紫色土坡耕地硝态氮的迁移流失规律及其数值模拟

为探究紫色土坡耕地硝态氮迁移流失过程,通过室内模拟试验,并结合数学模型,研究在不同雨强(0.4,1.0,1.8 mm/min)和坡度(5?,15?,20?)下硝态氮分别随地表径流和壤中流迁移而流失的特征。结果表明:随地表径流和壤中流迁移的硝态氮流失浓度随时间分别呈现指数下降和线性上升趋势;随壤中流流失的浓度是地表径流携带的19~72倍,在小雨强下壤中流携带流失负荷大于随地表径流流失负荷,但随雨强增大,硝态氮流失负荷通过地表径流流失的比例由17.3%增大至66.0%,大雨强下硝态氮主要通过地表径流流失;与实测数据比较分析,有效混合深度模型在随地表径流流失的硝态氮模拟中精度评价指标Nash-Suttcliffe系数ENS和决定系数R2达到0.590和0.826 7,而对流弥散方程在壤中流携带硝氮流失的过程模拟中ENS和R2达到0.792和0.842 6,取得较好的模拟结果。该研究为紫色土坡耕地硝态氮迁移流失机理研究提供依据和参考。     

不同降雨强度下污染土重金属元素随径流迁移转化特征

通过室内模拟降雨试验,研究了不同降雨降雨强度下(29.9,55.2,78.5mm/h)空白土和污染土Cu、Pb和Zn随地表径流的迁移转化特征。结果表明,空白土与污染土径流携带的泥沙量均随降雨强度的增大而增大,土壤受重金属污染对侵蚀泥沙量的变化影响不大;污染土径流中水溶态Cu、Zn含量明显高于空白土含量,且基本不受降雨强度影响,其大小主要由土壤酸溶态中的可交换态含量决定,3种重金属水溶性含量大小为ZnCuPb;不管对于空白土还是污染土,径流中重金属总浓度都随降雨强度的增大而增大,但污染土增加的幅度明显比空白土大,且与泥沙量变化趋势基本一致,而空白土无此规律。     

红壤坡地氮的径流输出通量及形态组成

为研究自然降雨条件下红壤坡地氮素输出特征,于2015年5月—2016年5月采用野外大型土壤水分渗漏试验装置,对赣北第四纪红壤坡地植草覆盖、干草覆盖和裸露对照3种处理的地表径流和壤中流中不同形态氮素的输出开展了试验观测。结果表明:(1)在侵蚀不明显的第四纪红壤坡地,TN(总氮)、DIN(溶解态无机氮)、DON(溶解态有机氮)和PN(悬涂泥沙颗粒态氮)主要随105cm壤中流输出,占径流输出总通量的71%,而随地表径流和30cm、60cm壤中流输出通量分别为23%和6%;(2)氮素随壤中流输出主要以溶解态(DTN(溶解态总氮)占TN比例为54.8%~86.9%)为主,DTN又以无机态(DIN占DTN比例为57.8%~97.1%)尤其是NO3--N(硝态氮)为主。氮素随地表径流输出的主要形态则随处理措施的不同而不同;(3)保留草被覆盖可以较好地削减氮素径流流失,而采取干草覆盖有增大氮素径流流失尤其是深层损失的风险。     

上海地区不同施肥方式氮磷随地表径流流失研究

选择上海宝山罗店镇具有代表性的旱地蔬菜农田生态系统,在从2004年3月到8月的近半年时间里,通过对径流及径流中侵蚀泥沙的氮磷流失情况的连续监测与实验分析,研究了旱地农田施肥与氮磷流失污染之间的关系,探讨了农田氮磷的迁移特征及环境效应,主要结果表明:随地表径流流失的总氮、总磷,流失形态以沉积相为主,大部分是当季施用的化肥,随径流排出农田的氮素中有37.7%是当季施用的氮素化肥,磷素中有26.9%是当季施用的磷素化肥。     

