我国东部典型内源和外源性静态水体N_(2)O排放与生态系统呼吸的关系初探

内陆水体是大气中N_(2)O的重要排放源,受到国内外广泛关注,为了探讨水生生态系统中水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸的响应关系,本研究以我国东部典型外源性和内源性静态水体为研究对象,在2022年4月29日-5月4日对10个表层水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸指标进行测定,结合贝叶斯方法初步探讨了水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸之间的关系。结果表明:外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸均显著高于内源性水体(P<0.05),水体N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量和BOD5均呈显著正相关关系(P<0.05)。通过贝叶斯方法构建了水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸(CO_(2)和BOD_(5))之间的数学模型,可解释水体N_(2)O排放通量变异性的61%~71%,并且明确了模拟结果的不确定性。此外,本研究进一步区分了内源性水体与外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸的关系,在内源性水体中,N_(2)O的产生受碳源限制的影响大于氮源限制,而在外源性水体中N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量的耦合关系大于内源性水体。研究表明,生态系统呼吸与水体N_(2)O排放通量间有很强的响应关系,本研究为区域水体N_(2)O排放通量估算方法和生态系统呼吸耦合机制研究提供了基础。

稻麦轮作农田有机无机肥配施下磷平衡研究

为探究太湖流域稻麦轮作农田有机无机肥不同配施方式下的磷平衡,通过控氮控磷(4 a)和控氮不控磷(24 a)两种配施方式的田间定位试验,分析稻麦产量及磷吸收量、土壤磷含量、径流磷损失以及磷平衡。控氮控磷试验设有6个处理:不施磷肥(CK),单施化肥(CF),有机无机肥配施中包括商品肥OM、猪粪PM、鸡粪CM及牛粪DM(均为有机肥等氮磷钾替代30%化学磷肥);控氮不控磷试验设有3个处理:不施磷肥(CK)、单施化肥(CF)、猪粪有机无机肥配施(PM),配施方式为有机肥仅等氮替代稻季40%和麦季50%化学氮肥。结果表明:相较CF处理,控氮控磷配施方式各处理稻麦周年磷素略有盈余,径流磷损失量无显著性差异,CF、OM、PM、CM、DM磷平衡(以P计)分别为-0.76、2.29、4.58、4.40、8.54 kg·hm^(-2),径流磷损失量为0.08~0.15 kg·hm^(-2);控氮不控磷配施方式PM稻麦周年磷平衡及径流磷损失量显著提高3.41倍和50.4倍,CF和PM磷盈余量分别为26.7、118 kg·hm^(-2),径流磷损失量分别为0.10、5.14 kg·hm^(-2)。相较控氮控磷,控氮不控磷配施的磷盈余及径流磷损失量均大幅增加。综上表明,有机无机肥总投入量过高会导致土壤磷大量盈余,极大增加磷损失的环境风险。因此,施用有机肥的同时应考虑控制氮磷施入量,有机肥部分替代化肥养分等量控制是可行的有机无机肥配施方式。

稻改设施有机蔬菜土壤碳氮磷含量与生态化学计量特征研究

为探讨稻田改为设施蔬菜地后长期施用有机肥对土壤养分均衡供应的影响,于2021年收获后采集南京市郊区种植历史为13和18年的露天有机菜地土壤和设施有机菜地耕层(0~15 cm)和犁底层(15~30 cm)土壤,同时采集毗邻稻田作为基准,空间替代时间,对土壤理化性质、养分特性和碳氮磷化学计量特征变化规律进行分析。结果表明,稻田转为设施有机菜地后,除碳库活度指数(AI)外,土壤溶解有机碳(DOC)、活性有机碳(AOC)、碳库指数(CPI)、碳库管理指数(CPMI)均呈“∧”形的先升后降趋势。各处理间耕层土壤MBC无显著差异。设施有机菜地的土壤氮磷钾累积量、碳氮比、碳磷比和氮磷比均显著高于露天有机菜地土壤。18年设施有机菜地耕层土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比分别较露天菜地高7.32%、23.22%和18.57%,犁底层差异不显著。相关分析表明,不同活性有机碳组分与养分计量比间的关系强度存在差异,其中土壤碳氮比受有机碳总量的影响较大,土壤氮磷比受活性有机碳组分的作用更显著,土壤碳磷比同时受到土壤有机碳质量、数量、碳库管理指数的综合影响。研究表明,长期施用有机肥对土壤养分累积的改善作用受时间限制,且在养分平衡供应的调控效果较弱。

