基于机器学习算法的农田挥发氨多传感器阵列检测技术研究

【目的】设计能够快速、低成本、便捷检测农田挥发氨装置。【方法】构建基于二氧化锡(SnO_(2))半导体气体传感器阵列检测系统,并在新鲜空气(氨气质量浓度为0 mg·m^(-3))和氨气质量浓度分别为75.9、151.8、303.6 mg·m^(-3)条件下,以及混合有乙醇的空气、纯乙醇气体(质量浓度为151.8 mg·m^(-3))、混合有氨气的空气和纯氨气气体(质量浓度为151.8 mg·m^(-3))样品下,通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)、K-最近邻算法(K-nearest neighbors,KNN)和支持向量机算法(support vector machine,SVM)对多传感器阵列响应稳态阶段和暂态阶段的数据进行分类处理,分析该系统对不同质量浓度氨气和混合气体环境下氨气的区分效果。【结果】该装置能够明显区分不同质量浓度氨气,稳态阶段的主成分1值超过90%。KNN与SVM算法稳态阶段平均准确率超过97%,暂态阶段平均准确率68%,KNN与SVM平均分类准确率为68%。【结论】该多传感器阵列检测系统不需要等待传感器进入稳态阶段便可以读取数据,有助于农田环境中氨气快速和连续检测。

旱地土壤挥发氨测定方法的研究

从敞开型、半封闭型、封闭动态和封闭静态型4种测定土壤挥发氨的方法中选取具有代表性的5个方法,与新设计的测氨装置进行比较。在无土条件下,对后3种方法进行试验,其回收率均在90％以上,变异系数最大为4.18％,土壤试验中各类型方法测得的氨挥发量差异很大,其差异远超过环境因子对氨挥发的影响。变异系数除封闭动态型方法(通气速率15V/min)和新设计的测氨装置外,其余方法均较大。因此,这些测定土壤挥发氨的方法所得的结果仅具有相对的意义。

HPF法脱硫工艺中脱硫液挥发氨含量对脱硫效果的影响

针对迁安中化二段脱硫系统挥发氨含量低、塔后硫化氢含量超标的问题,进行了原因分析。探讨了脱硫液中挥发氨含量对脱硫效率的影响,分析了影响脱硫液中挥发氨含量的因素,并对脱硫系统氨的物料平衡进行了计算。在此基础上采取了降低二段脱硫塔吸收温度、降低熔硫釜清液温度、改造二段蒸氨冷凝氨水管及设置脱硫尾气回收系统等一系列技改措施。改造后二段脱硫塔挥发氨质量浓度由原来的5 g/L～6 g/L提高到了9 g/L～10g/L,塔后硫化氢质量浓度降至<100 mg/m3。

玉米基肥期农田土壤氨挥发量与近地表氨浓度相关性研究

农田氨排放量与近地表氨浓度密切相关,但两者能否相互转换还缺乏系统研究。基于此,以近地表氨浓度经典方法(被动法)为主要使用方法,以传统海绵法为对照方法,在豫南砂姜黑土开展5种典型施肥处理玉米季基肥期氨排放量与近地表氨浓度的相关性研究。结果发现,不同施肥处理的氨挥发峰值均出现在施肥后的2-4 d,第5天开始显著降低,第8天之后基本与对照无明显差异;不同处理的氨累计排放量差别较大,排序为TR>OPT>SOPT>HK>CK,累计排放量分别为7.68、5.48、3.37、2.78和0.22 kg·hm^(-2);同时发现,不同施肥处理近地表氨浓度也有相同趋势,峰值同样出现在施肥后的2-4 d,第5天开始显著降低,平均氨质量浓度排序为TR>OPT>SOPT>HK>CK,均值分别为17.5、11.6、10.7、8.21和1.70μg·m^(-3)。线性相关性分析表明,施肥后前8 d不同施肥处理的氨挥发量与近地表氨浓度的线性相关性较强,而8 d之后两者的相关性较弱,说明近地表氨浓度和农田氨挥发量的相关性与农田氨挥发量的高低有关。除此之外,不同方法中被动法对低施氮量和缓释肥的估算优于排放因子法,而排放因子法对高施肥条件下氨挥发量的估算优于被动法。整体而言,被动方法估算氨挥发量的相对误差介于-15.9%-17.5%之间,排放因子法相对误差介于-54.3%-81.8%之间,被动方法明显具备更高的估算精度。以上结果说明,被动方法可以潜在替代传统氨监测方法估算大区域农田氨挥发量,但估算精度主要集中在高氨排放期。

