不同施氮量对小麦、玉米产量和土壤养分分布的影响

在河北省中西部黄壁庄水库上游流域,通过田间试验,分析不同施氮量对该区小麦和玉米产量、氮肥偏生产力、农户纯收益和土壤中氮素累积的影响,以期为该区农业的施肥管理和防治农业非点源污染的技术策略提供科学依据。试验结果表明,中肥施氮水平,冬小麦产量和农户收益最高。不同施氮水平对夏玉米产量影响差异不显著。高肥水平,春玉米产量和农户收益最高。在冬小麦和夏玉米轮作农田,硝态氮在90cm土层出现累积。在春玉米农田,硝态氮在50cm土层出现累积。另外,随着施氮量的提高,100cm土体硝态氮储量在2010年和2011年间出现盈余。综合分析试验结果,在该区合理灌溉的前提下,冬小麦合理施氮量为225kg/hm2左右,夏玉米合理施氮量为180kg/hm2左右,春玉米合理施氮量为225kg/hm2左右。     

考虑残留氮对非稳定流场硝态氮淋失贡献的传递函数模型Ⅱ农田应用

应用田间冬小麦-夏玉米生长条件下土壤硝态氮淋失动态的试验资料，对所提出的可估计表施和残留氮对土壤非稳定流场中硝态氮淋失贡献的传递函数模型进行了检验。首先，对所选定的农田中的两个土壤剖面，估算了硝态氮和氯离子的中值与均值迁移时间，然后，利用我们的模型，使用其中一个土壤剖面标定硝态氮和氯离子运移的概率密度函数的参数，接着，应用标定后的传递函数模型，模拟了另一个土壤剖面的硝态氮淋失浓度和累积淋失量动态，并分别估算了表施和残留氮占硝态氮总淋失量的分数。结果表明：提出的传递函数模型在农田条件下对土壤硝态氮累积淋失量模拟的相对误差为14.89%。     

考虑残留氮对非稳定流场硝态氮淋失贡献的传递函数模型Ⅱ.农田应用

应用田间冬小麦-夏玉米生长条件下土壤硝态氮淋失动态的试验资料，对所提出的可估计表施和残留氮对土壤非稳定流场中硝态氮淋失贡献的传递函数模型进行了检验。首先，对所选定的农田中的两个土壤剖面，估算了硝态氮和氯离子的中值与均值迁移时间，然后，利用我们的模型，使用其中一个土壤剖面标定硝态氮和氯离子运移的概率密度函数的参数，接着，应用标定后的传递函数模型，模拟了另一个土壤剖面的硝态氮淋失浓度和累积淋失量动态，并分别估算了表施和残留氮占硝态氮总淋失量的分数。结果表明：提出的传递函数模型在农田条件下对土壤硝态氮累积淋失量模拟的相对误差为14．89％。     

灌水频率和施氮量对番茄生长及水氮淋失的影响

不合理灌溉水氮管理引起的水氮淋失越来越受到关注。本文以日光温室滴灌番茄为对象,研究充分供水条件下水氮管理参数对土壤水氮淋失和番茄生长的影响。试验选取灌水频率和施氮量2个因素,灌水间隔设3、6和9 d 3个水平,施氮量设0、180和300 kg/hm23个水平。在番茄生育期内观测土壤含水率、土壤水势和土壤氮素含量,番茄收获时测定地上部分干物质、产量和氮素吸收量。结果表明,土壤水分深层渗漏和硝态氮淋失几乎发生在番茄整个生育期内,表现出深层渗漏量增大时硝态氮淋失量也增大的同步特征。灌水间隔3 d和6 d处理的生育期累积渗漏量接近,占灌水量的12%,而当灌水间隔增加到9 d时,生育期深层渗漏量明显增加,占灌水量的18%。同一灌水频率下,硝态氮累积淋失量随施氮量的增加呈增加趋势,生育期累积最大水氮淋失量发生在低灌水频率高施氮量处理。灌水频率和施氮量对番茄植株吸氮量和产量的影响未达到统计学上显著水平(P=0.05)。从减少水氮淋失和方便管理两方面考虑,建议温室滴灌番茄适宜的灌水间隔为6 d。     

