基于HYDRUS-1D模型的灌区农田土壤水分渗漏和硝态氮淋失特征研究

为定量分析农田土壤水分渗漏和硝态氮淋失特征,基于3年冬小麦-夏玉米轮作水氮试验,采用HYDRUS-1D模型对泾惠渠灌区农田土壤水氮运移转化过程进行动态模拟。结果表明:HYDRUS-1D模型可以准确模拟不同深度土壤水分和硝态氮的运移过程,根系层下(200 cm)土壤水分渗漏量主要受灌水量影响,冬小麦全生育期根系层下土壤水分渗漏量大于夏玉米全生育期,两者渗漏量分别为15.34~25.38 cm和6.98~9.82 cm。夏玉米和冬小麦全生育期根系层下土壤水分渗漏强度分别为0.06~0.08 cm·d^(-1)和0.06~0.10 cm·d^(-1),冬小麦越冬期灌溉处理的全生育期根系层下土壤水分渗漏量受越冬期灌水量影响明显。夏玉米和冬小麦生育期内根系层下硝态氮淋失通量范围分别为0.003~0.016 mg·cm^(-3)·d^(-1)和0.001~0.032 mg·cm^(-3)·d^(-1)。硝态氮淋失与灌水量、降雨量及土壤剖面硝态氮含量呈正相关关系,并且对降雨和灌溉的响应具有滞后性,约在灌水后12 d时根系层下土壤硝态氮淋失通量达到峰值。根系层下土壤硝态氮淋失通量在夏玉米生育期末和冬小麦生育期初处在较高值。综合而言,生产中应合理规划夏玉米及冬小麦灌水和施肥制度,适当调整冬小麦越冬期灌水量,推荐越冬期灌水量低于90 mm。

不同降水年型滴灌玉米土壤硝态氮分布、淋失量及氮素吸收利用特征

为寻找满足宁夏地区滴灌条件下不同降水年型的科学施肥模式,缓解不合理施氮导致的资源浪费、黄河水质下降和地下水污染等问题,于2018—2020年在宁夏平吉堡农场开展氮梯度试验,分析不同降水年型下不同施氮处理土壤硝态氮残留和淋溶量以及对滴灌玉米氮素吸收利用和产量的影响。结果表明:土壤硝态氮含量峰值与降水量密切相关,丰水年(2018年)硝态氮残留量峰值在40~60 cm土层,枯水年(2019年和2020年)在20~40 cm土层;不同降水年型土壤硝态氮残留量和淋失量均随施氮量的增加而增加,且降水量显著影响硝态氮淋失量;丰水年由降水因素导致的硝态氮淋失量占总淋失量的50.62%,枯水年占总淋失量的34.82%。回归分析结果表明,不同降水年型玉米产量随施氮量呈先上升后下降的趋势,均在N3处理(施N量为270 kg·hm^(-2))下达最高产量,且N3处理的产量和吸氮量与N4处理(施N量为360 kg·hm^(-2))无显著差异;丰水年N3处理的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力比N4处理分别提升11.38%、6.16 kg·kg^(-1)和13.85 kg·kg^(-1),枯水年分别提升12.10%、5.06 kg·kg^(-1)和15.00kg·kg^(-1)。综合考量不同降水年型0~100 cm土层硝态氮分布特征和硝态氮淋失量及施氮处理下的产量、氮素吸收利用,推荐宁夏引黄灌区滴灌玉米不同降水年型下施氮量在270 kg·hm^(-2)时较适宜,丰水年施氮最大阈值为275.59kg·hm^(-2),枯水年施氮最大阈值为320.20 kg·hm^(-2)。

