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.     

盐渍化对农田氮素转化过程的影响机制和增效调控途径

本文在回顾我国盐渍化农田氮肥利用现状的基础上,总结了盐渍化对农田土壤氮素转化关键过程的影响规律,剖析了其对参与氮素转化的微生物的作用机制,归纳了盐渍化农田氮素养分增效调控的主要途径。盐渍化对农田土壤氮素矿化、硝化和反硝化过程存在阈值效应,不同范围内影响差别较大。盐分以及次生障碍对相关微生物也具有不同的影响,且同样存在阈值效应。目前盐渍化农田氮素增效调控的途径主要包括土壤改良剂改良、生物质材料改良、种植耐盐植物、优化氮素形态配比和生物抑制剂改良,最后提出盐渍化农田氮素循环过程研究目前存在的不足以及未来的研究方向。本文对盐渍化农田氮素减损增效、化肥养分高效利用与农业面源污染阻控具有重要指导意义。     

农田施氮对水质和氮素流失的影响

基于ISI Web of Science数据库,利用文献计量学方法分析了自1957年以来各国在农田氮流失领域的研究发展态势,综述了农田氮流失特征及氮流失防控措施。结果表明,目前各国对农田氮流失的研究主要集中在施氮对水体水质的污染和监测方法上,涉及的关键词主要有Groundwater、Water quality、Surface water、Nitrate pollution、Eutrophication、Contamination、Nonpoint source pollution、Lysimeter、Runoff、Subsurface drainage等。中国、美国和加拿大等农业大国的研究机构在这一领域的研究成果最多发文量最多的期刊主要分布在荷兰、美国和中国。文献分析表明,受降水、地形、土壤、施肥等诸多管理措施的影响,不同区域的农田氮流失量差别很大,中国各类农田的氮流失量(13.7—347 kg/hm~2)明显高于欧美国家(4—107 kg/hm~2)。我国单位面积化肥(357.3 kg/hm~2)和氮肥(165.1 kg/hm~2)施用量均远高于世界平均用量(87.5 kg/hm~2和52.9 kg/hm~2),当季氮肥利用率(17%)却明显低于世界平均水平(58%),表明氮肥施用过量且利用率过低是造成氮流失的关键因素。综合分析农田氮流失防控措施发现,从源头控制氮流失是最有效的措施,优化农艺管理措施和氮迁移过程拦截等分别可减少15%—92%、46%—77%的氮素流失,其中针对农田适宜施氮量的研究最多。然而,面对粮食生产需求与资源短缺、水体水质持续恶化的现状,未来的研究重点应从简单的表观平衡向整个农田生态系统的氮素循环过程转变,更为迫切的是加快探索以水质保护为目标的化肥氮施用阈值(造成环境污染的临界施氮量),并推广示范这些有效的氮流失防控措施。     

河岸带不同植被类型土壤氮素转化过程对冻融交替的响应

河岸带是水陆交错地带氮素生物地球化学循环的热点区域,春季融雪时期的气温变化引起的冻融交替是影响土壤氮素转化过程和氮素流失重要因素之一.通过室内模拟,研究了河岸带珍珠梅、落叶松和农田3种植被类型土壤可溶性氮含量与净氮矿化速率对不同冻结温度和冻融频次的响应.结果表明,冻融频次对3种植被类型河岸带土壤可溶性氮影响显著(P＜0.05),不同植被类型土壤可溶性氮含量变化趋势相似,在第1次冻融之后达到峰值,在第10次冻融之后稳定.3种植被类型土壤无机氮含量受冻融交替影响显著升高(P＜0.05).冻融温度对土壤净氮矿化速率影响显著(P＜0.05),土壤净氮矿化速率在第1次冻融之后达到最大值,随冻融次数增加而下降.3种植被类型土壤受冻融交替影响均有一定程度的氮素流失风险,农田土壤无机氮含量本底值较高,土壤氮素随冰雪融水流失风险较大.     

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.     

畜禽粪便堆肥过程中氮素的损失与控制

堆肥是实现畜禽粪便处理及资源化利用的有效途径,然而畜禽粪便堆肥过程中氮素损失较严重,对氮素损失与控制的研究可为有效控制氮素损失提供理论基础和实践参考.本文简述了畜禽粪便堆肥过程中氮素转化及主要损失途径,总结了影响堆肥氮素损失的主要因素(包括堆肥物料初始特性、堆肥环境参数和堆肥工艺条件),并综述了氮素损失控制措施(调节C、N代谢,改变氮素形态,添加NH₃吸附剂和调节通风与控温措施)的研究进展,此外,对未来的研究方向进行了展望.     