洱海流域长期不同施肥对菜田温室气体和氨挥发的影响

为揭示洱海流域长期施肥下露地菜田温室气体(N_(2)O、CH_(4)、CO_(2))和土壤氨(NH3)挥发对不同施肥方式的响应趋势及影响因素,依托始于2007年连续进行15 a的长期定位试验,研究5个施肥处理[不施任何肥料(CK)、有机肥(OM)、化肥和有机肥(NPK+OM)、增施氮肥(NPK+OM+N)、增施磷肥(NPK+OM+P)]的温室气体及氨挥发的特征。结果表明:长期定位15 a后,OM处理能显著增加菜田土壤全氮、有机质、有效磷含量。在等氮条件下,与OM处理相比,NPK+OM处理能显著增加菜田土壤NO3--N含量;NPK+OM+N处理会使土壤pH显著降低,导致土壤酸化。NPK+OM+N处理pH比NPK+OM处理显著降低9.27%;OM处理会导致土壤CO_(2)和CH_(4)排放量显著升高,在整个莴苣生育期内CO_(2)和CH_(4)的累积排放量分别为(22489.29±1562.91)kg·hm^(-2)和(1.95±1.31)kg·hm^(-2);增施氮肥会导致N_(2)O排放量显著升高,莴苣生育期内NPK+OM+N处理N_(2)O累积排放量为(38.33±10.74)kg·hm^(-2);氨挥发主要发生在追肥后,各处理氨挥发量表现为NPK+OM+P>NPK+OM+N>NPK+OM,且处理间存在显著差异。相较于NPK+OM处理,NPK+OM+P、NPK+OM+N处理使氨挥发显著增加245.7%、124.3%,说明增施氮肥和增施磷肥会显著增加土壤氨挥发;OM和NPK+OM+N处理会显著增加全球增温潜势和温室气体排放强度。OM处理产量达(3183.81±293.88)kg·hm^(-2),该处理虽然能显著增加蔬菜产量,但造成的全球增温潜势和温室气体排放强度也是最大的。全氮、有机碳、pH是影响温室气体和氨挥发排放的关键影响因素。有机肥和化肥配施是本研究推荐的施肥方案,该方案既可以保证经济效益,还可以兼顾生态环境效益。

应用^(15)N自然丰度值揭示不同氮源对设施土壤氨挥发的贡献

【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为期40天的番茄盆栽培养试验,供试土壤为棕壤,未施过肥也未种植过作物,供试作物为番茄。试验设置4个处理,即不施氮肥(CK)和等量施氮(N3 g/pot)条件下单施鸡粪有机肥(M)、单施尿素(U)、有机肥半量替代尿素(MU)处理。利用被动采样器测定了土壤NH_(3)挥发速率和累积排放量,并借助^(15)N自然丰度方法估算肥料和土壤氮对NH_(3)挥发的贡献。【结果】基肥施用后3~6天内,NH_(3)挥发速率迅速增加并达到高峰,之后逐渐降低,直至第33天恢复到施肥前水平。与MU和U处理相比,M处理的净NH_(3)挥发累积量分别显著降低了60.8%和63.1%(P<0.05),MU较U处理的NH_(3)减排效果不显著(4.62%),相应的NH_(3)挥发系数分别为1.37%(U)、1.29%(MU)及0.51%(M)。施肥处理中,δ^(15)N-NH_(3)值随NH_(3)挥发的进行而迅速降低,然后逐渐增加至施肥前水平,M处理的δ^(15)N-NH_(3)均值高于MU和U处理。^(15)N同位素混合方程计算显示,在番茄生产中肥料对NH_(3)挥发的贡献比例为:M处理中鸡粪贡献30.5%,U处理中尿素贡献53.1%,MU处理中鸡粪和尿素分别贡献28.6%和56.6%。【结论】等量施氮条件下,单施鸡粪产生的NH_(3)挥发量远低于尿素,鸡粪和尿素等量氮配施对NH_(3)挥发的减排效果不显著。根据同位素分馏效应计算结果,单施鸡粪、尿素对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为30.5%、53.1%,鸡粪和尿素配施时二者对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为28.6%、56.6%,贡献比例与单施差异不大。因此,控制化肥氮施用量是减少NH_(3)挥发的关键。