有机无机肥料配合施用对设施番茄产量、品质及土壤硝态氮淋失的影响

利用田间小区试验,研究了有机无机肥配合施用模式对番茄产量、品质及氮素在土壤中累积和淋失的影响。结果表明:(1)与肥料用量较高的习惯施肥处理相比,大幅减少肥料施用的不同有机无机肥配合施用模式均能保证番茄产量稳定,显著提高经济效益,平均增收19127元.hm-2,其中(3/4)化肥N+(1/4)猪粪N模式处理经济效益最高。(2)施用有机肥的3个有机无机肥配合施用模式处理可降低番茄果实中的硝酸盐含量,较全部施用化肥处理和习惯施肥处理的分别降低5.4%和7.0%;施用有机肥的3个有机无机肥料配合施用模式处理可提高番茄果实中Vc的含量,较全部施用化肥处理的提高9.4%。(3)与番茄种植前相比,番茄收获后土壤硝态氮含量总体上表现出表层增加、深层降低的趋势;大幅减施肥料的有机无机肥配合施用模式处理各土层硝态氮含量均低于习惯施肥处理相应土层硝态氮含量。(4)有机无机肥配合施用模式可显著降低渗漏水中硝态氮渗漏量,较全部施用化肥处理和习惯施肥处理的平均分别降低35.5%和55.1%。在试验条件下,综合考虑产量、经济效益和环境效益的适宜有机无机肥料配合施用模式为(3/4)化肥N+(1/4)猪粪N模式处理。

不同土壤耕作法对作物产量及土壤硝态氮淋失的影响

针对华北平原小麦-玉米两熟区不同土壤耕法下玉米产量及玉米生育期土壤硝态氮迁移进行研究,结果表明,翻耕模式下玉米产量最高,免耕下最低.在0～180 cm土体中,收获期与苗期相比,翻耕硝态氮含量平均减少了66.6%;旋耕平均减少了21.7%;免耕则平均减少了20.9%.累积峰出现的深度与硝态氮淋失有直接关系.对比3种模式,翻耕累积峰最深,硝态氮淋失威胁最大;免耕无明显累积峰.在施肥、灌溉等影响硝态氮淋失的可控因子以外,从耕作模式上研究硝态氮淋失是今后研究的方向.

不同水氮用量对日光温室黄瓜季土壤硝态氮淋失的影响

于2010年3～7月,在河北省辛集市马庄农场研究了不同水氮用量对黄瓜季硝态氮淋失的影响。结果表明,通过调节不同生育阶段灌水量使黄瓜全生育期土壤含水量保持在18.7%～22.1%,不仅可以满足黄瓜生长发育对土壤水分的要求,而且可以减少用水量30%。不同处理中以节水灌溉+习惯施氮处理(W2N1)土壤硝态氮含量最高,习惯灌水+减量施氮处理(W1N2)最低。全生育期内,土体95 cm深度硝态氮淋失量与土壤含水量、土壤硝态氮含量均呈正相关,其中以初瓜期和盛瓜期相关性系数最高。与农民习惯水氮处理(W1N1)相比,节水减氮处理(W2N2)在节水30%减施氮25%的情况下,可以显著降低黄瓜季土壤硝态氮淋失量,整个生育期降低淋失量35.0%。3年连续试验结果表明,节水减氮处理(W2N2)与习惯水氮处理(W1N1)间黄瓜产量结果差异不显著,说明河北省温室大棚蔬菜生产,目前农民习惯施氮和灌水量有很大的节水节肥空间,根据蔬菜不同生育期需肥量和土壤含水量来合理分配水、氮可取得明显的节水节氮效果。

重庆市主要土壤类型硝态氮淋失及其影响因素

采用SRC(Soil-Resin-Core)装置,研究了重庆市主要土壤类型硝态氮淋失的差异以及硝态氮淋失与硝态氮含量、有效氮含量、降雨和气温等4个方面的关系。结果表明:酸性紫色土的硝态氮淋失量最大,而黄壤与碱性紫色土的硝态氮淋失量较小。酸性紫色土硝态氮含量、有效氮含量与硝态氮淋失量之间显著相关,而黄壤和碱性紫色土的硝态氮含量、有效氮含量与硝态氮淋失量之间没有显著的相关性。降雨量、气温也是引起硝态氮淋失的原因。农田施肥对地下水的污染受施肥量、施肥次数、降雨量和气温等综合作用的影响,可采取控制氮肥用量,减少施用人粪尿,避免在降雨量大的时期追肥的措施。