施肥与灌溉对黑土区稻田氮素渗漏淋溶的影响

为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律,在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验,分析了不同灌溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况,并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下的氮素淋失总量。结果表明,渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系,控制灌溉和浅湿灌溉分别可以减少硝态氮渗漏浓度11.89%和14.15%;常规灌溉方式下每公顷每增加1kg施氮量(折合成纯氮),氮素淋失量增加0.117 5kg,控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加0.035 9kg和0.055 7kg;在水稻全生育期,控制灌溉氮素淋失总量最小,平均为4.51kg/hm2,约是常规灌溉的1/3、浅湿灌溉的1/2。综合分析认为,浅湿灌溉是适用性更高的灌溉方式,理论合理施肥量为137.30kg/hm2。     

考虑水力学和矿化参数空间变异下土壤水氮运移的数值分析

以北京东郊永乐店一块农田为背景，将田问取样点所在的土壤剖面假设为一系列不发生相互作用的一维土柱，根据实测的土壤有机质含量，假定不同取样点的土壤有机氮的矿化速率常数（零级动力学）与有机质含量成正比，运用HYDRUS-1D软件，分别就考虑和不考虑有机氮矿化速率的空间变异性两种方案，对2001年夏玉米生育期农田尺度下土壤水分运动和硝态氮淋失动态进行了数值分析。模拟结果表明：有机氮矿化速率的空间变异性对剖面250cm埋深处累积硝态氮淋失量的影响很小，其差异主要在于前者影响了土壤氮素的转化量；剖面250cm埋深处平均的土壤水渗透量和累积硝态氮淋失量分别为1．35mm、0．0065mg／cm^2，变异系数大于1．8，表现出很强的空间变异性。模拟结果的地统计学分析表明：蒸发量和蒸腾量，收获时剖面250、150cm埋深处的土壤水通量的半方差函数均可用球状模型描述，其变程相近，约为8．7m；土壤水渗透量与累积硝态氮淋失量表现为相互独立的空间结构。考虑有机氮矿化速率空间变异性的土壤氮素净转化量可用球状模型描述，其变程与有机质含量的变程接近，约为4．7m。     

缓释氮肥施用比例对冬小麦产量及氮肥利用效率的影响

针对陕西关中小麦肥料利用效率不高的问题,在陕西省杨凌示范区开展了缓释氮肥与尿素的配施试验,设置了不施氮肥（N0）、100%尿素（N1）和4个不同缓释氮肥配施处理（N2（100%）、N3（25%）、N4（50%）、N5（75%））,以不施肥CK为对照;分析缓释氮肥与尿素配施对冬小麦干物质累积及氮素吸收量、土壤硝态氮含量和分布、产量及水氮利用效率的影响。结果表明：与N1、N2处理相比,缓释氮肥和尿素配施不仅能显著增加冬小麦干物质累积量（4.69%～11.40%）、氮素吸收量（5.92%～24.08%）及产量（6.00%～22.41%）,还能增加土壤表层（0～40 cm）的硝态氮累积量（2.09%～45.51%）,减少其淋失到深层土壤,提升氮肥利用效率。N5处理下冬小麦的氮肥偏生产力（42.46 kg/kg）、氮肥农学利用率（15.46 kg/kg）和氮肥表观利用率（47.79%）均最大,成熟期N5处理的干物质累积量较N1和N2处理分别提高了11.40%和9.20%,地上部氮素累积量分别提高了24.08%和11.49%,产量分别提高了22.41%和11.00%。收获时N5处理0～40 cm土层中硝态氮的累积量最大,比其它施肥处理提高了1.30%～19.52%。综上所述,75%缓释氮肥+25%尿素处理（N5）是本研究中冬小麦高产高效的最优施肥方案。     

