太湖河网地区农村非点源氮负荷——以宜兴市大浦镇为例

采用野外试验与实地调查相结合,利用泥沙流失方程和GIS平台,定量估算了江苏宜兴市大浦镇农村非点源氮排放负荷.结果表明:大浦镇农村非点源氮排放负荷为207.0 t·a-1,其中农田、生活污水、养殖、垃圾和非农田泥沙流失的排放负荷分别为80.6、61.1、49.3、10.5和5.4 t·a-1,分别占39.0%、29.5%、23.8%、5.1%和2.6%;5种排放源中,农田、生活污水和养殖为优先控制因子;方钱、大浦、浦北和浦南4村平均氮排放负荷为80.4、73.0、60.4和52.3kg·hm-2·a-1,远高于其他区域,为优先控制区.     

京郊典型集约化"农田-畜牧"生产系统氮素流动特征

城郊畜牧业的集约化发展在满足人们日益增长的肉蛋奶等动物性产品需求的同时,也带来了巨大的环境压力。本文利用养分流动和模型分析的方法,分析北京市郊区某村三种不同类型"农田-畜牧"生产系统(大型集约化种猪场、种养结合小规模生态养殖园和集约化单一种植区)的氮素流动特征。结果表明:饲料是集约化种猪场和生态养殖园氮素输入的主要来源,饲料投入氮量分别为12469.0和9268.5 kg.hm-.2a-1);集约化种猪场农牧体系间生产脱节,致使农田氮素输入主要依赖于化肥投入,化肥氮输入量(435.0 kg.hm-.2a-1)占农田氮素输入量的82.7%。相反,生态养殖园农牧体系结合紧密,猪粪尿氮还田比例达28.6%,这使得园区化肥氮输入量仅为135.0 kg.hm-.2a-1,因此畜禽粪尿的合理循环利用可作为减少化肥投入的有效途径;集约化种猪场、生态养殖园和单一种植区农牧生产系统氮素利用效率分别为18.8%、20.6%和17.3%,均处于较低水平;集约化种猪场猪粪尿在猪舍和储藏处理过程的氮素损失率为15.8%和25.4%,分别低于小规模生态养殖园相应损失率约8.7和4.8个百分点;生态养殖园粪肥氮还田量高,导致农田氮素盈余量高达1962.8 kg.hm-.2a-1,未能实现生态型养殖的理想效果,优化氮素管理、确定合理的消纳畜禽粪尿的农田面积和调整畜禽养殖密度是解决该问题的关键。     

农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准——以江苏省宜兴市为例

农田氮素流失引起的非点源污染已成为国内外农田生态环境资源可持续利用及农业可持续发展的瓶颈,对其进行有效控制愈显迫切.对非点源污染的控制不能简单地照搬点源污染的方法,须针对非点源污染本身具有的强烈外部性及复杂、广泛、不易监测等特征,探究与非点源污染特征规律相对应的对策.生态补偿作为应对全球生态危机和环境污染的一种公共政策工具,对于内化外部效应具有良好的效果.以农户减少一定程度的氮肥施用量获得政府补偿为切入点,论证了农户减少氮肥用量到最佳生态经济施氮量是获得补偿的依据;以宜兴市为实证对象,运用意愿调查评估法和成本-收益法相结合的方式测算了农户参与农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准.研究表明:(1)宜兴市主要粮食生产的最佳生态经济施氮量为375.6 kg/hm2,农户参与农田氮素非点源污染控制的补偿额度理论值为620.0-7098.0元/hm2;(2)68.3％的受访农户愿意接受补偿而减少氮肥用量,受偿意愿与种田经验、受教育程度等因素正相关;(3)愿意接受补偿的农民中50.7％选择氮肥量减少到最佳生态经济施氮量,农田氮素非点源污染控制的补偿标准为620.0元/hm2.     

减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响

通过2010—2013年的大田试验,探讨了2个施氮水平(300和525 kg·hm-2)和3种种植模式(甘蔗、大豆单作及甘蔗-大豆1∶2间作)对蔗田大豆固氮、甘蔗和大豆氮素累积及氨挥发和氮淋溶的影响.结果表明:与大豆单作相比,甘蔗-大豆间作的大豆固氮效率下降,但不同施氮水平间作模式之间无显著差异.不同施氮水平和种植模式对甘蔗、大豆氮素累积无显著影响.减量施氮水平下氨挥发量低于常规施氮处理,不同施氮水平和种植模式对氮淋溶量无显著影响.除2011年甘蔗单作减量施氮水平下出现蔗田氮素亏缺(-66.22 kg·hm-2)外,其余不同年份不同种植模式下氮素都处于盈余状态(73.10~400.03 kg·hm-2),施氮水平显著影响了蔗田的氮素盈亏,且常规施氮水平下氮素盈余量显著高于减量施氮处理,过高的氮素盈余增加了氮素污染农田环境的风险.从培肥地力、降低氮素污染环境的风险和节约生产成本等方面考虑,减量施氮水平下甘蔗-大豆间作模式具有一定的生态合理性.     