亚热带主要耕作土壤硝态氮淋失特征试验研究

本文选取红壤、水稻土、潮土、黄棕壤和紫色土等我国亚热带地区的主要耕作土壤为研究对象,采用土柱模拟试验,研究了土壤氮素累积与硝态氮迁移的动态特征,并对氮素的淋失风险进行了定量评价和预测。结果表明,硝态氮在土壤中的淋失过程可分为两个明显阶段,即高浓度快速降低阶段和低浓度缓慢降低阶段。硝态氮淋失过程存在明显的拐点,该点对应的累积入渗量(拐点入渗量)变化范围为38.1～219.7 mm,且随土壤硝态氮含量的增加呈幂函数关系增加,表明随硝态氮含量的增高,其淋失风险呈加速增大的趋势。硝态氮淋失强度随土壤硝态氮含量的增加呈显著的线性变化趋势。初步估测,我国亚热带地区在年降水入渗量700 mm和土壤硝态氮累积水平为N 20 mg/kg的条件下,表层土壤(0—20 cm)的硝态氮年平均淋失量为N 484.9 kg/hm2,土壤间的变异系数(CV%)为26.5%。土壤硝态氮含量是影响硝态氮淋失强度的决定因素,其它土壤性质的影响均相对较小,因此,控制土壤氮素累积和化肥施用水平是降低其淋失风险的关键环节。

不同施磷量对蔬菜地土壤硝态氮淋失的影响

【目的】在两种蔬菜地土壤上研究不同磷肥施用量对土壤硝态氮淋失的影响,为武汉城郊蔬菜合理施用磷肥和安全生产提供理论依据。【方法】利用大型原状土柱渗漏装置,2种实验土壤(粉质粘土和粉质粘壤土)均为武汉城郊典型蔬菜土壤,分别采自华中农业大学校内蔬菜基地和湖北新洲。试验期间共种植了四种蔬菜(小白菜、辣椒、苋菜及萝卜)。试验设置了4个P2O5水平处理(0、125、250、375 kg/hm^2),氮肥施用量均为N 750 kg/hm^2,钾肥施用量均为K2O 500 kg/hm^2。试验期间年降雨量为1043.0 mm,各土柱总灌溉量为120.1 L。秋冬季每15天、春夏季每10天收集一次淋洗液,另外根据天气和降雨情况适当调节,每次收集淋洗液时记录淋洗液体积并测定淋洗液硝态氮浓度。在每季蔬菜生长成熟后将蔬菜收获称重,烘干后测定蔬菜中氮素含量。【结果】1)与不施磷肥相比,施用磷肥显著增加了两种土壤上小白菜、苋菜、萝卜产量以及四季蔬菜总产量,其产量随磷肥施用量增加而增加或显著增加,在磷肥施用量最大时产量达到最大值。粉质粘土上的产量显著低于粉质粘壤土上的产量,粉质粘壤土总产量约是粉质粘土总产量的1.63 2.36倍。2)施用磷肥显著增加了小白菜、苋菜氮素吸收累积量以及四季蔬菜总吸收累积量,且两种土壤上总氮素吸收累积量均在磷肥施用量最大时达到最大值。粉质粘壤土上氮素总吸收累计量显著高于粉质粘土上氮素总吸收累积量。3)磷肥水平对土壤总渗漏液体积并无显著影响(粉质粘壤土P2O5125 kg/hm^2处理除外),粉质粘土渗漏水量显著大于粉质粘壤土。4)施用磷肥降低或显著降低土壤淋失液硝态氮浓度(粉质粘土苋菜季除外),随着磷肥施用量的增加硝态氮淋失浓度不断降低,4季蔬菜平均淋失浓度最大降低了38.6%(粉质粘土)和28.8%(粉质粘壤土)。5)磷肥施用显著降低了两种土壤上硝态氮淋失量(苋菜季除外),且在粉质粘土上随着磷肥施用量的增加硝态氮淋失量不断降低,而在粉质粘壤土上硝态氮淋失量先降低后上升。粉质粘土硝态氮淋失量显著大于粉质粘壤土,磷肥施用降低硝态氮淋失量分别达到达26.4%33.7%和23.5%39.9%。【结论】磷肥施用增加了蔬菜产量和作物氮素吸收累积量,从而显著降低了两种土壤上硝态氮的淋失;土壤质地对硝态氮淋失有较大影响,质地较轻的粉质粘壤土硝态氮淋失显著小于质地较重的粉质粘土;粉质粘壤土上施用P2O5量为250 kg/hm^2时能提高产量同时减少硝态氮淋失,而粉质粘土上施用P2O5量为375kg/hm^2时能获得较大产量和较少硝态氮淋失量。