不同氮肥类型对稻-油轮作氨挥发和氮肥利用率的影响

水稻-油菜(稻-油)轮作是我国代表性轮作方式之一,然而不合理的氮肥施用导致稻-油轮作系统氮肥利用率下降和氮素流失。为此,本研究采用随机区组设计,以不施氮肥(CK)为对照,设尿素(UF)、缓释肥+尿素(SF)、尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(DF)和生物炭+尿素(BF)4个处理,拟探明不同氮肥类型对稻-油轮作系统氨挥发和氮肥利用率的影响。结果表明,不同氮肥类型显著影响NH_3挥发、氮肥利用率与作物产量。1)各处理水稻季氨挥发均高于油菜季。与CK相比,UF、SF、DF和BF处理周年累积NH_3挥发量分别显著提高1.6倍、1.0倍、1.1倍和0.8倍。与UF相比,SF、DF和BF周年累积NH_3挥发量分别显著降低20.5%、19.7%和30.9%。2)与UF相比,SF、DF和BF油菜季氮肥吸收利用率分别提高27.9%、10.3%和19.3%,水稻季氮肥吸收利用率分别提高49.3%、32.8%和41.5%。3)与UF相比,SF、DF和BF油菜产量分别提高6.7%、2.8%和4.3%,水稻产量分别提高36.7%、14.0%和23.4%。与UF相比,SF油菜季经济效益提高24.3%,SF、DF和BF水稻季经济效益分别提高70.7%、21.1%和1.1%,其中SF经济效益最高。本研究结果表明,缓释肥+尿素能显著减少稻-油轮作NH_3挥发损失,并更有效地提高氮肥利用率、作物产量和经济效益,是一项经济生态的施肥模式。

紫云英稻秆联合还田与氮肥减量对水稻产量及氨挥发的影响

为研究紫云英-水稻轮作体系中紫云英稻秆联合还田与氮肥减量配施对水稻产量和氨挥发的影响,连续两个轮作季(2019—2021年)在陕西汉中开展田间试验,试验设置4个处理:冬闲稻秆不还田+常规施氮处理,即对照处理(CK);冬作紫云英稻秆还田+常规施氮处理(GRN_(100));冬作紫云英稻秆还田+氮肥减量20%处理(GRN_(80));冬作紫云英稻秆还田+氮肥减量30%处理(GRN_(70))。采用通气式氨挥发收集装置监测水稻生育期间氨挥发特征。结果表明:与CK相比,紫云英稻秆联合还田各处理可提高“黄华占”籽粒产量,产量由高到低的顺序为GRN_(80)、GRN_(70)、GRN_(100),其中GRN_(80)和GRN_(70)处理相较于CK处理的年均增幅分别为7.66%和6.37%。冠层氨挥发主要发生在水稻施肥30 d以后,其中水稻抽穗期至成熟期挥发速率较大。土壤氨挥发主要发生在水稻施肥后16 d内,在施肥后第2天达到峰值,2020年和2021年分别为0.53 kg·hm^(-2)·d^(-1)和0.58 kg·hm^(-2)·d^(-1)。与CK相比,GRN_(80)处理显著降低水稻全生育期冠层氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度,二者分别下降58.73%和57.14%。紫云英稻秆联合还田较CK处理可显著降低水稻全生育期土壤氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度,其值由高到低依次顺序为GRN_(100)、GRN_(70)、GRN_(80)。就水稻全生育期氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度而言,紫云英稻秆联合还田较CK处理可显著降低2.88%~8.32%和5.26%~13.88%,其中GRN_(80)处理降幅最大。相关分析表明,田面水铵态氮浓度与各处理土壤氨挥发速率呈显著正相关,与GRN_(80)和GRN_(70)处理冠层氨挥发速率呈显著负相关。研究表明,紫云英和稻秆联合还田与氮肥减量20%或30%配施,可显著提高水稻产量,减少稻田氨挥发损失,是适宜汉中地区兼顾水稻高产和环境友好的栽培措施。

