洞庭湖平原菜园土壤养分径流规律及其影响因素

通过定位大田和田间小区试验,研究了不同蔬菜类型及不同施肥结构对菜园土壤养分径流损失的影响。结果表明:菜园土壤养分径流损失以氮为主,钾素次之,磷素最少。种植辣椒作物由于施肥量大于南瓜,氮、磷、钾养分的淋失显著高于南瓜地。白菜地磷、钾养分的淋失显著高于甘蓝地。春、夏季蔬菜地氮、磷、钾养分的淋失高于秋、冬季蔬菜地。在茄子生育前期,当地菜农习惯施肥处理(CK2),氮、磷养分的淋失较其他处理严重,单施化肥处理(NPK),钾养分的淋失较其他处理严重。白菜、甘蓝地前2次径流水样中,习惯施肥和单施化肥处理氮、磷、钾养分的淋失较其他处理严重。施用有机肥料,在蔬菜生育后期氮、磷、钾养分的淋失大于其他处理,维持较高的水平。不施肥处理,也存在着养分的损失,且数量较大,在生产实践中应加强土壤养分资源的管理和高效利用。     

施肥对设施番茄-黄瓜养分利用与土壤氮素淋失的影响

以宁夏引黄灌区设施番茄-黄瓜为研究对象,利用田间定位试验,研究了不同施肥措施对蔬菜产量、养分吸收利用及淋溶水产生和氮素淋失动态的影响,并对氮素淋失量及淋失率进行了分析。结果表明,常规施肥和优化施肥间番茄和黄瓜果实产量差异都不显著,养分吸收量顺序为:K＞N＞P。两季蔬菜的N、P肥利用率都不到7%,而K肥利用率最高仅12.3%。氮素淋失量与施肥灌水和蔬菜生育时期密切相关。同一施肥处理下,黄瓜季氮素淋失量高于番茄季;氮素淋失以硝态氮为主,占总氮比例70%以上。番茄季总氮、硝态氮淋失率分别为2.95%～6.65%和2.50%～5.56%;黄瓜分别为3.40%～6.96%和2.89%～5.70%。两季蔬菜铵态氮淋失率都低于1%。通过优化化肥用量和施用高C/N比有机肥或秸秆调节土壤C/N,有利于降低氮素的淋失量,从而减少氮素的损失。     

不同生物炭添加量下植烟土壤养分的淋失

【目的】我国南方植烟土壤养分淋失严重尤其是氮、钾,不仅造成资源浪费和潜在环境威胁,还严重制约了烟叶的可持续生产。生物炭比表面积大、孔隙多、稳定性强,施入土壤后可增加对养分的吸附,延长肥效和减少养分损失。本文研究了添加不同水平生物炭对植烟土壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,为充分发挥生物炭提高养分利用率的作用提供依据。【方法】采用土柱淋洗模拟方法,试验共设5个处理,包括不施肥对照(CK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+10%生物炭(10%B)、氮磷钾肥+20%生物炭(20%B)、氮磷钾肥+40%生物炭(40%B),每个处理重复4次,随机排列。【结果】不同生物炭添加量下,土壤硝态氮、磷、钾的淋失量在培养期间呈先增加后减少的趋势。与NPK处理相比,添加生物炭处理在培养21天之后减少了硝态氮淋失量,在整个培养期间延缓和减少了磷的淋失量;与NPK处理相比,10%B、20%B和40%B处理硝态氮淋失总量分别显著降低13%、18%和25%,磷素淋失总量分别显著降低46%、61%和73%,10%B和20%B处理的钾素淋洗量略高,但差异未达显著水平,而40%B处理的钾素淋洗量则显著高于前3个处理,比NPK处理高47%。培养结束后,由于生物炭本身偏碱性,随着生物炭添加量的增加,土壤p H显著升高。表明添加生物炭条件下,土壤硝态氮淋失量的减少主要是生物炭的吸附作用所致;磷素淋失量的减少除了与生物炭的吸附作用有关外,也可能与土壤p H的升高有关;钾素淋失量的增加可能与生物炭本身携带的钾素有关。施用生物炭对土壤硝态氮、磷、钾养分淋失影响的机制还需进一步验证。【结论】施用生物炭能够有效减少植烟土壤硝态氮和磷素的淋溶损失,进而节约氮、磷肥料和提高养分利用效率,降低地下水污染风险,促进烟叶可持续优质生产,在一定范围内其施用量越高效果越好。生物炭的适宜添加量还需综合考虑氮磷钾3个元素的淋失而继续试验。     