半干旱地区农田生态系统中硝态氮的淋失

在不同深度的渗漏池 ,连续 6年 ( 11季作物 )研究了半干旱地区农田生态系统中硝态氮的淋失 .结果表明 ,在半干旱地区 ,硝态氮的淋失仍可发生 .淋失量和降水量有密切关系 :降水多 ,淋失量大 ,不同降水年际间表现出显著差异 .氮肥用量决定着淋失量的大小 ,而尿素和碳酸氢铵的淋失量却无本质差别 .不同深度的土壤有着不同的贮水量 ,因而也有着不同的淋失量 .实行夏季休闲 。

漓江水陆交错带硝态氮淋失规律的模拟研究

以广西桂林市潜经村漓江水陆交错带为研究区域,按照不同淹没程度将水陆交错带分为重度淹没带(T_1)、中度淹没带(T_2)、轻度淹没带(T_3),运用室内土柱模拟试验,研究不同淹没带、不同尿素施肥量、不同价态阳离子对硝态氮(NO_3^--N)淋失的影响。结果表明:(1)在正常施肥条件下,重度淹没带NO_3^--N淋失量最大(117.5kg/hm^2),显著高于中度淹没带(108.0kg/hm^2)和轻度淹没带(102.7kg/hm^2)淋失量。(2)随着施肥量增加NO_3^--N淋失量显著增加,当施肥量分别是140kg/hm^2,180kg/hm^2,220kg/hm^2时,NO_3^--N淋失比值为1∶1.35∶1.94。(3)土壤中阳离子Na^+、Ca^(2+)的存在可显著减少11.38%~18.31%的NO_3^--N淋失量,但不同价态阳离子之间对NO_3^--N淋失量的影响差异不显著。(4)随着淹没程度减小土壤容重逐渐降低,土壤粘粒含量逐渐增加,有机质则呈先减小后增加的趋势。在低、正常施肥处理下,NO_3^--N淋失量与土壤容重呈显著正相关,与土壤粘粒含量呈显著负相关;在高施肥处理下,NO_3^--N淋失量与土壤有机质含量呈显著负相关。

桓台县高产农田土壤硝态氮淋失动态研究

试验研究高产农田生态系统条件下N肥施用量和秸秆还田对土体硝态氮(NO_3^--N)的时空分布动态结果表明,NO_3^--N含量在空间上随土壤深度而降低,这一相关关系可用Y=aX^b函数表达。小麦-玉米2季秸秆还田同单季小麦秸秆还田对NO_3^--N的动态影响较小,但相同施N量下未进行玉米秸秆还田0～40cm土层土壤中NO_3^--N含量偏高,土体NO_3^--N有淋失较强的趋势。土体NO_3^--N含量年度内波动大小与施N量密切相关,0～40cm土层土壤内NO_3^--N含量起伏最大,60cm土层以下相对稳定。各土层内NO_3^--N含量与施N量相关密切,这一相关关系影响到2m土层深度。土体中NO_3^--N含量周年内出现2次峰值和1次低谷,峰值出现在玉米和小麦收获后,低谷发生在小麦苗期～开花期土体养分大量吸收时期。9月下旬2m土层土壤NO_3^--N含量可高达10mg/kg,而且有淋失出2m土体的趋势。