河西走廊绿洲灌区循环模式"农田-食用菌"生产系统氮素流动特征

河西走廊绿洲灌区在农业产业化进程加快的同时,也带来了水资源和生态环境的压力.本文利用养分流动和模型分析的方法,分析河西走廊绿洲灌区典型“农田-食用菌”生产系统(农田-食用菌集约生产模式、农田-食用菌单户生产模式、农田单作)的氮元素流动特征.结果表明:农田作物秸秆通过食用菌体系还田使氮素利用率提高了10％左右,秸秆还田氮输入量(165.6kg· hm-2·a-1)占农田氮素总输入量的37.1％,使化肥氮输入量减少,因此秸秆氮的合理循环利用可作为减少化肥投入的有效途径.但农田氮素仍有盈余,单位面积氮盈余量高达217.0 kg·hm-2· a-1,未能实现循环模式内养分平衡的理想效果,因此优化氮素管理、确定合理的大田作物和食用菌面积、调整农业产业结构是解决该问题的关键.     

关中地区小麦/玉米轮作农田硝态氮淋溶特点

通过田间原位淋溶装置研究了不同施氮量和秸秆覆盖对关中地区小麦/玉米轮作农田90cm深处硝态氮(NO3--N)淋溶量、0～1m土层硝态氮累积及作物产量和氮平衡的影响.试验设不施氮(N1,0kg·hm-2·a-1)、常规施氮(N2,471kg·hm-2·a-1)、推荐施氮(N3,330kg·hm-2·a-1)、减量施氮(N4,165kg·hm-2·a-1)、增量施氮(N5,495kg·hm-2·a-1)和推荐施氮+秸秆覆盖(N3+S)6个不同施肥处理.结果表明:NO3--N淋溶量随施氮量的增加而增大,氮肥的过量施用及秸秆覆盖易造成NO3--N淋溶.N3+S处理90cm处年NO3--N流失量最大,为22.32kg·hm-2,施肥造成的氮流失量为16.44kg·hm-2,比相同施氮量不覆盖处理(N3)高158.9%.NO3--N主要累积在20～60cm土层,年施氮量330kg·hm-2(N3)时,秸秆覆盖与否不影响NO3--N的剖面分布.各施肥处理对作物产量没有显著影响,但减量施氮处理(N4)有减少作物产量的趋势.在本试验条件下,推荐施肥量(小麦施氮150kg·hm-2,玉米施氮180kg·hm-2)在保证作物产量的同时,可减少土壤NO3--N的淋溶和累积.     

天山中部巴音布鲁克高寒草原大气无机氮沉降

随着我国经济的不断发展,人为活动导致的大气氮沉降显著升高,并已影响到偏远地区的生态系统.为了系统评价天山中部巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降现状,2010年5月至2011年12月对研究区域的氮素干、湿沉降进行观测分析.结果表明:研究区气态HNO3、NH3和NO2的年沉降通量分别为1.47、0.68和0.13 kg N·hm-2,颗粒物中铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)的年通量分别为0.23、0.25 kg N·hm-2;降水中NH4+-N和NO3--N的年沉降通量分别为2.47和1.59 kg N·hm-2.巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降通量为6.82kg N·hm-2.其中,湿沉降为4.06 kg N·hm-2·a-1,干沉降为2.76 kg N·hm-2·a-1.研究区氮沉降具有明显的季节变化特征:干沉降主要集中在春、夏季,占干沉降总量的72.1%;湿沉降主要集中在夏、秋季,占湿沉降总量的78.3%.     

