华北平原潮土区粮田氮淋失阻控措施及效果分析

华北平原潮土区是我国重要的粮食主产区,改革开放40多年来该区农业经历了以高水肥投入为主要特征的集约化进程,相应的氮淋失导致的面源污染自20世纪90年代以来不断加剧。本研究针对华北平原潮土为主要类型的粮田,对过去40多年间主要研究文献进行全面分析,梳理氮肥和水分投入与氮淋失之间的定量关系,比较主要农田管理措施对氮淋失的阻控效果及其机理,以期为我国农业面源污染提供决策支持。研究发现,氮肥和灌溉是影响华北平原潮土区粮田氮淋失的主要因素,其中氮淋失与氮盈余量之间呈指数关系,比与施氮量的指数关系更显著。基于机器学习的随机森林回归模型能够考虑包括施肥、灌溉、土壤条件和气象等多因素对氮淋失的影响,未来在定量预测中有较好前景。同等氮肥投入条件下,由于氮供应与作物吸收契合度高,有机无机配施能显著降低氮淋失。以缓控释肥、尿酶和硝化抑制剂为代表的肥料增效剂可以降低约1/3的氮淋失,值得重点推广应用。秸秆还田可以实现包括提高土壤有机物和微生物氮库、增加无机氮缓冲容量等综合效益,有利于降低氮淋失风险(降低比例达10%),但免耕的阻控效应较低且呈现较大不确定性。调整种植制度、休耕、间作套种和种植填闲作物等措施会影响粮食产量,推广过程中应慎重。氮淋失的阻控效果更多受到社会、经济和政策等因素的影响,今后应采取包括生态补偿等手段发挥农民主动性,从政策和法律法规层面创造实施氮淋失阻控措施的社会环境。     

福建菜田氮磷积累状况及其淋失潜力研究

本文通过采集460个福建菜田代表性耕层土样,采用土壤测试和土柱渗漏水模拟试验的方法研究菜田土壤硝态氮和Olsen P含量状况和淋失临界指标及其淋失潜力。结果表明,耕层土壤硝态氮含量为47.455.5 mg/kg,Olsen-P含量则为61.743.2 mg/kg, 其中瓜果类蔬菜种植地土壤硝态氮和Olsen-P含量明显高于叶菜类和根茎类蔬菜种植地。 应用双速率转折点建模法,得到氮、 磷淋失临界指标X0分别为土壤硝态氮76.3 mg/kg和Olsen-P 42.8 mg/kg。 淋失临界值相当于或略高于满足蔬菜营养的农学指标。当土壤硝态氮或Olsen-P含量低于X0时,随着其含量增加,渗漏水硝态氮或总磷浓度以线性方式缓慢增加,反之,则以非线性形式急剧增大。土壤硝态氮和Olsen-P含量高于其X0的土样数分别占17.9%和81.3%, 表明这些样点具有较高的氮、 磷淋失潜力,是氮、 磷污染控制的关键地块。 瓜果类菜田土壤硝态氮和Olsen-P含量高于其X0的土样数分别占到32.3%和96.3%,淋失潜力明显高于叶菜类和根茎类菜田,是氮、 磷污染控制的优先区域。     

生物炭对引黄灌区水稻产量和氮素淋失的影响

为解决宁夏引黄灌区稻田因过量施肥导致的土壤质量降低和养分淋失加剧问题,通过田间小区试验研究了施用外源生物炭对水稻产量、氮素淋失和平衡特征的影响。结果表明:同等施氮条件下,施用生物质炭对水稻子粒产量有显著的影响,生物炭用量达13 500kg/hm~2时水稻增产显著。施用生物炭也提高了氮肥利用率,施用生物炭9 000kg/hm~2和13 500kg/hm~2处理,氮肥利用率分别提高了6.7和7.8个百分点。田面水中总氮(TN)浓度和土体中TN淋失量随着生物炭用量的增加而降低,TN淋失量降幅在8.03%~13.36%之间,施用生物炭处理的氮素表观损失量分别降低了11.8%~45.2%。综合考虑引黄灌区水稻产量和环境效益,生物炭施用量控制在9 000~13 500kg/hm~2效果最佳。     