减量施肥对菜地土壤养分淋失及春甘蓝产量的影响

通过田间试验研究了减量施肥对菜地土壤养分淋失及春甘蓝产量的影响。结果表明:春甘蓝N、P、K习惯施肥用量分别为其吸收量2.64倍、5.8倍、1.02倍,长期施肥使菜园土壤有效P大量累积,土壤养分不平衡加剧,一些中微量元素成为新的养分限制因子。习惯施肥N、P向下层淋失明显,改进减量施肥技术使N、P淋失量分别减少90.0%、78.4%。不平衡减量施肥降低春甘蓝产量和经济效益,配合S、B、Zn的改进减量施肥技术能显著促进春甘蓝吸收养分,提高产量,经济效益超过习惯施肥处理。结论:在菜园土上推广平衡施肥技术可显著减少春甘蓝的施肥量,提高肥料利用率,增加产量和经济效益,并能减少N、P养分淋失,减轻施肥的面源污染。     

酸雨对紫色土氮磷淋失的影响

利用土柱淋洗模拟试验,研究了酸雨影响下,不同施肥处理紫色土氮、磷淋失的动态变化特征。结果表明,在酸雨作用下,紫色土中硝态氮的淋失量远远大于磷元素;不同施肥处理下二者淋失量的大小不同,淋失量大小排序均为有机无机混合施用〉化肥〉有机肥〉对照处理;淋失量受施肥量和降雨量的影响明显,土壤中硝态氮、磷元素淋失量随施肥量的增加而增加,淋失过程主要集中在雨季。同一施肥处理下,土壤硝态氮淋失量随降雨pH值的升高而增加;pH值5.5是土壤磷元素淋失量的临界点,此时土壤有效磷含量最高,淋失量达到峰值。     

烟地土壤养分淋失与利用研究

利用淋溶池收集地下径流,通过测定下渗液、土壤、植株的氮、磷、钾含量,研究了植烟土壤的养分淋溶和利用.结果表明,土壤地下径流量与降雨量呈显著正相关,下渗液量/降雨量前期最高,但随着植株体积的增加而降低.在下渗液中,硝态氮浓度远远高于铵态氮,钾离子浓度与硝态氮相当,未检测出磷.施入土壤的氮肥超过60%被淋失,钾肥淋失量约占1/4.土壤养分淋失与养分含量(硝态氮)和降雨量(钾)有关.氮、磷、钾肥的表观利用率分别为42.71%,20.77%,34.48%.土壤残留量磷肥最高,钾肥次之,氮肥最低.     

施用生物炭对云南烟区典型土壤养分淋失的影响

土壤养分尤其是氮、钾的淋失是制约云南烟叶生产可持续发展的重要因素之一。近些年来的一些研究表明,生物炭在减少土壤养分淋失方面有着很好的应用效果。然而,关于生物炭在云南植烟土壤上的应用效果研究报道较少。本文基于土柱淋洗模拟试验,研究了添加生物炭对南方紫色土、赤红壤和黄棕壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,以期为生物炭的合理广泛应用提供理论依据。研究结果显示,添加生物炭后,紫色土、赤红壤和黄棕壤的硝态氮淋洗总量分别减少16%、14%和22%;紫色土、赤红壤的磷素淋洗总量分别减少41%和32%,黄棕壤磷素淋洗总量变化不明显;紫色土和黄棕壤的钾素淋洗总量分别增加19%和23%,赤红壤的钾素淋洗总量变化不明显。研究表明,施用生物炭是控制云南植烟土壤氮磷淋失的有效措施。     

洞庭湖区不同稻田土壤及施肥对养分淋溶损失的影响

在渗漏池模拟洞庭湖区三种主要水耕人为土的基础上,进行了为期2 a的施用化肥(CF)、控释氮肥(CRNF)和配施猪粪(OM)对N、P、K养分淋失影响的试验,以探明双季稻田养分淋溶损失现状和规律。结果表明,普通简育水耕人为土(THS)、底潜简育水耕人为土(EHS)、普通铁聚水耕人为土(TFS)双季稻田CF处理的氮素淋溶损失总量分别占施氮量的2.28%、0.66%和1.50%。其中,THS的渗漏水总氮(TN)浓度与TFS相近,但由于渗漏水量高而导致TN淋失显著增加,EHS的渗漏水量及其TN浓度均显著低于其他两种土壤;稻田淋溶损失的氮素形态中,铵态氮占39.7%,有机态氮占56.8%,硝态氮仅占3.5%。三种土壤的总钾(TK)淋溶损失分别占施钾量的14.0%、4.68%和11.5%,但渗漏水TK浓度高低顺序为:TFS>THS>EHS;各土壤的总磷(TP)淋失均很小且施磷与不施磷(CK)无差异。比较不同施肥处理的养分渗漏损失情况显示,CRNF处理的渗漏水TN浓度最高,三种土壤中均显著高于CK,CF和OM处理仅THS和TFS的TN淋失量显著高于CK;配施猪粪和单施氯化钾时,三种土壤的渗漏水TK浓度均显著高于CK。由于养分淋溶损失是一个长期累积的过程,而本试验仅连续2 a,施用不同氮、钾肥源的N、K素淋溶损失差异不显著。     