新型高效绿色氮肥管理对水稻产量形成与氮素利用及氨挥发损失的影响

通过大田试验采用随机区组设计,设置7种施氮处理,即不施氮肥(CK)、农民常规施肥(FFP)、脲酶抑制剂型氮肥并减氮21.40%(与FFP比,余同)(OPT)、一次性机械侧深施树脂包膜尿素并减氮35.70%(CRUM1)、一次性机械侧深施肥包肥并减氮35.70%(CRUM2)、一次性穴施树脂包膜尿素并减氮51.80%(CRUR1)、一次性穴施肥包肥并减氮51.80%(CRUR2),测定不同施氮处理下水稻株高、分蘖、干物质量、产量、氮素利用效率以及氨挥发损失等,以探究新型氮肥管理方式对水稻产量、氮素利用效率和氮挥发损失的影响。结果表明,CRUM1和CRUM2处理株高和分蘖数与FFP处理相当;与传统撒施(CK、FFP和OPT,下同)相比,CRUM1和CRUM2干物质积累量提高11.90%~12.30%;根据水稻氮素营养指数(NNI),机械侧深施氮能满足水稻生长对氮素的需求。水稻侧深施和穴施在减氮35.70%~51.80%的情况下也可高产稳产(9.76 t/hm2和9.60 t/hm^(2))。与传统撒施相比,机械侧深施和穴施的田面水NH_(4)^(+)-N较低,氨挥发损失降低39.15%~93.15%,氮素利用效率提高77.45%~95.70%。可见,优化氮肥管理可以实现水稻在减氮情况下稳产,同时提高氮素利用效率和减少氨挥发,其中机械侧深施和穴施配合新型氮肥可减少氮肥投入35.70%~51.80%。

气候变暖对西藏青稞农田氨挥发和产量的影响

【目的】研究气候变暖对西藏青稞农田氨挥发特性和青稞产量的影响,为探索减少青稞生产中的氨挥发、提高氮肥利用率提供依据。【方法】在西藏青稞主产区之一的拉萨河谷农区,采用开顶式气室(open-top chamber,OTC)增温系统模拟气候变暖进行大田试验。试验共设置不增温(对照,T0)、增温2℃(T2)和增温4℃(T4)3个处理。将290.25 kg/hm^(2)尿素(纯N 133.5 kg/hm^(2))分别于播种前(4月12日)基施60%、拔节期(6月6日)和抽穗期(6月20日)各追施20%。测定不同处理青稞农田的土壤氨挥发通量以及青稞生长指标、产量及其构成要素,计算基肥和追肥的氨挥发积累量和氨挥发损失率,分析增温与土壤氨挥发特性以及青稞株高、产量及其构成要素的相关性。【结果】氮肥基施后,T0、T2和T43个处理的青稞农田土壤氨挥发通量至播种后第14天达到峰值,且土壤氨挥发通量峰值由大到小表现为T4>T0>T2;T2和T4处理基肥氨挥发周期均为26 d,较T0处理延长了3 d。于抽穗期追施氮肥后,T0、T2和T43个处理的土壤氨挥发通量立即达到峰值,且表现为T2>T0>T4;增温2℃和增温4℃处理的追肥氨挥发周期分别较T0处理缩短了6和8 d。在青稞整个生育期,与T0处理相比,T4处理(增温4℃)土壤氨挥发积累量和氨挥发损失率分别显著增加33.83%和33.91%,T2处理上述2个指标均无显著变化。基肥氨挥发是西藏青稞农田土壤氨挥发的主要来源。随着青稞的生长发育,T0、T2和T4处理的青稞干物质量和株高均呈增加趋势,植株含水率均呈减少趋势,分蘖数均呈先增加后降低趋势。T2和T4处理的有效穗数均与T0处理差异不显著。与T0处理相比,T4处理的青稞穗粒数、千粒质量、产量均显著减小,T2处理上述3个指标均无显著变化。相关性分析结果表明,增温与青稞干物质量、株高呈显著或极显著正相关,与千粒质量、穗粒数、产量均呈负相关。【结论】与不增温处理相比,增温2℃整个生育期青稞农田土壤氨挥发通量以及青稞产量均无显著变化;增温4℃整个生育期青稞农田土壤氨挥发通量显著增加,青稞产量显著减少。今后应从减少基肥氨挥发,调控青稞植株含水率、株高等途径提高氮肥利用率,从而保证青稞稳产、高产。