紫色土坡耕地氮素淋失通量的实测与模拟

氮淋失是氮素循环研究中最重要的环节之一,获得准确的氮淋失通量是当今农田氮循环研究中必不可少而又较为困难的工作之一。紫色土土层薄,土壤氮素难以蓄存,加之降水丰富,下伏透水性较弱的母岩,淋溶水达到母岩后难以垂直下渗而沿土壤岩石界面出流、汇流形成壤中流,紫色土氮素淋失主要表现为氮素随壤中流迁移流失。DNDC模型是基于过程的一种土壤碳氮循环模型,常用于农田温室气体排放模拟,但其应用于氮素淋溶的验证与测试不足。本文利用大型坡地排水采集器(lysimeter),测定紫色土坡耕地淋溶水量(壤中流流量)和氮素淋失通量,并利用观测数据对DNDC模型进行验证。结果表明,紫色土坡耕地小麦玉米季累积淋溶水通量为323.6 mm,径流系数33.3%,氮素淋失量为36.93 kg.hm 2,占全年氮素施用量的13.2%。壤中流流量与氮素淋失量实测值和模拟值的Pearson相关系数分别为0.944(P<0.05)和0.972(P<0.05),Theil不等系数分别为0.07和0.1,降雨量、土壤孔隙率和施氮水平是氮流失模拟的高敏感性参数。DNDC模型应用于紫色土坡耕地氮素淋失通量的模拟具有较高的可靠性,同时DNDC基于过程模型的优势可以描述持续降雨条件下的氮淋失过程,未来可通过进一步的验证,测试DNDC模型应用于氮淋失过程及区域氮淋失评估的可行性。     

浙北平原不同种植年限蔬菜地土壤氮磷的积累及环境风险评价

长期过量施肥可导致蔬菜地土壤养分大量累积、养分利用效率下降和环境污染风险增加。以浙北平原不同种植年限蔬菜地土壤为研究对象,采用化学测试方法研究了菜地土壤氮和磷的积累及其淋失潜力的变化。结果表明,随着种植年限的增加,蔬菜地土壤全磷、有效磷（Olsen P）和NO3-N呈明显的积累;蔬菜种植年限为〈2、2～5、6～10、11～20、20～30和＆gt;30a的表土全P平均分别为0.66、0.75、1.07、1.49、2.40和2.12g·kg-1,有效P平均分别为13.2、37.8、42.2、70.2、137.9和101.7mg·kg-1,NO3-N平均分别为9.15、13.58、50.18、46.48、73.28和74.20mg·kg-1,同时土壤N和P垂直下移渐趋明显。土壤水溶性磷含量随土壤有效磷（OlsenP）积累的变化存在一个明显的突变点,相对应的土壤OlsenP临界值约为60mg·kg-1。随着种植年限增长,蔬菜地地表径流中氮和磷浓度呈明显增加,利用年限为20～30a的蔬菜地径流中可溶性P和NO3-N浓度分别约为利用年限〈2a蔬菜地的13.12和9.48倍。研究认为,长期超量施肥已导致这一地区蔬菜地土壤养分的过度积累,在蔬菜生产中应重视和提倡平衡施肥,控制土壤氮磷的积累。     

水肥耦合对华北高产农区小麦-玉米产量和土壤硝态氮淋失风险的影响

在封丘农田生态系统国家试验站, 通过多组水肥组合试验, 研究了冬小麦-夏玉米轮作下, 水、肥对作物产量、硝态氮在土壤剖面中的分布特征及其淋失风险的影响。结果表明, 适宜灌溉情况下, 氮磷配施是提高作物产量的关键, 氮钾配施与磷钾配施增产效果不明显。统计结果表明, 各因素对小麦产量影响次序依次为氮肥≥磷肥＞灌溉＞钾肥, 对玉米产量的影响次序为氮肥＞磷肥＞钾肥＞灌溉, 只有氮磷对作物产量的影响达到统计学上的显著性差异。随着施氮量和灌溉量的增加, 硝态氮累积峰峰值增加, 峰厚度加厚, 出现位置加深, 且根区外硝态氮含量亦显著增加, 极大地提高了硝态氮的淋失风险。适宜氮肥用量与适宜灌溉是减轻硝态氮淋失风险的关键, 氮磷配施可有效降低深层土壤硝态氮累积。研究区域适宜氮肥用量为每年400 kg(N)·hm^-2,适宜磷肥用量为每年225 kg( P₂O₅)·hm^-2, 一般降雨年型全年灌溉量以280 mm 左右为宜。     

