焉耆盆地绿洲区地下水硝态氮污染空间变异性研究及成因分析

为了研究焉耆盆地绿洲区地下水硝态氮污染状况,通过野外采样及室内分析,运用地统计学方法中的普通克里金(Or-Kriging)法对绿洲农区207个地下水进行了硝态氮空间变异分析,并以河流、农田排渠水中的硝态氮量分析了硝态氮污染的原因。结果表明,绿洲区地下水体硝态氮量总体水平较低,平均值为3.32mg/L,属国家地下水Ⅱ类质量标准,但不同区域地下水的硝态氮量差异明显;采用普通克里金插值对绿洲区未测区域进行估值并按照国家地下水质量标准进行分区表明,绿洲农区大部分区域地下水硝态氮量已接近世界卫生组织(WHO)的最大允许质量浓度(10.0mg/L),个别地区已处于污染警戒状态(20.0mg/L),需尽早采取有效措施防治。随着近些年集约化农业的发展,氮肥施用量的增加及利用率偏低是盆地绿洲区地下水硝态氮污染的根本原因。     

昆明市松华坝水源地水源涵养能力时空变化研究

水源涵养能力是水源地脆弱性诊断的重要指标之一。在对比直线分割、直线斜割和滤波3种基流分割方法的基础上,选取松华坝水源地径流区内4个水文站实测流量资料,用滤波法分割基流,并计算基流量和基流指数。结果显示,左支流冷水河上、下游平均基流指数分别为0.589、0.485,右支流牧羊河上、下游平均基流指数分别为0.528、0.484。此外,1954-1992年冷水河下游地区基流量呈显著减小的趋势,其余区域基流量减小的趋势不显著。水源涵养能力空间上表现为,冷水河流域的水源涵养能力较牧羊河流域强,两流域上游的水源涵养能力均较下游强。     

自然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统迁移转化规律试验研究

目前对红壤坡地氮素流失的试验研究主要集中在人工土槽装置中监测径流和壤中流氮素,缺乏在野外自然坡情况下氮素在径流-壤中流及土壤中迁移转化过程的整体研究。为了探究天然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统中的迁移转化规律,在江西水土保持生态科技园开展了3次坡地人工降雨氮素流失试验,对不同坡面及土壤初始条件下人工降雨过程中地表径流、壤中流及土壤水分状况与氮素（硝态氮和铵态氮）浓度进行了监测和分析。结果表明,初始坡面粗糙截流能力强,能减少地表径流产流量,但会导致硝态氮大量渗入土壤,造成硝态氮随土壤水的下移。自然坡地土壤中的大孔隙和土壤空间变异性是导致壤中流的主要原因,壤中流硝态氮浓度显著高于地表径流硝态氮浓度,导致壤中流硝态氮流失占比较高,第一次试验中硝态氮壤中流流失占比超过50%。相比较而言,壤中流与地表径流铵态氮浓度均较小,与铵态氮在土壤中较强的吸附能力有关。历次试验中,土壤硝态氮和铵态氮沿顺坡方向空间变异性较大,随时间变化无一致性规律,除受到坡面水力特征影响外,还受到土壤温度的影响。     

稻田地表径流氮素流失量数值模拟及淋失规律

【目的】研究稻田氮素径流流失和淋失规律。【方法】在连续淹水条件下开展稻田野外试验,对氮素径流流失过程进行了数值模拟,同时分析了施肥前后土壤剖面氮素质量浓度分布。【结果】施肥当天径流试验中总氮、氨态氮和硝态氮以及施肥后第18天硝态氮的径流流失质量浓度随时间的下降过程可以用幂函数拟合,而施肥后第18天总氮和氨态氮用指数函数拟合。氮素径流流失过程前期,累积流失量与累积径流量的关系曲线可用抛物线函数拟合,径流后期用抛物线函数拟合效果略好于对数函数。在连续淹水下稻田中硝态氮量很低,主要以氨态氮形式流失。上层土壤(0~30 cm)氮素量大于下层,且上层的氮素量随时间的变化幅度高于下层。【结论】稻田氮素径流流失过程可通过初等函数拟合进行定量描述,提高根系对上层土壤氮素利用率有利于减小氮素淋失,且氮素量呈现高离散程度的上层土壤区是淋失过程定量描述的重点和难点。     