模拟降雨条件下污染土壤中重金属元素径流迁移特征

探明污染土壤中重金属元素随地表径流迁移特征,对于防控重金属污染物的迁移扩散具有重要意义。通过室内模拟降雨试验,研究不同降雨强度下(55,100,120mm/h)污染土壤中Cd、Pb和Cr随地表径流迁移的特征。结果表明:径流中3种重金属元素总量在产流的前20min内逐渐降低,随后趋于稳定;产流初期(产流10min内)颗粒态重金属占径流重金属总量的比例均在80%以上;随产流时间延长,颗粒态Cd和Cr对径流重金属的贡献率快速降低,其颗粒态/溶解态的比值范围分别为47.0～0.4和12.9～0.4,而Pb则主要以颗粒态的形式存在,溶解态Pb对其随径流迁移的贡献率可忽略不计;随降雨强度增大,径流中总Cd和Pb含量显著降低,而径流中总Cr含量以及溶解态重金属含量无明显变化规律。     

模拟降雨条件下农田径流中氮的流失过程

在室内降雨模拟试验条件下，研究暴雨径流中农田氮素养分流失及施肥处理的影响。结果表明，农田暴雨径流氮养分的流失量与累积径流量成正相关；施用NH4HCO3显著地增大了农田径流中溶解态氮浓度及流失量（P＝0．01），而对颗粒态氮浓度及流失量没有显著影响（P＝0．1）在大暴雨和裸露地试验条件下，颗粒态氮是农田暴雨径流氮养分流失的主要形态；在44min降雨径流中，以颗粒态流失的氮达476．3－488．7mg/m^2；侵蚀泥沙有富集氮养分的特点，其富集系数与侵蚀泥沙累积量存在对数线性关系；LOG（ER）＝0．770－0．300LOG（SED）；减少地表径流和土壤侵蚀，降低表土中速效氮养分含量是减少农田地表径流氮流失的关键。     

人工降雨条件下黄土坡面养分随径流迁移试验

降雨条件下坡面农用化合物随地表径流迁移既是农业问题，又是水环境问题。利用室内人工降雨模拟试验，研究了黄土坡面不同坡度下土壤氮、磷和钾随地表径流迁移的特征。研究结果表明，在定坡长土槽坡度变化为5°～25°范围内，初始产流时间随坡度增大呈先变小后增大的趋势；产流15 min内，径流量均急剧增加，随后趋于稳定。随着坡度增加，水土流失程度加剧，径流溶质浓度增高，土壤侵蚀对径流溶质浓度的贡献增大。基于指数函数和幂函数拟合试验数据的结果，表明了幂函数模型更适合模拟黄土坡面非饱和条件下径流溶质浓度变化过程，也可描述径流磷和钾的流失过程，但其初始阶段的拟合不太令人满意。该研究为进一步完善黄土坡面径流养分迁移模拟模型提供了参考。     

广州郊区菜地氮磷养分径流流失特征初步研究

通过对广州市白云区某菜地在天然降雨条件下氮磷养分随地表径流输出的定位动态研究,结果表明:径流量与氮、磷流失量呈显著线性相关。菜地径流流失的氮素以硝态氮为主,雨季期间(4月—7月)其他形态N流失量占总N流失量的比例上升,铵态氮含量一直很低;整个试验期间,TN与NO3--N呈极显著正相关;磷素径流迁移以颗粒态为主。与未施肥对照组相比,菜地常规施肥显著增加N径流流失量,对P未造成显著影响;因而菜地常规施肥对径流水体N富营养化具有较高风险。     