应用根系层水质模型分析冬小麦-夏玉米轮作体系的农田水氮利用效率Ⅱ：模型的验证与情景分析

在就禹城试验站对根系层水质模型（RZWQM）的参数进行灵敏度分析和标定的基础上,模拟了1960—2005年该试验站冬小麦- 夏玉米轮作条件下的冬小麦和夏玉米产量、水分利用效率及氮肥偏生产力,并将模拟的冬小麦和夏玉米产量与禹城市农业统计年鉴显示的 1985—2005年的产量进行了对比。结果表明：经过标定后的RZ?WQM能够较好地模拟夏玉米产量（平均相对误差为-13.3%）,可以模拟冬小麦产量在年际间的变化趋势（平均相对误差-54.2%）。针对所设计的9 种节水省氮的灌溉与施氮方案开展了多组情景模拟分析,结果显示较好的情景是：冬小麦在播前、拔节和开花期各灌溉75mm的水;夏玉米当平水年和丰水年时在播前灌溉一次56mm的水,当枯水年时在播前和抽穗期各灌溉84mm的水,当特枯水年时在播前和抽穗期各灌溉111mm的水。冬小麦在播前和拔节期分别施氮77.7kg/hm2 155.3kg /hm2,整个生育期施氮量为233kg/hm2;夏玉米在苗期（播后5d）和大喇叭口期各施氮70.7kg/ m2和141.3kg/hm2,整个生育期施氮量为212kg/hm2。这样优化的灌溉与施氮方案能够取得较好的增产效果和较高的水氮利用效率,即：冬小麦- 夏玉米轮作体系的粮食产量为10302kg/hm2、水分利用效率为1.40kg/m3、氮肥偏生产力为23.2kg/kg。     

位山灌区农田氮素流失试验研究

为研究农田土壤中氮元素的迁移规律,通过田间测坑试验,研究了不同水肥处理对冬小麦—夏玉米生育期内土壤中氮素时空变化特征的影响。结果表明:不同水肥处理对硝态氮、铵态氮、总氮的流失有显著影响。不同水肥处理对土壤中总氮含量的分布特征影响不大。在小麦生育期内,由于根系对氮素的吸收利用,土壤剖面总氮流失渗漏量随着小麦的生长逐渐减少。总之,位山灌区长期大量施用化肥,并采用普通漫灌的灌溉方式将加剧氮素的流失,对灌区地下水造成潜在污染风险。     

冬小麦生长条件下土壤氮素运移动态的数值模拟

将土壤溶质运移理论和土壤微生物化学、植物生理学有机地结合起来,建立了农田土壤氮素运移、转化与吸收的综合数学模型。运用该模型对中德合作项目试验田1999～2000年冬小麦优化施肥与传统灌溉和优化施肥与优化灌溉两小区的土壤水分和氮素运移动态及干物质产量进行了模拟。模拟结果与实测数据吻合较好。两小区土壤剖面埋深165cm处硝态氮淋失量的计算结果表明：与传统灌溉方式相比,优化灌溉方式的土壤硝态氮的淋失量明显减少。用验证后的数学模型在计算机上进行了几种不同灌溉方案下土壤水氮运移动态及干物质产量变化的数值试验,结果表明：在喷灌条件下,冬小麦以每l0d灌溉一次,每次20mm水量的灌溉方式较优。     

渗灌条件下水稻的节水灌溉制度和氮肥运筹技术研究

针对江苏省淮北平原地区稻麦轮作生产实际，在田间埋设塑料波纹暗管，通过调节外沟水位对水稻实施渗灌，就渗灌条件下水稻的节水灌溉制度和氮肥运筹技术进行了研究。提出了渗灌条件下以稻田地下水位和土壤含水量作为控制指标的水稻节水灌溉模式，该技术和常规浅水勤灌相比，水稻节水达16.5％，增产14.3％。试验结果还表明，水稻采用节水灌溉制度后，氮肥用量和基蘖肥与穗粒肥的比例显著影响水稻地上部分干物质积累、矿质营养、籽粒产量和营养品质，渗灌条件下水稻高产优质、浅层地下水不受NO3-N污染的施N量为270～315kgN/hm2，基蘖肥/穗粒肥为5∶5。     

不同水氮供应对菜地土壤硝态氮累积的影响

通过田间小区和土柱模拟试验相结合的方法研究了不同水氮供应对菜地土壤硝态氮淋溶的影响，结果表明，在田间小区和土柱模拟试验中，硝态氮在1m土层内出现一个累积峰，并且随着灌水量的增加累积峰逐渐下移；在相同灌水量下，随着氮肥施用量增加两个试验1m土壤中硝态氮储量均增多。在田间小区试验中，当施氮量低于270kg/hm^2时，相同的施氮量下，150、250、350mm^3个水平灌水量下1m土体内硝态氮储量多少为250mm〉150mm〉350mm，当施氮量超过270k加m^2时，土体内硝态氮累积量随着灌水量的增加而减少。在土柱模拟试验中，在相同的施氮量下，1m土体硝态氮的储量随着灌水量的增加而增加。     