抑制剂NBPT对紫色土稻油轮作体系氨挥发和产量的影响

【目的】施用尿素时使用脲酶抑制剂有利于减少稻田氨挥发损失提高稻田氮肥利用效率,但对水稻-油菜轮作体系下氨挥发损失的影响并不是很清楚。研究紫色土丘陵区域稻油轮作模式体系下,不同脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)添加量对氨挥发、氮沉降和产量的影响,可为四川省紫色土丘陵区域农业面源污染防治提供技术支撑。【方法】结合当地农民施肥习惯,设置了5个处理,分别为T0(不施肥)、T1(尿素)、T2(添加为纯氮施用量的0.1%脲酶抑制剂NBPT处理的尿素)、T3(添加为纯氮施用量的0.2%脲酶抑制剂NBPT处理的尿素)和T4(添加为纯氮施用量的0.5%脲酶抑制剂NBPT处理的尿素),均为基肥一次性施入,分别在水稻季和油菜季开展试验。【结果】T1、T2、T3和T4处理在水稻季累积氨挥发损失率为26.54%、18.28%、14.88%和12.78%,在油菜季为5.22%、1.57%、1.36%和1.31%。与T1相比,T2、T3和T4处理在水稻季累积氨挥发降低了31.14%、43.96%和51.82%,在油菜季降低了70%、74.04%和74.89%。但是在水稻季和油菜季T2、T3和T4之间处理累积氨挥发损失没有显著性变化。在整个稻油轮作体系,铵态氮沉降量约为硝态氮沉降量的1.86倍,占整个无机氮沉降的63.94%。此外,与T1处理相比,T2、T3和T4处理能够显著增加作物产量和氮肥农学利用效率,但T2、T3和T4处理之间作物产量和氮肥农学利用效率并不存在显著性差异。【结论】与单纯施用尿素相比,使用脲酶抑制剂NBPT能够显著降低氨挥发损失、提高作物产量和氮肥利用率。铵态氮为农田氮沉降的主要沉降形式。

水稻秸秆和脲酶抑制剂联合使用对油菜地氨挥发、产量和氮素利用的影响

【目的】探讨紫色丘陵区水稻秸秆还田和脲酶抑制剂N-丁基硫磷酰三胺[NBPT, N-(n-butyl)thiophosphrictriamide]联合使用对油菜地氨挥发通量、油菜产量和氮肥利用的影响。【方法】采用随机完全区组设计,设定8个处理,分别为不施肥处理、尿素、尿素+2000 kg/hm^(2)水稻秸秆、尿素+5000 kg/hm^(2)水稻秸秆、尿素+8000 kg/hm^(2)水稻秸秆、尿素+2000 kg/hm^(2)水稻秸秆+1%NBPT、尿素+5000 kg/hm^(2)水稻秸秆+1%NBPT和尿素+8000 kg/hm^(2)水稻秸秆+1%NBPT,尿素分两次施用,基肥期施60%,薹肥期施40%。通过通气法测定油菜地氨挥发量,并且分小区测定油菜产量。【结果】水稻秸秆用量从0增加到8000 kg/hm^(2)时,油菜地单季氨挥发损失总量由4.67 kg/hm^(2)增加到8.60 kg/hm^(2),而且随着秸秆用量的增加,氨挥发的损失也增加。添加1%NBPT后,油菜地氨挥发损失率显著下降,而且基肥期相比于薹肥期下降更明显。与传统施肥对比,秸秆用量为8000 kg/hm^(2)时才能显著提高油菜籽粒产量,但是水稻秸秆还田联合添加1%NBPT之后,水稻秸秆还田量为2000~8000 kg/hm^(2)均可显著提高油菜籽粒产量,而且秸秆用量越多产量越高。【结论】综合考虑产量和单季氨挥发损失总量,NBPT用量为1%时,水稻秸秆还田量8000 kg/hm^(2)左右时,油菜产量和环境效益最佳。

