三峡库区小流域农户氮循环和排放特征

中国农业生产是以农户为单位进行的,农户氮素利用及平衡对农业生产和农村环境有非常重要的影响.本研究选择三峡库区秭归县张家冲小流域,对农户农田氮肥施用量、农户购买的饲料与食物、人畜粪便排放等进行了调查,并对农户氮素循环特征进行了分析.结果表明,根据该流域农户氮素流动的特点,可将其分为养殖型农户、柑橘种植户、茶叶种植户、蔬菜种植户、传统种植户5种类型;其氮素负荷大小顺序为养殖型农户蔬菜种植户柑橘种植户茶叶种植户≈传统种植户,以氮计分别为(363±129)、(355±127)、(345±107)、(152±60)和(151±73)kg.(hm2.a)-1;不同农户农田氮素循环分析表明,单位面积农田氮盈余变化在(102±68)~(303±134)kg.(hm2.a)-1之间,大小顺序为蔬菜种植户柑橘种植户茶叶种植户养殖型农户≈传统种植户,分别为(303±134)、(262±100)、(111±46)、(102±68)和(103±67)kg.(hm2.a)-1;在农户氮负荷中,居民生活排放的氮占28%,农田氮盈余占72%,说明农田是主要的氮污染源,生活污染也是不可忽视的.该地区的养殖型农户、蔬菜种植户和柑橘种植户对水体质量威胁较大,是氮素污染重点防治对象;实地调查农户生产与生活的方法能清晰地明确农业生态系统中氮循环的不同环节和估算循环流量,有利于揭示区域氮素循环特征.     

耕作制度对河北农业生产系统氮流的影响

为了解耕作制度对北方农田-畜禽养殖系统氮素梯级流动的影响,文章运用STELLA软件构建氮素流动模型,估算河北典型县2000-2015年间农田生产和畜禽养殖系统的氮素输入和输出通量及其利用效率,探讨耕作制度对其的影响。通过情景分析研究耕作制度变化对氮素利用率的影响,提出氮素管理措施。结果表明:2000-2015年间,该县农田生产系统氮输入量增加了24.25%,氮肥利用率由24.26%增长至34.32%;畜禽养殖系统氮输入量增加了67.78%,饲料氮利用率由41.62%增至55.43%。研究发现:若改变现有耕作制度:氮肥施用量可减少50%;若提高10%饲料利用率,可分别使农田生产系统和畜禽养殖系统氮利用率提高44.69%和18.69%。研究结果对河北农业发展具有指导意义。     

太湖地区农田氮素非点源污染及环境经济分析

通过计算1987～1988年和1995～1996年两个年段中氮素对太湖水体使用功能的污染损失率以及农田氮素对人太湖总氮的贡献率,求得农田氮素造成太湖的经济损失值。采用边际分析方法,分析农田氮素在1987～1996年间的边际外部成本。用环境经济学的观点重新认识农业生产函数中氮肥成本的内涵,即把外部成本考虑在内,在此基础上求得该地区农业持续发展的农田合理施氮水平——生态经济施氮量为327.82～371.61kg/(hm~2·a)。     

黄土高原丘陵沟壑区岔口小流域氮素平衡及其环境影响

黄土高原丘陵沟壑区岔口小流域是以种植业为主的农业小流域。利用获取的数据及相关文献,借助GIS工具,建立适合研究区域的农田氮素养分收支平衡模型。结果表明:2012年研究时段内流域氮素输入量为946.16t/a,输出量为600.16t/a。化肥氮输入是氮素主要来源,占64.05%;而作物收获是氮输出的主要方式,占69.81%。通过对岔口小流域农田氮素收支平衡进行分析,预测出农田氮负荷对该流域水体环境及地下水的潜在威胁,对该区域的农田非点源氮污染的预防与治理具有参考价值。     

东北三省畜禽养殖环境风险时空特征

以东北三省土壤、水体的环境保护为出发点,基于研究区192个县畜禽养殖量数据,采用畜禽单元和养分排泄系数法,通过AD(畜禽养殖密度),粪便TN、TP耕地负荷来评估三期(2000年、2005年和2010年)不同尺度(省、县和流域)下畜禽养殖的潜在环境风险,并对其环境风险进行综合评价. 结果表明:①三期东北三省畜禽养殖的环境风险在2005年最为显著,基中AD达到Ⅲ级(AD>2.00 AU/hm2)的县市高达54个,畜禽粪便TN、TP耕地负荷达到Ⅳ级水平的县市共有50个,2010年有所缓解,而2000年最低;②三省中辽宁省畜禽养殖的环境风险最高(三期该省AD均大于2.00 AU/hm2,畜禽粪便TN、TP耕地负荷均分别在115和15 kg/hm2以上),吉林省次之,黑龙江省较低;③分县畜禽养殖密度及粪便TN、TP耕地负荷较高的区域主要集中在松花江水系南部以及辽河流域的大部分地区,具体行政区域为吉林省中南部和辽宁省大部,而黑龙江省有继续发展的空间.      

