长期配施有机肥对宁夏引黄灌区水稻产量和稻田氮素淋失及平衡特征的影响

在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,通过4年的田间定位试验研究了长期配施有机肥对水稻籽粒产量、氮素吸收利用和氮素淋失特征的影响。试验共设置5个处理:不施用氮肥(T₁)、常规化学氮肥300 kg·hm^-2(T₂)、优化化学氮肥210 kg·hm^-2+有机肥氮肥90 kg·hm^-2(T₃)、优化化学氮肥240 kg·hm^-2(T₄)、优化化学氮肥195 kg·hm^-2+有机肥氮肥45 kg·hm^-2(T₅).用稻田退水采集装置收集20、60 cm和100 cm深度的淋溶水,计算氮素淋失量。试验结果表明:在常规施氮和优化施氮水平下配施有机肥,水稻籽粒产量没有降低,氮肥利用率分别提高了5.2、1.9个百分点;配施有机肥可以显着降低田面水中的总氮浓度和土体中氮素淋失量,20 cm土层中总氮淋失量分别降低了9.99%和6.02%,100 cm土层中总氮淋失量分别降低了17.9%和9.3%;氮平衡特征计算结果表明,同等施氮水平下配施有机肥氮素表观损失量分别降低了12.1%和12.5%.与常规只施用化肥比较,配施有机肥可以显着降低氮素的淋洗损失,优化施氮水平下配施有机肥(T₅处理)为协调水稻产量和环境安全的合理选择。     

土壤有机污染物电化学修复技术研究进展

综述了有机污染土壤的电动力修复和微生物电化学修复的最新研究进展。分析了电动力修复中电极材料、运行条件等因素对污染物去除效果的影响,总结了添加表面活性剂、引入具有降解能力的基质、与化学或生物联合等方式对土壤修复效果的强化作用,阐述了微生物电化学修复的效果、影响因素和微生物群落演变的规律。电化学技术能够有效去除土壤中的有机污染物,且电动力较微生物电化学具有更好的去除效果。为了实现电化学技术在污染土壤修复中的应用,未来需要从土壤导电性、电极材料以及反应器构型等方面优化以提高修复效果;此外,电化学修复技术的机理、功能微生物的群落特征研究等也是下一步研究的重点。     

水稻作物化肥减施增效技术评价指标体系构建

为解决我国水稻作物化肥减施增效技术评价指标体系建立滞后的问题,在深刻理解水稻作物化肥减施增效技术应用终极目标,遵循科学性与实用性、完整性与简明性、系统性与层次性、动态性与稳定性、可行性与可比性和现实性与导向性原则之上,采用文献综述与专家咨询方法构建针对水稻作物评价指标体系,并运用专家组合多重相关法进行主观赋权研究。系统构建了水稻作物化肥减施增效技术综合评价指标体系,其中包括5个一级指标、17个二级指标和43个三级指标,并基于专家组合的多重相关主观赋权方法分别对3个层次指标进行赋权,确立了每个指标的主观权重。本指标体系的构建可以推动水稻作物化肥减施增效技术的研发更具目标性和指向性;基于专家组合多重相关法的应用集中了专家的整体意见,克服了传统主观赋权法存在个别专家差异性引起偏差的弊端,可为科学开展各作物化肥减施增效技术综合评价提供借鉴参考。     

环竺山湾湖小流域种植业面源污染减排潜力研究

农田面源污染一直被认为是竺山湾湖水质恶化的重要因素之一。采用实地调研农户的方法考察了环竺山湾湖小流域粮食作物(水稻、小麦)、蔬菜、果园生产在"十二五"初期养分投入状况,结合太湖流域"十一五"期间已获示范验证、可推广应用的环境友好型种植技术模式或实践,估算了环竺山湾湖小流域种植业生产控污减排能力。结果表明,基于目前的稻麦、蔬菜和果树种植面积,规模化应用稻-麦施肥减量技术和稻-绿肥技术轮作模式可分别实现无机N投入减量132.4、424.3 t·a-1和总N减排20、42.3 t·a-1;蔬菜种植优化技术模式可减少无机N投入993.7 t·a-1和减排总N 181.3 t·a-1;果园优化施肥与三叶草截流控害集成技术模式,至少可实现节省无机N投入1000 t·a-1和减排总N 116.8 t·a-1。综上,环竺山湾湖小流域种植业生产已较"十一五"时期无机N投入水平明显降低,但依然还有减量空间;有机肥施用量逐步提升,但符合竺山湾湖小流域的最适施用水平还有待深入研究。最后给出了环竺山湾湖小流域农田面源污染规模化防控建议,以期为改善竺山湾湖水质进而确保太湖水质安全提供支持。     