自然水体中悬浮物对反硝化影响的研究进展

悬浮物在自然水体(池塘、河流、湖泊等)中普遍存在,相较于上覆水,是微生物更为倾向的附着载体。相较于沉积物,更易获取硝酸盐,是水体反硝化发生的热点微区。悬浮物在水体中经历一系列碰撞、絮凝、溶解、离子交换、吸附解吸等物理化学过程,从而会引起颗粒物粒径、营养盐浓度等发生变化;悬浮物的沉降和再悬浮过程也会引起上覆水和沉积物之间的物质交换,并在好氧缺氧过渡过程中对氮转化造成影响,从而直接或者间接影响水体反硝化速率。本文概括了国内外关于悬浮物影响水体反硝化的研究进展和热点,总结了不同浓度、粒径、组成和种类的悬浮物对反硝化作用的影响,从溶解氧、功能微生物、无机氮、有机碳等环境因素重点归纳了悬浮物影响反硝化的过程,比较和分析了悬浮物反硝化的测定方法。结合当前悬浮物反硝化研究现状,建议未来可以从新兴污染物悬浮物、机理模型、测定方法等方面展开深入研究。

不同有机替代方式下稻田土壤胶体磷流失潜力研究

土壤胶体因具有较大的比表面积及较强的吸附与迁移能力,其所携带的磷(胶体磷)已成为农田磷流失过程中的重要形态。为评估不同有机替代方式下稻田土壤胶体磷(P_(coll))的活性和流失潜力,本文依托两种有机肥部分替代化肥(控氮控磷与控氮不控磷)方式下稻麦轮作长期定位试验,探讨了P_(coll)含量变化、流失风险及其与不同土壤活性磷组分之间的关系。控氮控磷试验(4 a)设有3个处理:不施磷肥(CK)、单施化肥(CF)、猪粪有机肥替代30%化学磷肥(OF);控氮不控磷试验(24 a)设有3个处理:不施肥(CK)、单施化肥(CF)、猪粪有机肥替代40%化学氮肥(OF)。结果表明:在控氮控磷条件下,有机替代处理较单施化肥处理,土壤有机碳(SOC)、P_(coll)含量及其流失潜力(LPP)均无显著性差异,胶体钼蓝反应磷占比(R_(MRP),MRP_(coll)/P_(coll))显著降低1.76%(P<0.05)。在控氮不控磷条件下,有机替代处理的土壤P_(coll)和SOC含量分别为13.08 mg/kg和20.19 g/kg,显著高于单施化肥78%和212.6%(P<0.05);较单施化肥,土壤LPP和R_(MRP)分别显著升高了1.89%和16.05%(P<0.05)。两种有机替代方式下土壤P_(coll)与土壤全磷(TP)、真溶解态磷(TSP)、Olsen-P、CaCl2-P等均呈极显著正相关(P<0.01);与土壤有机碳(SOC)在控氮不控磷条件下呈极显著正相关(P<0.01),在控氮控磷条件下无显著相关性。以上结果表明,较控氮控磷有机替代方式,长期仅控氮的有机肥施用显著增加了土壤有机碳、胶体磷和不同活性磷组分含量,磷流失风险升高。因此,有机肥部分替代化肥养分等量控制是改善农田磷流失可行的施肥方式。

腐植酸尿素对土壤矿质氮含量及生菜品质的影响

为探究腐植酸尿素对蔬菜品质的影响,以半结球生菜为指示作物,设CK(不施氮肥)、T1(常规尿素)、T2(腐植酸尿素)、T3(商品有机肥)4个处理,测定根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮含量及变化,以及生菜硝酸盐、草酸、亚硝酸盐、可溶性总糖、维生素C含量等品质指标,采用隶属函数法评价腐植酸尿素对生菜品质的综合影响。结果表明,与非根际土壤结果一致,腐植酸尿素处理的平均根际土壤矿质氮(铵态氮+硝态氮)含量(w)为137.77 mg·kg^(-1),高于其他处理,且以硝态氮为主。随着种植茬数增加,腐植酸尿素处理的土壤铵态氮、硝态氮富集率由正转负。腐植酸尿素处理的生菜可食部分鲜质量显著高于常规尿素处理。土壤铵态氮含量与可食部分鲜质量呈显著正相关,蔬菜硝酸盐含量与土壤硝态氮含量呈显著正相关。综上所述,腐植酸尿素有利于高品质蔬菜生产,但其对土壤铵态氮、硝态氮的调控机制仍需进一步研究。