生物炭对潮土氨挥发及小麦氮素吸收的影响

为探明生物炭对河南潮土区土壤氨挥发和小麦氮素吸收的影响,本研究设置不施肥(CK)、氮磷钾化肥(NPK)、生物炭(BC)、化肥配施生物炭(BC+NPK)4个处理,测定小麦季土壤氨挥发速率、籽粒产量和氮素吸收量。结果表明,在小麦基肥期,CK和BC处理氨挥发速率相对稳定,平均速率在0.06 kg·hm^(-2)·d^(-1)左右,且无显著差异。而NPK和BC+NPK处理氨挥发速率在基肥施入后2~3 d达到峰值,分别为0.86和1.25 kg·hm^(-2)·d^(-1),BC+NPK处理较NPK处理显著提高45.35%。在小麦追肥期,NPK和BC+NPK处理土壤氨挥发速率最大值分别为0.96和1.07 kg·hm^(-2)·d^(-1),且均在追肥后第7天达到最大值。与NPK处理相比,BC+NPK处理导致土壤氨挥发累积量增加9.45%,在基肥期和追肥期分别增加了5.47%和13.44%。整个小麦生育期,BC+NPK处理的土壤铵态氮含量平均值为21.61 mg·kg^(-1),较NPK处理显著增加17.29%,氨挥发速率与土壤铵态氮含量呈极显著正相关关系。与不施肥条件相比,施用生物炭使小麦籽粒产量及地上部吸氮量分别提升0.23 t·hm^(-2)和6.12%,差异不显著;化肥配施生物炭使小麦地上部吸氮量提升6.44%,但差异不显著。综上,在河南潮土区,施用生物炭通过提升土壤铵态氮含量进而增加了土壤氨挥发速率及累积量,但对小麦产量及氮素吸收的提升效果不显著。本研究为生物炭在黄淮海平原潮土区的合理利用提供了科学依据。

生物炭和氮肥互作对盐渍化土壤氨挥发的影响

【目的】探明生物炭和氮肥互作对盐渍化土壤氨挥发的影响。【方法】基于室内土壤培养试验,研究了仅施用生物炭、仅施用氮肥、同时施用生物炭和氮肥对不同盐渍化程度土壤的氨挥发速率与矿质态氮量的影响。【结果】添加生物炭可提升非盐渍化和中度渍化土壤pH值,但对重度盐渍化土壤pH值的影响不显著。施氮条件下,添加生物炭对非盐渍化土壤和中度盐渍化土壤的氨挥发速率产生了明显的抑制作用,氨挥发总量分别相比仅施氮处理降低了18.06%和50.88%,氨挥发速率分别降低了14.57%和43.68%。【结论】添加生物炭可显著降低非盐渍化土壤与中度盐渍化土壤的氨挥发损失。

