农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——案例分析

农村面源污染问题日益突出,是当前水污染控制与水环境改善的重点和难点。“十一五”期间,在国家水专项的支持下,以农村面源污染治理的“4R”理论（源头减量-过程阻断-养分再利用-生态修复）为指导,选择江苏省无锡市的直湖港小流域龙延村为综合示范区进行了技术的集成与工程化应用,取得了良好效果。本文以此为典型案例,详细介绍了综合示范区的污染现状、“4R”技术的集成应用与衔接配套、各项技术应用的污染控制效果以及区域环境改善效果,并对“4R”理论的核心内涵以及未来的发展进行了总结和讨论。     

施氮和秸秆还田对小麦-玉米轮作农田硝态氮淋溶的影响

连续4 a采用渗漏计测定法研究了陕西关中小麦-玉米轮作区施氮和秸秆还田对土壤剖面90 em处NO3--N淋溶的影响.结果表明,NO3--N淋洗主要发生在7、8、9月份或灌溉后,年际间变异较大.监测期内各处理渗漏液NO3--N浓度和淋失量的变幅为0～103.5 mg L-1和0～21.8 kg hm-2,二者均随施氮量的增加呈增加趋势.小麦施氮150 kg hm-2、玉米施氮180 kg hm-2时,连续4a作物均能获得高产.施氮量继续增加,产量不再增加,0 ～100 cm土层NO3--N累积量和90 cm处NO3--N淋失量却相应增加.秸秆还田2 a后作物显著增产,2010年和2011年分别增产15.1％和14.2％,但对NO3--N累积和淋溶的影响不显著.回归分析显示,NO3--N年淋失量和0～ 100 cm土层累积量均随年施氮量的增加呈指数形式增加,说明施氮量越高,NO3--N年淋失量和累积量越高,二者占施氮量的比例也越高.     

菜地氮肥用量与N2O排放的关系及硝化抑制剂效果

通过连续种植四季蔬菜近一年的大田试验,探究高施氮水平和低氮肥利用率的蔬菜生产系统中,N2O排放量与氮肥施用量之间的定量关系及其机理,并研究硝化抑制剂减少菜地N2O排放的效果.结果表明,在氮肥施用水平为N 0～1 733 kg hm-2a-1间,无论氮肥中是否添加硝化抑制剂,N2O总排放量与氮肥施用量均呈指数函数关系,即氮肥施用量高时,N2O排放率也高.在各氮肥水平处理下,硝化抑制剂均能降低N2O排放,抑制率为8.75％ ～ 25.28％,且这种减排效果随着施氮量增加而增加.在氮肥施用量为N 300或400 kg hm-2季-1时,施用硝化抑制剂减少N2O排放所带来的效益略高于其成本,因此,即使不考虑氮肥利用率的提高等因素,施用硝化抑制剂仍是一种有利的选择.     

