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京津冀地区农牧系统氮素损失风险优化调控

中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：杨颂祺张楠楠樊相文柏兆海王选董杰马林中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室中国科学院大学石家庄市城市水系园林中心南京大学环境学院

为满足人们日益增长的食物需求，农牧系统发展迅速。与此同时，该系统逐渐成为我国氮素环境损失的主要来源，但是区域间由氮素损失造成的环境风险特征却存在较大差异。因此，农牧系统的分区精准优化调控对我国农牧业绿色发展具有重... 详细信息

为满足人们日益增长的食物需求，农牧系统发展迅速。与此同时，该系统逐渐成为我国氮素环境损失的主要来源，但是区域间由氮素损失造成的环境风险特征却存在较大差异。因此，农牧系统的分区精准优化调控对我国农牧业绿色发展具有重要意义。鉴于此，本文基于京津冀地区农牧系统氮素损失进行了分区分步优化调控。本文分区优化主要根据不同地区损失风险特征选择匹配的减排技术; 分步优化则分为3个步骤: 1) 种养结合、2) 技术消减和3) 空间转移优化。通过以上方式可以更为精准地调控农牧系统氮素损失风险，并最大限度地实现农牧系统氮素管理的可持续发展。本研究结果发现，京津冀地区农牧系统通过分区分步优化调控，可大幅降低系统氮素环境损失风险。对于氨挥发风险来说，第一步种养结合可使京津冀地区中高风险区面积占比降低30.81%，种养结合条件下氮素损失消减技术应用可使中高风险区面积占比降低55.81%，第三步优化后使中高风险区面积占比降低58.42%，三步优化最终使得京津冀地区低风险及以下区县面积占比提高到90.37%; 对于硝酸盐损失风险来说，第一步优化使中高风险面积占比增加7.99%，第二步优化后使中高风险面积占比减低22.20%，第三步优化后中高风险区面积占比减低26.54%，最终使得京津冀地区低风险及以下的区县面积占比提高到83.85%。以上结果表明，京津冀地区农牧系统氮素管理水平可以通过分区分步精准调控得到大幅提升，其大范围的推广和应用，对未来农牧业绿色可持续发展具有重要意义。

关键词：氮素损失有机肥还田种养一体化技术优化空间优化

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鸡粪堆肥过程中氮素损失研究综述

广西师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期42卷 27-33页

作者：曹丽娜暴振康王岩李红丽郑州大学生态与环境学院河南郑州450001 河南省环境与资源国际联合实验室(郑州大学) 河南郑州450001

好氧堆肥是实现鸡粪资源化处理最主要的技术手段之一。然而在鸡粪堆肥过程中氮素损失较为严重,在降低肥效的同时,还引起严重的面源污染。本文总结影响鸡粪堆肥过程氮素损失的主要原因,并综述初始C/N、初始含水率、翻堆频率、添加剂种类... 详细信息

好氧堆肥是实现鸡粪资源化处理最主要的技术手段之一。然而在鸡粪堆肥过程中氮素损失较为严重,在降低肥效的同时,还引起严重的面源污染。本文总结影响鸡粪堆肥过程氮素损失的主要原因,并综述初始C/N、初始含水率、翻堆频率、添加剂种类对鸡粪堆肥过程氮素损失的影响,得出减少鸡粪堆肥氮素损失的最适初始C/N为20~25、初始含水率为60%~65%、翻堆频率为7天1次。复合添加剂较单一添加剂更能降低堆肥过程中的氮素损失。最后提出鸡粪堆肥未来方向的研究展望,为今后进行鸡粪堆肥过程中氮素损失的研究提供理论依据。

关键词：鸡粪好氧堆肥氮素损失工艺条件添加剂种类

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稻田氮素损失途径及影响因素研究进展

安徽农业科学 2024年第1期52卷 7-13页

作者：王磊河北省邢台水文勘测研究中心河北邢台054000

为了满足我国不断增长的粮食需求量,未来一段时间内稻田氮肥消耗量仍会持续增加,但现阶段我国氮肥回收利用率仅为30%左右,针对我国稻田氮素损失量大的现状,概述了稻田氮素三大损失途径,即氨挥发损失、硝化反硝化损失和氮素淋溶、径流损... 详细信息