生物炭用于育苗基质的研究进展

基质是工厂化育苗的基础,目前常用基质的主要成份为泥炭,但由于泥炭的使用量较大,开采过程会破坏环境且其不可再生。因此,寻找一种新型材料替代泥炭作为育苗基质,已成为工厂化育苗亟需解决的难题。生物炭具有丰富的孔隙,巨大的比表面积且富含多种营养元素,并在多种蔬菜作物的育苗中均有较好的效果,若将其作为育苗基质替代泥炭,将会具有广阔的应用前景。但由于生物炭的制备原料来源广泛,制作工艺千差万别,导致其理化指标不一。此外,生物炭中毒害物质的检测方法及限量标准缺乏,导致其作育苗基质的质量和稳定性难以保证。建议建立统一的生物炭质量标准用于育苗,开发快速有效地生物炭毒性评估方法,加强生物炭育苗基质的经济效益和生态效益的研究,推动生物炭育苗基质的产业化发展。

长期不施氮肥下稻麦轮作农田残留化肥氮的后效及去向

我国农田化肥氮用量高,造成较多肥料氮土壤残留,残留肥料氮既可被后季作物吸收利用,也可迁移进入环境。稻麦轮作是我国长江中下游农业区代表性种植制度,然而稻麦轮作农田土壤残留化肥氮的作物后效及去向目前尚不清楚。利用^(15)N示踪长期试验,连续追踪了2004年小麦季施用30%的^(15)N标记尿素后其土壤残留^(15)N在之后17个稻麦轮作年的变化动态及被后季作物吸收利用特征。试验起始小麦季设100 kg·hm^(–2)(N100)和250 kg·hm^(–2)(N250)两个施氮量处理,后续作物均不再施用氮肥。结果发现,34.5%~37.9%施入氮被当季小麦吸收,随后各轮作年稻麦作物吸收残留氮量随年限增加呈指数下降;17年中有12.2%~15.8%残留氮被后季作物吸收,其中,水稻对残留氮吸收能力较强,为9.2%~11.8%,小麦为3.3%~4.0%;观测期内化肥氮累积利用率为50.1%~50.3%。氮肥施入小麦当季,0~20cm土层残留为22.9%~33.5%,之后逐年减少;17年后降至7.8%~9.8%,但仍占0~100cm土层氮残留量(9.9%~13.4%)的73.5%~78.5%。同位素质量平衡估算的观测期内氮肥累积总损失率为36.3%~39.9%,与基于当季小麦氮肥利用率和0~20 cm土壤残留率计算得出的当季化肥氮总损失率32.0%~39.2%接近。作物籽粒、秸秆及土壤^(15)N丰度在观测期内均随时间呈指数递减;根据预测结果,不施氮下其降至^(15)N自然丰度背景值仍需28~37年。上述结果表明,稻麦农田化肥氮损失主要发生在当季,土壤残留后效持续时间长,但再迁移进入环境数量低。协同化肥氮当季损失的高效阻控和土壤残留的有效调控应是稻麦农田氮肥优化管理的关键环节。