基于二污普数据果菜茶畜禽粪污氮承载评估

为评估我国各省份果菜茶种植对当地畜禽粪污承载消纳能力,基于各省份果菜茶产量数据与第二次全国污染源普查结果分别核算了畜禽粪肥氮需求量和供给量,以粪肥替代化肥比率为0.4和0.5两种情景评估了各省份果菜茶种植粪肥氮承载消纳情况.结果表明:①全国果菜茶种植氮素平均需求量为358.7 kg/hm2,畜禽养殖业粪肥氮素产生量为463.3×104 t,供给量为277.97×104 t.果菜茶单位种植面积粪肥氮素供给量全国平均值为126.37 kg/hm2.②粪肥替代化肥比率为0.4时,全国果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量为143.5 kg/hm2,各省份粪肥氮养分承载压力系数在0.21~2.99之间,平均值为0.78.③粪肥替代化肥比率为0.5时,全国果菜茶单位种植面积粪肥氮养分需求量为179 kg/hm2,各省份粪肥氮养分承载压力系数在0.17~2.39之间,平均值为0.63.研究显示,粪肥替代化肥比率在0.4和0.5条件下,全国大部分省份畜禽粪肥氮养分提供量未超过本区域果菜茶种植的肥料所需.各省份畜禽养殖业可提供的粪污全部用于区域内果菜茶作物施肥,全国有22个省份粪肥替代化肥的比率在0.4之内.      

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

洪湖流域半封闭池塘河蟹养殖氮磷污染负荷研究

选取洪湖流域半封闭池塘河蟹养殖区域为调查样本,针对一个养殖周期内6个监测点位(1个背景点,3个养殖水体点,2个纳污水体点)TN、TP值进行监测分析。监测结果表明,养殖准备期(12月～1月),养殖水体TN、TP值与同期背景值没有明显差异;养殖中后期(3月～10月),养殖水体和纳污水体TN、TP均明显高于同期背景值,大部分为劣Ⅴ类水质。按5～10月份养殖水体TN、TP实测值进行化学分析法估算,一个养殖周期内养殖水体TN、TP污染负荷为27.61kg/hm2、7.33kg/hm2,则洪湖流域半封闭池塘河蟹养殖排放的TN、TP污染负荷约为269.11t/a、71.46t/a。另据对样本区域养殖生产过程的调查,按物料平衡法估算的TN、TP污染负荷为57.61kg/hm2、11.60kg/hm2,而洪湖流域半封闭池塘河蟹养殖TN、TP污染负荷约为561.51t/a、113.06t/a。     

大兴区农用地畜禽粪便氮负荷估算及污染风险评价

利用畜禽养殖的统计数据计算了畜禽粪便养分含量,利用畜禽粪便养分空间化方法实现了畜禽粪便养分从统计数据到农用地养分的转换,在此基础上,结合农用地面积计算出农用地畜禽粪便氮负荷量,并以北京市大兴区为例实现了以地块为单元的畜禽粪便氮负荷估算及污染风险评价,最后以农用地土壤耕层和亚耕层中水解氮含量及变化进一步说明了畜禽粪便对土壤环境污染风险.结果表明,2005年大兴区农用地氮负荷平均值为214.02 kg/hm2,最小值仅为10.64 kg/hm2,最大值达到5 996.26 kg/hm2,有近一半的农用地受到了不同程度的畜禽粪便氮污染威胁,占大兴区总农用地个数的42.14%,这些受污染威胁农用地地块面积小、养分需求少且主要分布在居民地和规模养殖场附近.耕层及亚耕层的水解氮变异系数分别为64.3%和53.65%,耕层及亚耕层的水解氮平均值分别为65.93μg/g和45.25μg/g,富集系数(耕层/亚耕层)为1.46,变异系数和富集系数进一步说明了畜禽粪便对土壤环境存在的污染风险及对环境的影响程度.     

