氮流失量（精选4篇）
氮流失量 篇1
摘要：氮、磷的流失受到各种因素的影响。介绍了有效减少氮、磷随降雨径流的流失的对策措施, 包括控制降雨径流携带氮、磷进入水体, 科学合理施肥, 科学合理灌溉等, 以期减少过量投肥, 为科学施肥提供科学依据。
关键词：氮,磷,降雨径流,流失,对策
土壤特征、地形地势特征、施肥方式等都会在一定程度上影响氮、磷的流失。陈金林等[1]研究表明, 将沟渠与农田之间的缓冲林带宽度设置为40∶100, 此时对地表径流中的氮、磷净化效果最好, 小麦—水稻轮作条件下, 净化效率分别为31%、87%;油菜—水稻轮作条件下, 效率可以分别50%和29%。因此, 通过改变坡地开沟、耕作制度、施肥方式等, 进而减少氮磷随地表降雨—径流流失。通过前人对氮、磷流失的研究分析, 找到能有效控制降雨径流携带的氮、磷进入水体的主要方式, 选用科学合理的施肥方式和农业耕作方式, 减少氮、磷在地表的积累和向水体的迁移, 减少过量投肥, 为科学施肥提供科学依据。
1 控制降雨径流携带氮、磷进入水体
1.1 田间工程手段
降雨量属于自然气象现象, 不能人为控制, 但可以通过一定的田间工程手段, 处理农田径流, 减少径流携带的氮、磷进入水体。在农田和水体之间建立草地或林地绿化区、缓冲带、保护农田附近植被等, 可以有效地把农田与水体隔离, 从而使土壤或作物更多地吸收污染物, 同时降低径流流速, 沉淀悬浮的污染物。坡地农田的水沟可以有效控制地表径流, 防止水土侵蚀。整修田间水渠, 建好农田灌排配套工程不仅可以减少农田氮、磷对水体的污染, 而且能明显提高水分和化肥利用率。
1.2 养殖水塘体系
我国南方地区农村广泛利用水塘进行灌溉和水产养殖, 是有效调蓄降雨径流的办法。可以使径流携带的很大的一部分养分沉积下来, 并且减少降雨对土壤的侵蚀。多塘系统对减轻农田流失氮、磷等高营养物质的效果十分理想, 对过境营养物质的去除率可以达到90%以上[2]。
2 科学合理施肥
2.1 合理选择肥料品种
不同肥料品种的流失程度也有所不同。以氮肥为例, 不同种类氮肥经过田间的各种途径作用, 成为径流中氨氮的重要来源[3]。而其氮素的淋失率差异较大, 碳氨、硫酸氨损失量明显较小, 而尿素次之, 损耗率最大的为硝酸钾[4]。选择合适的施肥种可有效减少各种流失, 不同化肥品种在田间的流失顺序为:硝酸铵>碳铵>氯化铵>氮肥+有机肥, 在农业生产过程中, 尤其是作物秧幼苗时期, 应减少碳铵这类分解速度快的肥料施用, 多施尿素等有机肥, 因为有机肥中的腐殖质可以提高土壤的保肥性能, 还可以增强土壤微生物的数量和活力, 利用土壤微生物先将化肥氮同化, 然后再缓慢释放, 提高氮肥的利用率, 减少氮肥流失[5]。
2.2 严格控制肥料用量
应当科学合理施用肥料, 在满足作物生长需求的同时减轻对环境的危害。通过氮肥的控制施用、科学选用肥料品种和施肥时间等方法, 来实现养分的收支平衡和优化肥料施用。例如通过控制氮肥用量来平衡氮、磷、钾的比例, 提倡肥料深施及分次施用。这样不仅能够提高化肥的利用率, 还可以减少氮的径流损失和淋溶损失, 减轻环境压力。
2.3 确保施肥时机适宜
降水强度对氮素淋失率也存在影响, 其小于土壤入渗率时, 表土中的氮素将沉积于深层土壤 (尤其是硝态氮) , 这些氮素在土壤发生侵蚀时, 随水分下渗, 并在土壤剖面滞留、扩散。除了一部分被作物的根系吸收, 还有一部分则到达更深的层次, 作物根系无法到达, 因此进入地下水, 导致地下水源发生污染[6]。应该尽量避免降雨前施肥, 尤其避免暴雨前施肥或施肥后排水。水稻的生育苗期距施基肥的时间间隔短, 田间氮素浓度高, 而且, 苗期水稻的叶面积指数小, 稻田覆盖率低, 作物水土保持力较差, 降雨对地表的作用力较大, 从而导致径流和土壤侵蚀对污染物的携带能力比较强。施肥量与氨氮浓度变化密切相关, 其中施肥水平和追肥方式对氨氮在土壤和土壤溶液中的浓度影响主要在水稻生育期, 但对硝氮含量的影响不大。在吴建富等[7]研究的各个处理中均以苗期输出氮量最大, 分蘖期次之, 2次合计, 单施化肥处理约占外排水中氮素输出量72.2%, 配施有机肥的占64.3%~66.6%。
3 科学合理灌溉
不同灌溉方式下氮的流失也不同。例如, 节水灌溉方式对氨氮的挥发损失影响明显, 节水灌溉条件下硝态氮的浓度明显大于淹灌。节水灌溉方式对氨氮的挥发损失影响明显 (节灌较淹灌高22.9%) , 崔远来等[8]研究了不同水肥条件下水稻田氮素的运移与转化, 研究结果显示:节水灌溉条件下渗漏液中NH4+-N及NO3--N浓度偏高, 但由于此时总渗漏量显著减少, 氮的总淋失损失较淹灌条件少。因此, 采用节水灌溉能有效减少氮素对地下水的污染, 减少氮的流失。对于水田, 选择合理的节水灌溉方式, 不仅可以提高灌溉水和降雨的利用效率, 减少降雨径流量和渗漏量, 而且能够在一定程度上减少随径流、入渗流失的氮、磷, 减轻环境压力。节水灌溉条件下硝态氮的浓度明显大于淹灌。但由于此时总渗漏量显著减少 (渗漏量一般可减少30%~40%, 高的可达60%~70%[9]) , 氮的总淋洗损失较淹灌条件少, 因此采用节水灌溉能有效减少氮素对地下水的污染。另外, 作物在一定生育阶段适当的水分胁迫, 能够提高作物对水、肥、气的吸收能力, 提高作物产量。
参考文献
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[3]张志剑, 董亮, 朱荫湄.水稻田面水氮素的动态特征、模式表征及排水流失研究[J].环境科学学报2001, 21 (4) :475-480.