石羊河流域变化环境下的水库调度决策研究——以红崖山水库为例

以石羊河流域干流下游的红崖山水库为研究对象,基于Mann-Kendall检验结果,即所得年径流序列突变年份为1972年,在选取基流和降水、气温作为影响径流主要水文和气象因子的基础上,进行蔡旗断面的月径流预测,进而推算得出红崖山水库入库径流。以此来水为输入,构建适用于水库下游红崖山灌区的水库优化调度模型,并用动态规划方法求解。该模型在考虑如何调蓄上游来水、重新分配径流、规划灌区需水期间供水的基础上获得理想的经济收益。     

农田地表径流氮素流失特性分析

为了了解不同的灌溉条件下水旱农田地表径流氮素流失特性,开展水旱作物节水与传统灌溉条件下农田地表径流氮素流失试验研究。结果表明,不同作物类型对氮素流失影响显著,旱地铵态氮质量浓度低于水田,而硝态氮则高于水田;灌溉方式对氮素流失有一定的影响,但并不显著。虽然节水灌溉农田地表径流氮素质量浓度较高,但由于排水总量大大减少,所以...     

基于多种水文学法的襄阳市主要河流生态基流估算

为了对襄阳市主要河流生态基流进行估算,对常用的几种水文学计算方法进行总结,结合资料获取情况,选取Tennant法、7Q10法、90%保证率法和最枯月平均流量法对襄阳市4条代表河流控制断面的生态基流进行计算。在对计算结果进行对比和分析的基础上,结合河流生态需水要求,确定其生态基流的推荐值。对于缺乏逐日径流序列资料的河流,考虑每条河流的实际特征,结合上述4条代表河流的计算结果,对其生态基流进行估算。计算结果可为襄阳市水资源的合理开发利用和水生态文明建设提供依据。     

暗管控制排水条件下土壤硝态氮运移转化规律的试验研究

为研究控制排水措施对土壤硝态氮运移和转化的影响,通过测坑试验分析了不同控制排水位下土壤不同深度硝态氮的含量和分布。结果表明:①控制与非控制排水条件下土壤剖面硝态氮分布规律相似,硝态氮含量集中在0～40 cm土层,深层土壤中硝态氮浓度很小在1 mg/kg左右,不会污染地下水;②排水结束后至降雨前,表层至40 cm土壤剖面硝态氮浓度变化率和各田硝态氮含量的增大率与控制排水出口的高度成负相关,降雨至排水结束后,表层硝态氮的浓度均减小,表层以下硝态氮浓度变化与地下水埋深有关,地下水位以上硝态氮浓度一般增大,地下水位以下硝态氮浓度一般减小。结论为控制排水措施减小了深层土壤硝态氮含量,且大大减少了土壤中硝态氮的含量,且控制排水能有效减少硝态氮的流失量。     

农业小流域“田-沟”系统氮素时空变化分析

为研究农业小流域尺度上氮素的时空变化趋势,以夏作期内位于南京市溧水县白马镇的典型农业小流域为研究对象,通过野外监测和室内化验分析相结合,探讨了小流域内土壤氮素含量的时空变化,并分析了排水沟道中氮素质量浓度的时空分布特征.结果表明:夏作期小流域内土壤3种形态氮素质量分数时间上存在一定差异性,土壤全氮质量分数呈先增大后减小趋势,土壤硝态氮、铵态氮质量分数均呈总体减小趋势,降幅分别为37.1%,60.9%;小流域土壤全氮质量分数空间上分布趋势为中部较高,四周较低,南部相对于北部质量分数较大.夏作期排水沟道中总氮、硝态氮、铵态氮平均质量浓度依次为3.54,0.81,0.59 mg/L;在排水沟道的迁移过程中,3种形态氮素质量浓度均是沟道出口处大于沟道入口处.     

