浦東新區(qū)大田蔬菜地?zé)o機(jī)氮淋溶試驗(yàn)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、氮素通過(guò)滲濾淋溶作用進(jìn)入地下水環(huán)境。不僅作物不能利用,而且污染了水體。造成農(nóng)田土壤酸化和地表水富營(yíng)養(yǎng)化及地下水等環(huán)境的污染。如果地下水和飲用水中硝酸鹽的過(guò)量攝入會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成一定危險(xiǎn)和損害。上海郊區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無(wú)論從農(nóng)田化肥施用量、復(fù)種指數(shù),還是從農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)出水平、產(chǎn)出價(jià)值等都處于高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)狀態(tài),農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染日益突出。因此深入了解無(wú)機(jī)氮淋溶機(jī)理,探討施肥對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的影響具有重要的理論和實(shí)踐意義。 本文的研究工作是基于大

2、量野外采樣實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 本論文是從2004到2005年期間,在上海市郊小城鎮(zhèn)進(jìn)了兩年的旱作農(nóng)田土壤和蔬菜采樣和二年的露天蔬菜地淋溶滲漏的連續(xù)采樣試驗(yàn)。其中在2005年浦東新區(qū)對(duì)耕作三茬蔬菜的露天蔬菜地進(jìn)行了采樣,分析了土壤、蔬菜和滲漏水等樣品的氮素及其形態(tài)等各種相關(guān)指標(biāo),總共取得4000余個(gè)有效數(shù)據(jù)。 本文的目的是在田間蔬菜地土壤條件下,土壤溶液中無(wú)機(jī)氮的時(shí)空變異,初步探討氮的淋溶規(guī)律。在常規(guī)施肥、減量施肥和不施肥的

3、三種水平下,分析在耕作周期中,不同土壤剖面溶液中氮的形態(tài)及含量變化過(guò)程,以及施肥對(duì)淺層地下水的影響,探討土壤質(zhì)地、施肥、蔬菜種類、降水、溫度等對(duì)土壤溶液氮的含量的影響。得到主要結(jié)論如下: 1)在不同施肥條件、不同剖面下,大田蔬菜地?zé)o機(jī)氮淋溶,普遍表現(xiàn)為N1區(qū)>N2區(qū)>N3區(qū)。其中在2月18日、5月中下旬、8月中旬、9月下旬,硝態(tài)氮淋溶濃度明顯升高。同時(shí),硝態(tài)氮淋溶程度也與地力有關(guān)。由于N3區(qū)土壤氮素背景含量較高,所以硝態(tài)氮淋溶濃

4、度也較高。試驗(yàn)表明露天蔬菜地氮素淋失的基本形態(tài)為硝態(tài)氮,占總無(wú)機(jī)氮含量的90%以上。 2)土壤溶液中銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度均較低,兩者相加不足總無(wú)機(jī)氮的10%,淋溶到下層的數(shù)量有限。銨態(tài)氮在2月份、3月份明顯升高后,其它條件下表現(xiàn)不明顯。在各個(gè)土層深度均表現(xiàn)出春季土壤溶液的銨態(tài)氮濃度高于其它季節(jié)。在施肥后銨態(tài)氮濃度在30cm與50cm及120cm土層處有一定升高,70cm處濃度變化不大。其它時(shí)期銨態(tài)氮在各個(gè)剖面的濃度較為穩(wěn)定。由于

5、黃泥屬于爽水型土壤,通透性較好,利于銨態(tài)氮的硝化,使得銨態(tài)氮在土體內(nèi)存在時(shí)間較短。另一方面的原因是,尿素水解產(chǎn)生的銨態(tài)氮,由于自身性質(zhì),大部分被土壤顆粒吸附。亞硝態(tài)氮在2月份、3月份以及8月份明顯升高后,其它條件下表現(xiàn)不明顯。 3)土壤溶液濃度變化表明硝態(tài)氮存在兩種遷移模式:(a)硝態(tài)氮濃度高值在降雨后5d內(nèi)出現(xiàn)在耕植層下(20~40cm),隨后濃度鋒緩慢向下層土壤遷移,這一過(guò)程可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間;(b)硝態(tài)氮濃度次高值出現(xiàn)70~1

6、20cm土層,并迅速向下層土壤或淺層地下水遷移,這一過(guò)程時(shí)間較短。兩種模式在硝態(tài)氮遷移過(guò)程中同時(shí)存在,在120cm土層內(nèi)硝態(tài)氮淋溶過(guò)程表現(xiàn)為多個(gè)峰值同時(shí)存在,呈“波浪狀,,向下層淋溶。土壤深層硝態(tài)氮淋溶的變化趨勢(shì)在時(shí)間上比淺層有明顯的延遲。這主要是由于不同剖面接受上層土壤淋溶所攜帶的硝態(tài)氮和向下淋濾需要一個(gè)時(shí)間過(guò)程,故深層土壤溶液硝態(tài)氮的變化趨勢(shì)比淺層土壤剖面延遲些。土壤溶液中銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮出現(xiàn)的峰值較少,淋溶往往出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)早期和施肥