红壤坡耕地地表径流和壤中流中可溶性有机碳的迁移特征

为了阐明南方红壤区坡耕地坡面产流产沙及DOC随地表径流和不同层次壤中流的迁移特征,探讨壤中流和地表径流对碳素运移损失的贡献比,以红壤坡耕地野外径流小区为研究对象,通过模拟降雨试验,研究了次降雨条件下坡面产流产沙及DOC随地表径流和不同层次壤中流的迁移特征。结果表明:(1)产流产沙方面,径流以地表径流为主,占到总径流量的(95.86%);壤中流占径流比例较小(4.14%),且以深层壤中流输出形式为主,即60 cm壤中流(3.71%)30 cm壤中流(0.43%);次降雨过程中产沙量先随径流量增加而增加,达到峰值后缓慢减小。(2)尽管壤中流中DOC的质量浓度显著高于地表径流,DOC迁移总量还是以地表径流为主,大小关系为地表径流(98.16%)60 cm壤中流(1.64%)30 cm壤中流(0.30%)。相关结果将有助于加深碳循环与土壤侵蚀相互关系的认识,对从源头控制红壤坡耕地土壤碳素流失、维持土壤质量也具有一定的实践意义。     

辽宁省浑河流域不同施肥方式下农田氮素随地表径流与壤中流流失特征

通过人工模拟降雨-径流小区监测的试验方法,设不施肥对照(CK)、基肥穴施(G1)、基肥穴施+追肥面施(G2)、基肥穴施+追肥穴施(G3)4种处理,研究辽宁省浑河流域不同施肥方式下农田氮素随地表径流与壤中流的流失规律,分析不同施肥方式对氮素流失量的影响。结果表明:(1)不同施肥方式下农田地表径流与壤中流产流过程差异显著,地表径流产流时间先于壤中流,同时径流量高于壤中流,是农田主要径流输出方式。G2减少地表径流,G3增大壤中流。(2)地表径流TN平均浓度中G2显著高于其他施肥方式,达到59.00mg/L,其他施肥方式差异较小;壤中流TN平均浓度以G3最高。(3)4种施肥处理,氮素总流失量为385～814mg,各施肥处理的总流失量呈G2>G3>G1>CK,追肥对氮素流失有显著影响。与G2相比,G3在减少地表氮素流失的同时,不会显著增大壤中流氮素流失。     

Phosphorus Uptake and Translocation in Field-Grown Maize after Application of Rare Earth-Containing Fertilizer

ABSTRACT

In recent decades, rare earths and rare-earth containing fertilizers along with nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers have been used by agriculturists to improve crop yield and quality. The interaction between rare earths and N has been explained in soils, yet little is known of the effect of rare earths on P nutrition of field-grown crops. When maize plants entered the early stem-elongation stage, a rare earth-containing fertilizer (lanthanum (La) and cerium (Ce) as major rare earths) was applied to the soil with irrigation water. Ten days after application of rare earths, there was no significant dose-dependent accumulation of P in the roots and shoots, with one exception where P concentrations increased in the roots at a dosage of 100 kg rare earths ha^{? 1}. However, at maturity, the application of rare earths at less than 10 kg ha^{? 1} significantly improved P uptake by field-grown maize and P transport to the grain. The application of rare earths at less than 10 kg ha^{? 1} increased crop yield. Other studies have shown that at rates less than 10 kg rare earths ha^{? 1}, there was no accumulation of heavy metals and rare earths in the grain, and that the present mean application rate of rare earths (< 0.23 kg ha^{? 1} year^{? 1}) currently applied in China was unlikely to affect the safety of grains in arable soils. Together, these field studies can give a scientific understanding of benefits and risks when utilizing rare earths in agriculture, and of the interaction between rare earths and P nutrition in field-grown crops.     

外源稀土和磷素在土柱中的相互作用

Rare earth elements (REEs) increasingly used in agriculture as an amendment for crop growth may help to lessen environmental losses of phosphorus (P) from heavily fertilized soils. The vertical transport characteristics of P and REEs, lanthanum (La), neodymium (Nd), samarium (Sm), and cerium (Ce), were investigated with addition of exogenous REEs at various doses to packed soil columns (20 cm deep). Vertical transfers of REEs and P were relatively small, with transport depths less than 6 cm for most REEs and P. Export of applied REEs in leachate accounted for less that 5% of inputs. The addition of Ce, Nd and Sm to soil columns significantly decreased concentrations of extractable soil P up to a depth of 4 cm, with soil P concentrations unaffected at depths > 4 cm. In general, REEs had little effect on the vertical leaching of P in packed soil columns.     

