1、黃河上游灌區(qū)水稻中高產(chǎn)區(qū)過(guò)量施肥現(xiàn)象十分突出，氮肥過(guò)量引起土壤氮素盈余，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境構(gòu)成直接或潛在威脅。稻田氮素氣態(tài)損失是灌區(qū)農(nóng)田氮素流失的主要途徑之一，氮肥過(guò)量施用加劇了氮素的氣態(tài)損失，由氮素氣態(tài)損失引起的大氣氮沉降成為灌區(qū)地表水氮污染的重要來(lái)源，氮素氣體排放引起的增溫潛勢(shì)不容忽視。為了實(shí)現(xiàn)灌區(qū)糧食增產(chǎn)和環(huán)境友好的雙贏目標(biāo)，迫切需要探明灌區(qū)稻田氮素的氣態(tài)損失特征及減少氮素氣態(tài)損失的有效途徑。
　　 本研究選擇黃河上游灌區(qū)具有

2、代表性的寧夏引黃灌區(qū)靈武試驗(yàn)區(qū)，于2009-2010年開(kāi)展大田小區(qū)試驗(yàn)和15N微區(qū)示蹤試驗(yàn)，通過(guò)大田原位監(jiān)測(cè)，揭示了不同氮肥運(yùn)籌下稻田氨揮發(fā)和N2O排放的動(dòng)態(tài)分布特征，估算了氮素氣態(tài)損失量，評(píng)價(jià)了稻田氮素?fù)p失對(duì)環(huán)境的污染及大氣增溫效應(yīng)；利用15N示蹤法及農(nóng)田系統(tǒng)氮素質(zhì)量平衡法，研究了稻田氮肥去向和稻田系統(tǒng)氮素平衡及損失風(fēng)險(xiǎn)。本研究田間小區(qū)試驗(yàn)設(shè)置了5個(gè)處理，分別為常規(guī)氮肥300 kg/hm2水平下的單施尿素(N300)和有機(jī)肥(豬糞)與

3、尿素氮肥配合施用(N300-OM)的2個(gè)處理、優(yōu)化氮肥240 kg/hm2水平下的單施尿素(N240)和有機(jī)肥(豬糞)與尿素氮肥配合施用(N240-1/2OM)的2個(gè)處理和不施氮肥(CK)處理。微區(qū)15N示蹤試驗(yàn)選擇其中單施尿素的N300、N240和N0(CK)共3個(gè)處理。氨氣的捕獲采用密閉間歇式抽氣，硼酸吸收，標(biāo)準(zhǔn)酸滴定法；N2O氣體采用密閉靜態(tài)暗箱法采集、氣相色譜法檢測(cè)；同時(shí)在作物生長(zhǎng)季監(jiān)測(cè)雨水和灌溉水帶入稻田的無(wú)機(jī)氮素?；诒O(jiān)測(cè)和

4、測(cè)定值計(jì)算灌區(qū)稻田生長(zhǎng)季氨揮發(fā)損失累積量和N2O排放累積量，分析計(jì)算稻田氮素分布特征及氮素利用和損失。研究獲得以下主要結(jié)論：
　　 1.黃河上游灌區(qū)稻田氮素氨揮發(fā)損失是氮素?fù)p失的主要途徑之一。高氮肥施用會(huì)顯著增加稻田氮素氨揮發(fā)損失量，有機(jī)肥配施及氮肥優(yōu)化減量可顯著降低稻田氨揮發(fā)損失量及肥料氮氨揮發(fā)損失百分率。在習(xí)慣灌水和習(xí)慣高氮肥300kgN/hm2水平下，稻田氨揮發(fā)損失氮素高達(dá)94.1kgN/hm2，較其它處理差異顯著(p<0

5、.05)；與N300處理比較，N300-OM處理的累積氨揮發(fā)損失量減少了17.4 kgN/hm2；優(yōu)化施氮240kgN/hm2水平下，N240-1/2OM和N240處理的累積氨揮發(fā)損失量分別降低了22.7 kgN/hm2和26.5 kgN/hm2，方差分析差異顯著(p<0.05)。在黃河上游灌區(qū)習(xí)慣肥水管理水平下，投入稻田的肥料氮通過(guò)氨揮發(fā)損失量達(dá)66.5 kgN/hm2，通過(guò)氨揮發(fā)損失的肥料氮占施氮量的22.2％，灌區(qū)稻田每年通過(guò)氨揮

6、發(fā)損失的氮素量高達(dá)1693.8×104kgN/a，每年由稻田氨揮發(fā)損失形成的大氣干濕沉降氮達(dá)1242.5×104～1524.4×104kg N/a，稻田生長(zhǎng)季每年由于氨揮發(fā)損失引起的大氣干濕沉降氮，對(duì)灌區(qū)地表和水體的氮污染產(chǎn)生極大威脅。
　　 2.黃河上游灌區(qū)水稻生長(zhǎng)季N2O排放不是稻田氮素?fù)p失的主要途徑，但其增溫潛勢(shì)不容忽視。灌區(qū)稻田不同施氮水平下，水稻整個(gè)生長(zhǎng)季土壤N2O排放總量為2.64～3.87kg/hm2，肥料氮通過(guò)N

