旱田土壤氮淋失阻控措施研究进展

旱田土壤氮淋失是引起环境面源污染的重要原因之一。该文从施肥管理(减量施肥和平衡施肥)、水分管理(灌溉制度、灌溉方式和保水剂施用)以及施用缓/控释肥和生物炭等新型的肥料和土壤改良材料等角度,综述了旱田土壤氮素淋溶损失的阻控技术措施,并从加强氮淋失阻控技术和田间监测管理的精细化发展需求,注重阻控技术措施的成本平衡,以及不同阻控技术措施的组装和集成等方面进行了展望,可为促进我国氮肥利用率的提高,减少氮淋失造成的面源污染环境问题提供帮助。

高投入菜地土壤磷累积、损失特征及阻控措施的研究进展

“大肥大水”已经成为我国蔬菜种植体系的生产特征,这种生产方式导致大量磷流失到环境中,通过地表径流和地下淋溶导致水体富营养化。目前菜地因其在农田磷污染排放中的占比最高已成为种植业磷损失的优先阻控对象。该研究在明确菜地磷赋存形态特征的基础上,针对露天及设施菜地磷损失特征包括损失途径及其影响因素,综述目前一些减少潜在磷污染负荷的源头管理措施、控制磷的迁移过程的生态工程措施以及末端治理,同时评价其在菜地磷污染阻控中的效果。这些研究进展增强了对菜地磷循环的理解,摸清高投入生产系统磷链条当中磷下游损失排放特征,为有效阻控磷肥损失、实现蔬菜产业绿色可持续发展提供理论参考。

设施菜田土壤氮素淋溶特征及阻控措施的研究进展

设施菜田在蔬菜作物生产中占据重要比例,土壤氮素作为设施菜田生产中需求量最高的营养元素,在保证设施菜田品质与产量中发挥着不可替代的作用。但由于设施菜田土壤一直处于高度集约、高度施肥、土地利用率高,使得土壤氮素利用率偏低,淋溶损失严重。本文基于2001-2021年来国内外对于设施菜田土壤氮素淋溶特征研究成果,从概述设施菜田土壤氮素损失途径及淋溶特性着手,分析设施菜田土壤氮素淋溶影响机制。总结出设施菜田氮素淋溶损失主要受到施肥、灌水、土壤质地及种植年限影响,采取减氮控水、调节土壤碳氮比、施用土壤抑制剂以及运用填闲作物等措施,能够在保证设施菜田作物品质条件下,降低土壤氮素淋溶损失。探讨针对设施菜田氮素淋溶损失今后进一步研究方向,以期为设施菜田的合理管控与生态可循环利用提供理论依据。

旱地硝态氮淋失阻控措施研究进展

硝态氮淋失是旱地氮素损失最主要的形式,由于硝态氮淋失对地下水污染危害大、治理难,硝态氮淋失的阻控措施受到广泛地关注。介绍了农田氮素污染的现状和硝态氮淋失的机理过程与特点,综述了灌溉施肥制度优化、氮肥种类优选、改良土壤特性、配施硝化抑制剂以及耕作与农艺措施5个方面硝态氮淋失主要阻控措施。并对措施最佳适用条件、多措施组合方案以及大尺度推广应用等角度进行了展望,提出应综合系统的对旱地硝态氮淋失阻控措施进行研究,要进一步确定各阻控方案最佳使用条件,给出各阻控措施组合协作的可能,为更好地将旱田硝态氮淋失阻控技术推广应用提供理论依据。

稻米镉积累的影响因素与阻控措施

长期高镉暴露能引发"痛痛病"等疾病,镉的人体健康危害不容小视.目前我国镉污染较为严重,因其容易富集于水稻等粮食作物而备受当前环境、食品领域的关注.镉污染大米(也称为"镉米")摄入是目前人体镉暴露的最重要来源,探究"镉米"的形成及影响因素,并针对影响因素提出相应的阻控措施对保障食品安全和人体健康具有重要意义.本文针对土壤—水稻体系,简介了当前我国稻田镉污染现状,分析了土壤理化性质、全球变暖、水稻品种、水稻根系结构、水稻根系基因对水稻镉吸收的影响,总结了镉被吸收后在水稻植株内的分布和迁移过程及相关调控基因,探讨了土壤修复、基因调控、稻米加工、膳食摄入等措施降低大米镉含量及人体健康风险的效果.本文揭示了稻米镉积累的关键影响因素,并对今后"镉米"阻控措施的发展方向进行了展望.