土壤供保氮能力决定稻田氮肥增产效果和利用率

黑龙江五常和江苏常熟分属我国东北和华东单季稻区优质粳米的代表性产地,但五常维持水稻高产所需氮肥投入量通常远低于常熟而其增产效果优于常熟。由于两地水热条件、作物品种、农田管理和土壤类型均不同,究竟是何原因导致这种区域差异尚不清楚。为探究土壤因素的影响,在两地稻田分别取黑土型水稻土(BS)和乌栅土(WS),设不施氮(CK)、低氮和高氮(N 150和300 kg·hm^(–2)标记尿素)处理,开展盆栽试验,比较水稻产量、氮肥利用及总损失的土壤差异,并结合室内淹水矿化培养试验,研究两种水稻土氮素矿化特征。结果发现:在相同气候和水稻品种及管理条件下进行的盆栽试验中,各处理水稻产量、氮肥增产效果及地上氮素吸收累积量BS均优于WS,差值法氮肥利用率BS较WS高出20.0~28.7个百分点,然而15 N示踪法氮肥利用率BS却仅较WS高5.56~8.01个百分点。尽管施氮后水稻吸收土壤氮均增加,但BS土壤来源氮增量较WS高95.0%~215%。根据CK和相应施氮处理水稻地上部土壤来源氮差值可计算土壤氮素表观激发量在BS为173~354 mg·pot^(-1),在WS仅为88~113 mg·pot^(-1),与淹水培养试验中施氮后BS土壤矿化氮累积量高出WS 0.95倍~2.49倍相一致。说明施氮对BS土壤供氮量增加有更大促进作用。盆栽试验中BS土壤上15 N肥料总损失也随施氮量增加低于WS。综上,氮肥对BS土壤激发效应强,可提供更多矿化氮和损失较低是其维持较高氮肥利用率和高产的主要原因;而氮肥对WS土壤激发效应低,且肥料氮土壤保持能力较弱,因此,水稻生长对高量氮肥投入的依赖性更高。土壤是影响稻田氮肥增产效果和氮肥利用率差异的重要因素。

施氮方式与添加脲酶/硝化抑制剂对稻季NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响

【目的】分析施肥方式及添加脲酶/硝化抑制剂对稻田NH3挥发和N_(2)O排放的影响,基于稻田NH_(3)和N_(2)O减排的效果评价优化施肥措施的可行性。【方法】在太湖地区开展为期两年的稻季田间小区试验,供试脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂为对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),用量为施氮量的1%。设置6个处理:1)不施氮肥对照(CK);2)表施尿素N 300 kg/hm^(2)(当地常规施肥,CN);3)表施尿素N 225 kg/hm2(RNB);4)尿素N 225 kg/hm^(2),50%表施,50%深施(RND);5)表施尿素N 225 kg/hm^(2)+NBPT+MHPP(RNB+DI);6)尿素N 225 kg/hm^(2)+NBPT+MHPP,50%表施,50%深施(RND+DI)。每次施肥后两周内,用密闭式抽气法监测稻田NH3挥发,在水稻生育期内用静态箱—气相色谱法监测稻田N2O排放。【结果】1) NH_(3)挥发主要发生在每次施氮后7天内,CN、RNB和RNB+DI处理基肥和分蘖肥施用后的NH3挥发量占总挥发量的86.63%~91.76%;稻季N_(2)O排放峰期主要出现在每次施肥后一周内和中期烤田期。2) RNB比CN处理可减少NH3挥发总量29.69%~39.41%和N_(2)O排放总量13.43%~23.37%。3) RND比RNB处理可减少NH_(3)挥发总量53.50%~72.05%和N2O排放总量16.66%~23.43%。4) RNB+DI比RNB处理可减少NH3挥发总量9.57%~22.27%和N_(2)O排放总量8.77%~15.67%。5) RND+DI比CN处理可减少NH3挥发总量76.89%~82.29%和N_(2)O排放总量37.98%~48.71%。【结论】尿素总氮投入减少25%,50%由撒施改为基肥深施,并添加脲酶/硝化抑制剂,可显著减少稻季NH3挥发和N2O总排放,特别是降低NH3挥发的效果更佳;将这3种措施组合集成的RND+DI处理减排效果最佳。该综合集成措施的实际操作性强,为在水稻生产上推广应用提供了技术支撑。

中国粮食生产的温室气体减排策略以及碳中和实现路径

作为世界上最大的农业生产国和温室气体排放国,我国承诺力争到2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。国家“双碳”目标给农业生产带来很大的减排挑战,因为农业源温室气体排放约占我国碳排放总量的14%。粮食生产是农业源非CO_(2)温室气体的主要排放源,归因于过量灌溉和施肥引起的稻田甲烷(CH_(4))和土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放。在碳达峰后,粮食生产温室气体的排放占比和减排重要性将越来越大。我国粮食生产究竟能否实现碳中和,以及如何实现碳中和仍不明确。本文综述了我国粮食生产碳排放的源汇效应和时空特征,总结了稻田CH_(4)和土壤N_(2)O减排以及农田土壤固碳的有效措施,解析了固碳减排之间的“此消彼长”效应和应对策略,明确了粮食生产实现碳中和的潜在路径,并对未来固碳减排的研究方向进行了展望。