黄土高原坝系流域干湿季交替下氮输出特征及其源解析:以羊圈沟为例

本研究通过对干湿季氮湿沉降过程、降雨过程及基流过程进行动态监测,分析干湿季交替下降雨及基流过程的各形态氮浓度变化,探讨黄土高原坝系流域氮湿沉降对流域氮输出的影响并利用同位素方法解析氮输出来源.结果表明,2015年湿季(7、8月)共11场降雨,产生的氮湿沉降负荷约达814.18 kg,氮沉降通量约为4.26 kg·hm-2;干季(9月)共3场降雨,产生的湿沉降负荷约达155.58 kg,氮沉降通量为0.83 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性.通过对其中4场降雨过程进行动态分析发现,不同降雨强度对水体氮输出过程影响不同,4场降雨对流域水体的氮贡献量为16.94 kg.降雨径流氮输出负荷占流域水体氮输出负荷的比率为14.45%~64.84%,说明降雨对流域水体氮输出贡献很大.羊圈沟坝系流域δ15N变化范围较大,为-0.844‰~12.791‰,δ18O值在8.166‰~15.115‰范围内波动.     

基于GIS的安徽省耕地畜禽养殖废弃物氮负荷估算及污染潜势研究

利用2012年安徽省各县市区的畜禽养殖统计数据及耕地面积,估算了安徽省畜禽养殖废弃物氮负荷,并利用德尔菲法和层次分析法确定了安徽省耕地畜禽养殖废弃物氮养分污染潜势评价的影响因素及权重,在此基础上,利用GIS空间分析技术对安徽省耕地畜禽养殖废弃物氮养分污染潜势进行了评价分析。结果表明,2012年安徽省的耕地畜禽养殖废弃物氮负荷分布很不均匀,最大值为217.08kg/hm~2,最小值24.27kg/hm~2,平均值为81.99kg/hm~2。绝大部分县市区都未超过170kg/hm~2的限量标准,但太湖县、歙县、砀山县和宁国市分别达到了217.08、212.76、197.82和192.95kg/hm~2。从空间特征看,安徽省各县市区耕地畜禽养殖废弃物氮养分污染潜势评价结果差异较大,大部分区域都属于一般等级以下,污染潜势高的区域主要分布在安徽省的东南部及西部的山地丘陵区,主要包括宁国市、歙县和太湖县,污染潜势较高的区域有长丰县、休宁县、绩溪县、黄山市市辖区、金寨县、岳西县、明光县及潜山县的部分区域。     

太湖重污染区麦季养分输入与流失规律研究

为了识别太湖流域重污染区典型麦季污染物流失规律,以田间单元为研究对象,研究了麦季不同施肥处理条件下营养元素的输入和流失与降雨的关系。结果表明,大气湿沉降和施肥输入氮素190.23 kg/hm2,磷素19.12 kg/hm2;优化施肥-秸秆还田处理条件下COD、总氮和总磷平均流失量均小于常规施肥处理,而小麦产量有一定增加,说明采用深施化肥可以降低营养元素的流失,而秸秆还田措施对小麦产量的增加有一定帮助;径流流失中氮的形态以硝态氮为主,硝氮、氨氮平均浓度分别占总氮浓度的85.8%和4.84%,所以重污染区农田径流污染应着重考虑硝态氮的处理。文章研究结果可为太湖流域重污染区农田径流流失的治理提供基础性支撑。     

秸秆源黑炭还田对水稻土生产力和固碳的影响

为揭示秸秆源黑炭连续还田对太湖平原稻麦轮作农田土壤生产力和固碳作用的影响,设黑炭施加量为0(CK)、4.5和9.0t/hm23个处理,通过2a 4个完整稻麦轮作季的盆栽试验,研究了稻秆来源黑炭每季还田下的稻麦作物产量.养分吸收状况及土壤理化性质的变化. 结果显示,土壤w(TOC)(TOC为总有机碳)和w(全N)随黑炭施加量的增加而增加. 每季黑炭施加量为9.0t/hm2时,土壤w(TOC)和w(全N)可分别提高46.7%~113.0%和9.3%~28.3%. 黑炭施入土壤后能够提高稻麦作物地上部分生物量,籽粒产量增加11.4%~60.5%,秸秆产量增加15.0%~56.8%. 黑炭处理下稻麦作物体内N、P、K、Mg和Ca的累积量显著提高,这一现象与每季结束后土壤w(全N)以及土壤有效元素含量〔w(有效P)、w(有效K)、w(有效Mg)和w(有效Ca)〕的增加相吻合. 黑炭施入可显著提高土壤pH和CEC(阳离子交换量),尤其是黑炭施加量为9.0t/hm2时,pH最高可达6.79,CEC最高达到12.7cmol/kg. 连续三季施入黑炭后,土壤容重比不施黑炭处理降低8.0%~12.2%. 试验结果表明,秸秆来源黑炭施入太湖平原稻麦农田可起到固碳增汇、增加土壤碳库容量的作用,也能改善土壤理化性质,提高土壤生产力.      