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[8]崔远来, 李远华, 吕国安, 等.不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究[J].水科学进展, 2004, 15 (3) :280-285.
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氮流失量 篇2
1.1 氮循环概念
氮循环就是指氮气、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化过程的总称[1,2],包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用以及有机氮化合物的合成等[3]。
氮循环是可以循环往复、保持动态平衡的一个开放性的系统。但是由于人们不正当的农业生产活动,产生“氮饱和”现象,破坏了氮循环平衡,造成了严重的面源污染。农业生态系统氮循环过程中形成面源污染的主要因素有2个:一是由于施肥导致的氮素超标;二是除正常的氮输出外,由于自然条件(如降雨量、土壤性质)的改变以及人类活动破坏了氮循环的平衡。因此,研究氮循环中形成面源污染的原因,对治理面源污染具有重要的实践指导意义。
1.2 氮循环过程
分子态、无机结合氮和有机结合氮这3种形式是自然界中氮元素的主要存在形式。自然界中的氮元素,一方面通过各种固氮作用使氮素进入物质循环,另一方面通过反硝化作用、淋溶沉积等作用使氮素重返大气,从而使氮循环处于一种动态平衡状态。其循环过程如图1所示。
2 农业生态系统氮循环
氮循环不仅是地球化学循环的重要组成部分,也是农业生态系统中物质循环最重要最活跃的过程。为总结氮素循坏过程氮损失以及对环境的影响,李志博等[4]对生态系统中氮的循环进了大量研究,发现我国氮肥的利用率仅为30%～35%。朱兆良等[5,6,7]提出我国旱地的氮肥损失很大,平均在45%左右。
氮素是植物营养三要素中最为重要的。Keeney et al[8,9]研究表明,农作物主要吸收利用硝态氮和铵态氮,不同作物吸收的情况不同,若有机态、无机态及分子态氮素物质相互转化不能达到平衡,作物就会因缺氮抑制其生长。因此在农业生产过程中,氮素这一养分的循环与平衡过程是影响农业生产水平的主要因素。我国各地的土壤性质各不相同,对于贫瘠、肥力低的土壤,无法提供足够的氮素使得作物更好地生长,必须人为地施用肥料以补充作物所需的氮素。但是不合理的施用氮肥,会导致氮肥的损失增加、利用率降低。这也是农业生态系统氮循环过程中氮素损失的主要途径之一,不仅会使参与再循环的氮素数量逐渐减少,而且还会对环境产生潜在的影响。据估计,我国农业中化肥氮的总损失可达到45%[5]。氮肥的损失不仅降低了经济效益,更重要的是会对环境产生负面影响。
氮循环是农业生态系统中物质循环的一个重要组成部分,也是影响土壤肥力的最活跃因素之一。农业生产过程中氮循环过程的氮素来源主要有2种途径:一是生物固氮,即通过豆科作物和固氮生物固定空气中的氮;二是化学固氮,即通过化工厂将空气中的氮转化为氨,再制成各种氮肥供农业生产用。
2.1 农业生态系统中氮素的输入
2.1.1 大气中的氮沉降。
以气态NO、N2O、NH3为主的干沉降和以NO3-和NH4+及少量可溶性有机氮为主的湿沉降是大气氮沉降的2种形态。除空气中自有的N2外,工业生产中煤、石油等燃料的燃烧会释放大量的含氮化合物,增加氮沉降。如果氮沉降过多,在降雨、灌溉过程中会增加氮,而其他营养物质随水淋失,从而导致营养失衡等问题。
2.1.2 化肥的施用。
通过施化肥向农田输入的氮素是农业生态系统中氮的主要来源。作物生长过程中所需的氮素主要以氨氮和硝态氮为主。此外,粪肥也是农业生态系统氮素主要来源。中国人口多,耕地面积少,要保证人们的温饱问题必须提高单位耕地面积的粮食产量。由于这一迫切需要,单位面积氮肥施用量不断增加。但是追加过多氮肥会引发诸多环境问题:一是施入过多氮肥,氮素进入土壤后经过反硝化过程会释放NO、N2O等温室气体。二是过量的氮素残留在土壤中,经雨水、灌溉冲洗后,流入河流、湖泊中,造成水体富营养化,而且还降低了氮素的利用率。例如稻田超量施肥,其对氮的吸收不到10%,其余流失于河道、湖泊和近海,成为富营养化的暗流[10]。程波、左海军等[11,12]调查发现,在农业集约化较高的地区,氮素会通过径流和水土流失流入湖泊河流,使水体的营养程度提高,造成污染,例如太湖。这不仅造成了氮肥的极大浪费和损失,也出现了肥效递减现象。三是氮素输入过多会破坏营养平衡,降低其他营养元素吸收效果等。
2.1.3 生物固氮。
生物固氮是将氮气转化为氨的过程,是农业生态系统里一个重要氮源,以豆科作物和根瘤菌的共生固氮为主,其固氮量可占生物固氮量的1/2[13]。
2.1.4 秸秆、农田废弃物堆肥。
