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增氧对不同秸秆还田稻田田面水养分动态及温室气体排放的影响

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环境科学 2023年第4期44卷 2348-2355页

作者：胡锦辉薛利红钱聪薛利祥曹帅南京农业大学资源与环境科学学院南京210095 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所南京210014

秸秆还田对于改善土壤结构、培肥土壤和提高农作物产量与品质有着重要意义,但秸秆还田会增加甲烷排放和面源污染物排放等环境风险,如何减少秸秆还田带来的负面效应是亟需解决的难题.系统比较了增氧对不同碳氮比秸秆还田稻田水稻生长期... 详细信息

秸秆还田对于改善土壤结构、培肥土壤和提高农作物产量与品质有着重要意义,但秸秆还田会增加甲烷排放和面源污染物排放等环境风险,如何减少秸秆还田带来的负面效应是亟需解决的难题.系统比较了增氧对不同碳氮比秸秆还田稻田水稻生长期内田面水碳氮含量和温室气体排放的影响.结果表明,不同秸秆还田均明显增加了稻田田面水中化学需氧量(COD),虽略微降低了N2O排放,但显著促进了稻田甲烷的排放和全球增温潜势,大小表现为:麦秸还田>油菜秸秆>蚕豆秸秆还田;秸秆还田处理提高了水稻产量,但统计未达显著水平.增氧处理不显著影响水稻产量,使秸秆还田后田面水COD降低15%~32%,稻田甲烷排放显著降低10.4%~24.8%,稻田GWP显著降低9.7%~24.4%,其中麦秸还田处理下增氧效果最佳.结果发现增氧措施在秸秆还田稻田尤其是麦秸还田稻田温室气体减排与降低COD排放风险中的潜在作用及其应用可能性.

关键词：秸秆还田增氧水稻田面水COD 温室气体排放产量

增温施肥对稻麦农田土壤有机碳及其活性组分的影响

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环境科学 2023年第3期44卷 1553-1561页

作者：邓旭哲韩晨薛利祥侯朋福薛利红杨林章江苏大学环境与安全工程学院镇江212001 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室南京210014 南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

农田是重要的陆地生态系统土壤碳库和作物生长的有机养分库.为明确气候变暖对稻麦轮作农田土壤碳库的影响,利用田间开放式增温平台,分析了增温、施肥和其交互作用对土壤有机碳和其活性组分的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表... 详细信息

农田是重要的陆地生态系统土壤碳库和作物生长的有机养分库.为明确气候变暖对稻麦轮作农田土壤碳库的影响,利用田间开放式增温平台,分析了增温、施肥和其交互作用对土壤有机碳和其活性组分的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表明,增温、施肥对土壤有机碳含量和其活性有机碳组分的影响均无显著交互作用.增温增加了土壤有机碳含量,且总有机碳(TOC)和惰性有机碳(ROC)含量差异显著.与不增温对照相比,增温处理的TOC、ROC和活性有机碳(LOC)含量分别增加了7.72%、7.42%和10.11%.土壤微生物量碳(MBC)含量的增加(20.4%)和颗粒有机碳(POC)含量的降低(36.51%)可能是增温下土壤有机碳含量变化的主要原因.增温对土壤可溶性有机碳(DOC)含量无显著影响,但显著降低了其可溶性微生物副产物组分含量(41.89%).结果同时表明,施肥对土壤有机碳含量均无显著影响,但显著降低了活性碳组分的DOC和POC含量,增加了MBC含量.与不施肥对照相比,施肥处理的土壤DOC和POC含量分别降低了35.44%和28.33%,MBC含量增加了33.38%.此外,施肥有增加可溶性有机物中人为源腐殖质组分(5.13%)和可溶性微生物副产物组分(29.41%),降低陆生源腐殖质组分含量(13.33%)的趋势.增温、施肥均有提高土壤碳库管理指数(CPMI)的趋势,土壤碳库指数(CPI)和碳库活度指数(LI)的增加分别是增温和施肥下CPMI增加的主要原因.结果说明,气候变暖会通过对土壤活性碳组分的改变影响土壤碳库,且其效应不受施肥影响.