7、2O排放損失的百分率僅為0.43％～0.64％。氮肥過(guò)量施用會(huì)顯著增加N2O排放量；在相同氮素水平下，有機(jī)肥配施會(huì)顯著增加稻田N2O的排放量；優(yōu)化施氮能有效減少N2O排放量(P<0.01)。在灌區(qū)習(xí)慣灌水和高氮肥300kg/hm2時(shí)，N300-OM處理的稻田N2O排放量達(dá)3.87kg/hm2，在100a時(shí)間尺度上的全球增溫潛勢(shì)(GWPs)為20.76×107kg CO2/hm2；優(yōu)化施氮240kg/hm2水平下，N240和N240-1/

8、2OM處理的N2O累計(jì)排放量與N300-OM處理比較，分別降低1.18kg/hm2和0.57kg/hm2，在100a尺度上每年由稻田N2O排放引起的GWPs分別降低了3.30×107kg CO2/hm2和3.06×107kgCO2/hm2。
　　 3.水稻生長(zhǎng)季氨揮發(fā)主要發(fā)生在分蘗肥和拔節(jié)肥后的2～5d，稻田不同時(shí)期施肥灌水后第2～3d氨揮發(fā)速率達(dá)最大值，不同處理的氨揮發(fā)速率最大值為5.80～9.14 kg N/(hm2·d)，

9、在每次施肥后氨揮發(fā)持續(xù)時(shí)間為10d左右；N2O排放主要發(fā)生在水稻插秧前及水稻生長(zhǎng)的中后期，同時(shí)在稻田灌水泡田后及水稻生育中期土壤水分干濕交替時(shí)也有較大的排放量。高氮肥施用會(huì)顯著增大氨揮發(fā)速率和N2O排放通量，有機(jī)肥的配合施用會(huì)顯著增加稻田N2O累積排放量，但會(huì)適當(dāng)降低稻田氨揮發(fā)損失量；土壤pH值對(duì)灌區(qū)稻田氨揮發(fā)影響較大，土壤pH值偏高導(dǎo)致稻田氨揮發(fā)損失氮量較其它地區(qū)嚴(yán)重，但pH值變化對(duì)N2O排放通量影響不明顯；此外溫度、日照、降雨等因素

10、變化對(duì)稻田氮素氣態(tài)損失和排放也影響較大；稻田日氨揮發(fā)通量與稻田田面水NH4+-N濃度變化呈顯著正相關(guān)，土壤N2O排放通量與田面水NO3--N含量顯著相關(guān)。
　　 4.灌區(qū)稻田高氮肥施用顯著增加了土壤肥料氮?dú)埩袅?，?dǎo)致土壤氮素大量盈余；優(yōu)化施氮可顯著提高植株對(duì)土壤氮的吸收量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率，有效減少肥料氮素土壤殘留量，降低稻田土壤氮素盈余量。微區(qū)15N同位素示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明，在灌區(qū)習(xí)慣灌水和習(xí)慣高氮肥300kgN/hm2水平下，水

11、稻植株攝取肥料15N的百分率為40％～42％，水稻植株對(duì)肥料15N當(dāng)季回收率(ηpf)為26.05％～30.43％，稻田土壤剖面0-90cm土體中氮肥殘留率為17.9％～23.31％，肥料氮通過(guò)氣態(tài)損失百分率達(dá)22.6％，灌區(qū)稻田氮肥表觀損失率達(dá)47％～52％，由此得出，灌區(qū)稻田50％以上的氮肥離開(kāi)農(nóng)田系統(tǒng)，通過(guò)氣態(tài)損失和灌溉淋溶損失，對(duì)大氣、水體等造成直接污染。與習(xí)慣高氮肥處理相比，優(yōu)化氮肥處理的水稻植株吸收的土壤氮量增加了12-35

12、 kg/hm2，稻田土壤剖面0-90cm土體中標(biāo)記肥料15N殘留量(Nsf)減少了32.83～26.74 kg/hm2，土壤氮素盈余量減少了22～31kg/hm2。
　　 5.土壤剖面中15N豐度變異特征分析表明，灌區(qū)稻田土壤氮素隨灌溉水向土壤深層發(fā)生了淋溶遷移，水稻連作導(dǎo)致土壤氮素在60-90cm深度富集；灌區(qū)稻田高氮肥施用顯著增加了土壤耕層0-30cm土層中肥料氮?dú)埩袅?，同時(shí)稻田連作導(dǎo)致土壤30cm以下肥料氮?dú)埩袅匡@著增加。

13、水稻生長(zhǎng)季土壤剖面不同深度無(wú)機(jī)氮分布特征分析表明，氮肥施用對(duì)土壤剖面0-100cm無(wú)機(jī)氮累積量影響較大，高氮肥施用顯著增加了稻田連作第二年插秧前土壤剖面硝態(tài)氮積累量，稻田基肥施用對(duì)0-40cm土體NH4+-N積累量影響最大。土壤表層銨氮積累量的增加，增大了氮素氨揮發(fā)損失的風(fēng)險(xiǎn)；土壤硝氮積累量的增加，導(dǎo)致稻田N2O排放通量增加，同時(shí)也增大了稻田氮素淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)化施氮可有效降低土壤剖面無(wú)機(jī)氮的累積量，相應(yīng)會(huì)減少稻田氨揮發(fā)損失和N2O排