大型浅水湖泊水质模型边界负荷敏感性分析

为探究太湖水质对外源负荷削减的时空响应分异性,阐明不同入湖水量和污染来源条件下对应的外源削减侧重点,基于EFDC模型构建太湖水质模型,将太湖入湖边界划分为7组,以COD和氨氮为输出目标,采用局部敏感性分析方法进行太湖水质边界敏感性分析.结果表明,各湖区的COD和氨氮改善响应特点为自削减边界向外围递减,边界敏感性指数均为西北湖区最高.枯水期削减条件下COD浓度改善率比丰水期低28.40%~34.71%,边界敏感性排序为西北湖区边界 > 竺山湖边界 > 贡湖边界 > 梅梁湾边界 > 西南湖区边界 > 东部湖区边界 > 东太湖边界;枯水期削减条件下氨氮浓度改善率比丰水期高41.59%~42.34%,边界敏感性排序为西北湖区边界 > 梅梁湾边界 > 竺山湖边界 > 贡湖边界 > 西南湖区边界 > 东太湖边界 > 东部湖区边界.因此,在进行大型湖泊外源污染防控决策时,需要根据不同水质考核指标综合考虑削减的时期和入湖河流位置.     

生物炭对菜地土壤氮平衡及酸碱缓冲能力的影响

针对太湖地区菜地化肥氮投入量较大导致氮淋失严重及土壤酸化的现状,选取太湖地区的菜地土壤,利用盆栽试验连续种植三季小白菜,结合生物炭埋袋回收技术,研究不同化肥氮施用量(以N计,0和110 mg/kg)及生物炭添加量(w为0%、1%、2%和5%)对土壤氮淋失及酸碱缓冲能力的影响. 结果表明:在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,与无生物炭添加相比,生物炭添加量为2%时可使作物对土壤矿质态氮的利用效率提高约1倍(由41%增至81%),因化肥氮施用引起的土壤氮素残留量降低83%;生物炭添加可有效减少48%~65%的土壤氮淋失量,当添加量为1%、2%时,生物炭主要通过削减淋失液中ρ(TN)来降低土壤氮淋失量;添加量为5%时,则主要通过削减淋失液体积来实现. 无论是否添加化肥氮,生物炭均能有效维持土壤原有的pH、w(有机质)及w(盐基离子);促使土壤酸碱缓冲能容量增加22%~37%,致酸速率降低17%~80%,显著提升了土壤的酸碱缓冲能力. 研究显示,在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,生物炭添加量为2%时能对土壤酸化产生较好的缓冲效果.      

太湖底泥沉积物释放规律研究

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,通过矩形水槽试验模拟了太湖不同流速下的沉积物释放,并结合太湖悬浮物模型进行推算,获得了底泥沉积物再悬浮通量与风速之间的定量关系。结果表明:太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为15、30和40 cm/s;底泥沉积物再悬浮通量与风速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随风速增大而增大,且相关性较好。该方法为太湖内源释放量估算及富营养化治理提供参考依据。     

基于种养平衡的杭州市畜禽养殖环境承载力研究

种养结合循环利用是生态化、资源化解决畜禽规模养殖粪污排放问题的根本途径。论文以土壤有效氮、磷含量预测土壤供肥能力,结合种植和养殖业年度统计数据,利用修正的养分平衡法估算杭州市畜禽养殖环境承载力,并分析杭州市各县市畜禽养殖污染风险。结果表明：2014年杭州市畜禽养殖环境承载力以氮、磷计分别为18.20和 18.29头猪当量/hm²,实际承载量分别为13.26和12.70头猪当量/hm²,污染风险指数分别为0.73和0.69,说明杭州市整体处于畜禽养殖低污染风险状态,但各县市的污染负荷差异显著,市区等4个县市属于过量承载,存在较高的污染风险,富阳等4个县市仍有一定的承载潜力。研究结果可为杭州市种养业平衡整体规模配置、布局调整和粪污消纳等决策提供科学依据。     

江苏太湖流域畜禽养殖及农业氮磷污染防治示范区构建技术研究

畜禽养殖废弃物及农业氮磷流失造成的环境面源污染已经成为太湖流域湖泊和水体污染的主要来源之一.通过现场勘查、文献查阅、实地调研等方法,对以太仓为代表的江苏太湖流域畜禽养殖及农业氮磷流失造成的农村生态环境污染问题进行了分析,研究提出了污染防治示范区构建的指导思想、基本原则、技术路径、技术及模式创新点,用五大发展新理念指导污染防治示范区构建,创新畜禽养殖废弃物及农业氮磷污染防治的产业化模式、区域分散畜禽粪便收集服务的社会化体系、覆盖农业氮磷污染防治全程的可控化技术体系.