不同硝化抑制剂对稻季N_(2)O排放、NH_(3)挥发和水稻产量的影响

为了筛选出水稻生产中应用效果更佳的硝化抑制剂,在太湖地区开展水稻季田间小区试验,尿素中分别添加化学合成硝化抑制剂2-氯-6-三氯甲基吡啶(CP)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)以及生物硝化抑制剂对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),探讨3种不同硝化抑制剂对水稻季N_(2)O排放、NH_(3)挥发、水稻产量和氮肥利用率的影响。结果表明,与单施尿素处理相比,尿素添加3种硝化抑制剂能显著减少N_(2)O排放总量,抑制效果表现为DMPP(31.71%)>MHPP(30.40%)>CP(27.83%),不同硝化抑制剂间减排效果无显著差异;添加硝化抑制剂均显著增加了NH_(3)挥发总量,促进作用表现为CP(58.7%)>DMPP(40.3%)>MHPP(25.3%),不同硝化抑制剂间差异显著;添加硝化抑制剂的增产幅度为MHPP(4.9%)>CP(3.3%)>DMPP(1.1%),不同硝化抑制剂间无显著差异;氮肥表观利用率显著增加,表现为MHPP(15.7%)>CP(13.8%)>DMPP(10.9%),但不同硝化抑制剂间无显著差异;综合考虑活性气态氮损失量和水稻产量,3种硝化抑制剂相比单施尿素均显著增加了单位产量活性气态氮排放强度,增加幅度表现为CP(50.3%)>DMPP(35.0%)>MHPP(17.8%),CP显著高于DMPP和MHPP。综合比较,生物硝化抑制剂MHPP在水稻生产中增效减排的作用优于化学合成硝化抑制剂CP和DMPP,但在生产应用中要与其他NH_(3)挥发减排措施相结合,更好地发挥其增效减排潜力,推动农业绿色可持续发展。

不同施肥处理下盆栽土壤通气性的变化

【目的】阐明不同施肥处理下土壤通气性的动态变化。【方法】以江苏南京设施菜地土壤为研究对象,对比盆栽试验条件下不施肥(CK)以及施用常规尿素(T_(1))、腐植酸尿素(T_(2))、商品有机肥(T_(3))、有机肥+常规尿素(T_(4))处理的土壤氧气体积分数差异。【结果】各处理间的容重差异不显著,具体表现为T_(1)>T_(3)>CK>T_(2)=T_(4)。相较于CK处理,T_(1)、T_(2)和T_(3)处理可显著提高土壤氧气体积分数,分别增加了7.07%、6.53%和3.20%。生育期内不同肥料处理的土壤氧气体积分数变化趋势不同;各处理的土壤氧气体积分数在白天呈上升趋势,但到达峰值的时间存在明显差异。【结论】施肥类型会显著影响土壤氧气含量,施用腐植酸尿素在土壤容重和土壤平均氧气体积分数方面的表现较佳。

长江中下游典型种植业氨排放特征与减排关键技术

长江中下游稻、菜、果种植业发达,是氨挥发的主要场所,迫切需要掌握其氨排放特征与减排关键技术。本文系统梳理了“十三五”国家重点研发计划项目课题“长江中下游种植业高效控氨减排关键技术研发”取得的主要进展,并展望了“十四五”期间的研究重点。取得的主要研究结果包括:(1)明确了典型稻菜果氨排放系数与特征,稻田氨排放系数和变异最大,平均为14.2%,露天蔬菜次之(平均为11.2%),果树最低(平均为4.76%)。(2)以“减、抑、控、固”全链条氨减排思路,提出稻田优化减氮技术、稻田深施控氨技术、稻田周丛生物成膜抑氨技术、果树大颗粒肥料深施与蔬菜新型缓释肥等减排技术,实现了高效控氨减排的目标。“十四五”期间,建议加强氨挥发损失的长期原位监测与模拟,氨减排环境和经济效益核算,以及操作简易、成本低廉的氨挥发减排技术研发。