利用作物秸秆或农田废弃物堆腐,作为肥料施用到农田中。堆腐后的秸秆和农田废弃物不仅可以有效地提高土壤有机质,减少水土流失,还可以降低各方面的能耗,减少化肥的施用,从而降低农业生产成本[14,15],这也是未来农业资源化发展的趋势。
2.2 农业生态系统中氮素的输出
淋失、流失、农田硝化反硝化等氮素损失是农业生态系统中氮的主要输出途径。
2.2.1 淋失作用。
氮淋失是一个累积过程,残留在土壤中的肥料氮素随水(雨水和灌溉水)移动到作物根系无法吸收的地方,造成损失(主要是硝态氮)。影响氮淋失的因素有降雨、灌溉、施肥、土壤特性以及农耕技术等。
2.2.2 氮流失。
能溶解的矿质氮或以无机态和有机态形式吸附在土壤颗粒表面的氮随径流而流失的过程称为氮流失。影响氮流失的因素很多,如:径流、降雨、坡面坡度、植被覆盖情况、土壤结构与质地等。在众多影响因素中,降雨和径流是影响氮流失的决定性因素。当雨季到来时,长期的降雨或强度降雨均会导致过多的雨水量超过土壤所能承受的水分下渗量,此时就会产生地面径流,对土壤表层冲刷过程中造成氮流失[16]。我国对植被覆盖对营养元素流失及减少面源污染方面研究较为成熟。增大植被的覆盖度,能有效地降低水流速度,从而减少由径流造成的氮流失。
2.2.3 农田硝化反硝化过程。
农田生态系统中,由硝化转为反硝化过程中伴随着N2、NO、NO2、N2O等氮氧化合物气体的产生。熊正琴等[17]研究表明,N2O的增温效果是CO2的320倍、CH4的13倍,在平流层经过光化学反应形成NO造成臭氧层破坏。这就是农田中氮的主要流失途径。在硝化和反硝化过程中,氮损失量的多少取决于土壤温度和pH值(温度过高或过低都不利于硝化过程进行,硝化和反硝化过程分别需要在硝化菌和反硝化细菌的作用下进行反应,不同的微生物菌群需要适宜的温度和pH值,否则就会影响其反应过程)、土壤的物理性质(质地、结构等)、施肥状况、耕作及种植方式、灌溉等因素。
3 氮循环过程形成面源污染的原因及途径
3.1 面源污染的概念
面源污染又称非点源污染,指时间和空间上无法确定监测点,随机发生的污染物质通过不同途径以分散的形式污染受纳体。通过Wolfem L、张维理等[18,19]对面源污染概念的解释,可总结面源污染有以下特点:不确定性、随机性、分散性、不易监测、空间异质性。
3.2 氮循环过程形成面源污染的原因
3.2.1 肥料的过度使用。
现在市场上有很多合成的氮肥,农民使用该肥料可以增加农产品的产量,增加经济收入。但是由于农民的环境意识差,缺乏合理使用肥料的知识,为了获得更大的利益而大量使用氮肥,这导致了多余的氮素在土壤中富集。大量研究表明,中国氮肥的利用率一般在30%～35%,而发达国家平均利用率达50%～60%,比我国高15～30个百分点[20]。由于土壤中的氮不断积累,降低了氮素的利用率。例如农田超量施肥,而作物的吸收量较低,大量的氮素流失于河道、湖泊和附近的海域,从而导致水体富营养化。肥料的过度施用不仅造成氮肥的极大浪费和损失,也出现了肥效越来越低的现象。此外,过量的氮肥进入环境会导致地下水硝酸盐超标、地表水富营养化和向空气中排放出N2O、NH3等有害气体。
3.2.2 土地的不合理利用。
人类利用土地进行的活动(主要是农业生产)是直接导致土壤肥力变化的因素。在农业种植集中、氮磷肥大量施用的农业区中,农田土壤中氮磷的流失是造成水体富营养化的主要因素。此外,不适当的土地利用方式会导致土壤侵蚀及氮磷流失,形成面源污染[21]。
3.2.3 农耕技术和种植模式。
耕作和种植模式的不同会影响硝态氮的累积和流失情况。一般传统的耕作和单一种植模式,养分随地表径流流失比轮作种植多。因为轮作种植模式能有效地改善土壤结构,从而促进养分循环。程杰等[22]指出,垄沟种植模式较地膜覆盖和传统种植模式硝态氮累积量低,说明该种植方式能有效地改善由于硝态氮流失形成面源污染的现象。
3.2.4 污水灌溉。
我国水资源缺乏是亟待解决的问题。利用污水灌溉不仅某种程度上缓解了水资源短缺的问题,还可以补充农田作物生长所需的氮、磷等主要营养元素。农民对污水处理及灌溉技术的知识了解较少,常直接以生活污水或附近工业废水作为灌溉水。但是,污水未经过处理就进行灌溉,污水中的氮、磷等物质含量较高、灌溉后会使农田作物及地下水中的氮素等严重超标,形成面源污染[23,24]。而且污水中的有毒有害物质也会带入到农田中,造成灌溉区地下水、土壤及作物污染。
3.2.5 生活和工业污水的排放。
城市和农村乡镇的生活污水和生活垃圾中含有大量氮素,其中主要是氨态氮,其次是有机氮。由于人们的环境保护意识较差,生活污水随意、长期排放,造成大量的含氮物质流入湖泊河流形成面源污染。随着工业的发展,越来越多的工业废水排出。大多数工业(如石化、印染、制药、医院等)废水中都含有大量的氮素。如造纸业废水全氮含量超过20 mg/L。有机氮、氨氮所占比例较大,此外还伴随着亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。
3.3 氮循环过程造成面源污染的途径
