褐土区氮磷在土壤发生层中淋溶的差异性

农业氮磷淋溶已经成为地下水污染最普遍和突出的问题。为揭示氮磷在包气带不同土层的淋溶特征,以典型褐土的5个土壤发生层（耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层）为研究对象,采用室内土柱模拟淋溶试验,在施肥量相同的条件下分析不同形态氮磷淋溶量,研究氮磷在不同土壤发生层中的迁移特征及其影响因素。结果表明：1）进行5次淋溶,耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层淋溶液中可溶性总氮总量分别为2412.63 mg·L^-1、3028.94 mg·L^-1、244.16 mg·L^-1、3648.99 mg·L^-1和3356.51 mg·L^-1,淋溶层、黏化层和母质层可溶性总氮淋溶量显著高于耕层,而钙积层可溶性总氮淋溶量较耕层显著减少;耕层淋溶液中可溶性总磷总量为0.52 mg·L^-1,且显著高于其他4层。2）在试验初期,耕层、淋溶层的硝态氮、可溶性总氮和正磷酸盐淋溶量显著高于黏化层和母质层,进行到第4、5次淋溶,黏化层、母质层的硝态氮和可溶性总氮淋溶量显著高于其他3层,而各发生层间正磷酸盐淋溶量无显著差异;单次淋溶黏化层和母质层铵态氮淋溶量均显著高于其他3层,而耕层可溶性总磷淋溶量始终显著高于其他各层。3）耕层和钙积层的淋溶液中硝态氮是氮素淋溶的主要形态,占可溶性总氮比例分别为69.0%和85.4%,而在淋溶层、黏化层和母质层中分别为41.3%、5.1%和4.6%;在可溶性磷中,以无机态正磷酸盐为主,最高占可溶性总磷的75.9%。4）土壤有机质含量、阳离子交换量、黏粒含量对土壤氮磷的迁移转化有明显主导作用。有机质与氮磷淋溶量呈显著正相关关系,有机质含量高,会增加淋溶初期氮磷的淋溶风险;而阳离子交换量和黏粒含量则与氮磷淋溶呈显著负相关关系,阳离子交换量大和黏粒多能减少氮磷素的淋溶风险。该试验结果说明,由于5种发生层土壤理化性质不同,各发生层氮磷淋溶特征及其淋溶形态也有差异,并且氮磷的淋溶受土壤本身阳离子交换量、黏粒和有机质含量的影响。     

SUSTAINABLE NUTRIENT MANAGEMENT PACKAGE FOR COST-EFFECTIVE BIOENERGY BIOMASS PRODUCTION

Commercial fertilizer (particularly nitrogen) costs account for a substantial portion of the total production costs of cellulosic biomass and can be a major obstacle to biofuel production. In a series of greenhouse studies, we evaluated the feasibility of co-applying Gibberellins (GA) and reduced nitrogen (N) rates to produce a bioenergy crop less expensively. In a preliminary study, we determined the minimum combined application rates of GA and N required for efficient biomass (sweet sorghum, Sorghum bicolor) production. Co-application of 75 kg ha^?1 (one-half of the recommended N rate for sorghum) and a modest GA rate of 3 g ha^?1 optimized dry matter yield (DMY) and N and phosphorus (P) uptake efficiencies, resulting in a reduction of N and P leaching. Organic nutrient sources such as manures and biosolids can be substituted for commercial N fertilizers (and incidentally supply P) to further reduce the cost of nutrient supply for biomass production. Based on the results of the preliminary study, we conducted a second greenhouse study using sweet sorghum as a test bioenergy crop. We co-applied organic sources of N (manure and biosolids) at 75 and 150 kg PAN ha^?1 (representing 50 and 100% N rate respectively) with 3 g GA ha^?1. In each batch of experiment, the crop was grown for 8 wk on Immokalee fine sand of minimal native fertility. After harvest, sufficient water was applied to soil in each pot to yield ～1.5 L (～0.75 pore volume) of leachate, and analyzed for total N and soluble reactive P (SRP). The reduced (50%) N application rate, together with GA, optimized biomass production. Application of GA at 3 g ha^?1, and the organic sources of N at 50% of the recommended N rate, decreased nutrient cost of producing the bioenergy biomass by ～$375 ha^?1 (>90% of total nutrient cost), and could reduce offsite N and P losses from vulnerable soils.     

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。     

Nitrogen release dynamics of a slow release urea pellet and its effect on growth,yield, and nutrient uptake of sweet basil (Ocimum basilicum L.)

