农业氮污染物输入对青菜-土壤-地下水系统影响的研究

论文摘要

近年来,随着人们生活水平的提高,对蔬菜品质提出越来越高要求的同时,需求量也在不断的增加。由于施肥的不合理,氮素在蔬菜内大量积累,使蔬菜硝酸盐含量远远超出可食用标准,同时不被作物吸收的氮素大量残留在土壤中,加重氮素淋失,并进一步污染地下水。本文就农业氮污染物输入对青菜-土壤-地下水系统影响的研究这一课题进行了较为详细的阐述。实验选取浙江省湖州市双林镇露天菜地系统作为研究对象,论证了三氮在青菜-土壤-地下水系统中（铵态氮：NH4+-N,硝态氮：NO3--N,亚硝态氮：NO2-N）的分布特征及影响规律,利用氮、氧同位素方法辨明露天菜地地下水氮污染物的主要来源。本研究得到下几个结论：（1）6.9%的土壤样品有机质达到Ⅱ级标准,31%达到Ⅲ级标准,62.1%位于Ⅳ级标准范围内。研究区域菜地土壤中有机质含量偏低,实际生产中应增施有机肥。36.7%土壤样品全氮含量达到Ⅲ级标准,30%达到Ⅳ级标准,土壤中全氮含量较高。达到全氮Ⅱ级标准的样品均位于30～60cm土层中,说明露天菜地土壤中已经出现了部分氮素向下淋失的情况。土壤全钾和全磷均为随深度增加呈逐渐减少的趋势。全钾在各剖面深度分布极不均匀,全磷在60～90cm埋深土壤中的含量较0～30cm埋深土壤全磷含量减少了62.5%。露天菜地土壤铵态氮平均值为32.25mg/Kg,硝态氮平均值为3.05mg/Kg。硝态氮主要集中在土壤表层,土壤硝态氮随铵态氮含量的增加而增加。硝态氮和铵态氮均随土壤总氮的增加而增加。菜地系统中土壤有机质和全氮呈现较显著的相关性,相关系数达到0.866（P<0.05）。即土壤中全氮含量随着有机质含量的增加呈递增的趋势,从不同埋深看,随着深度的加深,相关性越来越明显。（2）同一蔬菜不同器官组织中N03-含量关系为菜叶茎>青菜根>青菜茎>青菜叶,其中菜叶茎中N03-含量占到了累积总量的46.6%,青菜根中N03-含量占了累积总量的33.4%。N03平均值达到15.58g/Kg,已经严重超过蔬菜硝酸盐4级污染水平。对露天菜地土壤和青菜硝酸盐含量做相关性分析发现,蔬菜NO3-浓度与土壤NO3-浓度的相关系数为0.43,呈显著相关（p<0.05）,即蔬菜中N03-随着土壤中N03-含量的增加呈增加的趋势。说明传统的施肥方式（300 kg/hm2·a～500kg/hm2·a）已经造成蔬菜硝酸盐的大量积累,过量施肥是造成蔬菜硝酸盐大量积累的主要因素。（3）研究区域地下水已经受到污染,主要污染因子为NH4+,平均浓度分别达0.94mg/L,20.6%的地下水NH4+已经达到V类地下水标准,其次是SO42-,平均浓度为144.14mg/L,Ⅲ类地下水占到了总水样的19%。菜地系统地下水N03-平均浓度1.61mg/L,变化范围为0.27mg/L～9.81mg/K。地下水6180变化范围为-2.0‰-18.8‰,615N的变化范围为-O.8‰-20.8‰。地下水污染物主要来源于土壤N和化肥,可见地下水污染与农业污染物的输入有密切的联系。地下水N03-随着土壤NO3-浓度的增加呈增加的趋势,而NH4+浓度随土壤NH4+浓度的增加而减少。地下水N03和NH4+在时空变异上的变化规律有所差异,地下水NH4+最大值出现在施肥初期,而N03-最大值出现在中期。但两者也有相同的规律,即最大值均出现在浅层地下水中,且随着时间的推移,表层地下水中N03-和NH4+逐渐减少,而较深层地下水中浓度逐渐升高。露天菜地地下水的硝酸盐污染来源主要为土壤N和化肥,极少部分来源于有机肥和化肥N03-,没有来自大气降水的硝酸盐污染。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题背景
• 1.2 本文的创新点和难点
• 第二章 文献综述
• 2.1 菜地土壤质量现状
• 2.1.1 国内外施肥水平
• 2.1.2 菜地土壤污染现状
• 2.2 蔬菜质量现状
• 2.2.1 蔬菜质量现状
• 2.2.2 硝酸盐的危害
• 2.3 菜地系统氮肥在作物和土壤中的转化
• 2.3.1 菜地系统氮素主要存在形态
• 2.3.2 氮肥在土壤和植物体系中的运移
• 2.3.3 土壤中硝化与反硝化转化机理
• 2.4 菜地系统地下水污染现状及同位素污染源解析
• 2.4.1 菜地系统地下水污染现状
• 2.4.2 影响氮素在菜地系统地下水中分布的因素
• 2.4.3 氮、氧同位素在地下水硝酸盐污染源解析中的应用
• 2.5 调控措施
• 2.5.1 科学的栽培管理制度
• 2.5.2 合理的灌溉制度
• 2.5.3 氮磷钾肥和有机肥平衡施用
• 2.5.4 积极推广新型肥料
• 第三章 实验区土壤、青菜质量现状分析与评价
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 研究区概况
• 3.2.2 采样方案
• 3.2.3 样品分析方法及仪器
• 3.3 露天菜地土壤特性分析
• 3.3.1 露天菜地土壤理化性质分析
• 3.3.2 菜地系统铵态氮和硝态氮含量分析
• 3.3.3 菜地系统有机质与总氮含量分析
• 3.3.4 露天菜地青菜及与土壤硝态氮关系分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验区地下水污染源解析
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 研究区概况
• 4.2.2 采样方案
• 4.2.3 样品分析方法及仪器
• 4.3 露天菜地地下水分析
• 4.3.1 露天菜地地下水理化性质分析
• 4.3.2 露天菜地土壤和地下水铵态氮硝态氮垂直分布分析
• 4.3.3 露天菜地地下水三氮时空变异分析
• 4.3.4 露天菜地地下水氮源解析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表及参与学术论文