浦東新區(qū)大田蔬菜地?zé)o機氮淋溶試驗研究.pdf

1、氮素通過滲濾淋溶作用進(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量攝入會對人體健康構(gòu)成一定危險和損害。上海郊區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無論從農(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)出價值等都處于高強度開發(fā)狀態(tài)，農(nóng)業(yè)非點源污染日益突出。因此深入了解無機氮淋溶機理，探討施肥對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的影響具有重要的理論和實踐意義。 本文的研究工作是基于大

2、量野外采樣實測的基礎(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。其中在2005年浦東新區(qū)對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，土壤溶液中無機氮的時空變異，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)及含量變化過程，以及施肥對淺層地下水的影響，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，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，占總無機氮含量的90％以上。 2)土壤溶液中銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度均較低，兩者相加不足總無機氮的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。其它時期銨態(tài)氮在各個剖面的濃度較為穩(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，這一過程可持續(xù)較長時間；(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，這一過程時間較短。兩種模式在硝態(tài)氮遷移過程中同時存在，在120cm土層內(nèi)硝態(tài)氮淋溶過程表現(xiàn)為多個峰值同時存在，呈“波浪狀，，向下層淋溶。土壤深層硝態(tài)氮淋溶的變化趨勢在時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時間過程，故深層土壤溶液硝態(tài)氮的變化趨勢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)在實驗早期和施肥

7、后，淋溶過程所需時間較短，由于土壤固定及硝化作用的影響，沒有類似硝態(tài)氮濃度峰緩慢下移的過程。 4)大田蔬菜地?zé)o機氮淋溶的影響因素。第一，降水對硝態(tài)氮淋溶的影響表現(xiàn)為：開始階段多發(fā)生在大、暴雨后5d內(nèi)，整個剖面形態(tài)如“S”狀。活躍階段一般發(fā)生在大、暴雨過后的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)，施肥也會對硝態(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期更高。由于在施肥的20d以內(nèi)，硝態(tài)氮淋溶的風(fēng)險較大。尤其在施肥后近期伴隨有降雨量大的情況下，增加了對淺

9、層地下水環(huán)境的壓力。第三，蔬菜耕作種類對無機氮淋溶過程的影響表現(xiàn)為：由于卷心菜與蘿卜生長的形態(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機氮的淋溶。此外，春季大田蔬菜地?zé)o機氮淋溶試驗研究表明，氣溫的升高利于硝態(tài)氮的淋溶。雨水中無機氮含量也對土壤中無機氮含量產(chǎn)生一定影響，在夏、秋季試驗表明，夏季雨水的無機氮濃度明顯高于秋季濃度。 5)利用滲漏測定計(Lysimeter)法測定了作物生長期間，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。無機氮淋溶量影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析表明，降雨與三個試驗小區(qū)氮素淋溶量的關(guān)聯(lián)度最大，說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、淋溶量與土壤無機氮含量及有機質(zhì)含量也存在較高關(guān)聯(lián)度，說明沒有施肥補給氮素的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月實驗期間，120cm土層中N1區(qū)始終超過飲用水濃度，N2區(qū)超過我國地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)次數(shù)14次，頻率為82.3％。N1區(qū)與N2區(qū)超過我國城市供水水質(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)氮濃度在個別日期達(dá)到30mg/L以上，明

12、顯高于國家標(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降雨的影響，成為地下水硝態(tài)氮污染的一個重要因素。 本論文的特色與創(chuàng)新點： 1.研究的區(qū)域是不斷開發(fā)的浦東新區(qū)。野外現(xiàn)場試驗與室內(nèi)實驗分析結(jié)合，符合農(nóng)田無機氮淋溶的實際情況。 2.農(nóng)田無機氮淋溶及估算無機氮淋失量的基本裝置的科學(xué)合理性。試驗的基本裝置大部分是在避免以往研究農(nóng)田流失時出現(xiàn)定量化的不足基礎(chǔ)上自行設(shè)計，較科學(xué)和完善。