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。     

适宜施氮量降低京郊小麦-玉米农田N2O排放系数增加产量

为明确京郊地区小麦-玉米轮作农田的N_2O排放特征,寻求既能减少N_2O排放又保证粮食产量的切实有效措施,以京郊地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法对8个施氮水平的农田N_2O交换通量进行了连续一年对比研究,每季作物施肥量分别为N0(0 kg/hm~2),N1(50 kg/hm~2),N2(100 kg/hm~2),N3(150 kg/hm~2),N4(200 kg/hm~2),N5(250 kg/hm~2),N6(300 kg/hm~2),和N7(400 kg/hm~2)。在N0-N7施氮量条件下冬小麦季N_2O排放量为0.08~0.52 kg/hm~2;夏玉米季0.26~3.70 kg/hm~2。整个轮作周期,小麦季各处理N_2O排放损失率为0.05%~0.13%;玉米季0.78%~1.02%。在京郊地区冬小麦-夏玉米轮作体系中夏玉米季氮肥施入农田土壤后,土壤N_2O排放通量高于小麦季。京郊农田土壤N_2O排放通量表现出明显的季节性和日变化规律。综合考虑本试验条件下施肥量、N_2O排放量和京郊地区潮土农田小麦-玉米产量,研究认为该轮作体系中每季作物的施肥量为N4(200 kg/hm~2)比较合理,可为合理施肥及估算中国农田温室气体排放量提供参考。     

间作修复对玉米镉含量影响的整合分析

【目的】分析间作修复对镉(Cd)污染农田玉米Cd含量影响,旨在为实现污染农田边生产边修复提供基础支撑。【方法】本研究以“玉米”、“Cd”、“间作”为关键词,在“中国知网”和“Web of Science”数据库检索2006—2020年期间发表的文献,筛选出符合要求的文献33篇,获得数据770组。以玉米单作为对照,利用整合分析(meta-analysis)方法揭示间作修复对玉米Cd含量影响,明确间作植物种类、玉米品种、土壤性质和栽培措施等因素的综合效应。【结果】与单作玉米相比,大田间作修复能显著降低玉米籽粒、茎叶和根Cd含量,尤其对籽粒Cd抑制作用最显著。蜈蚣草+籽粒苋、蜈蚣草、籽粒苋和龙葵等间作植物对玉米籽粒Cd含量有显著抑制作用;东单、海禾28和绿玉269等玉米品种籽粒Cd含量也显著受间作修复抑制。在弱酸性或中性土壤上,间作修复对玉米籽粒Cd的抑制作用增强;无论是安全利用类还是严格管控类农田,间作修复均能显著降低玉米籽粒Cd含量;间作行距对玉米籽粒和茎叶Cd含量影响不显著,但0～30 cm行距显著降低根Cd含量。盆栽间作修复涉及到的间作植物以及玉米品种较多,Meta分析结果表明,盆栽...     

氮肥用量对设施滴灌栽培番茄产量品质及土壤硝态氮累积的影响

为了明确滴灌条件下设施番茄适宜的氮肥施用量,选择北京市顺义区代表性日光温室进行田间试验,设置0、90、180、270、360、450 kg·hm-2 6个氮肥水平,研究不同氮肥用量对设施滴灌栽培番茄产量、品质及土壤硝态氮累积分布的影响。结果表明：氮肥施用量为0~360 kg·hm-2时,随氮肥施用量的增加番茄产量增高;当施氮量超过360 kg·hm-2时,番茄产量随施氮量增加却呈下降趋势。番茄品质随施氮量的增加而提高,当施氮量为450 kg·hm-2时,番茄果实的糖酸比最高,风味较佳。随着施N量的增加,各层土壤硝态氮含量明显增加,尤其当施氮量大于270 kg·hm-2时,土壤硝态氮含量显著增加。施氮量360 kg·hm-2为0~100 cm土壤硝态氮累积量增加的拐点,土壤硝态氮累积量与0~360 kg·hm-2施氮量呈线性相关。结合北京郊区土壤肥力状况,番茄氮肥推荐施用量为270~360 kg·hm-2,在当前农民习惯施氮量450 kg·hm-2条件下,减少氮肥用量20%~40%,可以达到设施番茄高产、优质,且环境风险较小的目的。     

北京市郊典型农田施肥研究与分析

通过问卷调查形式,对京郊粮田、菜田和果园3种农田施肥现状进行研究.结果表明,菜田和果园化肥施用量较高,氮、磷、钾肥均显著高于粮田.菜田和果园氮肥用量分别为1741.0和1172.8 kg/hm2,分别是粮田氮肥用量的4.5和3.0倍;磷肥用量分别为1375.1和996.4 kg/hm2,分别是粮田磷肥用量的15.5倍和11.2倍;钾肥用量分别为791.3和602.4 kg/hm2,分别是粮田钾肥用量的21.1和16.1倍.另外,3种利用方式的农田氮、磷和钾肥施用比例不同,粮田为75.4%、17.3%和7.3%;果园为42.3%、36.0%和21.7%;而菜田为44.6%、35.2%和20.3%.3种种植类型中均存在氮肥投入过量、钾肥不足的问题.     