关键词：增温施肥稻麦农田土壤有机碳(SOC) 碳库管理指数

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缓控释肥深施对黏性土壤麦田氮素去向的影响

环境科学 2023年第1期44卷 473-481页

作者：侯朋福薛利祥袁文胜曹帅刘颖多薛利红杨林章江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室南京210014 南京农业大学资源与环境科学学院南京210095 农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

黏性土壤严重影响土壤水肥运移.采取适宜的农艺措施优化土壤无机氮分布,减少该类型土壤的氮素损失是农业绿色可持续发展的关键.为明确缓控释肥种肥深施对黏性土壤麦田氮素损失的影响,选择常规化肥(CN)和缓控释肥(RCU)这2种类型肥料,采... 详细信息

黏性土壤严重影响土壤水肥运移.采取适宜的农艺措施优化土壤无机氮分布,减少该类型土壤的氮素损失是农业绿色可持续发展的关键.为明确缓控释肥种肥深施对黏性土壤麦田氮素损失的影响,选择常规化肥(CN)和缓控释肥(RCU)这2种类型肥料,采用撒播撒施(B)和机械化条播深施(D),研究了缓控释肥种肥深施对黏性土壤小麦产量、季节麦田氮素径流流失、氨挥发和N_(2)O排放的影响;并分析了其耕层土壤的无机氮时空分布特征.结果表明,相同肥料类型下,D处理的小麦产量显著高于B处理;而相同施肥方式下,RCU处理的产量显著高于CN处理.D-RCU处理的小麦产量最高,达6.97 t·hm^(-2).季节径流和氨挥发氮损失量高于N_(2)O形态的氮损失,且不同损失途径对肥料类型和施肥方式的响应不同.肥料类型和径流发生时间是麦田径流氮素流失的主要影响因素.受监测年份降雨年型分配影响,RCU处理的季节径流氮素流失量(20.35 kg·hm^(-2))较CN处理(10.49 kg·hm^(-2))显著增加.生育后期是麦田氨挥发损失的主要时期,并受施肥方式和肥料类型共同影响.B-CN处理的季节氨挥发损失量最高(18.15 kg·hm^(-2)),并显著高于其它处理(7.31~8.38 kg·hm^(-2)).此外,D-RCU处理(2.41 kg·hm^(-2))较B-CN处理(4.02 kg·hm^(-2))有降低N_(2)O排放的潜力.结果同时表明,试验土壤无机氮的径向移动高于垂直移动;缓控释肥条播深施有利于优化土壤无机氮的时空分布,是小麦产量增加和麦田氮素损失控制的主要原因.结果说明,缓控释肥是黏性土壤麦田增产减排的适宜替代肥料;采用缓控释肥料条播深施能够通过优化土壤的无机氮时空分布,增加小麦产量,减少麦田氨挥发和N_(2)O损失,但其对非肥期径流氮素流失的增加效应值得关注.

关键词：黏性土壤小麦缓控释肥深施肥氮损失土壤无机氮

基于示范样地实际倒伏样本的小麦抗倒机制解析

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麦类作物学报 2023年第3期43卷 343-351页

作者：曹帅侯朋福薛利祥赵素雅薛利红杨林章南京农业大学资源与环境科学学院江苏南京210095 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所江苏南京210014

为解析影响小麦倒伏发生的关键因子与内在机制,基于示范样地,选择不同养分管理下实际倒伏三块样本(1个高倒伏田块和2个低倒伏田块,养分管理方式分别为普通化肥深施、普通化肥撒施和缓控释肥深施),对小麦株型、倒伏节间的形态、组分及维... 详细信息