不同阻控措施对生菜中镉铅累积及品质的影响

为探索受重金属镉(Cd)和铅(Pb)复合污染农田的安全利用技术,实现农产品安全生产,采用盆栽试验,以低铅镉累积品种生菜(KCW)为供试材料,研究2种土壤钝化剂和5种叶面阻控剂对生菜中Cd和Pb累积及品质的影响.结果表明,不同阻控措施对生菜土壤pH值影响不同,其中施用45 g·m^(-2)生物炭基钝化剂对提升土壤pH值差异最显著,较CK提高了0.8个单位;施用72 g·m^(-2)腐殖酸钝化剂对降低生菜土壤pH值差异最显著,较CK显著降低了0.25个单位.在所有阻控措施中,施用45g·m^(-2)生物炭基钝化剂对土壤有效态Cd含量的降低效果最好,较CK显著降低53%,施用135g·m^(-2)生物炭基钝化剂对土壤有效态Pb含量的降低效果最好,较CK显著降低64%.喷施0.8%FAK-Zn叶面阻控剂不仅对降低生菜可食部Cd、 Pb含量的阻控效果最佳,分别较CK显著降低77%和60%,且还显著降低生菜可食部Cd、 Pb富集系数和根部向可食部的转运系数.不同阻控措施对生菜营养品质影响不同,其中0.4%FAK-Zn叶面阻控剂对可溶性蛋白提升效果最佳;0.6%FAK-Zn对可溶性糖提升效果最佳,0.4%FAK-Zn阻控剂对维生素C含量提升效果最佳.总之,施用生物炭基钝化剂可有效地修复受Cd和Pb复合污染的生菜土壤,而喷施FAK-Zn叶面阻控剂可有效地抑制生菜中Cd和Pb富集吸收转移,并能改善提升生菜营养品质,为重金属复合污染的蔬菜安全生产提供理论依据,促进资源与环境的循环利用.

褐土区农田土壤氮磷淋溶特征及其管理措施

自20世纪90年代以来,持续过量氮磷化肥投入导致农业面源污染日益严重,了解农田土壤氮磷淋溶特征是降低地下水污染的基础。基于田间调查、长期定位肥料试验和田间试验,分析褐土区氮磷的盈余状况,阐明该区农田土壤氮磷的盈余变化、淋溶特征;评价田间管理措施对农田土壤氮磷淋溶的影响。结果表明,典型褐土区关中平原过量施氮的土壤达到83%以上,大量土壤硝态氮已经迁移到100 cm土层以下,15%的水井地下水的硝态氮含量超过10 mg·L−1(WHO饮用水标准);80%耕层土壤有效磷(Olsen-P)含量已超过20 mg·kg−1,富磷土壤已出现可溶性磷素向耕层以下迁移的现象。氮肥和磷肥的投入量、氮磷吸收量和土壤氮磷残留量之间存在着3个发展阶段:环境友好-资源高效阶段、环境低风险-资源低效阶段和环境有害-资源无效阶段。与当地常规水肥投入量相比,在保证产量的前提下,化肥减量、降低灌溉量、施用生物炭或秸秆还田都可以降低氮磷淋失量;其中化肥减量、降低灌溉可显著降低氮磷的淋失,其次是施用生物炭和秸秆。施用秸秆条件下,阻控硝态氮淋失与微生物生物量碳氮的提高、土壤硝化势降低或反硝化势升高有关。此外,需要关注褐土区粮果复合系统中土壤氮磷淋溶的环境效应、地下水硝酸盐污染的溯源等问题。

