小流域农田土壤氮磷淋失特性研究

论文摘要

土壤是一个营养库,连续不断地发生着许多物理、化学、生物的变化,进行各种能量交换和物质流动。土壤N、P素流动主要表现为淋失至水环境,对水环境产生影响。土壤N、P素淋失不仅是地下水污染和地表水体富营养化成因之一,也是农村面源污染重要组成。土壤N、P素淋溶流失受多因素影响,如降雨、施肥、灌水等。所以淋溶流失机制及其复杂。以鄱阳湖湖区桥下李村小流域农田土作为研究对象,研究土壤N、P素淋失特性,并提出相应控制措施,旨在不仅为小流域地下水污染、湖区（鄱阳湖）农业面源污染治理提供科学数据,同时也为类似小流域的水环境保护（特别是地下水）、土壤施肥管理等健康发展提供参考。通过控制不同降雨强度和不同施肥强度两个层次,进行4个批次室内土柱模拟实验研究,主要的结论如下：（1）土壤水分入渗比反映了土壤水分垂向移动的能力。水分易下渗,则淋失N、P素对地下水的影响风险大。降雨强度为0.15、0.33、0.66mm/min时,水分入渗量依次增大,水分入渗比依次递减,基本维持在10%至30%之间,平均值为17.12%。本实验研究对象（土壤）为鄱阳湖湖区内的农田土,因其土质重,入渗比较低。（2）土壤N、P素淋失受降雨的影响明显。一,因降雨量增加,土壤水分含量增大,对NH4+-N吸附能力增强,对N03--N吸附能力减弱。随着降雨强度增强,渗漏液中的TN和N03--N浓度增加,而NH4+-N有减小的趋势。二,P素在土壤移动性差,受水分影响较小。同时,P素在土壤中垂向下渗的过程时,不断地发生着各种反应,如吸附和解吸的互逆物理变化和P素之间转化的化学变化。这导致就本实验降雨持续时段内,未能全面描述TP淋失特性。三,降雨强度一定时,随着降雨历时增加,渗漏液中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均呈下降趋势。延长降雨时间,上述指标均会保持一较稳定的浓度,并出现拖尾现象。对未施肥土壤而言,降雨强度为0.66mm/min时,TN、NO3--N、NH4+-N、TP趋于稳定的浓度值依次为70.0、25.0、1.0、0.14mg/L。（3）淋失量（y,10-3mg）与累积降雨量（x,mm）存在一定相关性,可用自然对数进行描述。有以下回归关系：TN为y=59657.0Ln（x）－261132.0；NO3--N为y=4259.1Ln（x）-16887.0；TP y=100.1Ln（x）-405.6,相关性均在0.98以上。（4）土壤N素淋失受施肥的影响也明显。施肥是土壤营养盐淋失的源泉,施肥强度越高营养盐淋失越严重。渗漏液中TN.N03--N.NH4+-N浓度大小顺序均为施肥强度N3（460 kg/hm2）>施肥强度N2（345 kg/hm2）>施肥强度N1（230kg/hm2）.由于实验土壤表层本底全氮含量极高（大于1.2g/kg）,所以导致：累积施肥2次（N1=230 kg/hn2和N2=345 kg/hm2）淋溶3次后,土壤TN淋失程度与土壤未施肥首次淋失程度一致；累积施肥1次（N1=230 kg/m2）淋溶2次,土壤NH4+-N淋失强度弱于土壤未施肥第1次淋失强度。（5）4个施肥强度下渗漏液中TN.N03--N.NH4+-N、TP淋失量关系为TP< NH4+-N<N03--N<TN。土壤空白淋溶,发现渗漏液中主要是N03--N,其所占TN为68-80%之间。施入尿素后,淋失不以NH4+-N或N03--N为主,其各占TN约为30%。研究认为：渗漏液中N素形态主要是NO3--N。出现这种差异,可能渗漏液中N素形态主要是酰胺氮。因为尿素在土壤中转化较为缓慢,又因降雨历时不长（约10个小时）,大部分尿素来不及水解而下渗流出,导致渗漏液中可能主要以酰胺态氮为主。（6）施肥强度与淋失强度具有强的线性回归关系。当降雨强度最大时,TN、N03--N和NH4+-N的淋失强度（y,kg/hm2）与施肥强度（x,kg/hm2）回归关系均比较理想,相关系数均在0.99以上：TN为y=0.1747x-26.1250；N03--N为y= 0.0142x+0.0530；NH4+-N为y=0.0051x-0.8583.（7）为了减小本小流域N、P素淋失,降低其对地下水污染和农业面源污染风险,从降雨和施肥2个层次上可优先选择的措施如下：降低施肥强度、选择合适的施肥时间、优化肥配料比和优化田间渠网络系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.1.1 地下水污染
• 1.1.2 农业面源污染
• 1.1.3 水体富营养化
• 1.2 氮磷淋失研究进展
• 1.2.1 氮素淋失
• 1.2.2 磷素淋失
• 1.2.3 存在问题
• 1.3 课题来源与内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 材料与方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 降雨
• 2.1.2 施肥
• 2.1.3 土壤
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 实验目的
• 2.2.2 实验方案
• 2.2.3 实验装置
• 2.2.4 水样采集与测定
• 2.3 数据处理
• 第3章 不同降雨土壤N、P淋失特性
• 3.1 土壤水分入渗
• 3.2 土壤N、P淋溶动态变化
• 3.2.1 TN
• 3^--N'>3.2.2 NO₃^--N
• 4^--N'>3.2.3 NH₄^--N
• 3.2.4 TP
• 3.3 渗漏液N、P含量比较
• 3.4 淋失量与累积降雨量的相关性
• 3.4.1 显著性
• 3.4.2 相关性
• 3.5 小结
• 第4章 不同施肥土壤N、P淋失特性
• 4.1 土壤N、P淋溶动态变化
• 4.1.1 TN
• 3^--N'>4.1.2 NO₃^--N
• 4⁺-N'>4.1.3 NH₄⁺-N
• 4.1.4 TP
• 4.2 渗漏液N、P含量比较
• 4.3 淋失强度与施肥强度的相关性
• 4.3.1 显著性
• 4.3.2 相关性
• 4.4 小结
• 第5章 讨论
• 5.1 方法
• 5.2 淋失特性
• 5.3 控制措施
• 5.4 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果