为解析影响小麦倒伏发生的关键因子与内在机制,基于示范样地,选择不同养分管理下实际倒伏三块样本(1个高倒伏田块和2个低倒伏田块,养分管理方式分别为普通化肥深施、普通化肥撒施和缓控释肥深施),对小麦株型、倒伏节间的形态、组分及维管束数量、根系构型、土壤养分供应等进行比较分析。结果表明,在同等氮肥施用量与相同播种密度下,化肥深施田块(D-CF)的倒伏率高于化肥撒施(M-CF)和缓控释肥深施田块(D-RCU)。茎基部节间是小麦倒伏发生的主要部位,节间越长,倒伏高度越高。高倒伏样本田块(D-CF)的株高显著高于M-CF和D-RCU田块,分别增加15.7%和15.1%,且D-CF田块的穗重与茎鞘叶重比最高。不同田块倒伏节间(茎基部节间)的外径、壁厚均无显著差异,但高倒伏田块D-CF的茎基部节间维管束面积和数量均低于低倒伏田块,较M-CF减少8.7%和9.0%,较D-RCU降低了11.8%和5.9%,且纤维素、半纤维素与木质素的含量显著低于D-RCU田块。D-CF田块的根尖数显著高于两低倒伏田块,且根系总长与表面积显著高于D-RCU田块。D-CF田块的5~10、10~15和15~20 cm土层的速效氮含量均最高。经相关性分析,倒伏率与株高呈显著正相关,与倒伏节间维管束数量及半纤维素、纤维素与木质素的总含量均呈显著负相关。株高分别与根系总根长、根尖数及5~20 cm土壤速效氮含量呈极显著或显著正相关,而维管束数量与5~10 cm土壤速效氮含量呈显著负相关,纤维素及木质素含量均与5~20 cm土壤速效氮含量呈显著负相关,半纤维素含量则与10~15 cm土壤速效氮含量呈显著负相关。受田间小麦根系构型及中下层土壤速效氮含量影响,株高和茎基部节间维管束数量及三素(半纤维素、纤维素、木质素)含量是小麦倒伏风险的主要影响因子。

关键词：小麦倒伏株型维管组织养分供应

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黑麦草草帘浮床对农田排水中氮的去除效果

生态与农村环境学报 2022年第6期38卷 787-794页

作者：舒同周佳林段婧婧薛利祥冯彦房薛利红杨林章江苏大学环境与安全工程学院江苏镇江212013 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/江苏省食品质量安全重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地江苏南京210014

生态沟渠是农业面源污染治理的关键环节。自主研发黑麦草生态草帘并将其应用于生态沟渠中,探讨其对模拟农田排水中氮的去除效果并考察植物的生长状态。结果表明:致密型草帘外加5 kg·m^(-2)过筛细土培育的黑麦草长势最好。流水试验中,... 详细信息

生态沟渠是农业面源污染治理的关键环节。自主研发黑麦草生态草帘并将其应用于生态沟渠中,探讨其对模拟农田排水中氮的去除效果并考察植物的生长状态。结果表明:致密型草帘外加5 kg·m^(-2)过筛细土培育的黑麦草长势最好。流水试验中,低氮浓度〔ρ(TN)=8.16 mg·L^(-1)〕进水阶段,高流量(5.0 L·min^(-1),D1)和低流量(2.5 L·min^(-1),D2)下黑麦草草帘对NH_(4)^(+)-N去除率分别可达到56.8%和40.5%,高于无植物对照(25.6%),这可能是反硝化及植物拦截吸收等共同作用的结果;在高氮浓度〔ρ(TN)=20.53 mg·L^(-1)〕进水阶段,D1与D2对NH_(4)^(+)-N平均去除率有所下降,分别为44.6%和32.1%。整个流水试验阶段,黑麦草草帘对TN的平均去除率不高(13.1%~22.3%),且上、中、下层水之间均无显著差异。在ρ(TN)=8.16 mg·L^(-1)、进水流量为1.5~2.5 L·min^(-1)条件下黑麦草长势较好,且对NH_(4)^(+)-N去除效率较高。因此采用致密型草帘上覆一定细土进行育苗,制成的黑麦草草帘浮床可用于低氮负荷污染水体的拦截净化。今后可通过混播其他草种或增加草帘浮床覆盖率等方式进一步增强氮去除效率,提升其应用潜力。

关键词：生态沟渠氮黑麦草农业面源污染

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5种水生植物对模拟菜地径流中总氮和硝氮净化效果

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环境工程技术学报 2020年第3期10卷 406-413页

作者：邵凯迪段婧婧薛利红薛利祥周贝贝徐德福南京信息工程大学环境科学与工程学院农业部长江下游平原农业环境重点实验室江苏省农业科学院农业资源与环境研究所

近年来,太湖地区蔬菜大棚种植面积日益增加,高施肥量造成菜地土壤硝氮(NO-3-N)积累严重,夏季揭棚期菜地在降雨初期会产生高浓度NO-3-N(富硝)的地表径流。为净化菜地富硝地表径流,选取苦草、伊乐藻、黄花水龙、狐尾藻和铜钱草5种常见水... 详细信息

