前提下降低氨挥发排放强度.     

施肥深度、灌水条件和氨挥发监测方法对氮肥氨挥发特征的影响

[目的]研究施肥深度、灌水条件和氨挥发监测方法对土壤氮肥氨挥发损失特征的影响,为评估田间原位监测试验结果提供依据.[方法]通过微区试验模拟大田基肥和追肥氨挥发条件.[结果](1)在轻度盐演化土壤上,氨挥发速率和损失累积量随着施肥深度的增加而降低,氮肥深施土壤10cm氨挥发降低到施氮量2;以下,可有效控制氮肥氨挥发损失;氨挥发持续时间随着施肥深度的增加而缩短.(2)施肥后延迟灌水情况下,初始含水量高的土壤比含水量低的土壤氨挥发损失大;在同等条件下,延迟灌水会增加氮肥氨挥发损失;随着灌水量的增加,氨挥发损失降低;(3)3种氨气吸收方法比较结果显示,密闭法检测值远低于抽气法和通气法;在试验区域和试验条件下,抽气法和通气法监测结果较为接近.[结论]施肥深度和灌水条件是否与当地大田操作一致,是氨挥发测定值能否反映田间真实值的关键;三种监测方法对氨挥发田间原位监测是系统影响,密闭法结果偏低,抽气法是否反映田间真实值与抽气速率相关;通气法不需动力,可适用于田间多处理试验.