短期免耕对东北黑土硝态氮淋失的影响

以吉林省德惠市中层黑土上耕作定位试验小区为研究对象,探讨了免耕和秋翻两种耕作方式对土壤NO3--N在土体中分布的影响。6a的田间定位试验表明,免耕玉米小区NO3--N含量呈自上而下递减的趋势,表层和亚表层NO3--N含量均高于底层。秋翻玉米小区除2004年外,其他年份也表现出这种趋势。在试验的后两年,由于玉米根系和土壤动物的作用,免耕处理开始形成连贯的大孔隙,大豆小区免耕处理NO3--N有向土壤底土层富集的现象,免耕对土壤NO3--N淋失的影响已经开始显现。

应用大型原状土柱渗漏计测定冬小麦-夏玉米轮作期硝态氮淋失

从 1998— 2 0 0 0年 ,利用土壤溶液提取器和大型原状土柱渗漏装置 (面积 0 18m2 ,2m深 )田间观测了北京地区冬小麦 夏玉米轮作期间的NO-3 N淋失 .设置对照和常量氮肥水平两个处理 .土柱渗出液的NO-3 N平均浓度 ,对照处理为 35 0mg L ,常量施氮土柱为 5 5 6mg L ;NO-3 N淋失通量 ,对照处理为 1 3g (m2 ·a) ,常量施氮土柱为 2 0g (m2 ·a) ;氮肥表观淋失百分数分别为 10 %、0 86 %和 0 5 4%,受年降雨变化的影响非常明显 .常量氮肥施用条件下 0— 2 0 0cm土壤提取液和土柱底部渗出液的NO-3 N浓度 ,都超过饮用水卫生标准 10mg L ,因此 ,常量施氮水平引起的硝态氮对浅层地下水的污染不容忽视 .

基于SWAT的浑河流域上游地区硝态氮淋失量估算

以浑河流域上游地区为研究流域,应用SWAT模型估算了该流域硝态氮淋失量的空间和时间分布以及不同土地利用类型硝态氮的淋失量。利用2008—2010年实测径流资料对模型进行了校核与验证,结果表明,流域硝态氮的淋失量与施氮量在空间分布上是一致的,且与水分渗漏有较好的相关关系,降雨、施肥是影响流域硝态氮淋失的主要因素;此外,不同土地利用类型的硝态氮淋失量的差异也非常明显,耕地的硝态氮淋失量最高,林地次子,居民区、裸地等最小。

基于三维Copula函数的滴灌硝态氮淋失风险评估方法

硝态氮淋失是滴灌系统设计和运行管理需要考虑的重要因素。该研究构建了滴灌条件下的水氮运移模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,模拟分析了田间尺度砂壤土饱和导水率和初始含水率空间变异对NO_3^--N淋失率的影响,并利用三维Gumbel-Hougaard Copula函数构建了土壤饱和导水率、初始含水率和NO_3^--N淋失率的联合分布函数,分析了给定土壤饱和导水率和初始含水率条件下NO_3^--N淋失率超过某一阈值的条件概率。结果表明,NO_3^--N淋失率概率密度函数可用指数函数表示;土壤饱和导水率和初始含水率的空间变异会明显增加NO_3^--N淋失风险;NO_3^--N淋失率超过给定阈值(6.4%,均质土壤条件下的NO_3^--N淋失率)的条件概率基本随土壤饱和导水率和初始含水率的增大而增大。构建田间尺度土壤特性参数(如饱和导水率、初始含水率等)与NO_3^--N淋失率的联合分布函数为研究多变量空间变异条件下NO_3^--N淋失风险评估提供了参考。