四川盆地丘陵区农田土壤对磷的吸附与解吸特征

研究了四川盆地丘陵区典型水田和旱地土壤对磷的吸附与解吸特征,并讨论了吸附-解吸参数与土壤基本理化性质的关系。结果表明,不同pH的农田土壤对磷的吸附和解吸均存在显著差异,土壤对磷的吸持能力表现为中性土壤〉酸性土壤〉石灰性土壤,中性有利于土壤吸附磷;水稻土对磷的最大吸附容量（Qm）和最大缓冲容量（MBC）高于紫色土,而临界平衡磷浓度（EPC0）和解吸率（b）低于紫色土。农田土壤对磷的吸附与解吸参数还受土壤理化性质的影响,Qm和MBC与有机质含量、无定形铁（Fe-ox）含量呈极显著正相关（P〈0.01,n=6）;吸附常数（K）与有机磷含量呈显著负相关（P〈0.05,n=6）;EPC0与土壤pH、CaCO3含量呈显著负相关,与有机磷含量呈显著正相关（P〈0.05,n=6）;b与Fe-ox含量呈显著负相关（P〈0.05,n=6）。     

太阳辐射减弱和O3增加对冬小麦植株磷含量、分配和转运的影响

采用开顶式气室(OTC)和遮阳网模拟O3增加和地表太阳辐射减弱条件,测定冬小麦不同生育期不同器官的磷含量,并分析O3增加和太阳辐射减弱对植株体内磷含量、分配和转运的影响。结果表明,(1)太阳辐射减弱条件下冬小麦根、茎、叶和穗中磷含量均比自然光条件下显著增加(P<0.05),根和穗中磷的分配率降低,叶和生育后期茎中磷的分配率增加,植株营养器官中磷的总转运量(P<0.01)和转运率降低(P<0.05);(2)100nL.L-1O3处理(T)会增加根、茎、穗和生育后期叶中磷含量,降低乳熟期-成熟期根和穗中磷的分配率,增大成熟期茎和叶中磷的分配率,极显著降低根、茎、叶和营养器官中的磷转运量(P<0.01),增加叶和营养器官中磷的转运率。(3)O3增加和不同太阳辐射减弱的复合处理均会增加根、茎、叶和穗中磷含量,极显著降低植株根、茎、叶和营养器官中磷的转运量(P<0.01),降低穗和孕穗期-抽穗期根中磷的分配率(P<0.05),增加灌浆期-成熟期磷在茎和叶中的分配率(P<0.05),各复合处理对茎和穗中磷分配率的影响,随着太阳辐射减弱程度的增加而增大,并且在乳熟期-成熟期表现为协同作用。     

硝酸稀土对菠菜中毒死蜱残留的降解作用研究

菠菜是我国蔬菜出口的重要品种之一,其毒死蜱残留量直接关系到我国农产品的出口和消费者的安全。采用气相色谱法（GC-NPD）测定毒死蜱残留量,研究了硝酸稀土对菠菜中毒死蜱残留动态的影响。结果表明,不论是喷施农药之前2d还是喷施农药之后2d喷施硝酸稀土,不同的硝酸稀土对菠菜中的毒死蜱残留都有不同程度的降解作用,且随着喷药后时间的延长,毒死蜱在菠菜中的残留量逐渐减少。不同时间喷施硝酸稀土,对菠菜中毒死蜱残留降解的效果存在差异,药后喷施的效果优于药前喷施。在硝酸稀土种类的选择上,首先选择对毒死蜱降解效果好的硝酸铈和硝酸钕,其次选择常乐益植素和硝酸镧。根据稀土农用的安全性分析,参考植物性食品中稀土最大残留限量标准,选择硝酸稀土作为农药残留降解制剂用于蔬菜安全生产,在技术上是可行的,人类食用是安全的。     