华北平原中部夏玉米农田不同施氮水平氨挥发规律

以华北平原中部地区潮土为对象,研究了撒施不同水平尿素对夏玉米季氨挥发的影响,为合理施用氮肥和减少农田氨挥发损失提供依据。结合当地农民种植与施氮习惯,试验设置8个施氮水平,分别为0(N0)、50(N1)、100(N2)、150(N3)、200(N4)、250(N5)、300(N6)、400(N7)kg·hm~(-2),利用田间试验原位测定-密闭室连续抽气法测定氨挥发。结果表明,夏玉米种植体系在施入氮肥后发生了明显的氨挥发,且氨挥发主要发生在施肥后5 d内,在施肥后1～3 d出现氨挥发速率峰值,基肥与追肥后氨挥发通量最大分别达到N 2.35、5.30 kg·hm~(-2)·d~(-1),基肥期氨挥发量在N 3.76～9.82 kg·hm~(-2),追肥期氨挥发量在N 5.79～27.29 kg·hm~(-2)。在整个夏玉米生长期间,氨挥发量随着氮肥施用量的增加而增加。施氮量为200 kg·hm~(-2)条件下,氨挥发量相对较低,夏玉米产量为10 721.87 kg·hm~(-2),高于其他施氮水平处理的玉米产量。可见,合理的氮肥用量能够兼顾产量和生态环境,京郊夏玉米田间土壤在200 kg·hm~(-2)的氮肥水平下,玉米产量最高且氨挥发损失较低。     

施肥与填闲种植籽粒苋对油麦菜Cd和土壤Cd的影响

为了分析评价农艺措施在叶菜类蔬菜生产过程中对阻控Cd污染方面的作用,于2017年3月至2018年10月以油麦菜为试材,在高含量Cd设施土壤上,采用随机区组田间试验,连续2年研究不同施肥及填闲种植籽粒苋对油麦菜产量、Cd吸收及土壤Cd的影响。结果表明：有机肥料和无机肥料按照1：1的比例配施,可以显著提高油麦菜的产量;单施化肥不会导致土壤中总Cd的增加,但可促进植株对Cd的吸收。有机肥的大量施入存在土壤Cd累积的风险,而填闲种植籽粒苋可以有效防控这种风险。通过连续2年种植籽粒苋,试验各处理土壤Cd被带出11 668.81~15 800.39 mg·hm^-2。各施肥处理,土壤Cd净减少量从高到低依次为：单施化肥处理（16 219.03 mg·hm^-2） > 鸡粪加化肥处理（10 800.72 mg·hm^-2） > 羊粪加化肥处理（8 684.25 mg·hm^-2） > 单施鸡粪处理（6 423.05 mg·hm^-2） > 单施羊粪处理（-3 400.11 mg·hm^-2）。研究表明,综合考量产量、植株Cd含量及土壤Cd累积等因素,在油麦菜种植过程中采用鸡粪与化肥按照1：1的比例配施并结合填闲种植籽粒苋是推荐的农艺种植措施,可实现土壤中的Cd负增长。     

长江三角洲地区不同种植年限保护菜地土壤质量初探

保护地蔬菜栽培中氮肥的大量施用引起土壤氮素累积现象非常严重[1-3 ],并出现盐分累积和次生盐渍化的发生[4-5 ];而且保护地蔬菜栽培多年后还造成土壤pH降低,施肥量越大,pH降低幅度越大[6].伴随着土壤理化性状变化,保护地土壤微生物区系也发生了明显的变化,细菌数量显著下降,真菌数量增加,微生物活性降低[7-8].     

河北省藁城市大棚土壤盐分累积状况研究

通过调查取样的方法研究了河北省藁城市不同棚龄大硼的土壤盐分累积 状况。结果表明，大棚土壤的可溶盐分明显高于相邻土壤，不同土层的增加幅度存在一定的差异。0－20cm土层盐分含量最高，自上向下逐层减少。大棚土壤中除HCO3^-含量较相邻土壤有降低趋势以外,Ca^2 、Mg^2 、K^ 、Na^ 、SO4^2-、Cl^-、和NO3^-离子含量都有一定程度的累积，并随棚龄的增加表现出一定的累积和分布规律。大棚土壤的水溶态磷的含量较相邻土壤也有显著增加。各种离子含量与EC值间存在显著或极显著相关性，其中以Ca^2 、Mg^2 和NO3^-其与EC值的相关系数最高。     

氮肥用量对设施滴灌栽培番茄产量品质及土壤硝态氮累积的影响

为了明确滴灌条件下设施番茄适宜的氮肥施用量,选择北京市顺义区代表性日光温室进行田间试验,设置0、90、180、270、360、450kg·hm^-2 6个氮肥水平,研究不同氮肥用量对设施滴灌栽培番茄产量、品质及土壤硝态氮累积分布的影响。结果表明：氮肥施用量为0～360kg·hm^-2时,随氮肥施用量的增加番茄产量增高;当施氮量超过360kg·hm^-2时,番茄产量随施氮量增加却呈下降趋势。番茄品质随施氮量的增加而提高,当施氮量为450kg·hm^-2时,番茄果实的糖酸比最高,风味较佳。随着施N量的增加,各层土壤硝态氮含量明显增加,尤其当施氮量大于270kg·hm^-2时,土壤硝态氮含量显著增加。施氮量360kg·hm^-2为0—100cm土壤硝态氮累积量增加的拐点,土壤硝态氮累积量与0-360kg·hm^-2施氮量呈线性相关。结合北京郊区土壤肥力状况,番茄氮肥推荐施用量为270-360kg·hm^-2,在当前农民习惯施氮量450kg·hm^-2条件下,减少氮肥用量20％～40％,可以达到设施番茄高产、优质,且环境风险较小的目的。