亚热带常绿阔叶林凋落物生产及季节动态对模拟氮沉降增加的响应

通过野外模拟试验,研究了亚热带常绿阔叶林凋落物量对氮沉降的初期响应。试验设计4种处理,分别为对照(CK)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、高氮(HN,100kg·hm-2·a-1)和高氮加磷(HN+P,100 kg N·hm-2·a-1+50 kg P·hm-2·a-1),每个处理重复3次。通过2年的试验观测,甜槠林对照林分年总凋落物量为7.78 t·hm-2,经LN、HN、HN+P处理后,年总凋落物量分别为8.81、9.08、9.41 t·hm-2,不同处理间没有显著差异,表明氮沉降增加没有显著提高凋落物产量,但高氮处理林分,叶凋落物量表现出抑制效果,低于低氮处理;高氮+磷处理的林分凋落物总量及落叶、落枝量均明显高于高氮、低氮处理,磷添加呈现凋落物量增加的效应。甜槠林分总凋落物量表现出明显的季节动态,在春季4—5月以及秋季11月出现2个明显的峰值,不同处理趋势一致。凋落物组成中,落叶的比例占总凋落物量的53.78%~58.84%,花果杂物占28.29%~33.66%,落枝占10.79%~12.87%。研究表明,高氮处理可能引起了土壤氮素过剩,造成氮、磷失衡。     

沈阳市区降水中氮素的组成及季节变化

于2012年2—12月在沈阳市区采集降水样品,分析了各形态氮素的浓度和沉降通量,探讨了影响氮沉降的相关因素。结果表明:NH4+-N、NO3--N及DON的平均浓度分别为1.57、0.87和0.82 mg N·L-1,随降水进入该地区的总氮沉降量26.17 kg N·hm-2·a-1,其中NH4+-N、NO3--N和DON分别为12.56、7.02和6.59 kg N·hm-2·a-1,与降水量呈幂型正相关;通过分析各形态氮素季节变异可知,降水中的氮主要来自当地工农业生产,同时受当时降水量的影响。     

施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响

在苏南太湖地区开展田间试验,研究了施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响.结果表明:施氮对水稻产量、各生育时期植株累积吸氮量、阶段氮累积量和花后氮素转运量具有显著的促进作用(P＜0.01),当施氮量高于200 kg·hm-2时,增施氮肥的增产效应不显著(P＞0.05);花后氮素转运率和氮肥利用率均随施氮量的增加而降低.施用肥料添加剂可进一步提高水稻产量、累积吸氮量、花后氮素转运量和氮肥利用率,且该效应在高施氮量( ≥200 kg·hm-2)条件下表现更明显.本试验条件下不施用肥料添加剂时,施氮150kg·hm-2可同时获得较高的产量和氮肥利用率.     

流域非点源氮素流失空间分异特征的多时间尺度分析

流域非点源污染关键源区的定位是控制和治理流域非点源污染的重要问题,为进一步揭示时间尺度对流域非点源氮素流失空间分异特征的影响,通过构建山美水库流域SWAT模型,在对各个子流域的总氮(TN)流失强度进行模拟的基础上,从多年平均、多年月平均、场次暴雨洪水过程等3种时间尺度,对氮素流失的空间分异特征和关键源区进行分析,并通过多元线性相关分析,对自然和人为因素的影响进行研究.结果表明： 不同时间尺度下流域氮素流失空间差异均十分显著,氮素流失空间分异程度以多年月平均最高,场次暴雨洪水过程最低;桃溪亚流域氮素流失量最大,是非点源氮污染关键源区.不同时间尺度下,土地利用类型均是影响流域非点源氮素流失空间分布的主要因素,而降雨、径流等自然因子对氮素流失空间分异的影响仅表现在不施肥月份和部分不施肥场次的暴雨洪水过程,这种规律与土地利用及施肥具有显著空间变化、而降雨径流的空间变异程度低有关.     

Effects of western juniper (Juniperus occidentalis) control on ecosystem nitrogen stocks in central Oregon,USA

控制西美圆柏数量对美国俄勒冈州中部生态系统氮储量的影响 在美国俄勒冈州,控制西美圆柏(Juniperus occidentalis)的数量是一种公认的牧场管理措施,该做法 有助于恢复蒿草草原(sagebrush steppe)生境,该生境对野生动物和家畜都十分重要。然而,尽管控制木本 植物数量会对当地的流域管理和区域性氮库造成重要影响,但砍伐西美圆柏对生态系统中氮元素的影响问题尚未得到很好的解决。本文定量研究了两个相邻流域生态系统中的氮储量,其中一个流域经过处理(流域内的大部分圆柏已被清除掉),而另一个流域未处理(圆柏未被清除)。在圆柏被移除13年后,我们测定了两个流域里圆柏树林、灌木丛、草丛和枯枝落叶层的地上氮储量,以及两个流域中两个土层(0–25和25–50 cm)内的地下氮储量(根系和土壤氮储量)。研究结果表明,未处理流域的地上氮储量是处理流域 的6.9倍,因为未处理流域的地上生物量要大得多。然而,由于砍伐圆柏导致林下植被的根系生物量增加,所以处理流域的根系氮储量是未处理流域的3.1倍。0–25和25–50 cm土层氮储量没有受到圆柏砍伐的影响。总体而言,生态系统总氮储量在处理流域(9536 kg N ha⁻¹)和未处理流域(9456 kg N ha⁻¹)之间并没有显著差异。在两个流域里,生态系统中最大的氮积累量(至少95%的生态系统总氮量)均存在于地下(0–25 cm深的土壤以及根系)。这项研究证明,清除圆柏并不会显著影响生态系统的储氮能力。     