黔北烟区夏玉米的养分利用与径流损失

利用渗漏池和量雨器收集降雨和径流,并测定雨水、径流、土壤、植株养分,研究黔北烟区烤烟季玉米的养分利用与径流损失。结果表明,在玉米生长季节,地下径流量随降雨量增加而提高,但地下径流量/降雨量前期较高,中后期较低。雨水中的养分浓度表现为铵态氮>钾>硝态氮>磷;养分浓度的变异系数因养分种类和玉米生育期不同而表现出多样性。在玉米生育期间,降雨输入氮、钾分别占玉米吸收量的13.51%和19.67%,对玉米营养有重要作用。在地下径流的养分浓度表现为硝态氮>钾>铵态氮,未检测到磷。地下径流损失的养分主要是硝态氮和钾,并主要发生在玉米生育前期。在玉米移栽前、收获后,养分输入总量/输出总量略有降低,土壤有机质和全效养分未发生明显变化,碱解氮和速效钾含量收后比栽前显著降低。     

宁夏黄灌区稻秆还田对硝态氮流失量的影响

为控制稻田土壤硝态氮流失,对宁夏黄灌区稻田设置不同量秸秆还田处理常规施肥不还田（CK）、常规施肥条件下稻秆分别半量（T1）与全量（T2）还田,采用树脂芯法测定了稻秆还田10、20、30cm土层硝态氮淋失量。结果表明,稻秆还田可以有效减少30cm处硝态氮淋失量,减少比例在5.5左右。从生育期内来看,前期流失量大于后期,但在后期120cm土层渗滤液中硝态氮含量在10mg.L-1以下,对地下水污染没有威胁。稻秆还田条件下,前期土壤硝态氮含量较低,减少了硝态氮淋失的可能性,后期N素得到释放而促进了水稻的生殖生长,产量得到增加。因此,稻秆还田可以作为源头控制稻田硝态氮流失的较好措施加以推广。     

习惯施肥对菜地氮磷径流流失的影响

对菜地进行连续3年的定位监测试验。结果表明:与不施肥对照相比,菜农习惯施肥处理显著提高降雨径流中的总氮(TN)和硝态氮(NO3--N)流失质量浓度及流失量,3年监测期内总氮(TN)径流流失负荷为321kg/hm2,总磷(TP)流失负荷为134kg/hm2,分别占氮、磷养分投入总量的13.6%和13.2%,氮肥的流失系数约为5.6%。菜地氮素流失以硝态氮(NO3--N)形式为主,磷素流失以颗粒态磷(PP)形式为主。菜地氮、磷养分径流流失与径流量呈显著线性关系,菜地每流失1kg的总磷(TP),可溶性总磷(TDP)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)所需要的径流量分别为77.5,322,52.5,67.5,404m3。     

人工降雨条件下不同坡长和覆盖度对氮素流失的影响

用植被覆盖度(20%,45%,60%,90%)和坡长(1,2,3,4,5m)作为可变因素,设定固定雨强2.0mm/min进行室内模拟降雨,研究氮素的流失特征,探索坡长、覆盖度和径流对氮素流失的影响。通过对试验数据的分析,结论为:(1)相同覆盖度,不同坡长全氮(TN)流失量随时间延长而逐渐增加,并且随着坡长的增加,流失量逐渐增大,但径流中总氮的浓度变化差异不明显。硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)流失量的变化与TN较为相似,流失浓度随着时间变化主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度逐步降低并最终趋于稳定。(2)降雨过程中,径流中的氮流失主要以溶解态的氮为主,并以NO3--N比NH4+-N含量高,但是随着降雨时间的延长,不溶性氮的比例也会有所增加。(3)径流量对各形态氮的流失影响十分明显,植被覆盖度和坡长分别与TN、NO3--N的流失量呈显著负相关和显著正相关。     