硝态氮、亚硝态氮和氨氮是地表水和土壤表面稳定存在的氮污染物。这3种形态的氮污染物通过土壤下渗在土壤中富集,造成污染。在此过程中产生污染的途径如下:一是通过灌溉渗入。通过灌溉,氮污染物随水渗入到土壤下层,到达地下水,造成污染。当今越来越多地利用污水灌溉,这样不仅把残留在土壤中的含氮污染物冲入地下,也将污水中的污染物带入了地下,造成二次污染。二是地表水下渗,生活污水和工业废水排入河流、湖泊,不仅污染地表水,还成为地下水的污染源。降雨造成的淋失,使得含氮化合物随农田径流进入到地表水。进而地表水中的含氮化合物继续渗入到地下水,从而影响了地下水水质。
3.4 氮循环过程中氮素流失对环境的影响
农业生态系统氮循环是循环往复的过程。由于循环过程中氮的流失,导致再循环时可以提供给土壤和作物利用的氮素会出现逐次递减的现象,导致土壤肥力、农业生产水平、甚至蛋白质含量的下降,最终使得土壤有机质越来越贫乏,逐步形成土壤侵蚀等。
其实氮素的流失主要来自于土壤氮素硝化反硝化过程。硝化作用是土壤为生物将铵态氮转化为硝态氮的过程。在硝化过程中虽然有效减少了铵态氮的损失,但是硝态氮的含量却急剧增加,在淋失过程中造成过多的硝态氮被水分带走流入河流、湖泊造成水体污染,从而加剧了水体富营养化,藻类大量生长消耗水中氧气导致水生生物死亡。近年来,世界各地地下水中硝态氮的污染程度和范围均呈不断增加的趋势。中国地下水硝酸盐污染问题也日趋严重。通过对中国北方、杭州市城区、陕西省陕北和关中地区以及环渤海地区的地下水测定表明,其硝酸盐含量超过WHO标准率分别为54.0%、40.5%、25.2%和34.1%[25,26],直接影响工业供水和人畜饮用水安全,给人类健康和水产养殖带来威胁。我国是农业大国,几乎各地农田都有蔬菜种植地。研究发现[27],蔬菜地土壤硝态氮的残留量较大,蔬菜收获后硝态氮大量残留于土壤剖面中,其中50%以上的氮素残留于0～1 m的土壤剖面中。这也是导致地下水硝酸盐污染和水体富营养化的主要原因之一。反硝化是将硝态氮转化为以NO、N2O、N2气态氮为主的过程,这些气体排放到空气中形成污染,造成温室效应及酸雨等环境问题。
4 氮流失造成面源污染的防控措施
4.1 合理正确施用化肥,提高肥料利用率
人们长期采用最大产量施肥量进行农业生产,以求获得高产量。但是,过量的施用氮肥将会造成硝态氮大量淋溶和累积。因此,需要向农民推广科学的施肥技术,根据目标产量、农作物的需肥规律等进行合理施肥。如实施化肥和有机肥合理搭配,氮磷钾肥有机配施,从而改善作物的营养环境,以提高农作物对肥料的利用率,从而达到减少土壤氮素大量往深层土壤下移和进入水体的趋势。此外,正确选择氮肥种类也是至关重要的。硝酸铵最易增加径流中氮的含量,施用尿素较碳铵能显著降低径流中氮的流失量。在普通氮肥中配施脲酶抑制剂、硝化抑制剂可明显延缓氮在土壤中的转化,降低土壤中硝态氮含量,减轻硝态氮的流失[28]。
4.2 发展和推广清洁无害农药
禁止使用剧毒农药,淘汰高毒、不易降解的有机氯农药,减少有机磷农药的使用;推广使用生物农药。根据农药的特性,农药在农作物中的残留规律,制定农药安全使用标准,规定农作物的安全收获期和农药在食品中的允许残留量等。在改进农药的制剂类型及喷洒技术上,尽可能减少农药在使用过程中的挥发、漂移,提高农药的利用率,从源头上减少农药对生态环境的污染。同时,加强生物防治技术的开发研究[29]。
4.3 规范农用薄膜的使用
目前我国使用的地膜多为聚乙烯农膜,化学性质稳定,不易分解和降解,容易造成土壤环境污染。一是采用“一膜多用”、旧膜反复利用的方法,生产可降解的薄膜,可在作物成熟或收获后能被光或生物降解成对土壤和作物无害的物质,不会造成污染。二是在技术条件允许的条件下,可以利用天然产物和秸秆类纤维生产的农用薄膜来取代部分农用塑料薄膜。三是加强农田残膜回收,集中处置,实现农业生产农膜的清洁使用[30]。
4.4 建立污水处理系统
对总氮含量高的城市污废水进行2～3级处理,采用适宜的处理技术进行除氮,使污废水中的有机氮氨化转化为氨氮,氨氮进行硝化作用转化为NO2、NO3,进而进行反硝化作用转化为N2和N2O而返回大气圈[31],将无法利用的污水进行处理,用于灌溉甚至可以用于水产养殖,合理并资源化的利用再循环水。近几年,国内较多地研究短膜生物反应器、好氧颗粒污泥、硝化菌或其他低温菌与膜生物反应器结合等技术来处理污水。
5 结语
在土壤受到侵蚀后,径流与泥沙带走了土壤中的养分。土壤养分流失不仅与灌溉方式、渗漏形式、土壤性质等多种因素有关,也与土地利用方式密切相关。应增加地面覆盖,防止水土流失,进而对养分产生保蓄作用。在开荒过程中,由于破坏原有的植被覆盖,降低了地表覆盖率。减少土壤侵蚀和保蓄土壤养分,改善植被是根本措施。应推行清洁生产,将清洁生产的理论付诸于实践,发展新型技术、产品等来改善农业生产中的缺陷,从而减少农业污染物的产生,降低生产和服务过程对人类和环境的危害。向农民推广科学合理的施肥技术,在原施肥量与产量的关系中,找出问题所在,按照目标产量、不同作物需肥特性及吸收养分的特征合理的规划计算施肥量,达到在高效利用肥料的同时获得高产量、提高经济效益、提高农民生活水平、促进农村经济发展的目的。