我国农业面源污染过程模拟的困境与展望

我国农业面源污染依然严重,模型是面源污染防控决策支持的有效工具。本文在农业面源污染模型分类的基础上,系统梳理了各类模型在田块流失过程、流域迁移消纳过程中的构建方法。在田块产流过程模拟中,模型大多采用单一超渗或者蓄满产流机制;在流域迁移过程的消纳过程模拟中,迁移路径基于D8算法,采用固定的消纳系数模拟迁移过程中的消纳量。基于我国面源污染产生的特点,本文进一步总结了上述模型在我国农业面源模拟过程中的困境:在田块流失过程中,在我国旱地与水田并存情况下需同时考虑两种产流机制,在南方水域面积大的区域还需考虑农田氨挥发近距离沉降;在地表迁移过程中需考虑多地形(丘陵和平原)、多水体分布特点,地下迁移过程需考虑生物地球化学滞留和水文滞留过程。针对上述困境,文章展望了我国面源污染模型可能的解决方案,以期为我国农业面源污染模型的轻简化和高精度发展提供借鉴。

氮肥深施对太湖地区稻田氨挥发的影响

NH_(3)挥发是稻田氮素损失的重要途径之一,基于基肥期尿素氮肥深施、追肥期用缓释肥替代尿素和配施脲酶抑制剂对太湖地区水稻生长季NH_(3)挥发影响少有报道。为此,本研究共设置了7个原位试验处理:(1)空白处理,不施氮肥(CK);(2)当地常规氮肥表施处理,施氮量300 kg∙hm−2(SN300);(3)减氮10%,氮肥表施处理,施氮量为270 kg∙hm^(−2)(SN270);(4)减氮10%+基肥氮深施+追肥表施尿素处理(DN270);(5)减氮10%+基肥氮深施+追肥表施尿素+脲酶抑制剂(DN270+UI);(6)减氮10%+基肥氮深施+追肥表施缓释肥(DN270+SR);(7)减氮10%+基肥深施+追肥表施缓释肥+脲酶抑制剂(DN270+SR+UI)。与常规尿素表施SN300处理NH_(3)累积排放量相比,采用基肥深施可降低78.2%~85.2%的基肥期NH_(3)排放量,基肥减氮深施且追肥期配施脲酶抑制剂(DN270+UI处理)可降低30.4%的分蘖肥期NH_(3)排放量和25.3%的穗肥期NH_(3)排放量,基肥减氮深施且水稻追肥期用缓释肥替代尿素(DN270+SR处理)可降低36.4%的分蘖肥期NH_(3)排放量和28.1%的穗肥期NH_(3)排放量。整个水稻生长季NH_(3)累积排放量大小为SN300>SN270>DN270>DN270+UI>DN270+SR>DN270+SR+UI,其中DN270+SR+UI处理下NH_(3)排放量最小,与SN300处理相比,可显著降低50.9%的NH_(3)累积排放量(P<0.05)。除CK外,各处理间水稻产量差异不显著,单位水稻产量NH_(3)排放强度以DN270+SR+UI处理下最小,与SN300处理相比,可显著降低52.5%单位水稻产量氨排放强度(P<0.05)。综合考虑经济生态环境效益,在南方典型稻田中采用基肥期尿素深施可有效地降低氨挥发量,是一种值得推广的稻田氨减排模式,在追肥期用缓释肥替代尿素同时配施脲酶抑制剂可进一步提高NH_(3)减排效果。

密闭室抽气法监测稻田氨挥发的几个问题

密闭室抽气法是稻田氨挥发的常用监测方法,但该方法在实施过程中仍存在一些问题,导致不同研究结果之间缺乏可比性,影响稻田氨排放的系统分析与评估。研究了换气频率、抽气时间段、是否串联洗气瓶、抽气室与洗气瓶规格等监测参数以及抽气与自然风对比对氨挥发量的影响。结果表明,氨挥发随换气频率的增加而增加,其增加速度分三个阶段,挥发量与换气次数的对数呈线性相关;尿素快速水解期与水解基本结束后的氨挥发日变化规律不同;直通型、球形多孔型洗气头分别较圆盘多孔型洗气头氨挥发量低25.6%和8.5%;抽气室内径越大,气相高度越低,氨挥发量越低;串联洗气瓶测定的氨挥发仅为单独洗气瓶的88.6%;抽气室内田面水蒸发量随抽气速率增加而增加,抽气与自然放置情况下氨挥发量相近时,后者田面水蒸发量大。建议密闭室抽气法监测稻田氨挥发采用直径15 cm的抽气室,配单独流量计,气相高度5~8 cm,抽气量15~20 L·min^(-1)左右,无需串联洗气瓶,选择圆盘多孔型或直杆多孔型洗气瓶。