苕溪流域茶园不同种植模式下地表径流氮磷流失特征

为探讨苕溪流域不同种植模式下茶园地表径流氮磷养分流失特征,于2010年5-10月对等高种植和顺坡种植2种种植模式下茶园地表径流水样进行取样测定,分析径流水样中的氮磷元素各指标的含量、形态特征及其随时间的变化规律。结果表明:无论是顺坡种植还是等高种植,茶园径流中氮素各指标含量的峰值均出现在6月底或7月初,茶园径流中磷素各指标含量的峰值出现在6月底、7月初或9月初。在整个监测时期内,等高种植茶园径流中总氮、硝氮、铵氮含量分别比顺坡种植茶园低8.54%～43.01%,4.05%～46.70%,5.92%～33.19%,但2种种植模式间不存在显著差异;等高种植茶园径流水中总磷、可溶态总磷、颗粒态磷的含量分别比顺坡种植低8.51%～31.07%,0.39%～17.91%,8.45%～36.86%,2种种植模式之间径流水中总磷、颗粒态磷含量存在极显著差异,可溶态磷含量不存在显著差异。无论是顺坡种植还是等高种植,硝态氮均为茶园氮素地表径流流失的主要形态,颗粒态磷则是茶园磷素地表径流流失的主要形态。总的来说,等高种植模式能有效地截留茶园氮磷营养元素,防止其随地表径流流失。     

不同施肥水平下植草对坡地径流氮素流失的调控作用

采用室内模拟人工降雨的方法,研究坡地植草措施在不同施肥水平下对径流氮素流失的控制效应。结果表明:(1)植草措施使坡地初始产流时间滞后约3′6″～18′28″,地表径流量随雨强的增大而增加,植草措施下径流调控率变化范围为3.3%～59.81%,泥沙调控率变化范围为39.66%～83.51%,且均在小雨条件下效果最好;(2)径流三氮输出量随雨强的增大而增加,且与降雨强度之间的关系较施肥水平更紧密;(3)径流氮素流失以硝态氮为主,硝态氮占总氮浓度的变化范围为21.28%～88.36%,铵氮在总氮浓度中的比例较小,仅占3.39%～22.28%,硝态氮浓度是铵氮浓度的1.3～16.9倍,表明坡地径流氮素流失以硝态氮为主。径流氮素浓度与施肥水平的关系较紧密,与降雨强度无紧密关系。     

不同养分管理措施下常年菜地蔬菜生长及氮素径流特征

【目的】蔬菜生产超量施肥现象十分普遍,由此导致的面源污染问题日益严重。研究探讨常年菜地的合理施肥技术,明确蔬菜合理的氮肥投入阈值范围,从污染源头控制氮的迁移、流失,对于降低氮肥对水体的污染风险具有积极意义。【方法】本试验采用大田小区试验方法,设置不施肥对照和不同用量化肥配施有机肥处理(N0,化肥氮空白;CON,习惯施肥;OPT,优化施肥;OPT+N,优化增氮;OPT+P,优化增磷;OPT+NPK,优化增氮磷钾),研究了不同养分管理措施对常年菜地甘蓝—茄子—甘蓝轮作模式下蔬菜生长及氮素径流流失的影响。【结果】连续三茬、为期一年的蔬菜试验,共采集径流样品18次。整个试验期间,不同处理的菜地地表径流铵态氮浓度均低于2.0mg/L的地表水V类水标准限值,且施肥对铵态氮的影响无明显规律性。地表径流硝态氮和总氮具有相似的浓度变化特征,浓度范围分别为0.03 28.43 mg/L和1.06 31.79 mg/L,硝态氮是土壤矿质氮流失的主要氮素形态。施氮不同程度增加总氮和硝态氮浓度,且化肥氮的作用尤为明显。几乎所有径流样品的总氮浓度均超过2.0 mg/L的地表水V类水的标准限值,OPT+NPK处理总氮浓度及硝态氮超标率均最高。对照处理的菜地总氮年流失负荷为30.8 kg/hm2,化肥氮空白处理与对照间无显著差异。其他有机无机肥配施处理中CON、OPT、OPT+N、OPT+P和OPT+NPK处理总氮年流失负荷分别为69.81、54.95、76.6、55.45和90.73 kg/hm2,分别较对照显著提高126.51%、78.29%、148.54%、79.92%和194.39%,且以OPT+NPK处理的流失负荷(90.73 kg/hm2)最高、OPT处理负荷较低(54.95 kg/hm2)。菜地施肥处理的氮肥流失系数在1.47%3.44%之间,总体随化肥氮用量增加而升高。施肥显著增加蔬菜产量,化肥氮空白处理的甘蓝和茄子产量较相应对照处理分别增加67.50%和114.20%,其他有机无机肥配施处理下两种蔬菜产量的增幅分别为5.1 5.5倍和4.5 5.9倍。相同有机肥用量条件下,施用氮、磷、钾化肥对蔬菜的增产作用明显,且以氮、磷、钾肥用量均最高的OPT+NPK处理的蔬菜产量增幅最大。【结论】从兼顾经济效益和环境效益角度出发,综合分析蔬菜产量、肥料投入成本及总氮流失负荷,优化施肥(OPT)处理可作为常年菜地推荐施肥技术方案。     