摘要：氮素是化肥中使用量最大的营养元素,其循环过程产生的氮损失是形成面源污染的主要原因。论述了农业生态系统氮循环过程中氮的输入与输出,氮流失造成面源污染的原因及途径,提出具体的防控措施,以期减少农业生态系统中的氮流失。
氮流失量 篇3
关键词：秸秆还田,水肥耦合,水稻产量,土壤总氮流失
随着我国农业生产的发展, 化肥施用量和使用范围的不断增加、扩大, 近年来我国成为了全球范围内最大的化肥生产国和消费国。有数据资料显示, 2010年我国化肥使用量达到了5500余万t, 占全球化肥总使用量的35%左右。但化肥利用率较低, 其中, 流入地表水高达130万t, 流入地下水高达52余万t, 流失进入环境的高达500余万t, 严重影响到农业的可持续发展, 而秸秆还田水肥耦合可在一定程度上提高肥料使用率, 故而对其进行了研究。
1 试验材料与方法
1.1 试验准备
1.1.1 场地选择
本次试验采用的是大棚内盆栽试验, 此处属亚热带湿润气候, 位于云贵高原东部, 年均气温在13~15.4℃, 年均日照时间为2200h, 雨季明显, 降水较多, 年均降水量为1200~1307mm, 年均无霜时间为240~250d。
1.1.2 材料
试验用塑料桶:桶口直径为40cm, 桶底直径为30cm, 桶高为35cm, 底部排水槽 (竖向) , 塑料球阀以纱布缠住, 定时排水, 以防堵塞, 沿桶底向上每1.5cm处, 铺设细沙和土壤;土壤选择:试验所用土壤为沙土, 速效磷含量为8.65mg/kg, 有机含量为1.20%, 碱解氮含量为15.05mg/kg, 总磷含量为0.80g/kg, 含水量为18.2%, 总氮含量为0.55mg/kg, 中等肥力;试验品种:粳稻9538。
1.1.3 处理
于6月中旬左右插秧, 10月中下旬左右收割。设土壤水分水平2个, 施肥水平、秸秆还田水平各3个, 正交组合, 9项处理 (1~9, 其中1~3项处理施肥量21.6kg/667m2, 分蘖后期水分胁迫与分蘖、结实后期水分胁迫及正常处理;4~6项处理施肥量18.0kg/667m2, 分蘖后期水分胁迫与分蘖、正常及结实后期水分胁迫处理;7~9项处理施肥量14.5kg/667m2, 正常、分蘖后期水分胁迫、及分蘖后期水分胁迫处理) , 重复组2组, 1组对照, 其中对照组不施肥。以基肥为主, 将其与土壤混合, 入盆, 压实, 泡土5d, 移栽秧苗 (3株为一盆) , 均采用钾肥、磷肥, 以实际情况设置相应施肥量。生长期间测定含水量, 严格灌水控制。
1.2 测定内容与方法
以电子天平测定水稻产量, 测定内容包括每667m2穗数、每穗例数、结实率、千粒重。产量计算单位以kg/667m2表示, 结果以每667m2穗数、每穗例数、结实率、千粒重/1000相乘所得, 同时测定蛋白质含量、土壤水势及含水量、秸秆总氮含量、土壤总氮含量、水样总氮含量。
2 结果与分析
试验结果显示, 秸秆还田条件下, 水肥耦合对水稻产量及其因子、水稻籽粒蛋白质含量、氮素利用水平以及总氮流失均会造成影响。1~9项目处理盆穗数为24、21、20、25、24、21、23、20、18个, 穗例数为85、91、93、87、91、95、85、89、93个, 空壳量为5、3、3、7、6、2、3、3、2个, 结实率 (%) 为94、97、97、92、93、98、96、97、97, 千粒重为28、28、30、27、28、29、28、30、30g、每667m2穗数为226468、198160、188720、235906、226468、198160、217030、188772、169301个, 产量为517、484、509、515、571、541、507、488、445kg/667m2。氮肥农学利用率的影响因素来源, 主要集中在施肥量、秸秆还田、水分控制阶段, 以施肥量最为显著, 水分控制次之, 秸秆还田因素较小。
3 结论
肥料及土壤水分对水稻产量的影响较大, 后者会随着前者的增加而增加, 达到峰值后下降;施肥适中时, 施肥量增加致使水稻氮肥吸收率提高, 处理6条件下, 氮肥吸收率可达50%;施肥量增加时, 土壤总氮含量增加;此外, 土壤总氮的积累还有赖于充分灌溉和足量的秸秆还田相并举, 施肥量上升时, 土壤总氮含量随之上升, 有助于土壤肥力的提高。
4 结语
秸秆还田条件水肥耦合可降低肥料流失率, 有助于提高水稻产量。但本试验存在局限性, 因数间作用考虑尚有进步空间;选取的是盆栽试验, 会受到土壤类型和空间的双重限制;试验时间短暂。故而, 为获取更为准确的试验结果, 场地应选取在田间, 并做好充分的组间、组外分析。
参考文献
[1]陈立冬.秸秆还田条件水肥耦合对水稻生长及土壤总氮流失的影响[J].扬州大学学报 (自然科学版) , 2012 (03) .