应用于水稻生产的增效减负环保型施肥技术比对——以宁夏引黄灌区为例

过量施肥及盲目灌溉导致宁夏引黄灌区水稻种植中氮素淋失严重,氮肥利用率低下.探索能够在保障水稻产量前提下减少氮素淋失、提高氮素利用率的环保型施肥技术是该区域实现农业可持续发展的现实需求.本研究在前期研究的基础上,就不同施肥技术对灌区水稻生育期内氮素淋失、氮素利用率及水稻产量的影响效果进行比对,旨在为后续工作中技术筛选及推广提供依据.试验共设置4个处理,分别是(1)无肥对照(CK):不施氮肥;(2)常规施肥(FP):施用氮肥300 kg N·hm^-2, 60%作为基肥,分蘖和孕穗期各追肥20%;(3)侧条施肥(SD):施用水稻专用控释肥120 kg N·hm^-2,水稻插秧时将肥料一次性施入;(4)育苗箱全量施肥(NB):施用水稻专用控释肥,用量为120 kg N·hm^-2,育秧时一次性全量施入育秧盘.结果表明,采用SD和NB在氮素用量较FP降低60%的情况下,水稻产量都不会下降.SD可以显着降低稻田氮素淋溶损失,FP水稻生育期内可溶性总氮(TN)、硝态氮(NO₃-N)和铵态氮(NH₄⁺-N)淋失量分别为39.89、26.22 kg·hm^-2和5.49 kg·hm^-2,SD和FP相比,TN、NO₃-N和NH₄⁺-N的淋失量分别减少18.97、11.18 kg·hm^-2和2.27 kg·hm^-2;同时SD可以显着提高宁夏灌区水稻氮素利用率,较FP提高21.4%. NB和FP相比,TN、NO₃-N和NH₄⁺-N淋失量分别减少14.36、10.14 kg·hm^-2和1.84 kg·hm^-2,氮素利用率亦提高15.7%,但是TN、NO₃-N和NH₄⁺-N淋失量较SD处理分别增加4.61、1.04 kg·hm^-2和0.43 kg·hm^-2,同时氮素利用率亦减少5.7%.综合考虑水稻产量和环境效益,SD更适合在宁夏灌区水稻种植中推广应用.     

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO2、CH4和N2O通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮(N300)、优化施氮(N240)和不施氮(N0)对水稻不同生育期CO_2、CH_4和N_2O通量以及稻田增温潜势(GWP)的影响。结果表明:CO_2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH_4排放主要发生在水稻孕穗期,而N_2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO_2、CH_4和N_2O的累积排放量分别为18 446.87、146.57 kg C·hm~(-2)和2.93 kg N·hm~(-2);为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO_2排放,但使灌区稻田CH_4和N_2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。     

东北季节性冻融农田土壤CO2、CH4、N2O通量特征研究

为了评估季节性冻融交替对土壤温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,监测了东北松嫩平原两种典型农田生态系统(稻田和玉米田)非生长季土壤CO_2、CH_4和N_2O通量变化。研究表明:三种温室气体排放在土壤冻结期、覆雪期、融雪期和解冻期具有明显的季节动态特征。冻结期和融雪期对温室气体排放贡献最大,这两个时期内稻田和玉米田CO_2排放量分别占非生长季总累积排放量的74.9%和68.6%,稻田CH_4排放占非生长季总排放的95.7%,尽管玉米田土壤CH_4以吸收为主,但在融雪过程中存在明显释放峰,短暂的融雪期内N_2O呈集中爆发性释放,稻田和玉米田N_2O通量峰值分别是冻结前的40倍和99倍,排放量占到总累积排放量的73.9%和80.7%,覆雪期土壤CH_4和N_2O存在弱的吸收。另外,土壤温室气体排放存在土地利用方式间的差异,表现在稻田土壤比玉米田(非生长季)具有更高的温室气体排放潜力。稻田土壤CO_2、CH_4和N_2O累积排放量均高于玉米田,表现为净排放(源),而玉米田土壤CH_4通量表现为净吸收(汇);稻田土壤CO_2和CH_4平均排放速率显著高于玉米田;除覆雪期外,其他时期内三种温室气体平均通量在两类农田之间也存在显著差异。总之,在评价季节性冻土区温室气体排放时需要重视土壤冻结和融化过程,同时需要考虑不同土地利用方式间的差异。     

