干旱区滴灌均匀系数对土壤水氮分布影响模拟

基于HYDRUS-2D软件建立了棉花膜下滴灌水氮运移模型,利用干旱区棉花膜下滴灌试验数据对模型进行了参数率定和验证。将灌水器流量沿毛管的变化离散为依次逐段减小,并假设土壤水分在各段之间不存在交换,利用验证后的数学模型研究了干旱区不同滴灌均匀系数时土壤水氮分布特征,评估了土壤空间变异对水氮分布均匀性的影响。模拟结果表明,随着灌水的进行,滴灌均匀系数Cu为0.60和0.80时,土壤含水率和NO-3-N质量浓度均匀系数均呈下降趋势,而Cu=0.95时变化较平稳;滴灌均匀系数越低,灌水后土壤含水率和NO-3-N质量浓度均匀系数降低的幅度越大;土壤NO-3-N质量浓度均匀系数的变化范围为0.35~1.00,低于土壤含水率均匀系数。田间试验存在的土壤空间变异在一定程度上增加了土壤水氮分布不均匀性。     

干湿循环下4种护坡基质对氮素吸附试验研究

为净化农田排水沟水质,分别选取玉米芯、干树叶、锯木渣与土的混合物和全土作为排水沟护坡4种基质,通过室内不同浓度进水和干湿循环条件对其吸收氮素净化水质的能力进行了比较研究。结果表明:对于TN浓度变化,当氮浓度较高和较低时,树叶的净化能力均最好,净化率分别为91.13%和95.08%,其次为玉米芯和原土,净化率分别为78.25%和94.73%;对于NH+4-N浓度变化,当氮浓度高时,树叶具有较高的净化能力,净化率为75.07%,其次为玉米芯,净化率为29.12%,当氮浓度低时,树叶净化能力强,净化率为80.87%,其次为锯末渣,净化率为45.67%;对于NO-3-N浓度变化,当氮浓度高和低时,树叶具有较高的净化能力,净化率为49.52%和76.5%,其次为锯木渣,净化率为55.47%。随着循环次数的增加,基质对TN和NO+3-N的净化能力降低,选取合适的护坡基质,有助于农田水质净化。     

稻草碳源释放特性及脱氮特征研究

在常温条件下,研究了pH值(6.0、6.5、7、7.5)和碳源释放环境(绝对好氧和完全厌氧)对稻草碳源释放规律;并在此基础上研究了稻草填充床脱氮效果和特征。研究表明:酸性pH值和完全厌氧环境有利于CODcr释放。稻草填充床脱氮效果使NO-3-N浓度基本上保持低于10mg/L,NO-2-N低于0.5mg/L,CODcr基本上维持在50mg/L以下。     

不同灌溉量与施氮量下稻田裸地氮素运移规律

为了优化水稻田的灌溉与氮肥管理,基于不同灌溉水量与氮肥处理条件,在5块农田中开展了野外裸地氮素运移试验,分析了不同田块地表水与土壤水中三氮浓度随时间的变化规律.结果表明铵态氮(NH4+-N)在每次施氮肥后浓度会迅速增高,随后降低;硝态氮(NO3--N)在施氮肥及减少灌溉量后浓度会有明显的增高,在每次施氮肥后3 d内各田块地表水NO3--N浓度均低于NH4+-N浓度,地表水NO3--N浓度峰值产生时间也滞后于NH4+-N;晒田前,土壤水总氮(TN)与土壤水NH4+-N浓度随时间的变化规律相似,NH4+-N是TN的主要成分;晒田后,地表水与土壤水TN与NO3--N浓度随时间的变化规律相似,NO3--N是TN的主要成分.在田1～田5中,田4的水肥模式(施氮量429.3 kg/hm2,灌溉量8587.5 m3/hm2,追肥比6:4)比较适合当地水稻的生长,不仅节约了资源还降低了对环境的污染.此研究结果可为当地节水灌溉与农业面源污染防治提供参考价值.     

滇池流域宝象河水体溶解态氮变化特征及其环境影响因子研究

宝象河是入滇第二大入湖河流,为揭示其溶解态总氮(TDN)浓度时空分异特征,及主要的环境影响因子,本研究对宝象河7个关键断面的径流进行了为期1年的系统采样,选取了pH、水温、NTU(turbidity)、TDS(Total Dissolved Solids)等水环境因子进行了实地监测,重点对TDN浓度进行了实验测试,分析了水环境因子和TDN浓度值的响应关系,结果表明:①TDN浓度值空间变化特征为从上游到下游沿程逐渐增加;时间变化特征为冬春季节浓度值显著增大。②TDN浓度值变化的主要影响因素为TDS。研究结果能够揭示滇池氮素面源污染的输移过程,为滇池各子流域、宝象河流域水体氮污染的治理提供参考。     