7、后,淋溶過(guò)程所需時(shí)間較短,由于土壤固定及硝化作用的影響,沒(méi)有類似硝態(tài)氮濃度峰緩慢下移的過(guò)程。 4)大田蔬菜地?zé)o機(jī)氮淋溶的影響因素。第一,降水對(duì)硝態(tài)氮淋溶的影響表現(xiàn)為:開(kāi)始階段多發(fā)生在大、暴雨后5d內(nèi),整個(gè)剖面形態(tài)如“S”狀?;钴S階段一般發(fā)生在大、暴雨過(guò)后的10~15d,典型剖面形態(tài)同倒“S”狀,即在起始階段后的降雨會(huì)促使液相硝酸鹽的累積剖面整體下移,該階段土壤硝態(tài)氮的淋溶十分活躍。穩(wěn)定階段發(fā)生在雨后15~20d之后,剖面土壤溶液

8、的硝態(tài)氮總體濃度逐步降低,各深度硝態(tài)氮含量趨于一致。第二,在施肥區(qū),施肥也會(huì)對(duì)硝態(tài)氮淋溶的產(chǎn)生影響:在距離施肥20d內(nèi)硝態(tài)氮淋溶量較高,20~50d內(nèi)硝態(tài)氮淋溶量趨于平穩(wěn)。其中,土深30cm與70cm處距離施肥10d以內(nèi)的硝態(tài)氮淋溶量比施肥后的其它時(shí)期更高;土深50cm與120cm處距離施肥10~20d內(nèi)的硝態(tài)氮淋溶量比施肥后的其它時(shí)期更高。由于在施肥的20d以內(nèi),硝態(tài)氮淋溶的風(fēng)險(xiǎn)較大。尤其在施肥后近期伴隨有降雨量大的情況下,增加了對(duì)淺

9、層地下水環(huán)境的壓力。第三,蔬菜耕作種類對(duì)無(wú)機(jī)氮淋溶過(guò)程的影響表現(xiàn)為:由于卷心菜與蘿卜生長(zhǎng)的形態(tài)差異,并且卷心菜比蘿卜吸收了更多的氮素,從而卷心菜地比蘿卜地減少了向下無(wú)機(jī)氮的淋溶。此外,春季大田蔬菜地?zé)o機(jī)氮淋溶試驗(yàn)研究表明,氣溫的升高利于硝態(tài)氮的淋溶。雨水中無(wú)機(jī)氮含量也對(duì)土壤中無(wú)機(jī)氮含量產(chǎn)生一定影響,在夏、秋季試驗(yàn)表明,夏季雨水的無(wú)機(jī)氮濃度明顯高于秋季濃度。 5)利用滲漏測(cè)定計(jì)(Lysimeter)法測(cè)定了作物生長(zhǎng)期間,0~90c

10、m土層中氮素的淋溶量和淋溶率,結(jié)果表明:土壤滲漏水量與降雨量顯著相關(guān)y=0.0663x-0.8089(y為滲漏體積,x為降雨量)(兩者相關(guān)系數(shù)R2達(dá)0.8599)。能夠引起滲漏水的降雨量臨界值,具有夏季(19mm)大于秋季(7.8mm)的季節(jié)性特點(diǎn)。無(wú)機(jī)氮淋溶量影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析表明,降雨與三個(gè)試驗(yàn)小區(qū)氮素淋溶量的關(guān)聯(lián)度最大,說(shuō)明降雨是控制氮素淋溶的首要因子;施肥的N1區(qū)和N2區(qū)氮素淋溶量與其他環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)度相差不大,而N3區(qū)氮素

11、淋溶量與土壤無(wú)機(jī)氮含量及有機(jī)質(zhì)含量也存在較高關(guān)聯(lián)度,說(shuō)明沒(méi)有施肥補(bǔ)給氮素的N3區(qū),氮素淋溶量大小與前期耕種積累的氮素量有密切關(guān)系。 6)在2月至11月實(shí)驗(yàn)期間,120cm土層中N1區(qū)始終超過(guò)飲用水濃度,N2區(qū)超過(guò)我國(guó)地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)次數(shù)14次,頻率為82.3%。N1區(qū)與N2區(qū)超過(guò)我國(guó)城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)次數(shù)分別為9次、5次,頻率分別為52.9%、29.4%。尤其N1區(qū)與N2區(qū)的120cm土壤硝態(tài)氮濃度在個(gè)別日期達(dá)到30mg/L以上,明

12、顯高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。淺層地下水層附近,大田蔬菜地土壤溶液中硝態(tài)氮濃度明顯受到施肥條件和強(qiáng)降雨的影響,成為地下水硝態(tài)氮污染的一個(gè)重要因素。 本論文的特色與創(chuàng)新點(diǎn): 1.研究的區(qū)域是不斷開(kāi)發(fā)的浦東新區(qū)。野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)合,符合農(nóng)田無(wú)機(jī)氮淋溶的實(shí)際情況。 2.農(nóng)田無(wú)機(jī)氮淋溶及估算無(wú)機(jī)氮淋失量的基本裝置的科學(xué)合理性。試驗(yàn)的基本裝置大部分是在避免以往研究農(nóng)田流失時(shí)出現(xiàn)定量化的不足基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì),較科學(xué)和完善。

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