Assessment of Water Quality and Identification of Polluted Risky Regions Based on Field Observations & GIS in the Honghe River Watershed,China

Water quality assessment at the watershed scale requires not only an investigation of water pollution and the recognition of main pollution factors, but also the identification of polluted risky regions resulted in polluted surrounding river sections. To realize this objective, we collected water samplings from 67 sampling sites in the Honghe River watershed of China with Grid GIS method to analyze six parameters including dissolved oxygen (DO), ammonia nitrogen (NH₃-N), nitrate nitrogen (NO₃-N), nitrite nitrogen (NO₂-N), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP). Single factor pollution index and comprehensive pollution index were adopted to explore main water pollutants and evaluate water quality pollution level. Based on two evaluate methods, Geo-statistical analysis and Geographical Information System (GIS) were used to visualize the spatial pollution characteristics and identifying potential polluted risky regions. The results indicated that the general water quality in the watershed has been exposed to various pollutants, in which TP, NO₂-N and TN were the main pollutants and seriously exceeded the standard of Category III. The zones of TP, TN, DO, NO₂-N and NH₃-N pollution covered 99.07%, 62.22%, 59.72%, 37.34% and 13.82% of the watershed respectively, and they were from medium to serious polluted. 83.27% of the watershed in total was polluted by comprehensive pollutants. These conclusions may provide useful and effective information for watershed water pollution control and management.     

Farmers’ Perceptions and Satisfaction Levels on the Performance of Watershed Development Activities in the Morni Hill area of the Siwalik Himalayas in India

We describe the results of a survey of farmers’ perceptions of and satisfaction with the performance of watershed development activities on socioeconomic, agriculture and livestock, and environmental attributes. We administered a questionnaire to 120 farmers randomly interviewed in the Morni Hill area of the Siwalik Himalayas in India. Our results show that the farmers have considerable knowledge about the implementation of watershed development activities and their impact on the economy, agriculture and the environment. Our respondents generally agreed or strongly agreed with most investigated parameters, with a few exceptions such as employment opportunities in the dairying sector, rise in panchayat funds, milk production, fuel wood availability, grazing lands and use of mechanical inputs in agriculture. Water availability has resulted in a positive change in the cropping pattern, which has shifted to more remunerative crops, such as paddy, pulses, vegetables and high yielding wheat. Approximately 45 % of respondents were highly satisfied with the results of the watershed development activities. The overall level of satisfaction pertaining to different socioeconomic, agriculture and livestock, and environmental parameters was approximately 56 %, which reveals that respondents are well aware of the impacts of the watershed development activities. Therefore, we suggest that farmers’ perceptions could usefully be incorporated into decision-making processes for targeting land and water management interventions.     

水体中氮稳定同位素的研究进展

随着工农业生产的发展,水体氮污染已日益严重.利用氮稳定同位素来判别水体氮污染的源和汇、研究氮循环等显得尤为重要.本文就以下几方面进行综述:1)氮稳定同位素的基本概念、氮在水体中的循环及相应的同位素分馏情况;2)系统比较了水中氮同位素测定过程中氮同位素的分离、富集和不同形态氮的转化方法;3)讨论了氮稳定同位素在研究地表水、地下水及海水中的氮循环、判断氮污染的源和汇、氮在生态系统中转化以及水体富营养化等方面的应用;4)总结了水体中反硝化作用的判断方法和水体中硝酸盐的两种自然衰减机制——反硝化作用和稀释作用;5)指出了该研究领域的不足之处.     

基于氮排放估算的区域生态风险评价——以中国台湾地区为例

随着全球人口不断成长,农业生产、工业发展、能源消耗及生活消费等人类活动不断增加,对城市区域乃至于区域生态系统均带来显著负面影响。为量化评估人类活动对区域生态系统的影响,以人类活动产生的氮排放为切入点,选择中国台湾地区为研究区,针对其高投入的农业生产、密集的交通工业设施及人口分布等背景,构建了基于氮排放的区域生态风险评价研究框架。分析了2001年至2010年中国台湾地区农业及城市系统所产生的氮排放变化情况,并在空间上比较了各县市的氮排放差异;其次,依据各用地类型特点,定义了其对氮排放压力的脆弱程度,藉以评估中国台湾地区生态风险变化及其潜在风险强度。研究结果表明中国台湾地区2005至2010年期间氮排放带来的生态风险值先降后升,主要原因源于期间农业活动产生的氮排放减少,但交通运输带来能源消耗却明显增加了氮排放;通过分区比较,确定低风险县市主要包括金门县、连江县、澎湖县、新竹市、嘉义市及基隆市,而台中市、屏东县、台南市、高雄市及新北市,由于农业生产活动密集且人口分布密度高,为中国台湾地区高生态风险区。     