[2]周海燕, 吴德敏, 张英鹏, 等.秸秆还田条件下不同氮肥运筹对冬小麦产量、农艺性状及氮素利用效率的影响[J].山东农业科学, 2011 (05) .
氮流失量 篇4
1 材料与方法
1.1 试验区与土壤
试验设在岳阳县麻塘镇,岳阳市农科所科研试验场内,离东洞庭湖大堤2~3 km范围内,属典型的双季稻生产区,土壤母质为红底潮土。土壤基本理化性状为pH 5.8、有机质28.20g/kg、全氮1.98 g/kg、碱解氮255.0 mg/kg、有效磷10.0mg/kg、速效钾111.0 mg/kg。
1.2 试验设计及小区设置
试验共设6个处理:1)对照(CK),不施肥;2)尿素常规(Urea),早晚稻施用量分别为150 kg/hm2和180kg/hm2,按常规基-蘖(80:20)施入;3)等N量复混肥(Com1),N总用量同处理2,80%N量为复混肥作基肥,20%N为尿素作追施;4)减N20%复混肥(Com2),早、晚稻N总用量分别为120 kg/hm2和144 kg/hm2,80%N为复混肥作基肥,20%N为尿素作追肥;5)膜包衣尿素(MCU),早、晚稻N总用量分别为105kg/hm2和126 kg/hm2,一次性基施;6)硫包衣尿素(SCU),早、晚稻N总用量分别为105 kg/hm2和126 kg/hm2,80%N为硫包衣尿素基施,20%N尿素作分蘖追肥。所有处理磷(P2O5)用量早稻为90 kg/hm2、晚稻为75 kg/hm2;钾肥为氯化钾,施用量早稻N:K2O=1:0.8,晚稻N:K2O=1:1.1。膜包衣尿素(42%N)、复混肥(早稻20-10-10,晚稻12-4-9)为湖南兴湘复混肥料厂生产;硫包衣尿素(37%N)为汉枫公司生产;其中膜包衣尿素的释放时间约为70 d,硫包衣尿素的释放时间约为50d;基肥于移栽前翻耕时施入、追肥于插秧7d后施入。
试验设3次重复,随机区组排列,共18个小区,每小区面积20 m2。田埂四周用PVC板隔断(田面下20 cm+田面上25 cm),每次灌溉水保持3 cm水深,每次降雨时蓄水,降雨事件后迅速采集小区内的水样,作为径流排水,然后按设定的蓄水高度(6 cm)测定排水量并排水。试验采用稻-稻-闲种植制度,2008~2009年连续监测双季稻期间每次降雨径流的水量和氮素浓度。
1.3 供试品种及生产管理
供试水稻品种为当地大面积推广的水稻品种,早稻为鄂早1号,4月22日播种,4月29日移栽,7月10日收割;晚稻为岳优9113,7月21日移栽,10月29日收割。
耕作按当地主要的翻耕方式,移栽采用软盘育秧并固定每小区的秧苗数进行摆栽。灌溉按常规采用分蘖峰期和蜡熟期晒田,病虫害防治与当地农业生产保持一致。
1.4 样品采集及分析统计
径流水样于每次降雨后采集,于每小区用小瓢5点取样、混合,共1000 ml,分装于2个塑料瓶,然后迅速冷藏(5℃以下)保存,送化验室分析测定。试验前采集基础土壤,水稻籽粒及稻草样品于每季作物收获时采集,按小区实际产量测产。在实验小区附近安装雨量计1个,记录每次降雨事件后的降雨量。植株和土壤中养分含量采用常规分析方法[8]。径流水中NH4+-N和NO3--N用0.25um膜过滤后,FOSS流动注射仪测定;径流水中TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度计测定(GB1 l894-89)。
1.5 数据统计
试验数据采用Excel2003、DPS301软件进行统计分析。
氮素利用效率指标:根据实际产量及收获时植株吸收氮素量等计算氮肥利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力[9]。
氮肥利用率(REN)=(施氮区植株地上部氮积累量-无氮区植株地上部氮积累量)/施氮量×100,即肥料养分回收率。
氮肥农学利用率(AEN)=(施氮区稻谷产量-无氮区稻谷产量)/施氮量,是指单位施氮量所增加的作物籽粒产量。
氮肥生理利用率(PEN)=(施氮区稻谷产量-无氮区稻谷产量)/(施氮区植株地上部氮积累量-无氮区植株地上部氮积累量),是指作物地上部每吸收单位肥料中的氮所获得的籽粒产量的增加量。
氮肥偏生产力(PFPN)=施氮区产量/施氮量,是指单位投入的肥料氮所能产生的作物籽粒产量。
2 结果与分析
2.1 不同肥源减氮处理对洞庭湖区双季稻田氮流失的影响