不同深施方式对太湖地区稻田氨挥发和氮肥利用率的影响

本研究以太湖地区稻田为研究对象开展连续两年的田间试验,通过设置不施氮肥(CK)、常规施氮(CN)、减氮表施(RN)、减氮侧深施(RNS)和减氮穴施(RNP)5种施氮处理,探究不同深施方式对稻田氨挥发与氮肥利用率的影响。结果表明,与表施处理(CN和RN)相比,RNS和RNP通过降低田面水NH4+-N浓度和pH分别减少30.95%~41.54%和66.71%~72.23%的氨挥发排放(P<0.05)。相较于RN处理,RNP促进水稻根系生长并增加根区土壤有效氮含量,进而增加水稻产量(6.23%),提高氮肥利用率(50.15%),降低土壤氮盈余(63.92%)(P<0.05)。与CN处理相比,RNS显著降低土壤氮盈余(29.20%)(P<0.05),但水稻吸氮量和氮肥利用率均未显著增加。相较于RNS,RNP进一步降低氨挥发损失(50.84%)和土壤氮盈余(51.07%),提高氮肥利用率(40.40%)(P<0.05)。综上所述,RNP的农学和环境效益最高,但因穴施机械及肥料造粒技术等因素的限制,尚难应用于实际生产;而侧深施肥在我国水稻大规模集约化生产中效益较高且切实可行。

苏打盐碱化稻田土壤反硝化和氨挥发特征及主要影响因子

为阐明土壤盐碱化程度对氮素气态损失的影响,本研究通过随机采集30个不同盐碱化程度的稻田土壤(0~20 cm)样品,根据盐碱化程度将其划分为轻度(含盐量0.1%~0.3%,碱化度5%~15%)、中度(含盐量0.3%~0.5%,碱化度15%~30%)和重度(含盐量0.5%~0.7%,碱化度30%~45%)盐碱土3类,每个类别中依据最小归类样品数选取盐碱化程度接近的3个土样作为3次重复,进行实验室模拟培养分析,探究不同盐碱化土壤氮素反硝化和氨挥发动态变化特征及其主要影响因素。结果表明,随着土壤盐碱化程度的增加,氮素的反硝化作用显著降低,氨挥发作用显著增加,硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和脲酶活性显著降低(P<0.05)。与轻度盐碱土相比,中度和重度盐碱土相同培养时间的氮素反硝化速率分别降低了18.9%和37.8%,累积反硝化氮量分别降低了13.7%和29.4%,氨挥发速率分别增加了30.8%和64.8%,累积氨挥发量分别增加了36.6%和59.4%。逐步回归分析表明,EC、ESP(碱化度)、CO_(3)^(2-)和TN是影响苏打盐碱地稻田土壤累积反硝化氮量的主要因素,EC、CO_(3)^(2-)和SOM(土壤有机质)是影响累积氨挥发量的主要因素。土壤盐碱化虽然抑制了氮素的反硝化作用,但是显著增强了氨挥发作用。

南方平原灌区稻田氨挥发排放规律及影响因素研究

【目的】探究水、氮在中稻各生育阶段对氨挥发损失量及气象因子对中稻氨挥发速率的影响。【方法】以稻田为研究对象,在江西省灌溉试验中心站开展氨挥发田间试验,设置间歇灌溉(W1)和传统淹灌(W0)2种灌溉模式,不施氮(N0,0 kg/hm^(2))、减量施氮(N1,135 kg/hm^(2))和常规施氮(N2,180 kg/hm^(2))3种施氮水平,分析不同灌溉模式和施氮量对中稻各生育阶段氨挥发损失量的影响,建立氨挥发速率和气象因子之间的回归方程。【结果】同一灌溉模式下,在一定范围内增施氮肥会增加氨挥发损失量;同等施氮水平下,间歇灌溉相比传统淹灌会增加氨挥发损失量;氨挥发损失主要发生在分蘖、拔节、抽穗3个时期,其氨挥发损失量之和占整个生育期氨挥发损失总量的50%以上;气象因子中,日照时间对氨挥发的影响最大,呈正相关,其次为风速,呈负相关,最后是蒸发量,呈负相关。【结论】间歇灌溉相比传统淹灌会增加氨挥发损失量,从中稻整个生育阶段来看,氨挥发损失主要发生在生育中前期,氨挥发与日照时间呈正相关,与风速和蒸发量呈负相关。