近年来,太湖地区蔬菜大棚种植面积日益增加,高施肥量造成菜地土壤硝氮(NO-3-N)积累严重,夏季揭棚期菜地在降雨初期会产生高浓度NO-3-N(富硝)的地表径流。为净化菜地富硝地表径流,选取苦草、伊乐藻、黄花水龙、狐尾藻和铜钱草5种常见水生植物,开展了模拟富硝地表径流的箱内净化试验。结果表明:在模拟径流总氮(TN)浓度为6.32~6.80 mg/L、NO3^--N浓度为4.76~5.09 mg/L时,5种水生植物在试验初期(第1周)均表现出较好的氮去除效果,TN和NO3^--N去除率分别超过80%和90%,试验后期(第3、4周)苦草、伊乐藻和铜钱草对TN、NO3^--N的去除率明显下降,而黄花水龙和狐尾藻仍保持较高的NO-3-N去除率(90%以上);在模拟径流TN浓度为15.62~18.00 mg/L,NO3^--N浓度为13.19~13.96 mg/L时,5种水生植物的生长均受到不同程度的胁迫,但黄花水龙和狐尾藻对氮去除能力显著高于其他植物;黄花水龙和狐尾藻具有较大的生物量,使其具有良好的氮去除能力,2种植物通过反硝化等途径去除的氮在不同处理间无显著差异,黄花水龙和狐尾藻较适宜净化富硝地表径流。

关键词：水生植物硝态氮菜地径流黄花水龙狐尾藻

氮肥类型及施用方式对节水抗旱稻田面水氮动态及产量的影响

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中国稻米 2016年第3期22卷 43-48页

作者：侯朋福薛利祥范立慧赵江宁薛利红杨林章俞映倞冯彦房何世颖江苏省农业科学院农业资源与环境研究所南京210014 南京农业大学农学院南京210095

采用大田试验,以旱优8号为试验材料,比较评价了节水灌溉条件下不同氮肥类型和施用方式对节水抗旱稻产量、经济效益、氮素吸收和田面水不同形态氮素动态变化的影响。结果表明,相同氮肥用量条件下,不同氮肥类型和施用方式的氮素吸收与产... 详细信息

采用大田试验,以旱优8号为试验材料,比较评价了节水灌溉条件下不同氮肥类型和施用方式对节水抗旱稻产量、经济效益、氮素吸收和田面水不同形态氮素动态变化的影响。结果表明,相同氮肥用量条件下,不同氮肥类型和施用方式的氮素吸收与产量高低无明显相关关系。在等氮量投入下,缓释肥配施无机化肥处理(SCU1)总吸氮量最高,氮收获指数(NHI)最低,造成了水稻对氮素的奢侈吸收,不利于高产群体的构建,产量相对较低;缓释肥一次性基施处理(SCU2)的NHI最高,且灌浆结实期作物生长率和比叶重较高,利于光合产物的积累,产量最高,显著高于纯化肥处理(增产18.28%);有机肥无机肥配施处理(OCN)的作物群体质量、产量和氮素吸收利用与单施无机化肥处理相比无明显差异。SCU1处理降低了基肥和分蘖肥期田面水总氮和铵态氮浓度,但增加了穗肥期的田面水氮浓度,而SCU2处理和OCN处理在3个施肥期内田面水总氮和氨态氮浓度均明显低于纯化肥处理,SCU2处理氮素浓度最低。综合成本效益分析,缓释肥一次性基施技术能够满足节水抗旱稻生长对氮素的需求,提高作物产量、经济效益和氮素利用效率,降低径流损失风险,是值得在太湖流域推广的一种施肥技术。

关键词：节水抗旱稻氮肥产量氮素利用效率田面水氮浓度

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稻田径流易发期不同类型肥料的氮素流失风险

农业环境科学学报 2017年第7期36卷 1353-1361页

作者：侯朋福薛利祥俞映倞江瑜汪吉东薛利红杨林章江苏省农业科学院农业资源与环境研究所南京210014 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

依据60年典型自然降雨资料分析了太湖地区稻田径流易发期,结合不同肥料减量运筹长期定位试验(2009年开始)近3年的径流监测数据,比较了径流易发期内不同处理的实际径流氮素控制效果。结果表明,太湖地区水稻生长前期降雨概率较大,6月21日... 详细信息

