不同施肥模式下设施菜地可溶性氮素组成及其淋失过程模拟

Due to the large of manure application and the high irrigation frequency in greenhouse vegetable production, nitrogen leaching losses in this system are the two major forms of dissolved organic nitrogen (DON) and nitrate (NO3--N). However, the mechanism of DON release under different fertilization patterns is unclear, which makes is difficult to quantify. Base on different fertilization patterns experiment. Firstly, using lysimeters and in-situ field incubation methods to analysis the effects of different fertilization patterns on total soluble nitrogen compositions, DON and NO3--N leaching. The project will shed light on: 1) the key pathway which impacts the DON release under different fertilization patterns; 2) the contribution rates of DON and NO3--N to total soluble nitrogen leaching losses under different fertilization patterns. And then, the study will develop a process-based soil-crop model to quantify the effects of different fertilization patterns on DON and NO3--N leaching. The optimum fertilization will be determined by comprehensive evaluation of vegetable yield, DON leaching, NO3--N leaching etc., using a scenario analysis. The study will not only provide a scientific basis for reasonable evaluation of different fertilization patterns on soil nitrogen cycling and loss in vegetable field, but also provide a theoretical reference for understanding the ecological and environmental effects of DON under high nitrogen input system.

设施菜地有机肥投入量大、灌溉频繁，可溶态有机氮（DON）的淋失比例不断增加，是当前农业资源环境领域研究的热点。由于对DON的产生机制认识不清，难以量化DON的淋失过程。本研究基于设施菜地不同施肥模式田间试验，采用地中渗漏计和田间原位培养等装置进行田间原位监测，研究不同施肥模式对设施菜地土壤可溶性氮素组成和淋失的影响，揭示不同施肥模式下DON产生的主要途径，比较DON和无机氮在可溶性氮素淋洗损失中的比重。通过量化不同施肥模式下设施菜地土壤有机氮库与无机氮库之间的转换关系，构建一个适合我国高度集约化的设施菜地土壤氮素（包括DON和无机氮）迁移转化过程模型，揭示设施蔬菜地土壤可溶性有机氮和无机氮淋失规律的异同。通过情景分析，在综合考虑了蔬菜产量、土壤DON淋失、硝酸盐淋失及经济效益等基础上，优化设施菜地有机肥的用量，为完善设施菜地土壤氮素循环过程和环境效应评价提供理论依据。

设施菜地有机肥投入量大、灌溉频繁，可溶态有机氮（DON）的淋失比例不断增加，是当前农业资源环境领域研究的热点。虽然DON淋失是设施蔬菜地重要的氮素损失途径之一，但由于缺乏可靠的定量化模拟方法，目前绝大多数模型忽略了对DON的模拟，在设施菜地水肥优化管理中也没将DON纳入风险指标库。研究通过改进WHCNS_Veg模型的碳氮循环模块，使该模型可以考虑DON的产生、迁移和转化过程，创新性的模拟了设施菜地土壤DON含量和DON淋失量的动态变化过程，并采用田间实测数据对建立的模型进行校准和验证。研究表明，模型可以较好的模拟土壤含水量、土壤硝态氮含量、土壤DON含量和作物产量，相对均方根误差分别为4.4%、37.2%、45.8%和3.8%。研究同时发现，有机肥施用显著提高了DON的淋失量，不同氮肥管理措施下DON的淋失量占到总氮淋失量的8.8%~18.7%。DON淋失是设施菜地氮素损失的重要途径之一，建议优化施肥管理方案时考虑无机氮淋失的同时，也需要考虑DON的淋失。模型建立后，研究采用该模型用于模拟和评价设施菜地不同水氮管理方案和秸秆还田对设施菜地土壤水分运动、氮素淋失（无机氮和DON）和作物生长的影响。结果表明，WHCNS_Veg模型较好的反映了不同水氮管理方案和秸秆还田模式下土壤水分运动、氮素淋失和作物生长的动态变化规律。同时发现，滴灌和秸秆还田是抑制设施菜地水分渗漏和氮素淋失（硝态氮和DON）的有效方式。试验中不同蔬菜季节的水氮管理方案相同，但不同季节番茄的蒸散量、水分渗漏、氮素淋失和作物产量具有明显差异，说明水氮管理方案优化需要考虑季节的差异。为了优化水氮管理方案，研究使用校准和验证之后的WHCNS_Veg模型，设置了不同水氮投入量的耦合方案，综合考虑DON淋失、硝态氮淋失和作物产量基础上筛选不同季节番茄种植的最优灌溉施肥量。研究发现，冬夏季和秋冬季最优的灌溉量和施肥量范围分别为350~400（200~250）mm和350~400（150~200）kg N hm-2。与传统农民施肥相比，最优管理方案可以减少约87%的氮素淋失，同时维持了95%的作物产量。WHCNS_Veg模型在推荐设施菜地水氮管理方面具有较大的应用前景。