建立农田固氮系的综述

很久以来人们就十分重视氮素在植物营养中的重要作用。为保证高产稳产农田对氮素的需要,在积极利用生物氮源,建立高水平、高功效的氮素循环体系方面,国内外都积累了许多经验。一、生物氮在现代化农业中的意义农田生态系中氮素来源有两个途径,非生物途径主要是化肥工业——氮肥;生物途径是微生物的固氮作用;其他如厩肥,高杆还团的氮素主     

氮肥种类及运筹技术调控土壤氮素损失的研究进展

氮肥的不合理施用导致氮肥利用率低下,大量氮素通过径流、淋溶、氨挥发、硝化-反硝化作用等途径损失到环境中,从而对水体、大气造成污染,带来严重的环境问题,影响人类健康.施氮量、施肥时间和方式,以及肥料种类对氮素流失量的影响显著.土壤氮素浓度过饱和是导致氮素大量流失的最根本原因,充分利用环境供氮量,减少化学氮肥施用量,采用深施等技术,以及配合施用有机肥,可以有效降低氮素的损失,提高氮素利用率.在开发应用新型高效氮肥和强化氮肥高效管理技术研究的同时,加强环境氮素的监测和利用力度,是实现减氮增效的有力手段.     

绿洲农田氮素积累与淋溶研究述评

作物对氮素的吸收利用及氮素在土壤中的积累和运移,制约着绿洲农田生产力并对农田环境造成影响,是绿洲农田生态系统可持续发展和绿洲稳定性研究的一个重要方面。针对农田氮素积累和淋溶这一绿洲资源消耗量增加、耕作方式粗放结果下的环境问题,对其特征及引发的环境效应进行了详细阐述,并从不同的角度综述了缓减绿洲氮素淋失及环境污染的对策。指出在未来还需加强绿洲地下水氮污染调查及农田氮素积累和淋溶现状的区域评价,并针对一些在绿洲大面积推广的农田管理技术开展其对农田氮素积累和淋溶影响的研究,并强调人文因素在绿洲农田氮素积累与淋溶调控中的重要性。     

平衡施肥及雨强对紫色土养分流失的影响

利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区,研究了四川紫色丘陵区玉米净作条件下雨强及平衡施肥对土壤养分损失量及载体的影响.结果表明:雨强是影响地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量的最主要因素.在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加.磷素和钾素流失总量也随雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大.在3种雨强条件下,3种施肥处理的氮素流失总量表现为:高氮施肥>农户习惯施肥>平衡施肥,平衡施肥能减少氮素流失,而高氮施肥增加氮素的流失.农户习惯施肥处理的磷流失总量和钾流失总量均高于平衡施肥和高氮施肥两种施钾处理,在紫色土坡耕地增施钾肥能减少磷、钾养分的流失.     

鸡桑药共生模式库区土壤养分变化及流失风险

密云水库是北京市主要地表水源地,为了有效防控水源保护区坡耕地以氮磷流失为主的农业面源污染,开展污染防控植物篱种植区散养和单独喂养油鸡试验研究;采集两种模式区土壤和散养模式区饲用桑植物样品,测定氮磷钾养分含量,分析土壤养分变化规律及其流失风险,建立经济有效种养生态防控模式。结果表明,与对照相比,两种油鸡养殖模式区土壤有机质、全氮、速效氮磷钾及硝态氮含量都呈显著或极显著性地升高,促进了散养共生模式区饲用桑和药用植物的生长,增加了对土壤养分的吸收;受养殖密度的影响,60只/666.7m2高密度油鸡喂养模式区或散养集中活动区有机质、全氮、全磷含量显著高于散养活动较少低密度区;受地表径流的影响,散养共生模式区坡下部油鸡少活动区域土壤速效氮磷钾含量与上部活动较多区域相比分别升高20.3%、71.9%和21.9%。喂养模式区承载粪便氮磷环境负荷分别为189 kg/hm2和84.8 kg/hm2,超过欧盟农田氮限量标准170 kg/hm2和粪便年施磷限量80 kg/hm2,具有较大的流失污染风险;20只/666.7m2低密度散养模式区承载粪便氮磷负荷分别为75.6 kg/hm2和33.9 kg/hm2,远小于环境限量标准,具有较小的流失污染风险。饲用桑与药用植物间作植物篱种植区散养油鸡排泄粪便矿化分解提供了植物养分资源,促进它们的生长,形成发达根系系统又可有效阻截模式产生有机物和氮磷流失,同时该模式提供了散养油鸡饲料资源。以上结果说明,桑树/药用植物/低密度散养油鸡是一种有效的农业面源污染生态防控共生模式,资源循环利用效率高,生态环境和经济效益好。     