降雨条件下农田氮素地表径流流失特征研究

为探究沟施氮肥后,氮素随地表径流的流失规律,在野外降雨模拟试验条件下,研究了农田裸地氮素随地表径流流失规律。结果表明,在一定雨强范围内,土壤前期含水率对产流特征影响显著;在该裸地试验场地条件下,硝态氮质量浓度输出变化过程和总氮表现出良好的相关性,是氮素输出的主要形态;且硝态氮质量浓度随时间的变化曲线下降部分的下降速率具有一定规律性,用幂函数曲线拟合的结果最好,R2均在0.90以上;3次事件的地表径流累积量与累积氮素流失量成良好的正相关关系,可对观测值用幂函数和线性函数进行分段拟合。合理施肥,并尽量避免在强降雨来临前施肥,可以减缓施肥不当所造成的农业面源污染。     

冬小麦生长土壤中硝态氮动态的集中参数模型模拟

应用包含有限参数的集中参数模型(LPM)来模拟根区NO3-N的浓度。为率定和检验模型,在野外进行6个小区的水氮动态试验,并根据有关文献确定相关参数,然后借助于其中的2个小区实测资料对作物根系吸氮参数进行优化μ。模拟结果表明,模拟值与田间实测值基本吻合,说明所采用的模型及所确定的参数可用于模拟和预测根层土壤中NO3-N的变化规律。最后,对LPM进行了灵敏度分析,结果表明模拟结果对硝化参数k2、根系吸氮参数μ最为灵敏,并且随着尿素水解参数k1、硝化参数k2增大而增大,随着根系吸氮参数μ、反硝化参数k3的增大而减小。     

猪场废水灌溉对土壤氮素时空变化与氮平衡的影响

利用地中渗透仪测坑开展了田间灌溉试验,研究了猪场废水和等氮投入清水处理土壤铵态氮、硝态氮含量在时间、剖面上的变化规律,根据氮平衡原理对不同处理氮输入和氮输出项进行对比分析,估算了不同处理的氮矿化量。结果表明:各处理土壤铵态氮和硝态氮含量在时间上的变化规律基本一致,表现为追肥期出现峰值,随后下降的趋势;土壤铵态氮含量随土层深度的增加而迅速下降,土壤硝态氮含量随土层深度的增加变化规律不明显,且易淋移至下层土壤并累积。PWH(猪场废水高氮)处理土壤铵态氮、硝态氮含量在追肥期出现峰值后下降的幅度较慢,而CKH(清水高氮)处理下降的幅度较快。猪场废水高氮处理PWH作物吸氮量及氮矿化量比等氮清水处理CKH分别高6.91%和21.29%,表明该处理有利于土壤有机氮的矿化,但同时硝态氮深层淋溶量也较大,比CKH高出11.82%。     

不同滴灌量和施氮量对马铃薯硝酸盐累积的影响

采用植株反射仪探讨了不同滴灌量和施氮量对马铃薯硝酸盐累积影响，试验结果表明：在滴灌条件下，在马铃薯现蕾期和块茎膨大期，随着滴灌量的增加，马铃薯叶柄硝酸盐有降低的趋势，但随着施氮量的增加，马铃薯叶柄硝酸盐也随着增加。现蕾期叶柄硝酸盐逐步增加累积，块茎膨大期叶柄硝酸盐浓度则逐渐降低。马铃薯现蕾期和块茎膨大期，叶柄硝酸盐浓度与产量之间有很好的相关性。     

规模化牛场废水灌溉对冬小麦土壤速效氮迁移的影响

研究了牛场废水灌溉冬小麦土壤速效氮迁移特征。结果表明,冬小麦全生育期灌溉2次或3次牛场废水是较优灌溉模式,小麦收获后不会造成土壤硝态氮过量积累。在小麦生育期内,1m土壤剖面上含硝态氮量整体呈"哑铃"形,含铵态氮量随土壤深度增加逐渐降低;牛场废水灌溉下部土层含硝态氮量比正常施肥处理低,说明牛场废水灌溉土壤硝态氮淋溶下渗强度小;但因牛场废水中铵态氮质量浓度较高,牛场废水灌溉处理土壤含铵态氮量在1m土壤剖面高于正常施肥处理。     