Manure urea pellets were produced and their nitrogen release rate was evaluated in soil incubation at different water contents of 90, 75, and 60% soil filed capacity (FC). In another experiment, sweet basil growth was evaluated during eight months (with three shoot harvests) under the pellet application. The nitrogen release and pellet dispersion rates were slow after two months or at lower soil water content (60% FC), but they were significant after four months of soil incubation, or at higher soil water content (75 or particularly 90% FC). Application of pelleted urea reduced plant growth and yield at first harvest than urea treatment. However, at second and particularly at third harvest (and the average of three harvests) significant improvement in growth parameters of SPAD value, leaf area, plant height, shoot fresh weight, pot yield, and` leaf N and K concentrations were achieved by application of pelleted urea fertilization.     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响*

氧化亚氮（N2O）和氮气（N2）是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物,可通过土水界面向大气排放,也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质,影响反硝化过程及N2O和N2产排。本研究依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验,通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液,采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2（反硝化产生N2量）,观测了2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量（CK：每季0 t·hm-2;1BC：每季2.25 t·hm-2;5BC：每季11.3 t·hm-2;10BC：每季22.5 t·hm-2）下0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化,评估了长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明,两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高,exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度,以10BC处理最为明显。其中,N2O浓度降低以60 cm处较大,exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮（NO3-+NH4+）含量无明显影响,但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳（DOC）和溶解氧（DO）浓度以及氧化还原电位（Eh）。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮（NO3-）及DO有关;秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量（按1 m深度计算）CK处理下为2.3 ~5.5 kg·hm-2,相当于无机氮和有机氮（DON）淋溶量的32%~34%,5BC和10BC处理则降低为1.7 ~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2,上述结果表明,反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视,秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况,增加DO,提高Eh,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。     

模拟酸雨条件下海泡石对污染红壤镉、铅淋溶的影响

采用填充土柱淋溶试验研究不同pH值模拟酸雨和海泡石添加量对重金属污染红壤Cd、Pb淋溶的影响.结果表明,Cd在酸雨pH值较低时累积淋溶量较大,Pb的累积淋溶量随酸雨pH值的降低逐渐增加,pH值为3.5处理的Pb总累积淋溶量显著高于其他pH值处理(高出54.9％).与对照相比,模拟酸雨pH值为3.5时,添加5 g/kg和10 g/kg海泡石处理Cd的总累积淋溶量明显增加(分别增加24.6％和26.3％),而Pb的总累积淋溶量分别显著降低34.7％和25.7％;酸雨pH值为4.5时,添加5 g/kg和10g/kg海泡石处理降低了Cd的累积淋溶量(分别降低13.0％和1.4％),而Pb的淋溶量随海泡石添加量的增加而降低,10 g/kg海泡石处理的Pb总累积淋溶量显著下降17.6％;pH值为5.5和6.5时,海泡石处理Cd累积淋溶量均有所下降,而对Pb的淋溶无显著降低效果.酸雨酸性强度的增大增加了Cd、Pb的淋溶风险,且Pb比Cd敏感.添加海泡石可有效减少酸雨对土壤中Pb的淋溶,但其对Cd淋溶的影响受酸雨酸性强度的影响.     

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。     

不同施肥处理对三峡库区柑橘园土壤氮磷淋失影响

在2017年8月利用原状土柱模拟淋溶试验对三峡库区秭归县柑橘园土壤的氮磷淋溶流失进行研究,探讨不同施肥处理对土壤氮、磷淋失的影响,为三峡库区农业面源污染的防控提供理论依据。试验设置6个处理,分别为不施肥处理(T0)、减量施肥(T1)、常量施肥(T2)、增量施肥(T3)、常量复合肥A施肥(T4)和常量复合肥B施肥(T5)。结果表明:(1)不同施肥处理下,柑橘园土壤淋滤液中总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮(NO_3~-—N)和铵态氮(NH_4~+—N)的淋溶浓度范围分别为37.16~163.07,0.61~6.69,27.54~79.38,2.37~7.10mg/L。(2)施肥量和施肥种类皆为土壤中氮磷淋溶的影响因素。在相同施肥种类下,土壤氮磷淋溶浓度随施肥量增加而显著增加,但施肥量高到一定程度后,淋溶浓度增长幅度会降低。在相同施氮量下,硝态氮的淋失受施肥种类影响最大,铵态氮最小。(3)在土壤淋滤液中,硝态氮为可溶性氮主要淋失形态,其淋失量占TN淋失量的比率为29.72%~46.18%,NH_4~+—N淋失量的比重为1.09%~2.05%。从研究结果推论,常量复合肥A施肥处理更有利于肥料氮向供植物吸收可溶性氮转化并降低施肥后土壤中氮素累积的风险。     

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。