猪场污水紫外吸光度作为COD替代参数用于在线监测的实验研究

为选择一种简便、快速、廉价的监测方法代替猪场污水处理中COD的日常监测,通过实验考察了紫外吸光度(UV254)与猪场污水原水COD及MBR处理出水COD的相关性,并验证了NH3-N,NO-3-N和NO-2-N浓度对水样UV254的影响.结果表明,对于猪场污水原水和MBR处理出水,UV254与COD有良好的相关性;NH3-N,NO-3-N和NO-2-N浓度对水样UV254影响不显著.UV254代替COD用于猪场污水原水及处理出水的日常监测具有较强的可行性和实用性, 对于水质相对稳定的猪场污水,只需简单稀释、比色,即可快速反应水质COD变化情况,实现猪场污水COD的在线监测.     

次暴雨下灌区排水河道氮素迁移转化试验研究

以江苏溧水县岔河为研究对象,比较了在降雨条件下农田排水口与近农田河道中氮素浓度的差异,分析了TN、NH4+-N和NO3--N在不同生态护坡河道中时空变化规律。结果表明,产流初期农田排水出口氮素浓度较高,此后呈下降趋势,而河道中不同形态氮素浓度大多先于径流达到峰值,TN、NH4+-N浓度均呈现随降雨径流先增大后减小的趋势,NO3--N变化趋势比较平缓。且可溶性氮是氮素流失主要形态。TN、NH4+-N和NO3--N浓度在空间上也有其变化规律,由于河道生态系统的净化功能使得河道断面浓度明显低于农田排水出口,并且经过生态整治的河道在降雨径流条件下对氮素有较好的截留作用。而不同治理模式的河段对氮素的截留效果有明显差异,采用自然生态治理模式和植生型抛石护岸的河段对氮的截留效果要优于采用浆砌石护坡的河段。     

天津地区施肥对麦田土壤养分及产量的影响

根据2008年10月-2009年6月和2010年10月-2011年6月在天津农学院农田水循环试验基地进行的田间试验,通过室外采样和室内测定,研究了天津地区施肥对麦田土壤养分和产量的影响.结果表明:硝态氮和速效磷均表现出在表层0～20 cm处含量远远高于其他土层,随土层深度的加深,含量逐渐降低,60 cm以下土层硝态氮和速效磷的含量变化缓慢.高、中、低、零肥处理硝态氮含量最大值呈现与施肥量多少相同的趋势,速效磷含量最大值的分布规律与施肥多少关系不太明显.0～40 cm土层中硝态氮和速效磷含量随时间变化较其他土层要明显,在天津地区复种指数较高的农田土壤中,底肥300 kg/hm2,追肥150 kg/hm2可以满足冬小麦生长需求,既节约资源,又保护环境.     

水氮量对层状包气带土壤氮素迁移累积的影响分析

采用田间小区试验,研究夏玉米/冬小麦轮作期间不同水氮处理对0~450cm土壤NO-3-N、NH+4-N和总N迁移累积的影响。结果表明,层状包气带土壤的质地和结构对水分、NO-3-N和总N在土层中的分布均有显著影响,而土壤结构只对NH+4-N有显著影响。不同水氮处理对土壤NO-3-N、NH+4-N和总N的直接影响深度分别为400、200和120cm,间接影响深度都为400 cm。单次灌水量52.5 mm、单次施氮量195 kg/hm2的处理土壤NO-3-N在0~250cm土层发生明显的迁移现象;而单次灌水量105 mm、单次施氮量大于等于130kg/hm2的处理在0~400 cm土层发生明显的迁移现象。对于“壤土-砂土-壤土” 结构的包气带土壤,土壤中NO-3-N、NH+4-N和总N质量比从大到小为：380~450 cm壤土土层、0~120 cm壤土土层、120~380 cm砂土土层、380~450 cm特殊的壤土土层对水分和氮素的迁移起到了阻碍作用。建议当地种植夏玉米/冬小麦期间,单次灌水量为52.5 mm、施氮量为65 kg/hm2。     