利用原状土柱系统研究设施栽培下硝态氮淋失状况

选取山东省典型设施栽培区寿光大棚蔬菜为研究对象,采用原状土柱系统研究了农户常规栽培措施下硝态氮的淋失状况。研究发现,黄瓜和苦瓜生育期内硝态氮的淋失浓度范围为40.7～74.7 mg/L,试验期间硝态氮淋失浓度平均为53.4 mg/L,所有样品中的硝态氮含量均超过国家规定的饮用水标准和地下水源硝态氮控制标准;冬季硝态氮淋失浓度高于其它季节。硝态氮淋失量为276.24 kg/hm2,除第一次移栽灌溉外,硝态氮淋失量最高出现在2011年3月份。

济南市郊设施蔬菜氮肥施用及硝态氮淋失状况研究

本实验以济南市城郊菜地为研究对象,对城郊菜地土壤-植物系统进行研究,系统地分析了济南市郊区设施蔬菜-土壤系统中氮素的输入输出状况,阐明了氮肥的施用对蔬菜产量及地下水的影响。本文对衡量济南市蔬菜种植对环境的污染状况及指导农业安全生产具有重要的意义。

露天蔬菜氮肥施用及硝态氮淋失状况研究

菜地土壤化肥的使用不当不仅造成了肥料的浪费和蔬菜品质的下降,还对土壤、水体和大气等生态环境构成潜在威胁。本实验以泰安肥城市王庄镇孔村的菜地为研究对象,利用原状土柱系统,分析了露天蔬菜——土壤系统中氮素的输入输出情况,研究了硝态氮的淋失规律,探索了控制硝态氮淋失的重要措施,以便指导蔬菜生产。

黑土硝态氮的淋失及提高氮肥利用率的研究

本试验采用渗滤池技术，研究氮肥不同用量、不同品种、施肥方式及配比条件下硝态氮的移动规律及其与玉米产量、氮肥利用率的关系。结果表明，淋失主要发生在雨季，淋失量随施肥量的增加而增加，不同品种、施肥方式也有差异，但不显著。氮肥与磷钾及有机肥配施，可明显减少硝态氮的移动淋失．施氮２４７．５ｋｇｈａ－１淋失水硝态氮含量超过饮用水卫生标准１０ｍｇＬ－的限额，易使地下水污染。但淋失总量不高，施氮１６５ｋｇｈａ－１，配施磷钾或有机肥，比单施氮增产１５％以上，氮肥利用率提高２０个百分点以上。

华北平原农田关键带硝态氮存储与淋失量研究

更多证据表明,储存在深层包气带中的硝态氮在全球氮循环中具有重要作用。本研究在华北平原农田不同包气带深度(2~50 m)分别采集土柱,分析不同深度土层的硝态氮含量和分布;从资料与文献收集到华北平原不同省区及其县域的42年(1978—2019年)氮肥投入与农田面积变化数据,计算不同区域(地下水埋深区域和县域)的农田包气带硝态氮存储量。首次利用区县氮肥投入与对应区域包气带硝态氮存储量的比值,即存储率(NR),研究氮肥投入对包气带硝态氮存储的影响程度。结果表明:1)在2~50 m的地下水埋深范围内,随着包气带深度的增加,华北平原农田(粮田与菜地)的单位面积硝态氮存储量也随之增加;2)在2 m、3 m、6 m、10 m、16 m、25 m、40 m和50 m深包气带,粮田硝态氮存储量分别占42年(1978—2019年)氮肥总投入量的14%、18%、26%、30%、33%、35%、38%和39%,菜地硝态氮存储量分别占42年(1978—2019年)氮肥总投入量的15%、20%、28%、32%、34%、36%、40%和41%;3)进入2 m以下地下水的粮田与菜地硝态氮淋失总量分别为675.65万t和199.56万t,分别占粮田与菜地42年(1978—2019年)氮肥总投入的13%和14%。本研究表明,华北平原农业区高氮肥投入导致大量的硝态氮淋失进入包气带-地下含水层系统,厚包气带对硝态氮截留和存储具有重要作用,在地下水埋深较浅区,高氮肥投入提高了地下水硝酸盐污染的风险。