稻田土壤上控释氮肥的氮素利用率与硝态氮的淋溶损失

在稻田土壤上对水稻的高量施用氮肥常常造成硝态氮(NO3--N)淋溶损失和肥料氮利用率低下的问题。本研究采用土壤渗漏器、微区和田间小区试验,研究了15N标记控释氮肥在稻田土壤上的氮素利用率和硝态氮的淋溶损失。在两年早稻种植期间,一次性全量作基肥施用控释氮肥与尿素分二次施用的相比,两年的早稻产量分别平均提高7.7%和11.6%。在N90 kg hm-2用量下,由差值法测得的肥料氮利用率,按平均计,控释氮肥的N利用率(平均76.3%)比尿素分次施用的(平均37.4%)高出38.9%1。5N同位素法测得的控释氮肥的N利用率(平均67.1%)比尿素分次施用的(平均31.2%)高出35.9%。在早稻种植季节,施用尿素和控释氮肥的NO3--N淋失量分别为9.19 kg hm-2和6.7 kg hm-2,占施尿素N和控释氮肥氮的10.2%和7.4%。控释氮肥的氮淋失量比尿素分2次施用的降低27.1%。本研究结果表明,在稻田土壤上施用控释氮肥能减少氮的淋失量,提高氮素利用率和水稻产量。     

菜地土壤磷素淋失及其影响因素

以菜地为供试土壤,研究了0~100 cm菜地土壤Olsen-P、CaCl2-P、NaOH-P的空间分布状况及其相关关系。结果表明,0~20 cm菜地Olsen-P、CaCl2-P、NaOH-P含量分别为:123.8~399.6 mg/kg、9.1~27.2 mg/kg、184.9~608.9mg/kg。土壤Olsen-P、CaCl2-P、NaOH-P主要积累在0~20 cm土层,随着土壤深度的增加土壤磷的积累量逐渐降低;土壤Olsen-P与CaCl2-P、NaOH-P呈显著正相关关系。土壤Olsen-P含量高于55.6~63.0 mg/kg时,土壤CaCl2-P显著增加,此时的Olsen-P含量为土壤磷渗漏淋失显著增加的“突变点”。     

水土保持林有效覆盖率及其确定方法的研究

水土保持林有效覆盖率是水土保持林建设中的一个重要指标，该术语虽出现较早且已被逐渐采用，但由于缺乏严格的定义和统一确定标准，以至水土保持林有效覆盖率数值从３０％－７５％，这严重影响了水土流失林业生产的宏观决策，通过对水土保持林系统的详细分析，定义了水土保持有效覆盖率为在一定防护范围内的土壤流失量等于允许流失量时的森林覆盖率：ae^-bF=SLA，并指出有效覆盖率的确定涉及２个方面，３个步骤，水土保持林有效覆盖率为时间和空间的函数，此外还以黄土高原水土流失为例，介绍了水土保持林有效覆盖率的确定方法。     

高产农田土壤硝态氮淋失与地下水污染动态研究

对桓台县区域农田监测研究表明,水肥管理不同的2个监测区域郭家区、李家区高产农田土体内NO_3~--N淋失迁移动态有差异,地下水污染亦不同。春天始土体内NO_3~--N含量趋于持续降低,浅层地下水NO_3~--N含量则持续升高,雨季后地下水中NO_3~--N含量尤剧烈升高,并达年内最高值,表现出农田N肥对地下水的直接污染,这可能与李家区灌溉次数多、土壤质地较轻和地下水位较浅有关。