Considerations for the mitigation of nitrate contamination: stable isotopes and insights into the importance of soil processes

Nutrient management is widely promoted to minimize the impact of intensive fertilizer use on groundwater quality, however watershed-scale stable isotope studies in eastern North America suggest nitrogen transport to groundwater is dominated by non-growing season fluxes derived principally from the mineralization and nitrification of soil organic matter. In the current field scale study, delta15N ratios of nitrate in tile drain effluents from experimental potato plots treated with 300 kg/ha ammonia nitrate and those with no fertilizer both average +4.7 per thousand, close to the +4.0 per thousand ratios observed in soils of the same plots, and distinct from values near 0 per thousand for inorganic fertilizer. A source apportionment model using delta15N and delta18O in nitrate suggests that even with heavy fertilizer application, less than 10% of non-growing season N flux is derived from direct leaching of fertilizer, the remainder representing N from various sources, including residual fertilizer that has been assimilated into the broader soil organic matter pool and subsequently released via mineralization and nitrification. Factors controlling these losses could be as closely related to cropping practices as initial N application rates, providing potential opportunities for more efficiently utilizing N available in the soil profile and reducing initial N application rates.     

作物生长与土壤水氮运移联合模拟的研究Ⅱ——模型验证与应用

在华北平原中国农业大学东北旺实验田开展了水肥耦合灌溉实验,设置了传统和优化水肥4个组合处理,同时应用作者提出的联合模拟模型SPWS对2000年夏玉米生育期内的土壤水分、氮素转化运移以及水氮限制条件下夏玉米的叶面积指数、干物重、吸氮量及籽粒产量进行了模拟,模拟结果与实测数据均吻合良好。水氮平衡分析结果表明,优化灌溉和优化施肥管理措施均能明显减小水分渗漏、硝酸盐淋失和氮素的气体损失,且均有不同程度的增产作用,其中优化水肥处理下水氮利用率分别为1.33kg/m3和31.6kg/kgN,为4个组合处理中最高。     

Nitrogen fertilizer impact on the Wilmot watershed aquifer in Prince Edward Island, Canada.

The objective of this study is to estimate the soil N flux from the vadose zone to the aquifer of the Wilmot watershed (Prince Edward Island, Canada) for a typical three-year cropping rotation (barley-red clover-potato). A conceptual model estimates that 199-221 tons of N were yearly available for leaching at the watershed scale. A significant portion of this N amount was available for leaching at the end of the crop season representing 80-90% of the annual N balance. Drainage water nitrate concentrations were significantly higher after the potato-rotation year than during the crop season. Low nitrate concentrations were measured at spring thaw indicating that most of the nitrate available from the preceding potato crop season was likely leached at the end of fall or during winter. Early spring ionic exchange membrane sampling show a large availability of nitrate in soil possibly throughout winter as well, resulting from soil N mineralization and nitrification over the winter period. These findings are corroborated by the isotope natural abundance analysis of nitrate in groundwater implying that nitrifiers are significantly active during winter, as well as during the crop season, and that leaching of soil nitrates with seasonal signals takes place whenever recharge is occurring.     

华北平原不同种植模式作物耗水监测与特点分析

为探究华北平原不同种植模式的作物耗水与生产能力以评价其缓解地下水超采的潜力,于2021—2022年在中国农业科学院北京市顺义试验站进行了冬小麦-夏玉米、冬小麦-夏大豆和冬小麦-夏休闲3种种植模式的对比试验。利用大型称重式蒸渗仪监测各种植模式的蒸散、土壤储水和渗漏,使用FAO-56推荐的双作物系数法估算不同种植模式的蒸散量,同时分析了估算效果和蒸散与环境的响应特征,并比较不同种植模式的水分利用效率和产量、效益的相对关系。结果表明：3种种植模式的实测蒸散量与净辐射呈指数函数关系、与气温呈二次函数关系、与水汽压差呈线性函数关系,可以使用双作物系数法或非线性拟合公式较好地估算不同种植模式的蒸散量;冬小麦-夏玉米种植模式的产量、水分利用效率和经济效益最高,耗水量也最高,地下水净消耗量为197.52 mm,而冬小麦-夏休闲模式净地下水消耗量最小,比冬小麦-夏玉米模式低72.28%。未来需要结合华北平原不同区域可利用和开采的地表水、地下水资源量和土壤储水能力以及作物耗水量优化作物种植模式,以达到地下水的采补平衡。     