坡改梯工程对胡家山小流域非点源污染负荷时空变化的影响

以丹江口库区胡家山小流域为研究对象,利用2005、2010和2015年3个时期的Landsat TM/ETM遥感影像,结合长期野外观测资料,应用输出系数模型,在GIS技术支持下,研究了以坡改梯工程为主要内容的小流域综合治理工程实施前后,流域非点源污染总氮(TN)负荷的时空变化及其影响因素.结果表明: 由于坡改梯工程的实施,流域内坡度15°以上区域的耕地面积明显增加,林地和荒地面积有所减少.流域非点源污染TN负荷由工程实施前的63028 kg增加到2010年的72778 kg ,实施后则降低到46876 kg.其中,农村生活的贡献率较高,3期平均贡献率为53.5%,但呈逐年减少趋势;土地利用的贡献率平均为45%,呈逐年增加趋势;畜禽养殖贡献率始终较低.流域非点源氮素负荷强度的空间分布在工程实施前后发生了较为明显的变化.实施前,高负荷强度区主要集中在5°～15°坡度区间,实施后高负荷强度区集中在15°～35°区间,5°～8°区间成为低负荷强度区;在时间变化上,0°～8°坡度区间的TN负荷强度随时间的变化较小,8°以上坡度区间,表现为先增加后减少的趋势.随着村落污水、垃圾和畜禽粪便得到治理,居民生活、畜禽养殖非点源氮素输出明显减少;由于坡改梯工程的实施,耕地面积增加了31%.     

Nutrient budgets and biogeochemistry in an experimental agricultural watershed in Southeastern China

During a two-year field study, an annual nutrient budget and cycles were developed for a small agricultural watershed. The study emphasized the integrated unit of the watershed in understanding the biogeochemistry. It was found that the total nutrient input was 39.1× 10⁴ kg nitrogen and 3.91×10⁴ kg phosphorus in the year 1995, of which the greatest input of nutrients to the watershed was chemical fertilizer application, reaching 34.7×10⁴ kg (676 kg/ha) nitrogen and 3.88×10⁴ kg (76 kg/ha) phosphorus. The total nutrient output from the watershed was 13.55×10⁴ kg nitrogen and 0.40×10⁴ kg phosphorus, while the largest output of nitrogen was denitrification, accounting for 44.1% of N output; the largest output of phosphorus was sale of crops, accounting for 99.4% of P output. The results show that the nutrient input is larger than output, demonstrating that there is nutrient surplus within the watershed, a surplus which may become a potential source of nonpoint pollution to area waters. The research showed that both denitrification and volatilization of nitrogen are key ways of nitrogen loss from the watershed. This suggests that careful management of fertilizer application will be important for the sustainable development of agriculture.The research demonstrated that a multipond system within the watershed had high retention rate for both water and nutrients, benefiting the water, nutrient and sediment recycling in the terrestrial ecosystem and helping to reduce agricultural nonpoint pollution at its source. Therefore, this unique watershed system should be recommended due to its great potential relevance for sustainable agricultural development.     

丹江口库区覆膜耕作土壤净氮矿化随夏玉米生长期的变化

农田土壤净氮矿化对土壤氮素流失和农业非点源污染有重要影响.以丹江口库区五龙池小流域夏玉米黄棕壤为例,进行原位矿化试验,通过与无覆膜耕作土壤相比较,研究覆膜耕作条件下土壤净氮矿化在夏玉米生长期内的变化.结果表明: 夏玉米整个生长期内,覆膜耕作土壤净氨化量、净硝化量和净氮矿化量均明显高于无覆膜土壤,分别高6.63、12.96和19.59 mg·kg^-1;覆膜耕作土壤净氨化速率表现为在苗期较高、抽穗期最低、成熟期增至最高的变化特征,而土壤净硝化和净氮矿化速率均呈现苗期较高、拔节期最低、成熟期升至最高的变化过程;覆膜耕作土壤净氮矿化速率均与土壤全氮和NO₃^--N含量、土壤含水量之间呈显著线性关系.覆膜可有效调节土壤水热条件,促进土壤净氮矿化.