统计2008~2009年双季稻期间不同处理径流产生的NH4+-N、NO3--N、TN损失量平均值(表1)表明,不同肥源处理的TN损失以施用尿素最高,比不施肥对照增加了90.9%(P<0.05)。与尿素处理相比,施等N量的复混肥料(Com1)的TN径流损失仅略下降,但减N 20%的复混肥料处理的TN流失降低22.3%(P>0.05),减N30%的膜包衣尿素降低了26.3%(P>0.05),减N 30%的硫包衣尿素降低了20.8%(P>0.05)。可见,不同肥源减N处理均能有效降低N素径流损失,其中以减N 30%的膜包衣尿素效果最好。
(g/hm2)
注:同列数据后不同小写和大写字母分别表示5%和1%显著水平。
径流损失的N形态中,不同肥源施用的NO3--N损失与对照无显著差别,说明双季稻田长期处在还原环境,径流水中NO3--N主要来自雨水。而NH4+-N的流失表现为减N30%的膜包衣尿素处理、减N 30%的硫包衣尿素处理与不施肥对照基本相近,比复混肥不减氮处理降低50.2%(P<0.01)、44.6%(P<0.01);较尿素处理降低34.1%(P<0.05)、26.6%(P<0.05);复混肥不减氮处理NH4+-N的流失最高,可能是由于复合肥配比采用磷酸一氢铵等铵态氮的缘故,其NH4+-N流失量比施用尿素增加32.5%(P<0.05),比不施肥对照增加82.2%(P<0.01);但减N 20%的复混肥处理的NH4+-N流失较复混肥处理降低14.4%(P<0.05),却显著高于2个缓控释肥处理。
TN减铵态氮和硝态氮为水溶性非无机氮(包括颗粒吸附态和有机态氮),结果表明,稻田N素径流损失形态主要为水溶性非无机氮,占总氮损失的81.2~88.3%,各施肥处理的水溶性非无机氮比不施肥对照增加47.4~107.6%,以尿素处理最高,减N 30%的膜包衣尿素处理最小,仅为尿素处理的71.0%;减N 30%的硫包衣尿素处理及减N 20%的复混肥料处理的水溶性非无机氮径流损失分别占尿素处理的78.6%和74.0%。
2.2 不同肥源减氮处理对洞庭湖区双季稻产量的影响
2年各处理的平均产量大小顺序表现为,早稻:Urea>Com1>SCU>Com2>MCU>CK,不同施肥较对照提高了97.6%~111.6%(P<0.01);晚稻为SCU>Com2>Com1>Urea>MCU>CK,不同施肥的晚稻产量较对照提高了33.6%~38.6%(P<0.01)。减N30%的膜包衣尿素处理的双季稻产量较常规尿素处理和复混肥处理略有降低,但施肥处理之间双季稻的产量没有达到显著水平;由此可见,缓、控释氮肥虽然其氮用量大幅减少,但其产量并没有因为氮用量的减少而明显减少;相反,膜包衣尿素减氮处理的稻草生物量还有明显增加,其早稻的稻草生物量较常规尿素处理、复混肥处理分别增加了17.1%(P<0.05)、24.3%(P<0.01);其晚稻的稻草生物量较常规尿素处理、复混肥处理分别增加了23.9%(P<0.01)、30.9%(P<0.01)。
2.3 不同肥源减氮处理对洞庭湖区双季稻氮吸收量的影响
统计不同肥源处理的双季稻植株和籽粒吸收N总量(表2)表明,吸N量顺序为MCU>SCU>Urea>Com1>Com2>CK。与CK相比,施肥对双季稻氮的吸收均有极显著促进作用,其增加幅度为83.3%~101.9%;等量N尿素处理、等量N复混肥处理和减N 20%的复混肥料处理植株吸收N量未达显著水平;与尿素处理相比,减N 30%的膜包衣尿素处理氮的吸收量提高了5.5%(P>0.05),减N 30%的硫包衣尿素处理氮的吸收量提高了4.4%(P>0.05);减N 30%的膜包衣尿素处理及减N 30%的硫包衣尿素处理氮的吸收量都显著的高于复混肥处理,其增加量分别为9.3%(P<0.05)、8.2%(P<0.05)。这是由于缓、控释氮肥养分释放缓慢,能长时间的供给作物养分,故其氮的吸收量明显增加。
注:同列数据后不同小写和大写字母分别表示5%和1%显著水平。
2.4 不同肥源减氮处理对洞庭湖区双季稻肥料效率的影响
进一步以不施肥为对照计算各施肥处理的氮肥效率(表3),从表中可以看出不同肥源减氮处理在氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥利用率都较未减氮处理高。与尿素处理相比,氮肥农学效率的提高幅度早稻为12.4%~35.8%,晚稻为27.4%~56.6%;氮肥偏生产力提高幅度早稻为18.4%~39.1%,晚稻为25.7%~46.5%,处理间均以SCU处理最高,MCU处理次之,这可能与缓、控释氮肥能够增加作物体内氮代谢关键酶的活性有关[10];各处理间氮肥利用率顺序为:早稻为MCU>SCU>Urea>Com2>Com1,晚稻为MCU>SCU>Com2>Com1>Urea,MCU处理较Urea、Com1处理早稻分别提高了15.6%和23.5%,晚稻分别提高了21.1%和19.2%;SCU处理较Urea、Com1处理早稻氮利用率分别提高了15.6%和23.0%,晚稻分别提高了19.7%和17.7%。