秸秆还田下氮肥运筹对白土田水稻产量和氮吸收利用的影响

【目的】研究小麦秸秆直接还田条件下不同氮肥基追比例运筹方式对白土稻田水稻产量和氮素吸收利用的影响, 为华中低产白土稻田水稻合理施肥提供科学依据。【方法】设置2种小麦秸秆还田量(0和3000 kg/hm2)及3种氮肥基肥-分蘖肥-穗肥施用比例(80-0-20、 60-20-20 和40-30-30)和不施氮的对照, 共7个处理, 分别为N80-0-20、 N60-20-20、 N40-30-30、 N80-0-20+S、 N60-20-20+S、 N40-30-30+S和CK。水稻收获期采集代表性样品考察水稻产量结构性状, 同时测定水稻籽粒和秸秆产量, 分析籽粒和秸秆氮素含量, 计算水稻氮素吸收量和氮肥利用效率。【结果】基肥-分蘖肥-穗肥施用比例60-20-20的处理水稻籽粒产量最高, 两年试验较不施分蘖肥的对照分别增产9.4%~12.9%和7.4%~8.9%。实施小麦秸秆直接还田后, 水稻籽粒产量较不施秸秆的对照分别提高10.2%~23.4%和0.8%~5.5%。不施秸秆条件下, 基-蘖-穗肥施用比例60-20-20的处理水稻籽粒含氮量最高, 较不施氮的对照提高11.3%, 而秸秆含N量随中后期追肥比例的加大而提高。秸秆还田条件下, 氮肥后移能明显提高水稻籽粒和秸秆含氮量。水稻籽粒氮素吸收量, 基-蘖-穗肥比例60-20-20处理最多, 2011年较对照N80-0-20分别增加13.7%和24.8%, 2012年提高14.5%和9.2%; 秸秆氮素积累量则随中后期追肥用量的增加而增多, 基-蘖-穗肥比例40-30-30处理最多。不施秸秆条件下, 基-蘖-穗肥比例60-20-20的处理氮素干物质生产效率、 氮素稻谷生产效率、 氮收获指数均最高, 百公斤籽粒吸氮量最低。秸秆还田条件下, 氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率均随中后期追肥量的增加而下降, 而百公斤籽粒吸氮量则最高。氮素农学效率、 氮肥回收利用率和偏生产力也是60-20-20比例的处理最高, 较对照N80-0-20农学效率分别提高4.90和2.44 kg籽粒/kg N, 氮肥利用率提高7.82和21.29个百分点, 偏生产力提高4.90和2.44个百分点。【结论】综合水稻产量、 氮素吸收量以及氮肥利用效率, 安徽省江淮丘陵低产白土地区, 小麦秸秆直接还田条件下, 单季中稻氮肥的基肥-分蘖肥-穗肥施用比例, 以60-20-20运筹方式较为适宜。     

果园变量喷雾技术研究现状与前景分析

果园变量喷雾是提高农药有效利用率、提升果品品质的重要手段之一,已经成为国内外学者研究的热点课题。为明确果园变量喷雾技术与装备已处的研究阶段、所面临的挑战和未来发展的方向,该文从果园变量喷雾技术中冠层结构探测与重构、施药智能决策和变量喷雾执行系统3个主要环节,重点概述了冠层结构探测的主要技术手段及其优缺点,认为机器视觉技术、超声波传感技术、LIDAR(light detection and ranging)探测技术及其相互之间的组合传感技术是未来最主要发展的冠层结构探测技术;综述了当前所采用的基于果园面积GA(ground area)模型、基于冠层高度的LWH(leaf wall height)模型、基于树体面积的LWA(leaf wall area)模型和基于冠层体积的TRV(tree row volum)模型,在此基础上阐述了这4种模型之间的内在联系;在分析了对靶开关决策、离散型决策和连续型决策模型的现状和特点的基础上,提出基于模糊算法的施药量智能连续决策是未来重要的发展方向;从果园变量喷雾机所采用的传感技术、决策模型和所取得的技术指标方面论述了当前世界最典型的装备现状,进一步分析了施药量调控系统、风量调控系统和喷雾位置调控系统的研究现状,提出了风量快速调控系统和喷雾位置快速响应系统的发展方向,以期为果园变量喷雾技术与装备研究提供参考。     