未来气候条件下秸秆还田和氮肥种类对夏玉米产量及土壤氨挥发的影响

【目的】秸秆还田配施氮肥可以提高作物生产力,但在气候变化条件下,不同管理措施对夏玉米农田氮素利用存在很大的不确定性。明确在未来气候条件下秸秆还田与氮肥种类对夏玉米产量和土壤氨挥发的影响,以应对气候变化。【方法】利用DNDC模型预测未来不同情景下,秸秆还田和不同氮肥种类对关中地区夏玉米产量和土壤氨挥发的影响。通过田间土壤温度、水分、产量和土壤氨挥发累积量试验数据的验证,DNDC模型可以很好地模拟未来气候条件下不同处理的作物产量和土壤氨挥发累积量。【结果】模拟和实测结果均表明,在当前气候条件下秸秆还田会提高作物产量并促进土壤氨挥发,稳定性氮肥与普通尿素相比对产量无显著影响但会显著减少土壤氨挥发累积量。敏感性分析表明,作物产量与土壤氨挥发累积量均对施氮量最敏感。在RCP4.5排放情景下,单施稳定性氮肥(NF1)和单施尿素(NF2)分别在2050s-2090s和2070s-2090s产量显著降低,秸秆配施稳定性氮肥(SF1)和秸秆配施尿素(SF2)均在2050s-2090s产量显著升高;在RCP8.5排放情景下,单施稳定性氮肥(NF1)在2070s-2090s产量显著降低,单施尿素(NF2)产量无显著变化,秸秆配施稳定性氮肥(SF1)和秸秆配施尿素(SF2)均在2050s-2090s产量显著升高。单施稳定性氮肥(NF1)在RCP4.5排放情景下的2050s-2090s和在RCP8.5排放情景下2030s-2090s土壤氨挥发累积量与当前气候条件相比显著提高,其余各处理在不同排放情景下未来各时期土壤氨挥发累积量与当前气候条件相比均显著降低。【结论】DNDC预测结果表明,在关中地区未来气温和CO_(2)浓度升高以及降水变化的气候条件下,秸秆还田配施稳定性氮肥会显著提高夏玉米产量并降低土壤氨挥发累积量,是最佳的高产减排农田管理方案,可为应对气候变化及合理使用秸秆和氮肥提供理论基础。

稻田养萍模式下不同施氮量对稻田氨挥发及红萍生物固氮作用的影响

红萍对水体铵态氮浓度较为敏感,稻田放养红萍模式下,红萍的生物固氮作用及其抑制氨挥发的作用对不同施氮量的响应未知。红萍为水生蕨藻共生体,具有很强的生物固氮能力。红萍可作为优质绿肥放养于稻田,以替代部分化学氮肥,起到节能减排的效应。为明确稻田养萍模式下不同施氮量对红萍生物固氮作用和田间氨挥发的影响,采用盆栽试验设置了0、75、150、225、300 kg/hm^(2)共5个施氮(以纯N量计)水平,监测了稻田放养红萍和水稻单种各处理的氨挥发量、生物固氮速率和水稻产量。结果表明:①同一施氮水平下,稻田放养红萍可显著降低氨挥发日通量峰值及氨挥发总量。在施氮量为225 kg/hm^(2)时,稻田放养红萍对氨挥发总量的抑制作用最大,与水稻单种相比,抑制幅度可达83.2%。②红萍的生物固氮速率及固氮总量与施氮量呈线性负相关关系,随施氮量的增加,固氮速率和固氮量逐渐降低,施氮量300 kg/hm^(2)并放养红萍处理得到的固氮速率及总量同不施氮肥不养萍处理之间无显著差异。③与不养萍处理相比,放养红萍组各处理的水稻产量都明显增加,其中施氮量为225 kg/hm^(2)时水稻增产幅度最大,增幅达21.2%。综上,在施氮条件下,稻田养萍可显著抑制稻田氨挥发并提高水稻产量,随着施氮量的增加,红萍作为生物绿肥的固氮作用受抑制程度加重。在不牺牲水稻产量的前提下,稻田养萍可替代约75 kg/hm^(2)的化学氮肥,且能抑制83.2%的稻田氨挥发。