非饱和坡面水分与氮素迁移耦合模型与应用

目前对坡面径流氮素流失的研究以解析方法为主,难以描述坡面不同位置水分及氮素的变化情况,且较少关注水分入渗造成的氮素迁移。为了描述非饱和坡面上的降雨-径流-入渗及氮素迁移过程,该文构建了坡面尺度数值模拟模型。对于水分入渗,采用运动波方程描述坡面产流过程,采用Green-Ampt公式描述坡面入渗过程。对于氮素迁移,将研究区离散,采用混合层理论对每个离散区域建立质量平衡方程。通过与坡面水分、氮素运移试验数据的对比验证了本模型的正确性。开展室内土槽坡面径流试验,观测数据与数值模拟结果的对比表明,本模型水分、铵态氮、硝态氮计算相对误差分别小于15%、5.5%和32%,质量误差均小于0.02%,验证了本模型较好的计算精度和质量误差控制。     

潜流人工湿地中3种基质对氮磷净化的影响

通过潜流人工湿地装置,采用间歇运行方式考察不同停留时间下土壤、砾石、炉渣基质在以NO3--N、NH4+-N和PO4--P为主要氮组分的模拟污水对污水中氮的净化效能,并研究湿地系统基质与pH变化、NO3--N和NH4+-N净化效率的关系。结果表明,当水力停留时间为10d时,土壤-炉渣湿地的N,P净化效能高于以其他基质构建的湿地。在试验周期内,各基质的人工湿地系统NH4+-N的净化效率均高于NO3--N的净化效率,氮素的净化效能上层大于下层,湿地系统中pH值先降低后升高的拐点可作为NH4+-N氧化反应结束的指示参数。     

澄江尖山河小流域不同土地利用类型面源污染输出特征

研究了自然降雨条件下澄江尖山河小流域4种不同土地利用类型径流小区中面源污染输出特征。结果表明,不同土地利用类型径流小区中面源污染物输出量不同,农地的全磷输出量最大,其次是人工林,次生林和灌草丛较小;氨氮和COD输出量表现出农地和人工林大于次生林和灌草丛。不同土地利用类型径流中面源污染物输出浓度没有显著差异,但从总体上来看,植被覆盖度越高,径流水中的氮、磷浓度越高,而COD、氨氮浓度越低,硝态氮浓度是亚硝态氮浓度的8.5~111倍,可溶态氮以硝态氮形式流失为主;侵蚀泥沙有富集养分的特征,且次生林和灌草丛的富集率高于农地。不同土地利用类型侵蚀泥沙中全氮和全磷的输出量依次为:农地>人工林>灌草丛>次生林,速效氮和速效磷则为:农地>人工林>次生林>灌草丛。与氮相比,表层土壤中的磷更容易随径流流失,磷的输出以泥沙结合态为主,特别是速效磷。     

不同土地类型氮磷的输出及富营养化风险分析

在自然降雨条件下研究澄江尖山河流域4种不同土地类型输出地表径流的TN、TP、NO3--N、NH4+-N及溶解态磷(DP)的特征,并利用TN/TP和Inorganic-N/DP、NO3-N/DP、NH4+-N/DP等比率对4种土地类型输出径流的养分限制性和富营养化风险进行分析.结果表明,不同土地类型在防治不同土壤养分流失的能力上存在差异,NO3--N、NH4+-N、DP的输出浓度随着径流中TN、TP浓度的增大而增大;人工林和次生林输出的径流对抚仙湖水生自养生物的生长具有磷元素限制性,坡耕地输出径流的限制性不明显或受氮、磷元素共同限制,灌草丛输出的径流表现出氮元素限制性;4种土地类型输出的径流皆存在富营养化风险,且灌草丛输出径流的风险水平最低;次生林及灌草丛输出径流的各种N/P比受降雨量调控,降雨量、产流量及产沙量对人工林输出径流的各种N/P比影响不大,但对坡耕地输出径流的各种N/P比有重要影响.     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。