为了满足我国不断增长的粮食需求量,未来一段时间内稻田氮肥消耗量仍会持续增加,但现阶段我国氮肥回收利用率仅为30%左右,针对我国稻田氮素损失量大的现状,概述了稻田氮素三大损失途径,即氨挥发损失、硝化反硝化损失和氮素淋溶、径流损失的现状及其环境效应,分析了农作措施、降雨、土壤类型及水稻基因型对稻田氮素损失的影响,结合近年来国内外学者的研究结果,提出了当前减少稻田氮素损失的对策,并对今后减少稻田氮素损失措施的研究提出展望。

关键词：稻田氮素损失环境效益对策

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添加硫酸对羊粪堆肥进程及氮素损失的影响

中国土壤与肥料 2022年第8期 231-238页

作者：赵旭车宗贤李娟卢秉林甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所甘肃兰州730070

为研究不同浓度硫酸对羊粪堆肥进程及氮素损失的影响,以羊粪和小麦秸秆为堆肥材料,分别配置浓度为1、2、3 mol/L的硫酸作为添加剂,采用条垛式堆肥进行50 d的试验,监测堆肥过程中的温度、pH值、EC值、种子发芽指数、C/N及氮损失率。结果... 详细信息

为研究不同浓度硫酸对羊粪堆肥进程及氮素损失的影响,以羊粪和小麦秸秆为堆肥材料,分别配置浓度为1、2、3 mol/L的硫酸作为添加剂,采用条垛式堆肥进行50 d的试验,监测堆肥过程中的温度、pH值、EC值、种子发芽指数、C/N及氮损失率。结果表明:添加硫酸处理的堆体温度升到50℃以上需要的时间比未添加硫酸的CK处理缩短4~6 d,堆体的高温保持时间随加入硫酸浓度的升高而延长,EC值、种子发芽指数随硫酸浓度的升高而增大,硫酸浓度为2和3 mol/L处理的种子发芽指数分别为83.0%和84.2%,堆肥产品的全氮含量分别比CK处理提高16.32%和13.16%。硫酸浓度为2 mol/L时,总氮损失率最低为24.03%,保氮效果最好。羊粪条垛堆肥过程中,分别在第0、10、20 d添加浓度为2 mol/L的硫酸2 L/m^(3),不仅可以加快堆肥腐熟进程,而且可以提高堆肥产品的全氮含量,保氮效果显著。本研究为硫酸添加剂应用于畜禽粪污堆肥生产优质有机肥提供理论依据。

关键词：羊粪硫酸浓度堆肥进程氮素损失

减氮配施硝化抑制剂与菌剂对温室黄瓜产量品质和土壤氮素损失的影响

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水土保持学报 2023年第4期37卷 267-277页

作者：赵宇晴杨迎田晓楠郭娇张丽娟郭艳杰李博文河北农业大学资源与环境科学学院河北保定071001 河北省农田生态环境重点实验室河北保定071001 华北作物改良与调控国家重点实验室河北保定071001 河北师范大学环境科技有限公司石家庄050000

通过探究减氮配施硝化抑制剂DMPP与微生物菌剂及二者联合施用对温室黄瓜土壤氮素各主要途径损失及黄瓜对氮素吸收利用的影响,并结合黄瓜产量和品质,旨在筛选出温室黄瓜生产的适宜氮素损失调控措施。以黄瓜品种“津绿20-10”为试验材料... 详细信息