氮素形态及水分胁迫对不同水稻品种苗期生长的影响

氮素调控对水分胁迫条件下水稻生长发育具有显著影响,但不同供氮形态调控水稻水分胁迫的生理机制尚缺乏深入研究。以籼稻品种(汕优63、扬稻6号)和粳稻品种(86优8、武运粳7号)为研究材料,采用室内营养液培养和聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫处理,于不同供氮形态(NH+4-N和NO-3-N)条件下,研究不同氮素形态及水分条件对不同水稻品种苗期生长发育和光合特性的影响。结果表明,在两种水分条件下,供NH+4-N处理水稻生物量均显著高于供NO-3-N处理,在干旱胁迫条件下表现出较强抗旱性。与非水分胁迫条件相比,模拟干旱胁迫条件下供NH+4-N处理水稻蒸腾速率和气孔导度表现为增加的趋势,且叶面积和叶绿素含量没有显著影响,但供NO-3-N处理水稻的叶面积和叶绿素含量显著减少,进而引起供NO-3-N处理水稻净光合速率和干物质量显著下降。与非水分胁迫条件相比,模拟水分胁迫条件下粳稻品种生物量和叶面积均显著下降;但对籼稻品种而言,生物量和叶面积对水分胁迫的响应受氮素形态的显著影响,其中供NO-3-N处理模拟水分胁迫条件下显著降低,而对供NH+4-N处理没有显著影响。因此,籼稻品种在供NH+4-N条件下能够维持较高的叶片净光合速率和蒸腾速率,从而具有较强的抗旱能力。     

地下水浅埋区施肥对麦田土壤养分及产量的影响

2010年10月～2011年6月在天津农学院农田水循环试验基地进行田间试验，通过室外采样和室内测定，研究了地下水浅埋区施肥对麦田土壤养分和产量的影响。结果表明：硝态氮和速效磷均表现出在表层0-20cm处含量远远高于其它土层，随土层深度的加深，含量逐渐降低，60cm以下土层硝态氮和速效磷的含量变化缓慢。高、中、低、零肥处理硝态氮含量最大值呈现与施肥量多少相同的趋势，速效磷含量最大值的分布规律与施肥多少关系不太明显。0-40cm土层中硝态氮和速效磷含量随时间变化较其他土层要明显，在天津地区复种指数较高的农田土壤中，低肥水平（底肥300kg/hm2，追肥150 kg/hm2）可以满足冬小麦生长需求，既节约资源，又保护环境。     

膜孔肥液单向交汇入渗水、氮运移特性试验研究

通过室内试验,研究了膜孔肥液单向交汇入渗土壤水分及NO-3-N的分布特性与运移规律。研究表明,供水入渗过程中,相同深度处膜孔中心垂向的土壤含水率大于交汇中心垂向的土壤含水率;土壤NO-3-N浓度锋运移距离和最大值随入渗时间的延长而增大。再分布过程中,土壤剖面含水量的最大值随再分布时间的延长而逐渐减小,整个湿润土体的土壤含水率随时间的延长变得相对均匀;NO-3-N浓度锋运移距离继续增大,而NO-3-N浓度最大值逐渐减小。     

蔬菜废弃物好氧发酵腐殖液肥料化试验

以蔬菜废弃物与牛粪的混合物为原料,采用好氧发酵工艺进行发酵试验,进行了试验优化设计,考察了原料配比、曝气时间和发酵时间对蔬菜废弃物固体残留率的影响,实时监测发酵液的pH值,同时对优化设计后的9个试验的凯氏氮（TKN）、氨氮（NH+4-N）、硝态氮（NO-3-N）、亚硝态氮（NO-2-N）和总磷（TP）进行了测定,考察发酵液的养分含量。通过对9个试验的综合极差分析和主成分分析得到,当蔬菜废弃物和牛粪的质量比为3∶1、曝气时间为2h/d,发酵时间为40d时可以获得最佳的发酵效果。     

南四湖水体氮磷及叶绿素空间分布特征

研究分析了南四湖水体氮、磷、叶绿素a含量及空间分布特征。结果表明,南四湖水质主要参数在各湖区的分布存在明显的非均一性。南阳湖水体TN、DTN、NH4+-N、TP、DTP、PO43--P浓度均显著高于其他3湖区的,但独山湖、昭阳湖和微山湖水体不同形态氮、磷浓度间无显著差异;水体中DTN、NH4+-N与TN以及DTP、PO43--P与TP浓度呈显著相关;南四湖水体中叶绿素浓度的分布呈现出较大的差异,南阳湖水体叶绿素浓度最高、微山湖的最低,叶绿素a浓度与TN/TP比值、pH值间呈显著的对数负相关,与不同形态氮、磷及COD浓度间呈显著的对数正相关。     

焉耆盆地农田排渠水质变化及其空间分布

以焉耆盆地内的26条农田排渠为研究对象,选取CODCr、BOD5、矿化度等8项水质指标,采用因子分析和聚类分析对各个排渠的水质进行评价,并对排渠水体污染程度进行分类,在此基础上确定出对博斯腾湖咸化贡献大的农田排渠。结果表明,各排渠水质污染的主导因子是矿化度、硫酸盐、氯化物;本布图南干排、团结总干排、东大罕干排、黄水总干排综合污染程度高且是以矿化度等盐类污染为主要污染物;通过聚类分析可将农田排渠水体污染分为3类(综合污染程度高;综合污染度中等;综合污染度低);对博斯腾湖咸化贡献大的农田排渠是黄水总干排、团结总干排和解放一渠,应着重控制。     

