太湖平原河网区典型果园氮排放特征及减排机理研究

The fate of nitrogen (N) fertilizer has been primarily investigated in rice-wheat and maize-wheat rotation systems, and few measurements quantifying N fate and N reduction mechanism in intensive orchard. In contrast to rice–wheat and maize-wheat rotation regimes without organic fertilizers input, orchard system is characterized by large input of organic fertilizers and completely bare ground. Therefore, N fate and N reduction mechanism could be different between the rice-wheat and maize-wheat rotation and orchard systems. In addition, the driving mechanisms behind N fate cannot be calculated by in-situ monitoring alone. In this project, N fate and associated nitrogen reduction mechanism in orchards in the river-network plain of Taihu Lake will be investigated using in situ monitoring and laboratory 15N dilution methods, including: 1) characterizing the fate of N fertilizers in intensive peach orchard, such as ammonia volatilization, runoff, leaching and denitrification losses; 2) quantifying the gross N transformation rates governing inorganic N contents and related controlling factors, and thus exploring soil N supply capacity and N retention pathway under long-term combined application of organic and inorganic fertilizers in intensive peach orchard; 3) establishing the mechanisms controlling the N fate in intensive peach orchard. Results of this investigation will help improving our understanding the characteristics of migration and transformation of N fertilizers in intensive peach orchard, and provide deep insights into the reasonable application of N fertilizer and the development of effective N reduction strategies.

过去关于水稻-小麦、玉米-小麦轮作农田系统氮素去向的研究较多，而果园系统重有机肥投入以及地表裸露等特性决定了其具有不同于以上两个轮作系统的氮排放特征和减排措施。已有的对氮肥去向的研究多是通过田间多年原位观测，因而无法获知氮肥向某个去向迁移的驱动机制。本项目拟采用田间原位观测、结合室内15N稀释技术方法，深入研究太湖平原河网区典型果园氮去向和减排机理，主要包括：1）集约化水蜜桃园氮肥的各个去向，如氨挥发、径流、淋洗、反硝化损失；2)集约化水蜜桃园控制土壤无机氮含量变化的各个过程的初级转化速率及其影响因素，明确长期有机无机配施下土壤的供氮能力大小及保氮途径；3）揭示控制氮肥向各个去向迁移的驱动因子。研究结果将助于深刻认识果园系统化肥氮的排放特征，指导集约化果园的合理施肥和采取有效的减排措施。

背景：太湖平原传统的农业种植模式为水稻-小麦轮作。但是，由于收益效益的驱使，农户水稻田改为旱作（果）的面积扩大、种植多元化的趋势明显 (程谊 等，2014)。果树系统与稻田水肥管理体系完全不同，主要体现在：1）施肥次数多，施肥量巨大；2）雨水多，地下水位较高（一般为1 米左右），为了避免涝渍，开沟排水为主要田间管理措施之一，积聚在土壤耕层的养分易在雨季随地表径流、地下淋溶；3）与稻田基本舍弃了有机肥不同，果农更愿意把有机肥投入到经济效益高的蔬菜和水果等经济物上；4）果树为多年生，施肥以按每棵树施肥，不同树龄，不同品种，不同长势果树的施肥时间，施肥量不一致。目前，湖流域稻麦轮作农田适宜的氮肥施用量研究很多，对氮肥施入农田后的各个去向比较清楚，但是对果园系统的氮肥利用率、化肥氮施入后的各个去向尚不清楚，因此无法提出合理的提高果园氮肥利用率措施，也难以研发有效的减排措施。因此，迫切需要明确果园氮肥的各个去向，为提高太湖平原区果园氮肥利用效率和发展合理的减排措施提供理论依据和技术支撑。. 研究内容：（1）果园化肥氮排放的各个去向，包括氨挥发、径流、淋洗、反硝化；（2）果园氮肥在土壤中的转化机制；（3）果园氮减排措施及其减排机理研究。. 重要结果：（1）果园施入的氮肥主要以硝态氮淋失，单次下 雨后，径流水中总氮浓度可高达9 0 mg L 1 ，生草覆盖可以降低径流水总氮、硝态氮、铵态 和 氮可溶性有机氮浓度；（2）树盘秸秆覆盖耦合行间生草拦截，可以有效降低径流水总氮 和 硝态氮 浓度 ，同时还能减少坡面土壤的硝酸盐累积，此技术可减少近 58% 的 N 2 O排放量；（3）常规施肥因地表径流产生的氮素损失大约为4 KgN/hm2，因氨挥发损失的氮素量大约为10-15 KgN/hm2，占总施氮量的1%-3%；（4）化肥深施减氮30%，可以显著降低地表径流中氮素损失60%，可有效降低氨挥发40-50%。. 科学意义：通过田块尺度不同施肥措施及氮减排技术处理实验，结合室内N15肥料土壤培养实验，系统研究了太湖阳山水蜜桃果园系统氮肥施用后的去向，比较了不同减排技术的减排效果，并详细调查了区域农户果园施肥的量、种类和措施以及土壤肥力现状，为该地区果园化肥减量和面源污染控制提供了技术研发理论依据和靶向。