生物有机肥与水分联合调控下稻田土壤氮素变化规律

为了探究生物有机肥和控制灌溉联合调控下稻田土壤氮素变化的特征和规律,开展了水稻小区种植试验。试验设置2种灌溉模式（常规淹灌（F）、控制灌溉（C））和3种施肥模式（全施化肥（A）、生物有机肥等氮替代15%化学氮肥（B）、生物有机肥等氮替代30%化学氮肥（C））,分析水稻生育期内土壤铵态氮与硝态氮含量的变化特征。试验表明：至水稻分蘖期时,相同灌溉模式下,配施生物有机肥处理的稻田土壤铵态氮含量均值均低于全施化肥处理,降幅为19.85%~48.78%,土壤硝态氮含量均值是生物有机肥等氮替代30%化学氮肥的处理低于全施化肥处理,降幅为15.35%~33.08%;而从水稻拔节期起,相同灌溉模式下配施生物有机肥处理的稻田土壤铵态氮平均含量比全施化肥处理增加了12.71%~56.26%,除FB处理硝态氮含量降低外其余配施生物有机肥处理的土壤硝态氮平均含量比全施化肥处理增加了19.21%~105.80%。控制灌溉的水稻全生育期土壤硝态氮含量显著高于常规淹灌（P＜0.05）,而土壤铵态氮含量则是常规淹灌高于控制灌溉。结果表明：生物有机肥配施化肥有利于水稻分蘖期后土壤铵态氮和硝态氮含量的积累,提升了稻田土壤氮素的养分累积,其中生物有机肥等氮替代15%化肥的效果较好。控制灌溉使得土壤硝态氮含量增加,同时也减少了土壤铵态氮的含量。综合考虑环境与经济效益,控制灌溉与生物有机肥等氮替代15%化肥的稻田水肥管理模式较好。     

滴灌带埋深对田间土壤水氮分布及春玉米产量的影响

地下滴灌是在滴灌技术日益完善的基础上发展而成的一种新型高效节水灌溉技术。本文以春玉米为研究对象,在一种砂壤土上使用压差式施肥罐和比例施肥泵两种施肥装置,研究了3种滴灌带埋深（0cm,15cm,30cm）对田间土壤水氮分布及作物生长的影响。田间春玉米滴灌小区试验的结果表明：滴灌带埋深影响田间土壤垂直剖面中水氮的分布状态;在本试验条件下,经过多次滴灌后,0cm埋深处理的地表滴灌其土壤剖面下部70cm以下土层的土壤含水量和NO3^-N含量均高于15cm和30cm埋深处理的地下滴灌;15cm和30cm埋深处理的地下滴灌其春玉米籽粒和鲜穗产量均显著高于0cm埋深处理的地表滴灌,以T区为例,15cm和30cm埋深处理的籽粒产量比0cm埋深处理的地表滴灌分别提高10．1％和11．6％,鲜穗产量分别提高5．6％和6．6％。     

畦灌施肥模式对土壤水氮时空分布的影响

对冬小麦生长期施用尿素条件下不同畦灌施肥模式的土壤水和氮时空分布状况及变化趋势开展研究,评价作物有效根系层土壤水氮沿畦长空间分布均匀性,探讨适宜的畦灌施肥模式。结果表明,畦灌施肥模式差异对作物有效根系层土壤水分沿畦长空间分布状况及其分布均匀性的影响较小,而对土壤氮素的影响较为明显。基于入畦单宽流量4L.s-1.m-1和在灌溉全程内均匀施肥的畦灌施肥模式,可在返青水和扬花水灌后2d作物有效根系层内形成较佳的土壤水氮空间分布状态及其分布均匀性,该效果对返青水可延续到灌后10d。采用较大流量和全程施肥的畦灌施肥模式,可为作物高效吸收利用水肥提供相对均布的土壤水氮状态。