海南岛三大流域农业土壤源污染物流失特征研究

采用径流场结合人工模拟降雨方式,研究了海南岛万泉河、南渡江和昌化江三大流域土壤中氮、磷、有机质等营养物质的流失特征。结果表明,三大流域土壤径流系数和泥沙流失速率的大小顺序为：暴雨〉大雨〉中雨;相同雨强条件下,万泉河的径流系数与南渡江相近,昌化江最小;泥沙流失速率大小顺序为：万泉河〉南渡江〉昌化江;雨强对总磷（TP）流失速率的影响达到极显著水平,磷随径流流失以颗粒磷（PP）为主;氮在雨强较小时以可溶氮（DN）流失为主,当达到暴雨时则以颗粒氮（PN）流失为主;雨强越大,地表径流中COD、TN、DN和PN流失速率越高。三大流域区土壤养分随泥沙流失特征相似,不同雨强条件下,三大流域的总氮、总磷和有机质流失速率的规律一致,雨强越大,流失速率越高;在同一雨强条件下,三流域区总氮、总磷和有机质随泥沙流失速率为：昌化江〉万泉河〉南渡江。影响面源流失的主要因素为坡度、雨强、土质等。     

Effects of lanthanum and mixtures of rare earths on ammonium oxidation and mineralization of nitrogen in soil

Rare earths are applied widely in Chinese agriculture to improve crop nutrition and incidentally in fertilizers, yet little is known of their effect on the biological functioning of the soil. We have studied the effects of lanthanum and of mixtures of rare earths on the potential ammonium oxidation and nitrogen mineralization in soil by incubation experiments in the laboratory. The no‐observed‐effect and median effective concentrations of the rare earths on these two processes are reported, and their corresponding mechanisms are discussed. For mixtures, the no‐observed‐effect concentrations relating to potential ammonium oxidation and N mineralization were at 393 and 373 mg rare earths kg^?1 soil, respectively, and their median effective concentrations were at 1576 and 1108 mg kg^?1 soil, respectively. When lanthanum was applied alone, the no‐observed‐effect concentrations relating to potential ammonium oxidation and N mineralization were at 432 and 443 mg La kg^?1 soil, respectively, and their median effective concentrations were at 18 212 and 1237 mg kg^?1 soil, respectively. Therefore, the influence of mixtures of rare earths on potential ammonium oxidation or on N mineralization was slightly stronger in comparison with that of lanthanum. Mineralization of nitrogen is apparently more sensitive to the stress caused by rare earths than ammonium oxidation. We conclude that the influence of individual rare earths in the mixtures on the above two processes can be additive and that the present dosage of mixed rare earths (< 230 g ha^?1 year^?1 or 0.15 mg kg^?1 soil year^?1) currently applied in China can hardly affect the potential ammonium oxidation and N mineralization in the soil even over a long period.     