协助自然修复微量元素污染酸性土壤研究：8年田间试验

There are many remediation techniques for organic contaminated soils,but relatively few of them are applicable to trace elementcontaminated soils.A field experiment was carried out to investigate assisted natural remediation（ANR） of an acid soil contaminated by As,Cd,Cu,Zn and Pb using one inorganic amendment,sugar beet lime（SL）,and two organic amendments,biosolid compost（BC）and leonardeite（LE）.The experiment was arranged in a completely randomized block design with four treatments in three replicates:1) a non-amended control（NA）;2) SL amended at 30 Mg ha^-1 year^-1;3) BC amended at 30 Mg ha^-1 year^-1 and 4) LE amended at 20 Mg ha^-1 year^-1 plus SL amended at 10 Mg ha^-1 year^-1（LESL）.The amended plots received two doses of each amendment（DO2）:one in October 2002 and another in October 2003.The plots were then divided in half into two subpolts and one subplot received another two doses of the same amendments（DO4） in October 2005 and October 2006.In 2011,the pH values of the amended soils were greater than that of the NA soil,with the SL-amended soil showing the highest pH.Total organic carbon（TOC） was also greater in the amended soil,and greater with DO4 than with DO2.Amendments reduced the concentrations of 0.01 mol L^-1 CaCl₂-extractable Cd,Cu and Zn,especially in the SL-amended soil.Plant cover of colonizing vegetation was enhanced by amendments,but was independent of amendment doses.Changes in soil properties from 2003 to 2011 showed that the first amendment application of DO2 caused a high differentiation between all the amendment treatments and the NA treatment.After the second application of DO2,soil pH and TOC continued increasing slowly.Further two applications of amendments（DO4） caused differences only in the organic treatments.Plant cover increased over time in all the treatments including NA.It could be concluded that the slow and steady natural remediation of this soil could be enhanced by amendment application（ANR）.     

改进施氮运筹对水稻产量和氮素吸收利用的影响

【目的】秸秆还田不仅可改良土壤和增加土壤有机质,还能提高作物产量和品质。但秸秆还田后,土壤有机酸积累和微生物固氮,抑制水稻前期生长。在长江流域稻麦两熟地区,当地农户往往通过增加施氮量来解决秸秆还田的负效应,造成肥料浪费和氮污染。因此,探索研究秸秆还田条件下水稻优化的氮肥运筹措施,阐明水稻产量形成和氮素吸收与利用对氮素响应特征,对于提高水稻产量和氮素利用效率具有重要意义。【方法】2012 2013年,以超级粳稻武运粳24号和宁粳3号为材料,在江苏省兴化市进行大田试验,在秸秆全量还田条件下,设置常规施氮300 kg/hm2(N1)、增加施氮量345 kg/hm2(N2)和常规施氮运筹(CFP,基肥∶分蘖肥∶穗肥=3∶3∶4)、改进施氮运筹(MFP,基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3),以无氮处理为对照,研究施氮量和氮肥运筹措施对水稻产量及其产量构成、干物质积累、氮素积累、氮素吸收速率和氮肥利用效率的影响。【结果】随着氮肥水平提高,水稻穗数显著增加,每穗粒数、结实率和千粒重下降,最终增产不显著。与常规施氮运筹比较,改进氮肥运筹显著增加穗数,显著提高群体颖花量并增产,在N1水平下,改进施氮运筹增产幅度为5.18%7.10%,高于N2水平的2.70%4.29%。随着施氮量增加,水稻分蘖中期、拔节期、移栽期至分蘖中期、分蘖中期至拔节期干物质积累量、氮素积累量显著增加,最终成熟期干物质积累量和氮素积累量有所增加,但差异不显著,而氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和氮偏肥生产力显著下降。与常规氮运筹处理相比,改进氮运筹显著增加水稻移栽期至分蘖中期干物质积累量、氮素积累量和氮素吸收速率,增加成熟期干物质积累量和氮素积累量,提高氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率和氮偏肥生产力,在N1水平下成熟期干物质积累量和氮素积累量分别增加6.52%和5.55%,氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率和氮偏肥生产力分别提高13.36%、8.55%、4.44%和5.29%,差异均达显著水平。【结论】秸秆全量还田条件下,增加氮肥用量水稻增产不显著,且氮肥利用效率低。不增加氮肥用量,通过适当提高基肥比例(基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3),可实现提高水稻产量、干物质积累量、氮素积累量和氮肥利用效率。     