基于水量平衡下灌区农田系统中氮素迁移及平衡的分析

本文以于河套灌区典型灌域（前旗北疙堵乡塔布村）为研究对象,通过分析农田系统中水量平衡和氮素平衡,建立农田系统中氮素平衡和水分平衡的联立模型,并用此模型分析典型区域内农田系统中氮素随水分迁移的规律。分析表明：应用水量和氮平衡模型分析灌区农田系统中氮迁移及平衡,可以反映出农业面源污染物（氮）在整个农田系统中的去向,化肥使用量的降低和灌水量的减少,将有效的减少农田系统中氮素的输入量;秋灌—秋浇期间,玉米、番茄和葵花作物对氮的吸收率分别为17%、18%和32%,3种土壤中残留量分别为57%、60%和58%。依据河套灌区年施肥60万t计算,土壤残留量达到17.2万t。在秋灌-秋浇期间从黄河引入的氮总量达到1.21万t,随农田退水进入沟道的量为840 t。     

中国东北地区非点源污染研究进展

为掌握东北地区非点源污染研究动态和明确研究中存在的问题和不足,对近20年（1991-2008年）东北地区有关非点源污染研究成果进行检索、分类和统计分析,以便更好地进行区域水环境治理和污染防治.东北地区非点源污染研究总体呈增加趋势;研究内容包括水环境污染源调查分析与评价、污染负荷量化、机理探索、模型模拟和污染防治5类;研究对象包括氮、磷、泥沙、农药和重金属;经验方法估算污染负荷较多,机理模型应用成功实例较少;研究性论文中以农业非点源污染较多,城市非点源污染较少;治理措施停留在水土保持措施层面上,缺乏对水土保持措施的优选评价和对最佳管理措施的评价研究.目前,东北地区非点源污染研究处在理论探索阶段,非点源污染是否是主要污染源还存在争议.今后应着力于措施应用、评价和基础数据收集及区域非点源污染物的确定和污染负荷的量化研究;尝试新技术和多领域交叉合作,为区域水环境治理提供科学依据.     

Nitrogen Loss Estimation Worksheet (NLEW): an agricultural nitrogen loading reduction tracking tool

The Neuse River Basin in North Carolina was regulated in 1998, requiring that all pollution sources (point and nonpoint) reduce nitrogen (N) loading into the Neuse Estuary by 30%. Point source N reductions have already been reduced by approximately 35%. The diffuse nature of nonpoint source pollution, and its spatial and temporal variability, makes it a more difficult problem to treat. Agriculture is believed to contribute over 50% of the total N load to the river. In order to reduce these N inputs, best management practices (BMPs) are necessary to control the delivery of N from agricultural activities to water resources and to prevent impacts to the physical and biological integrity of surface and ground water. To provide greater flexibility to the agricultural community beyond standard BMPs (nutrient management, riparian buffers, and water-control structures), an agricultural N accounting tool, called Nitrogen Loss Estimation Worksheet (NLEW), was developed to track N reductions due to BMP implementation. NLEW uses a modified N-balance equation that accounts for some N inputs as well as N reductions from nutrient management and other BMPs. It works at both the field- and county-level scales. The tool has been used by counties to determine different N reduction strategies to achieve the 30% targeted reduction.     

珠三角典型稻田生态沟渠型人工湿地的非点源污染削减功能

为了评价珠江三角洲地区农业非点源污染控制技术的开发与削减功能,本研究以珠海市斗门区上洲村典型稻田系统为例,提出了一种适应当地实际情况的生态沟渠型人工湿地构建技术,并进行了示范工程建设和防治效果评价。结果表明:该生态沟渠利用农田既有的排灌系统,经过适当改建而成;在满足原有排灌功能的前提下,对稻田排水径流中固体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(CODCr)、铵态氮(NH4+-N)、生化需氧量(BOD5)的去除效率分别达到71.7%、63.4%、49.9%、26.6%、14.5%和11.6%;对营养型和颗粒态污染物质净化作用效果较好,对有机型污染物净化作用有限;其中对SS和TP的作用最为明显。该技术和工程成本效益良好,既减轻了稻田排水对附近水体的污染负荷,又增加了农田的景观效果。在珠三角及类似的经济发达而人地关系紧张的地区具有一定的推广价值。     

减少农业对水体污染的对策与措施

水体富营养化是一个全球关注的问题。逐渐增加的化肥施用量和畜禽养殖业产生的粪便进一步引起营养流失,进而产生了N、P营养物质的不平衡。因此农业面源污染已被视为水体富营养化的主要污染源。本文简要地概述了农业面源污染对造成水体富营养化的危害,同时介绍了国内外防治农业面源污染的主要措施,包括面源控制措施和转移转化措施。指出了建立稳定、和谐与良性循环的农业生态系统是治理农业面源污染的长久之计。