依据60年典型自然降雨资料分析了太湖地区稻田径流易发期,结合不同肥料减量运筹长期定位试验(2009年开始)近3年的径流监测数据,比较了径流易发期内不同处理的实际径流氮素控制效果。结果表明,太湖地区水稻生长前期降雨概率较大,6月21日—7月6日单日降雨概率均超过50%。从阶段统计结果来看,基肥期和蘖肥期(含基肥-蘖肥阶段)降雨概率和降雨量均明显高于穗肥期、蘖肥-穗肥阶段和穗肥后至成熟阶段,降雨概率分别达48.15%和49.81%,降雨量分别为12.81 mm和12.84 mm,均超过实际监测到径流的同期最低降雨量11.5 mm,产生径流可能性较大,是稻季径流易发期。从定位试验的实际产生径流和田面水氮素浓度结果来看,易发期径流和田面水氮素以铵态氮为主,硝态氮差异不显著。与常规用量分次施肥处理(CN)相比,化肥减量优化处理(RF)和有机无机减量配施处理(OCN)径流易发期径流氮素浓度分别较CN处理平均降低8.83%和19.18%。缓控释肥减量替代处理(SCU)的基肥期和基肥-蘖肥阶段径流氮素浓度和田面水氮素浓度明显高于其他处理,径流氮素浓度较CN处理分别增加了20.3%和11.72%,但蘖肥期径流氮素浓度减少30.72%。全有机肥减量替代处理(OF)肥期径流和田面水氮素浓度降低,其中基肥期径流氮素浓度较CN处理降低9.04%、蘖肥期降低28.53%,但基肥-蘖肥阶段氮素浓度较CN处理增加了19.7%,增加了氮素径流损失风险。不同氮肥减量措施能够降低易发期内不同阶段径流氮素浓度,但在径流易发期的径流氮素损失控制效果不能一概而论。

关键词：稻田径流易发期肥料类型氮素流失

掺混控释肥侧深施对稻田田面水氮素浓度的影响

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中国土壤与肥料 2019年第1期 16-21页

作者：侯朋福薛利祥周玉玲李刚华杨林章薛利红江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室江苏南京210014 南京农业大学农学院江苏南京210095

为了明确掺混控释肥侧深施对稻田氮素损失的控制效果,采用大田试验,以武运粳23号为试验材料,通过设置无机化肥常规用量分次施用(CN)、掺混控释肥梯度减量一次性基施(常规用量、减量10%、减量20%和减量30%)共5个处理,研究了掺混控释肥(R... 详细信息

为了明确掺混控释肥侧深施对稻田氮素损失的控制效果,采用大田试验,以武运粳23号为试验材料,通过设置无机化肥常规用量分次施用(CN)、掺混控释肥梯度减量一次性基施(常规用量、减量10%、减量20%和减量30%)共5个处理,研究了掺混控释肥(RBB)减量对太湖地区稻田田面水不同形态氮素浓度的影响及产量效益。结果表明,与无机化肥常规用量分次施用CN处理(270 kg/hm^2)相比,RBB减量10%～30%不会造成水稻减产。田面水氮素以铵态氮为主,无机化肥施用后田面水氮素浓度在施肥后1～2 d即达到峰值浓度,此后逐渐下降;掺混控释肥处理的3个肥期田面水氮素峰值浓度较低,均显著低于CN处理。由于田面水氮素以铵态氮为主,因此总氮均值浓度降低幅度与铵态氮较一致。其中,基肥期、蘖肥期、穗肥期田面水总氮均值浓度两年降低幅度分别为87.19%～93.87%(2015年)和76.93%～83.48%(2016年),69.74%～79.73%(2015年)和74.46%～87.52%(2016年),94.43%～96.69%(2015年)和95.52%～96.57%(2016年)。RBB减量能够降低前期(基肥期和蘖肥期)田面水氮浓度,总体呈随用量减少而降低的趋势。但减量幅度相近处理的田面水氮素浓度未呈现一致性规律变化。结果说明,RBB施用减少了太湖地区稻田肥期氮素流失风险,RBB肥料用量为189～216 kg/hm^2能够在保证水稻产量的前提下降低前期田面水氮素浓度,减少氮素流失风险。

关键词：水稻掺混控释肥减量产量田面水氮浓度