通过探究减氮配施硝化抑制剂DMPP与微生物菌剂及二者联合施用对温室黄瓜土壤氮素各主要途径损失及黄瓜对氮素吸收利用的影响,并结合黄瓜产量和品质,旨在筛选出温室黄瓜生产的适宜氮素损失调控措施。以黄瓜品种“津绿20-10”为试验材料进行田间小区试验,设置6个处理,分别为不施氮对照(CK)、常规施氮(CN)、减氮(RN)、减氮+DMPP(RND)、减氮+微生物菌剂(RNM)、减氮+DMPP+微生物菌剂(RND+M)。监测分析了土壤氧化亚氮(N 2 O)排放、氨(NH 3)挥发和土壤剖面硝态氮(NO_(3)^(-)-N)累积量,以及黄瓜对氮素的吸收利用、产量和品质指标。结果表明:(1)与CN相比,RN、RND、RNM和RND+M能够促进黄瓜对氮素的吸收和利用,提高氮素利用率。等氮条件下,RND+M可使黄瓜地上部植株氮素总吸收量增加18.93%,尤其是氮肥表观利用率(REN)和农学效率(AEN),分别达到25.30%和41.16 kg/kg(p氮素在土壤中的累积和淋失风险,但增加NH 3挥发风险(p>0.05),总体表现为RND≈RND+M≥RNM≈RN。(3)RND+M处理产量为70.32 t/hm^(2),节本增收较RN增加5150元/hm^(2),且其在提高黄瓜果实品质方面效果较明显,可溶性蛋白含量较RN及RNM处理分别提高16.36%与4.01%。综合经济效益和环境效益,尤其是土壤可持续发展角度考虑,试验条件下,追施氮素316 kg/hm^(2),同时配施2%纯氮量的DMPP与75 L/hm^(2)菌剂,是实现温室黄瓜增产提质、绿色高质量发展的适宜氮素损失调控措施。

关键词：硝化抑制剂微生物菌剂温室黄瓜氮素损失氮肥利用率

不同初始pH对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响

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土壤 2023年第3期55卷 587-595页

作者：陈广银吴佩董金竹王恩慧郑嘉伟安徽省水土污染治理与修复工程实验室安徽芜湖241002 安徽师范大学生态与环境学院安徽芜湖241002

为减少猪粪水贮存过程中氮素损失,提高还田安全性,采用酸化贮存技术,以磷酸为酸化剂,比较了不同初始p H对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响。结果表明:试验用猪粪水中重金属浓度大小顺序为:Cu>Pb>Zn>Cd>As,贮存后重金属浓度均降低,符... 详细信息

为减少猪粪水贮存过程中氮素损失,提高还田安全性,采用酸化贮存技术,以磷酸为酸化剂,比较了不同初始p H对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响。结果表明:试验用猪粪水中重金属浓度大小顺序为:Cu>Pb>Zn>Cd>As,贮存后重金属浓度均降低,符合GB/T 40750—2021《农用沼液》标准,但贮存180 d后猪粪水氮素损失率达68.55%,贮存后猪粪水中氮素以氨氮为主,占比达51.73%;猪粪水酸化p H与酸化剂用量的相关性公式为:y=–3.3113x+22.999,R2=0.985;酸化贮存大幅减少了猪粪水氮素损失,损失率较对照降低了5.98~62.77个百分点,且贮存后氨氮在总氮中占比大幅提高24个百分点以上,酸化贮存保氮效果与pH负相关;磷酸酸化提高了猪粪水总磷和水溶性磷浓度,增加幅度与磷酸用量正相关;酸化贮存后猪粪水EC值、Cd和Pb浓度偏高,抑制小麦根和茎生长,其负面效应与贮存p H负相关;酸化贮存降低了猪粪水Cu浓度,Cu浓度与pH正相关,对As和Zn的作用无明显规律。综上,建议将猪粪水pH调至6.0后贮存,其酸化剂成本为每吨13.89元。

关键词：酸化贮存氮素损失 pH 猪粪水氨挥发

耐高温纤维素降解菌对高温处理的动物尸体堆肥过程中氮素损失的影响

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华中农业大学学报 2022年第4期41卷 36-42页

作者：单亚静吴坤坦高健玮杨旭晨郑嵘华中农业大学动物科学技术学院武汉430070

为探究纤维素降解菌在堆肥腐熟中的应用效果,试验将高温处理后的畜禽尸体与秸秆混匀后,分为不添加菌剂的对照组和添加1%的耐高温纤维菌(Parageobacillus thermoglucosidasius)的菌剂组,采用好氧静态通风的方式堆肥28 d,测定堆肥过程中... 详细信息

