地下水周年变化对灌区设施菜田土壤氮素损失的影响

Excess N application and irrigation in intensive greenhouse vegetable field were common in Ningxia irrigation region. Based on these facts, we hypothesized that anaual groudwater level change contribute to the loss of soil N. In oder to test this hypothesis, based on the long-term greenhouse vegetable experiment and using the method of field flux measurements, the effects of anaual groudwater level change on soil N leaching and their relationship will be explored; and the characteristics of N2O emmission and it's impact factors (C/N management, soil temperature and soil humidity) will be investigated during the summer fallow period when dry/wet cycle occurred before and after flood irrigation. Meanwhile, a simulated field of undisturbed soil column experiment will be conducted to study the effect of groundwater level change on N leaching and N2O emmission and the relationship between N leaching and N2O emmission. Our study will provide scientific theoretical basis to optimize N management in vegetable field that would alleviate the environmental pressure, impove the quality of vegetables and realize the sustainable development of vegetable system in Ningxia region.

针对宁夏灌区设施菜田集约化农业生产中施氮量过高，灌溉量大的现状，提出地下水位周年变化造成土壤氮素损失的科学假设，在宁夏灌区设施菜田定位试验研究基础上，以宁夏灌区地下水周年变化为切入点，在田间通量观测基础上，研究设施蔬菜地下水周年变化对土壤氮素淋溶的影响，揭示地下水周年变化与土壤氮素淋失的关系；针对灌区设施菜田休闲期间大水漫灌泡田前后的干湿交替实际情况，研究不同碳氮管理和土壤温湿度等环境因素对N2O排放特点，探明设施菜田夏休闲期N2O排放特点及其影响因素；探讨研究原状土柱模拟田间控制地下水位变化的装置，探明该装置各项参数，采用该装置重点研究地下水位变化对土壤氮素淋溶与N2O的影响，揭示地下水位变化对土壤氮素淋溶损失与N2O损失的关系，为设施蔬菜合理施用氮肥提供科学理论依据，改善灌区设施菜田环境压力，提高蔬菜品质，对宁夏灌区设施蔬菜产业的可持续发展具有一定的科学意义。

针对宁夏灌区设施菜田的施氮量过高、休闲期间大水漫灌和地下水位周期性波动的现状，利用田间定位试验，研究了地下水位和土壤氮素累积运移特征，揭示了地下水位周年变化与土壤氮素淋失的关系。利用静态箱-气相色谱法，研究了不同碳氮管理措施下N2O排放通量特征，探明了设施菜田夏休闲期N2O排放特点及其影响因素。设计了土柱模拟田间地下水位变化的装置，并提出了相关参数和研究方法。取得研究结果如下：（1）2010-2013年设施菜田浅层地下水埋深变幅为40-317 cm，2014-2017年变幅为126-301 cm。当地下水埋深在90 cm以上时才对0-100 cm土体氮素运移和淋失产生影响。与农民常规施肥处理相比，减量优化氮肥和增施高C/N比秸秆或牛粪都能降低0-100 cm土壤硝态氮累积量。（2）春茬黄瓜季和夏休闲期各施肥处理的N2O累积排放量分别为2.05-9.98 kg/hm2和3.55-7.23 kg/hm2，减量优化氮肥和增施高C/N比秸秆或牛粪分别降低了26.2%-34.3%和29.6%-33.7%的N2O排放量。施氮量与N2O总排放量呈显著正相关，N2O排放通量与5 cm表层地温呈显著或极显著相关，与0-20 cm土壤含水量呈极显著相关。（3）氮素淋失主要发生在蔬菜生育期畦灌和夏休闲期，滴灌施肥下通常不会发生淋失。通过减量优化化肥或调解土壤C/N比均能降低氮素淋失。溶解性总氮是主要氮素淋失形态。地下水埋深与总氮淋失量呈负相关，浅层地下水埋深越浅，总氮淋失量越高，反之亦然。（4）设计出土柱模拟田间地下水位变化的装置，通过试验提出了相关参数。（5）化肥减量50%和调解土壤C/N比，可促进了蔬菜地上部氮素吸收，提高氮肥当季利用率，达到设施蔬菜增产稳产的目的。（6）发表中文期刊论文5篇，取得授权国家专利1件，申请国家发明专利1件。研究结果为宁夏灌区设施蔬菜合理施氮和氮素损失研究提供理论支撑与方法参考。