县域农田土壤磷素积累及淋失风险分析——以北京市平谷区为例

作物的磷素需求和投入的差异导致土壤磷素积累对环境的影响不同。通过分析京郊平谷区果树、蔬菜和粮食作物的磷素投入数量和农田土壤有效磷含量,比较研究不同作物体系中土壤磷素积累对环境的影响。结果表明,粮田、菜地和果园平均年际磷投入量分别为76、575kgP2O5·hm^-2和693kgP2O5·hm^-2,其中菜地和果园的磷素投入以有机肥为主,年际磷盈余分别达到498kgP2O5·hm^-2和468kgP2O5·hm^-2,远大于粮田的磷素盈余（38kgP2O5·hm^-2）。这种状况造成粮田、菜地和果园土壤Olsen—P含量差异很大,分别为18．4（n=260）、44．3（n=108）mg·kg^-1和40．4mg·kg^-1（n=548）。分析钙质土壤Olsen—P与CaCl2浸提P的相关性发现,钙质土壤存在着Olsen—P与CaCl2-P突变拐点即磷的淋溶拐点,在拐点之后土壤CaCl2-P随土壤Olsen—P的增加而显著增加,且土壤磷淋溶拐点明显受土壤类型及质地的影响。按质地分类,砂壤、轻壤和重壤拐点分别是23．1、40．1mg·kg^-1和51．5mg·kg^-1,土壤质地由轻至重拐点Olsen—P值随之逐渐增加。根据质地模拟,7．7％的粮田、44．0％的菜田、33．6％的果园土壤磷淋失风险较高。因此,合理的磷素投入在果树、蔬菜作物的可持续生产中具有重要的意义。     

温室土壤磷素迁移变化特征研究

采用野外调查采样和室内分析相结合的方法,研究了典型温室栽培地区山东寿光土壤磷素状况及其迁移变化特征。结果表明：（1）除Ca10-P外,温室土壤耕层（0～20 cm）全磷及无机磷组分含量均显著高于露地土壤,其平均含量分别为露地土壤的2.9、3.7、5.6、4.1、3.4倍和6.1倍,且以耕层累积为主,表现出明显的表聚特征,并有向下迁移的趋势;（2）在温室栽培的前期,磷素累积较快,连续种植了4～8 a时,全磷含量达到一个较高范围,为露地土壤的2～4倍,随着种植年限的继续增加,其再累积磷素的能力较差,甚至略有下降;（3）Ca8-P、Al-P和O-P是温室土壤磷素累积的主要形态,与露地土壤相比,其在0～20 cm耕层的平均增加量分别为296.5、288.5、306.0 mg.kg-1;（4）温室土壤耕层水溶性磷和速效磷的平均含量为10.9 mg.kg-1和248.4 mg.kg-1,分别为露地土壤的8.7倍和5.4倍,磷淋失并造成环境污染的可能性很大。     

稀土元素Ce对爪哇伪枝藻盐胁迫耐受性的影响

荒漠藻类广泛分布于干旱区环境,盐胁迫是影响荒漠藻类生存的重要环境因子,稀土农用及其引起的生态环境问题亦受到广泛关注,为此以一种从荒漠结皮中分离的典型蓝藻——爪哇伪枝藻为材料,在实验室条件下研究盐胁迫和外源稀土元素铈对伪枝藻生理生化特性和细胞结构的影响。试验处理时,先进行铈效应浓度的筛选,然后设置NaCl浓度分别为0（对照）、0.05、0.3 mol.L^-1进行盐胁迫和Ce、Ce＋0.05 mol.L^-1 NaCl、Ce＋0.3 mol.L^-1 NaCl处理,分别测定各种处理下的藻生物量（以叶绿素a表示）、光合活性（Fv/Fm）、藻蓝蛋白含量、胞外多糖含量、膜脂过氧化产物丙二醛含量和伪枝藻素含量以及超微结构的变化。研究结果表明,与对照处理相比,盐胁迫导致伪枝藻生物量和光合活性的显著降低,胞外多糖出现大量积累,藻蓝蛋白和伪枝藻素含量呈现明显下降,同时导致伪枝藻膜脂丙二醛含量的大量增加和藻细胞超微结构的破坏。添加外源铈的盐胁迫处理发现,铈能够促进伪枝藻细胞的生长活性,并对藻细胞的内部结构具有一定的保护作用,而对藻细胞的藻蓝蛋白、伪枝藻素和胞外多糖的影响并不明显。这表明稀土元素铈对于伪枝藻的生长可能具有一定的调节作用,但对于提高伪枝藻的盐胁迫耐受性作用并不显著。研究结果为更好地理解稀土元素对荒漠藻类的生物学效应提供了有意义的参考,可为稀土在荒漠结皮培植中的应用提供指导。