太湖地区典型轮作与休耕方式对稻田水稻季N_(2)O和CH_(4)排放量的影响

轮作休耕是实现"藏粮于地、藏粮于技"的重要途径之一,目前在太湖稻田区域主要推广紫云英(Astragalus sinicus L.)-水稻(Oryza sativa L.)、油菜(Brassica napus L.)-水稻和休耕-水稻典型轮作与休耕方式。在太湖地区典型稻田水稻生长季设置了6个处理:(1)紫云英-水稻轮作,不施N肥处理,MRN0;(2)紫云英-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^(-2),以纯氮计,下同),MRN300;(3)油菜-水稻轮作,不施N肥处理,RRN0;(4)油菜-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^(-2)),RRN300;(5)休耕-水稻轮作,不施N肥处理,FRN0;(6)休耕-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^(-2)),FRN300。通过田间试验,研究了不同轮作与休耕方式对水稻产量、氮肥利用率及稻田温室气体CH_(4)和N_(2)O排放的影响,从而为综合评价轮作休耕方式提供科学依据。田间试验结果显示,与不施氮肥处理相比,在不同轮作休耕方式下施氮300 kg·hm^(-2),可增加53.7%—60.0%的水稻产量,以MRN300处理水稻产量最高,与RRN300和FRN300处理相比,水稻产量分别提高了1.6%和6.0%。在不施氮水平下,MRN0、RRN0和FRN0各轮作处理间N_(2)O排放通量和累积排放量均值差异不显著(P>0.05)。而在施氮300 kg·hm^(-2)下,紫云英-水稻轮作可降低N_(2)O排放通量和累积排放量,与RRN300和FRN300处理相比,N_(2)O排放通量分别降低了36.0%(P<0.05)和2.1%(P>0.05)。在同一施氮水平下,紫云英-水稻轮作CH_(4)排放通量和累积排放量最小,与RRN300和FRN300处理相比,MRN300处理CH_(4)排放通量分别降低了1.1%和6.7%,CH_(4)和N_(2)O的全球增温潜势(GWP)分别降低了3.3%和6.5%,单位水稻产量温室气体排放强度(GHGI)分别降低了4.6%和11.6%。综上,紫云英-水稻轮作对提高水稻产量,降低温室气体排放效果最好。

基于SWAT模型的典型农业小流域氮污染时空分布特征及关键源解析

水资源恶化、水体富营养化严重威胁生态环境健康,农业活动所产生的氮是造成水污染的主要原因之一.本研究以句容水库农业流域为研究对象,基于实地监测数据验证了SWAT模型模拟当地氮污染的适用性,并分析了氮素负荷的时空分布特征及其关键源.结果表明:硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和总氮(TN)的年均入库量分别为9.98和27.22 t.时间尺度上,入库氮素负荷量年际呈现“M”型波动趋势;年内主要集中在汛期(69月),汛期氮素负荷量占到全年的84%以上.空间尺度上,径流NO_(3)^(-)-N负荷量和TN负荷量均呈现“局部集中,临近水体”的分布特征,主要集中在农田占比高的地区.流域入库TN负荷量主要来源是农田施肥,贡献率达49.60%.研究结果可为当地流域氮污染控制提供理论依据.

国家尺度种植业面源污染负荷估算方法研究

空间尺度上,种植业面源污染负荷估算可用分为田块尺度、流域尺度和区域尺度。国家尺度属于区域尺度范畴,是掌握整个国家种植业源污染负荷概况、检验种植业面源污染防治措施成效、预测面源污染发展趋势的重要尺度。本文综述了国家尺度上种植业面源污染负荷估算的研究方法,主要包括输出系数法、改进输出系数法、多元回归法、贝叶斯递归回归树模型、过程模型模拟法等,并利用以上方法对我国种植业面源污染负荷进行估算。其中氮素径流损失估算结果在0.30~2.40 Tg之间,氮素淋洗损失为0.36~2.03 Tg,磷素径流损失为3.5~6.37 Mg。指出了我国国家尺度种植业面源污染流失量估算方法存在以下主要问题:源头排放未区分背景排放和肥料排放,也未考虑南方一年多熟制排放差异,过程削减未充分考虑沿程消纳。为此,提出我国国家尺度种植业面源污染负荷估算方法应进一步明细各土地利用输出系数、区分背景排放和肥料排放,考虑我国熟制的区域差异、考虑田块到流域出口的沿程削减。