涌泉根灌肥液入渗水氮运移特性研究

为了提高涌泉根灌模式下水肥利用率,减少氮肥流失与深层渗漏,通过涌泉根灌肥液入渗田间试验,研究了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗湿润体及其水氮运移特性,揭示了涌泉根灌土壤入渗量和湿润锋运移距离随肥液质量浓度的变化关系;建立了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗量和湿润锋运移经验模型;分析了入渗湿润深度范围内肥液质量浓度分别对土壤NO-3-N和NH+4-N含量分布特性的影响。结果表明:肥液质量浓度增大,单位面积累计入渗量随入渗时间增加而增大,并且入渗量和湿润锋运移距离均与入渗时间呈极显著幂函数关系,决定系数分别达到0.98和0.96,均大于临界相关系数rα(0.605 5);入渗再分布阶段,肥液质量浓度41.7 g/L能更好地保证枣树根系水分的吸收,而不同肥液质量浓度对土壤氮素转化率影响有所不同,硝态氮转化率基本不明显,而肥液质量浓度为33.3 g/L时铵态氮转化率最高。     

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。     

模拟降雨条件下农田裸地氮素随地表径流流失特征

为了研究模拟降雨条件下农田裸地的氮素随地表径流流失的规律,在室外模拟降雨条件下,采用表面撒施和沟施两种施肥方式,设置不同的降雨强度,研究初始含水率及雨强对径流流量的影响,以及农田裸地的氮素随地表径流流失的规律。结果表明,在产流过程及径流量上的差异,主要是土壤初始含水率和雨强这两个因素共同作用的结果。对于初始含水率和雨强这两个影响因素而言,氨态氮(NH_4~+-N)更易受到初始含水率的影响,而硝态氮(NO_3~--N)更易受到雨强的影响。农田氮素随地表径流累积流失量与农田累积径流量呈现正相关关系,两者之间的关系曲线拟合的结果较好,R2均在0.96以上,表明降雨径流是影响氮素流失量的重要因子。在较大的雨强条件下,农田裸地径流流失氮素的主要形态为颗粒态氮,而水溶性氮素的流失形态以NH_4~+-N为主。在两种不同的施肥方式下,在撒施情况下随径流流失的氮素流失量要显著高于沟施。     

喀斯特山区河流水环境容量核算与污染控制的单元化研究——以清水江流域鱼梁江河段为例

以喀斯特山区清水江流域鱼梁江河段为研究对象,在查明地下水排泄与河流环境容量及其水质之间关系的基础上,采用Daniel趋势检验法和水量—水质同步估测模型等分析了流域水质变化及其污染负荷和核算了多水文情势下的水环境容量等。结果表明,流域污染负荷为:氨氮(NH_3-N)312.85 t/a,总磷(TP)274.91 t/a,氟化物(F~-)311.82 t/a,主要为城镇生活和工业污染排放且具明显空间分布特征。控制单元Ⅰ的F~-浓度显著下降,水环境容量未超载;控制单元Ⅱ和Ⅲ的TP、F~-和NH_3-N浓度均显著下降,前者水环境容量均超载,后者TP为过载状态;控制单元Ⅳ主要污染物浓度无明显升降趋势,但TP和F~-出现超载,TP严重超载为枯竭状态;控制单元Ⅴ的TP和F~-浓度显著下降,水环境容量均为超载状态,亟待实施NH_3-N、TP和F~-污染物总量控制和精准削减措施。     

不同灌溉模式稻田氮素淋失特征

氮素淋溶渗漏是导致农业面源污染的主要原因之一,通过测桶试验研究控制灌溉(CI)、覆秸秆旱作(DPS)和浅水勤灌(FSI)在水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期和黄熟期5个生育阶段地下排水中铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和总氮(TN)淋失的动态变化。结果表明:施肥后,各处理地下排水中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN浓度均快速升高。分蘖期和拔节孕穗期地下排水量占总排水量的64.6%～73.4%,且NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN浓度高,氮素流失量大。不同灌溉模式各生育阶段内地下排水中的氮素形式均以NH~+_4-N为主,约占TN的47.2%～59.4%,NO~-_3-N约占TN的30.3%～43.4%,地下排水是NH~+_4-N流失的主要途径之一。CI和DPS较FSI地下排水量减少45.8%和69.9%,氮素流失负荷减少42.5%和71.6%,但CI增产4.6%,DPS长时间水分胁迫导致减产3.7%。综合考虑,控制灌溉模式在节水减排的同时保持较高产量,而覆秸秆旱作模式在减少氮素流失方面具有明显优势。