灌水施氮方式对玉米生育期土壤NO3--N时空分布的影响

在干旱区大田条件下,以制种玉米"金西北22号"为供试材料,采用交替灌水、固定灌水、均匀灌水和交替施氮、固定施氮、均匀施氮二因素三水平的完全组合方案,在拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和成熟期对0~100 cm土层分层监测植株正下方、植株正南侧和植株正北侧的土壤NO_3~--N含量。结果表明:监测时期内,植株南、北两侧较植株下和0~40 cm土层较40~100 cm土层的土壤NO_3~--N含量时空分布受灌水施氮方式影响更大。固定灌水固定施氮下,水氮同区时土壤NO_3~--N在施氮侧下移,而水氮异区时土壤NO_3~--N在施氮侧累积。灌浆期,40~80 cm土层的植株下,与均匀灌水相比,交替灌水下不同施氮方式的土壤NO_3~--N含量减少9.9%~14.4%。交替灌水均匀施氮或交替灌水交替施氮使得土壤NO_3~--N在较长时间内维持在0~40 cm土层周围,成熟期二者0~100 cm土层的土壤NO_3~--N残留量相近,但较其他处理减少11.7%~27.3%。综上,交替灌水均匀施氮或交替灌水交替施氮使玉米生育期土壤NO_3~--N含量时空分布比较合理,成熟期土壤NO_3~--N残留量较低。     

水氮供应对温室黄瓜氮素吸收及土壤硝态氮分布的影响

采用温室小区试验,研究了不同水氮供应条件对温室黄瓜氮素吸收及土壤硝态氮分布的影响。结果表明,氮素在植株体各器官中的累积量随生育期的推进不断增大,在盛果期累积量达到最大,且总体增长趋势呈"S"型;在不同生育期,黄瓜各器官中氮累积量均表现为叶茎根,而在盛果期,果实中的氮累积量达到最大,且随灌水量和施肥量的增加而增加;灌水量、施氮量及水氮交互作用对黄瓜氮累积量、UPE及PFP均有显著性影响,在同一灌水条件下,NUE、UPE及PFP均随着施氮量的增加而减少,而对于同一施氮水平,UPE、PFP均随着灌水量的增加显著提高,NUE在不同灌水量条件下变化趋势则有所不同。灌水量及施氮量对土壤硝态氮分布有重要影响,且施氮量是影响土壤硝态氮累积的关键因素,随灌水量的增加表层土壤中硝态氮累积量呈逐渐降低的趋势,而随施氮量的增加则逐渐增大,且施氮量越高,淋洗现象越明显。     

负压灌溉下土壤水分运移特性及氮素分布规律研究

[目的]揭示负压水肥一体化灌溉对红壤水分及氮素运移特征的影响。[方法]配置6种不同质量浓度硝酸铵溶液(0、10、15、20、25、30mg/L),设置无压(负水头高度为0)和负压(1/2极限负水头高度)2个水平进行红壤入渗试验,分析了其入渗特性及氮素分布规律。[结果]硝酸铵溶液促进水分入渗,无压和负压状态下,入渗溶液质量浓度为25mg/L和15mg/L时水平与垂直方向湿润锋运移均达到最大,与相应CK相比累积入渗量最大分别增长2.69倍和3.00倍,平均入渗率分别增长2.38倍和2.18倍;土壤硝态氮和铵态氮量显著增加(p<0.05),与相应CK相比无压和负压状态下硝态氮量最大分别增长8.05倍和7.75倍,铵态氮量最大分别增长13.37倍和10.42倍。停渗时刻,同一质量浓度入渗溶液无压状态下水平与垂直方向湿润锋运移距离、累积入渗量均显著高于负压状态,各处理最大分别高出2.01、2.148和4.69倍;距出水点相同的距离,无压状态下土壤含水率、硝态氮和铵态氮量均高于负压状态。[结论]负压灌溉显著缩短水平与垂直方向湿润锋运移距离,降低土壤累积入渗量、含水率、硝态氮和铵态氮量。2种入渗条件下,土壤硝态氮量随入渗距离增加而增加,而土壤铵态氮量随入渗距离增加则呈下降趋势。     

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。     

地下水中硝酸盐去除的新工艺

地下水的硝酸盐污染已引起人们的关注。生物脱氮是硝酸盐治理的主要方法，本文综述了硝酸盐治理的一些新工艺。物化和生物结合的方法是硝酸盐治理的发展方向。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.