各施肥处理的氮肥效率早稻均高于晚稻,这主要是由于晚稻期间气温较高,土壤氮素矿化加快,促进了不施肥处理的水稻对氮的吸收,从而提高了对照的水稻产量,导致各施肥处理的氮素利用效率相对较低。
3 结论与讨论
3.1 结论
洞庭湖区双季稻田施用缓、控释氮肥并减氮30%,其水溶性非无机氮径流损失比常规尿素处理分别减少21.4%、29.0%,NH4+-N的流失量分别减少26.6%、34.1%,显著低于常规施肥处理,总氮径流损失分别减少20.8%、26.3%;与常规施肥处理相比,减氮处理的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥利用率都有不同程度的提高;缓、控释氮肥减氮30%后,其增产效果不明显,甚至还有下降的趋势。因此,缓、控释氮肥减量施用还需要以大田试验为基础,找出其合理的施用量、施用方法、释放时间等因素,以达到节本增收的目的。
3.2 讨论
氮素的径流损失是影响肥料利用率的主要原因之一,其造成的氮素流失、地表水体氮素富集、反硝化作用、氨挥发引起的温室气体排放等环境污染问题日益成为全球社会、经济和农业可持续发展的主要障碍。因此,如何提高肥料利用率,减少养分流失及养分流失对环境的污染成为当今社会共同关注的焦点。
土壤中的铵态氮和硝态氮,既是作物可直接吸收的速效氨,又是氮素损失的共同源。土壤中适量速效氮的存在是必要的,但过量存在将增加氮素的损失。因此,避免其在土壤中的过量存在,应是氮肥有效施用的重要原则之一。常规尿素及复混肥料为速溶性肥料,施入土壤后养分释放迅速,导致土壤中的铵态氮和硝态氮浓度迅速增大,因而其流失量也明显增加;同时,土壤中的铵态氮和硝态氮浓度过高,容易被土壤胶体颗粒吸附固定,而土壤胶体的粒径较小,容易流失,所以速溶性氮肥的颗粒吸附态及有机态氮的流失也相当明显。而缓、控释氮肥的养分包裹在高分子膜内,其养分释放缓慢且与作物需求同步[11,12,13],施用后铵态氮和硝态氮浓度增加相对缓慢,因而能明显减少铵态氮和硝态氮的流失;此外,缓、控释氮肥能减少肥料养分与土壤接触,减少因土壤化学、物理或生物作用对养分的固定或分解,且肥料颗粒较大,不易随水流失,因此其颗粒吸附态及有机态氮的流失也较小。减少氮肥的施用量能从源头上降低施入土壤中的氮素浓度,减少氮的径流损失。从本试验来看,减N 30%的膜包衣尿素处理对减少氮素流失效果最好。
肥料利用率是反映作物、土壤、肥料之间关系的动态参数,也是用来检验施肥量与施肥方法是否科学合理的指标。影响肥料利用效率的因素很多,主要有肥料种类、施肥方法、施肥数量、作物品种、土壤背景氮、田间管理等因素。据报道[14],氮肥利用率随施肥量的增加而降低;土壤背景氮越大,氮肥利用率越低;水稻品种不同,对氮素吸收及其体内分布表现出基因型差异,氮肥回收效率尤其是生理效率差异显著;水稻中期晒田,土壤氮素损失加剧,水稻植株吸氮量也受影响,氮肥回收效率下降。在本试验条件下,缓、控释肥料处理的氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮肥利用率均较常规尿素处理和复混肥处理有不同程度的提高,这是由于缓、控释肥料的养分释放缓慢且与作物需求同步,其挥发、固定、淋溶少,能明显的降低氮素的径流损失,同时,控释氮肥能促进水稻生育中、后期叶片中的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性[10,15],从而促进了水稻孕穗后体内氮素的吸收与同化,增强了水稻的吸氮量,提高氮素利用效率。本试验的氮肥生理效率均表现为缓、控释氮肥处理低于常规尿素及复混肥处理,其原因可能是由于不同肥料在水稻生长后期供肥能力不同,导致叶片、茎秆中含氮量的差异,从而影响了抽穗后光合产物的形成和抽穗前叶鞘和茎秆中临时性贮存的碳水化合物向穗部的转移[16],出现了不同肥料处理对水稻子粒产量形成时碳水化合物的源、流、库三者间的差异性。缓、控释肥处理在水稻孕穗期供肥充足,茎秆、叶鞘和穗部中氮素含量均有所提高,“流”的强度不大,影响了子粒产量的形成,致使氮肥生理效率降低;常规尿素及复混肥处理,在生长后期出现明显的叶片黄化等缺氮症状,影响了“源”中碳水化合物的形成,增强了“库”的拉力和“流”的强度,导致茎叶中的含氮量下降,故提高了氮肥生理效率。