基于氮流失控制的种植结构调整与配套生态补偿措施——以竺山湾小流域为例

通过实地和查阅文献的方式调研了竺山湾小流域稻麦、蔬菜和果树的常规生产、清洁生产模式下的经济效益和氮(N)素流失等数据,采用线性优化模型,统筹考虑经济收益最大和污染排放总量控制,根据N流失总量高低对竺山湾小流域种植业结构设置了五种情景(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ)进行调整。情景Ⅰ以经济收益最高为目标,情景Ⅱ、Ⅲ分别在削减情景Ⅰ设定的N流失量20%和30%的约束下,各自实现其经济收益最高的两个情景。对于情景Ⅱ和情景Ⅲ,其N投入量、N流失量分别为6 267 t、511 t和5 567 t、447 t。与常规种植结构相比,这两种情景均达到了N肥投入减少20%、N流失量减少30%的项目预期目标,相对净收益分别达到8.456亿元、7.966亿元,高于未调整前常规种植结构的7.873亿元,属于五种结构调整情景中的最优和次优情景。估算了与种植结构调整相配套的生态补偿资金,包括机会成本补贴和生态效益奖励两部分。除去交易成本后,最优情景和次优情景相应的生态补偿总金额分别为961万元和3 507万元,补偿标准分别为739 Yuan hm~(-2)和2 696 Yuan hm~(-2)。提出了本区域内种植业结构调整的政策建议,以促进竺山湾小流域农田面源污染治理,加快本区域种植业由传统生产方式向清洁生产方式的转型升级。     

湖北水稻化肥减施增效技术应用耦合协调分析

以"十三五"国家重点研发计划"化肥农药减施增效技术应用及评估研究项目"期间研发应用的水稻化肥减施增效技术为评估对象,运用专家组多重相关性赋权法、耦合协调度模型对湖北省水稻化肥减施增效技术体系与项目目标体系、环境体系、经济效益体系进行耦合分析。结果表明:化肥减施增效技术体系与环境体系的耦合度最高,与目标体系的耦合度次之,与经济效益体系的耦合度较为不稳定;而耦合协调度分析结果与耦合度类似。建议后续推广中进一步加强化肥减施增效技术应用对实现化肥减量、稳产和增效的贡献与稳定性的考量,防御减施增效技术可能带来土壤质量退化的风险。     

引黄灌区灌淤土氮素淋失特征土柱模拟研究

采取土柱模拟实验的方法研究了不同施氮强度对宁夏引黄灌区灌淤土中氮素淋洗损失特征,以期为氮素淋失控制和合理施用提供科学依据。试验设5个氮水平,分别为对照处理(N0)、常规氮水平300 kg·hm^-2(N300)、优化氮水平(N240)、2倍常规氮水平(N600)、2倍优化氮水平(N480)。试验结果表明:不同施氮水平淋洗液中NO₃^--N的浓度表现出先升高后降低的趋势,浓度峰值出现的时间随施氮水平增加逐渐后移,NO₃^--N是氮素淋洗损失的主要形态,而NH₄⁺-N的淋失损失主要出现在淋洗前期,增加施氮量可以推迟各形态氮素峰值出现时间,增加淋失风险。N240,N300,N480和N600处理总氮累积淋失量分别为94.53、128.02、222.06 kg·hm^-2和268.6 kg·hm^-2,淋洗损失比例分别为39.38%、42.67%、46.26%和44.77%,当季施入稻田土壤的氮肥极易淋洗到100 cm深度以下,成为浅层地下水的潜在威胁。施入到灌淤土的氮素有39.38%～46.26%通过淋洗途径损失,各处理总氮累积量淋失规律服从对数方程Yt=a+blnt(R²=0.927～0.975)。