天津市农田氮肥施用氨排放量估算及分布特征分析

氮素是作物生长的必要营养元素,氮肥施用过程中,会导致氨的挥发,而氨是形成可吸入颗粒物的重要前体物,为了解天津市农田氮肥施用过程中氨的排放,为天津市空气污染治理提供技术支撑,通过获取天津市不同农作物的不同氮肥种类施用量,依据国家环保部推荐的排放因子法和天津市的年均温度,对天津市农田氮肥施用过程中氨的排放量进行了估算和时空分布特征分析。结果表明,2014年天津市农田氮肥施用氨排放量为17 999.91 t,排放强度为3.27 t·km-2;从氮肥种类上看,尿素是最大排放源,贡献率为83.13%,其次是碳铵(13.83%),其他氮肥占比为3.04%;从农作物类型上看,蔬菜是最大的排放源,贡献率为38.91%,其次是玉米(29.43%)和小麦(19.66%),其他作物占比为12.00%。氨的排放系数具有明显的时间特征:中午高,夜间低;8月份最高,1月份最低。在各区县中,武清区氨排放量最大,贡献率为27.06%;津南区氨排放量最小,贡献率为1.14%;另外,宝坻区和蓟县的氨排放量也较高,贡献率分别为20.71%、17.86%。氨具有较强的空间分布差异性,在有氮肥施用的农田排放较高,其他区域排放较低。因此在控制天津市农田氮肥施用氨排放中应加强对武清区、宝坻区、蓟县等区县6—8月份蔬菜种植过程中尿素的科学施用。农田氨的时空分布特征可为天津市空气污染的防治提供科学依据。     

长期施用化肥条件下土团聚体中有机碳与养分分布

[目的]探究长期施肥与小麦—玉米轮作下(蝼)土表层水稳性团聚体组成及对团聚体中有机碳和养分分布的影响,为评价长期施肥对改善(蝼)土肥力状况的影响提供科学依据.[方法]利用田间长期施用化肥与轮作定位试验,通过湿筛法分离土壤水稳性团聚体,得到土壤团聚体构成,并测定不同粒径团聚体中有机碳和养分的含量.[结果]结果表明长期施用化肥显著影响土壤水稳性团聚体含量,长期施肥降低了＞2 mm的水稳性团聚体数量,增加了＜1 mm的水稳性团聚体含量.施肥在一定程度上提高了水稳性团聚体有机碳的含量,但施用高量氮、磷下0.25～0.5 mm和＜0.25 mm水稳性团聚体中有机碳含量明显低于施用低量氮、磷肥料.不同施肥处理土壤水稳性团聚体全氮含量变化趋势与水稳性团聚体有机碳含量基本一致.磷素在不施肥处理各粒径团聚体中均匀分布,低氮、磷处理各粒径团聚体中全磷含量差异较小,高氮、磷处理各粒径土壤团聚体中全磷含量变化无明显趋势.长期施肥降低了＞2 mm水稳性团聚体中全K含量,增加了＜2 mm的水稳性团聚体中全K含量.[结论]水稳性团聚体关系土壤有机碳、氮的数量,水稳性团聚体及其中有机碳、氮含量在氮磷化肥的长期施用下变化无明显规律,并且,长期施用氮、磷化肥下土壤磷素和钾素在土壤中的保存及供应能力也受到影响.因此,需要合理施肥管理,促进农田生产力的可持续发展.     

连续施氮对玉米产量稳定性及其增产潜力的调控

通过7年的定位试验(2007~2013年),研究不同施氮水平对辽北地区玉米产量稳定性、可持续性及其增产潜力的影响。试验氮肥用量从低到高共设N0(不施氮)、N_1(138 kg hm~(-2))、N_2(241.5 kg hm~(-2))、N_3(345 kg hm~(-2))4个水平。结果表明,施氮可以显著增加玉米产量,在一定范围内产量和产量稳定性随施氮量的增加而增加,其中N2处理的产量(平均产量9598.1kg hm~(-2))和增产率(70.7%)最高,年际间变异系数最小,相应的稳定性最高;N_3处理虽然施氮量比N_2处理增加43%,然而产量和产量的稳定性并没有显著提高。根据7年的平均产量研究结果得出肥料-产量效应函数,曲线符合报酬递减率,可知玉米增产潜力为1279.3 kg hm~(-2),由此说明辽北地区的玉米单产还有很大的增产空间。