为探究纤维素降解菌在堆肥腐熟中的应用效果,试验将高温处理后的畜禽尸体与秸秆混匀后,分为不添加菌剂的对照组和添加1%的耐高温纤维菌(Parageobacillus thermoglucosidasius)的菌剂组,采用好氧静态通风的方式堆肥28 d,测定堆肥过程中的理化参数(温度、pH、含水率、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、总碳和总氮)和氮素转化功能基因拷贝数的变化等氮素损失相关的指标。结果显示,菌剂组的铵态氮含量和亚硝态氮含量均显著高于对照组,但最终总氮含量菌剂组低于对照组。堆肥前期对照组的nirK拷贝数显著高于菌剂组,且与NH4+含量显著正相关;菌剂组的nirS拷贝数极显著高于对照组,且与NO_(3)^(-)含量极显著正相关。堆肥中期,对照组的narG拷贝数极显著高于菌剂组,且与NH4+含量相关性接近显著水平(P=0.064);堆肥后期,对照组的nosZ拷贝数极显著高于菌剂组。以上结果表明,耐高温纤维素降解菌主要通过氨氧化作用和反硝化作用在堆肥的前期来改变堆体的氮素循环,但也会促进反硝化作用导致氮素损失的增加。

关键词：畜禽尸体高温处理堆肥氮素损失纤维素降解菌

腐植酸基质缓释尿素对氮素淋失和氨挥发的阻控

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植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 801-811页

作者：徐宇帆申亚珍张文太岳艳军杨博兰徐灵颖赵旭新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室/常熟农田生态系统国家野外科学观测研究站江苏南京210008 河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡453731

[目的]基质缓释型氮肥(控失尿素)降低氮素释放的功能主要通过控失剂降低肥料中尿素的释放和在土壤中的转化而实现。腐植酸含有大量功能基团,施入土壤后可减少氮素的转化。本研究尝试了用腐植酸替代部分控失剂来改善基质缓释型氮肥对氮... 详细信息

[目的]基质缓释型氮肥(控失尿素)降低氮素释放的功能主要通过控失剂降低肥料中尿素的释放和在土壤中的转化而实现。腐植酸含有大量功能基团,施入土壤后可减少氮素的转化。本研究尝试了用腐植酸替代部分控失剂来改善基质缓释型氮肥对氮素的固持功能。[方法]共采集了6种氮肥进行试验,包括普通尿素(urea,U)、控失剂添加比例分别为4%、6%、8%的3个基质缓释氮肥(LU1、LU2、LU3,LU-Loss-control urea),以3.5%腐植酸等量替代LU2处理中的控失剂制备的腐植酸基质缓释氮肥(humic acid/loss-control urea,HLU),以及添加了抗结剂(主要成分为纳米碳粉)的腐植酸基质缓释氮肥(humic acid/loss-control urea with antisetting agent added,HLUA)。室内淋溶试验以不添加氮肥为对照,将6个肥料样品埋入土壤后,连续15天收集淋洗液,分析全氮、硝态氮和铵态氮含量,并采用氨气检测管法测定氨挥发速率。采用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)和X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、热重分析(thermogravimetric analysis,TG)、比表面积吸附(Brunauer-Emmett-Teller,BET),分析了控失剂、尿素、基质缓释尿素和腐植酸基质缓释尿素的化学结构、孔隙结构以及热性质。[结果]随着控失剂(control release agent,CLA)含量的增加,基质缓释尿素对氮素的固持作用增强,淋失和氨挥发量降低。与尿素(U)相比,LU1、LU2、LU3、HLU、HLUA的全氮累积淋溶量分别降低了24.5%、32.2%、34.9%、31.5%和32.2%,累积氨挥发量分别降低了13.1%、24.3%、27.1%、28.0%和29.5%。HLU、HLUA处理的氮素淋失和氨挥发量与LU2处理没有显著差异。化学结构表征分析表明,控失剂的主要成分凹凸棒土和腐植酸都与尿素形成了强度相当的分子间氢键,纳米碳粉与尿素间无氢键形成。在腐植酸基质缓释尿素中加入少量防结剂纳米碳粉,对其分子内氢键强度、热稳定性以及氮素淋失和氨挥发特征均没有显著影响。[结论]在尿素中加入腐植酸、控失剂和防结剂制备的腐植酸基质缓释尿素,不仅加工和储存中不易粘连,具有较低的氮素淋失和氨挥发损失风险,还可作为一种兼具改良障碍土壤的多功能缓释肥料使用。