黑土区农田氮磷淋溶消减措施

黑土是我国重要的土壤资源,承载了全国50%以上的玉米产量。但过量的化肥施入和不合理的农业管理造成黑土土壤氮磷大量残留,氮磷淋溶风险增强。相关研究表明,尽管黑土区旱地农田氮磷淋溶损失相对较低,肥料残留效应仍致使其潜在淋溶风险增强。因此,本研究综合分析了环境因子和农业管理措施对黑土区农田氮磷淋溶特征的影响规律,明确了黑土氮磷淋溶消减措施,并针对玉米农田和蔬菜地提出消减策略。具体结果如下:施肥和降水是影响黑土农田氮磷淋溶的重要因素,灌溉是影响蔬菜地氮磷淋溶的关键农田管理措施;按需施肥、有机无机配施、避免雨热同期追肥、节水灌溉、免耕秸秆覆盖、不同作物轮作和添加生物炭等均是适合于当地气候和土壤条件的氮磷淋溶阻控措施。建议玉米农田采用一次性基肥施入,有机肥占比50%~70%,采用免耕秸秆覆盖技术;蔬菜地在常规施肥和灌溉频次下分别降低20%的施肥量和灌溉量,推荐蔬菜秋季收获后秸秆粉碎深埋等管理措施。本研究明确了黑土区农田氮磷淋溶消减策略,有助于实现黑土区农业绿色可持续发展和绿色生态环境的构建。

不同施肥处理对华北露天菜地氮素淋溶的影响

氮肥的不合理施用是造成氮素淋失和地下水污染的主要原因之一,蔬菜生产地由于水肥投入不合理而引起的土壤氮素淋溶问题日趋严重。试验以保定地区露地蔬菜(黄瓜-茄子)为研究对象,应用渗漏池法研究氮淋失与水肥响应的关系以及控水、控肥、增效剂对氮素淋溶的影响,揭示不同水肥管理措施下的氮素淋溶特征及阻控效果。结果表明:1)在农民常规施氮水平(全年施用氮肥N 890 kg/hm^2)下氮素在蔬菜生育期总氮淋溶量为N 307.5 kg/hm^2,占施氮量的24.9%,总氮淋失量和施氮量呈显著线性关系。2)相比常规施氮量,减氮20%和减氮50%,全年总氮淋溶量可分别减少12.8%和36.3%。3)在减氮20%基础上添加氮肥增效剂或改良剂(有机肥、联合抑制剂、生物炭、秸秆还田)能够减少总氮淋溶量3.7%~10.4%,而不影响产量。4)在减氮20%基础上减少灌溉量20%,能够减少总氮淋溶量33.4%。5)由于基肥施肥方式为种植行上小高畦开沟施用并覆土,有机肥和无机肥配施对减少氮淋溶量无显著影响。在大水大肥管理条件下,氮淋溶是华北典型露地菜地氮损失的主要途径之一,减氮20%配合联合抑制剂和减氮20%配施生物炭均可在一定程度上减少氮淋溶,且施肥的环境负荷小。

冻融交替对农田氮磷淋溶影响的研究进展

农田施肥过量导致氮磷养分淋溶引发的水体污染问题日益突出,冻融交替是中高纬度、高海拔和部分温带地区的自然现象,对冻土区农田生态系统的土壤生物地球化学过程有重要影响。了解冻融交替如何影响土壤氮磷养分淋溶,对建立阻控养分淋溶的措施至关重要。本文对国内外已有的研究结果进行归纳和梳理,从土壤物理、化学和生物学角度阐述了冻融交替对农田土壤氮磷淋溶的作用机制和影响因素。冻融交替主要是通过以下几个方面影响养分淋溶:1)土壤水的相变对土壤颗粒、孔隙结构、微生物细胞的破坏作用;2)对土壤微生物群落组成、结构及其参与的养分循环的影响;3)最终导致土壤对养分和水分固持能力、可淋溶养分的含量和形态以及淋溶通道的改变。此外,气候因素包括气温和积雪覆盖对冻融模式的影响以及土壤自身的性质决定着冻融期间养分淋溶损失程度。基于冻融对养分淋溶的影响机制,阐述了增施生物炭、种植覆盖作物、采用免耕秸秆覆盖等耕作方式在减缓养分淋溶方面的研究进展和潜在机制,为今后相关研究工作提供了理论依据。最后简要指出当前研究的不足之处,提出未来相关研究的方向。