关键词：基质缓释肥料腐植酸尿素缓释肥料氮素损失氨挥发

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麦后复种绿肥对氮素损失的应激效应研究

麦后复种绿肥对氮素损失的应激效应研究

作者：李明娟青海大学

学位级别：硕士

为探究麦后复种绿肥毛叶苕子节肥效应及氮素的转化和去向,本文通过研究100%、85%、70%、55%、0%的施肥梯度下,单施化肥以及复种翻压绿肥毛叶苕子对土壤中的不同形态的氮关于植物吸收、NH排放、NO排放、氮素淋溶等四个主要损失途径研究,... 详细信息

为探究麦后复种绿肥毛叶苕子节肥效应及氮素的转化和去向,本文通过研究100%、85%、70%、55%、0%的施肥梯度下,单施化肥以及复种翻压绿肥毛叶苕子对土壤中的不同形态的氮关于植物吸收、NH排放、NO排放、氮素淋溶等四个主要损失途径研究,动态分析了减施化肥以及复种翻压绿肥毛叶苕子对植物的氮素吸收、不同阶段NH挥发、NO排放、不同土层铵态氮含量及硝态氮含量、硝态氮累积量、全氮、碱解氮含量,揭示了土壤中不同形态氮在数量和质量上的变化特征,为合理利用有机物料、无机肥料等资源提供了理论依据,为减少农业生产对环境的影响提供了科学依据。(一)在保证小麦不减产的情况下,100%化肥处理与70%化肥+翻压绿肥处理处理相当,即翻压绿肥可等效替代30%的化肥。施用化肥或翻压绿肥可以显著提高小麦植株各个器官的含氮量,但不管是单施化肥还是翻压绿肥,小麦植株各器官的含氮量均表现为:叶含氮量>茎含氮量>籽粒含氮量>颖壳含氮量。(二)在整个小麦季,同一施氮水平下,翻压毛叶苕子与不翻压毛叶苕子处理相比,NH挥发速率及NH挥发累积量差异不显著;不同的施氮水平下,NH挥发速率及NH挥发累积量随着施氮量的增加而增加。(三)施肥量和翻压毛叶苕子是影响NO排放速率和NO累积量的主要因子,不同施肥梯度下,随着施肥量的增大,NO排放速率及NO累积量明显变大,同一施肥梯度下,翻压毛叶苕子显著提高了NO排放速率及NO累积量(P0.05),单施化肥处理的硝态氮累积主要在0～100 cm土层中。施肥可以显著提高土壤的硝态氮总累积量(P<0.05),其随着施肥量的升高而升高。在同一施肥梯度下,翻压绿肥处理与单施化肥相比硝态氮总累积量无显著差异。小麦各生育期的土壤中,同一施肥梯度下,翻压绿肥处理的全氮、碱解氮在0～20 cm土层的含量均高于单施化肥处理。土壤的全氮和碱解氮含量均随着土层的加深而逐渐降低,与不施肥相比,无论是翻压绿肥还是施加化肥均可增加土壤的碱解氮含量。

关键词：翻压绿肥毛叶苕子氮素损失 NH3挥发