基于大型渗漏池监测的褐潮土农田水、氮淋失特征

【目的】明确华北平原褐潮土农田典型种植模式下水分和氮素的输入及淋失特征,阐明施氮量对淋失水质的影响,为从源头减少氮素淋失、防控农田面源污染提供科学依据。【方法】2007-2012年在“国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地”上,针对玉米单作种植模式,设置不同施氮梯度（不施氮CK,优化施氮T1,习惯施氮T2）,利用“渗漏池”监测玉米生育期间土壤水分和氮素淋失过程,同时利用田间小气候气象站监测降雨发生过程,并详细记录灌溉事件。【结果】降雨和灌溉发生在4-10月,淋失发生在5-11月,相对降雨和灌溉时间有所滞后。年际间降雨量差异较大（134-525 mm）,除2009年降雨少、无灌溉且未监测到淋失事件以外,其他年份水分输入总量均高于500 mm,并均监测到淋失事件。施氮处理比不施氮处理的淋失发生次数和淋失水量均有所减少,其中CK共发生淋失37次,淋失水量422 mm,T2共发生淋失31次,淋失水量310 mm。5年监测期间,灌溉和降雨携带的全氮共计157 kg·hm^-2,其中可溶性总氮106 kg·hm^-2,但年际间差异较大（7.53-34.1 kg·hm^-2）;灌溉和降雨携入氮量越多的年份,任一处理的氮素淋失量明显高于其他年份相同处理。硝态氮是淋失水中的主要氮素形态,并且施氮量越高,淋失水中硝态氮比重越大;无论是单次淋失事件还是年度淋失总量,T2淋失的可溶性总氮和硝态氮均明显高于CK和T1。CK和T1处理5年内全部淋失事件中的硝态氮平均浓度分别低于2.0、5.0 mg·L^-1,而T2处理的5年31次淋失事件中硝态氮浓度平均为29.5 mg·L^-1,超过地下III类水标准（20 mg·L^-1）的次数有15次,最高浓度达79.0 mg·L^-1。【结论】灌溉和降雨是导致淋失的主要原因,输入的水量越多,越易发生淋失,硝态氮是淋失水中的主要氮素形态;年际间,氮素淋失量与灌溉和降雨携入的氮量呈正相关关系,灌溉和降雨携带氮量越多的年份,农田氮素淋失量越多;同一年内,硝态氮淋失量和硝态氮淋失浓度均随施氮量的增加而增加。因此,只有合理施氮才能减少氮素淋失量并保证淋失水硝态氮含量不超标,但在确定合理的农田施氮量时,要充分考虑灌溉和降雨携带氮量对氮素淋失的影响。     

土柱模拟条件下降雨强度对滇西和豫中典型植烟土壤氮淋失的影响

通过室内土柱模拟降雨，比较不同典型植烟土壤氮淋失差异。选取豫中（襄城县）和滇西（洱源县）典型植烟土壤，设定总降雨量600 mm，模拟3种不同降雨强度P1(0.52 mm/h)、P2(1.04 mm/h)、P3(1.56 mm/h)，研究淋溶液渗出量及硝态氮、铵态氮的淋失情况。结果表明，高降雨强度削减土壤持水量，滇西植烟土壤持水量高于豫中。氮素淋失集中出现在淋失初期，硝态氮的淋失浓度及淋失量随降雨量增加下降迅速，铵态氮下降较缓慢。植烟土壤硝态氮、铵态氮淋失总量及淋失速率随降雨强度增加而增加，淋失形态以硝态氮为主，两地平均占比90%，土壤硝态氮的淋失浓度受降雨强度影响不明显，受土壤残留氮含量影响较显著。滇西地区植烟土壤氮淋失量及淋失速率均高于豫中，氮淋失污染风险较高。     

引黄灌区设施菜田硝态氮淋失的季节性特征

以宁夏引黄灌区设施菜田番茄-黄瓜轮作体系为研究对象,采用田间定位试验与实地观测相结合的研究方法,对设施菜田硝态氮淋洗的季节特征及其环境因子和施肥管理对硝态氮淋洗的影响进行研究。研究结果表明:硝态氮淋失呈现明显的季节变化,峰值出现在7月夏季休闲期,黄瓜季(秋冬茬)淋洗显著高于番茄季(冬春季),常规施肥周年硝态氮淋洗量平均为185.7 kg·hm-2,优化施肥和调节碳氮比两处理硝态氮淋洗量比常规处理分别降低了10.6%和8.3%。设施菜田硝态氮淋失与浅层地下水位、土壤温度、土壤水分等环境因子季节性变化关系密切,浅层地下水位与硝态氮的淋失量呈极显著负相关,浅层地下水位埋深越浅,硝态氮淋失量越大;土壤水分和温度与硝态氮的淋失量呈显著正相关,随着土壤表层温度和含水量升高,硝态氮淋失增多。     

不同降雨强度对农田土壤氮素淋失的影响及LEACHM模型验证

云南抚仙湖北岸农田平原区地下水埋深较浅,约0.6m,农田土壤氮素的淋失易对地下水和湖泊造成污染.采自抚仙湖北岸典型农田-蔬菜地土壤,应用3组不同降雨强度作用下室内土柱实验方法,通过测定土壤中铵态氮、硝态氮的含量以及渗漏液流量及其氮索浓度来探讨氮在土壤中的淋失规律.选用土壤营养物淋失模型(LEACHM模型),模拟了实验条件下水分运移和铵念氮、硝态氮浓度变化过程,并对实验数据作了拟合分析.结果表明,在不出现地表径流的情况下,降雨强度越大,水分下渗速率、铵态氮和硝态氮淋失速率也越快,总氮的淋失量也越大.实验中渗漏液铵态氮、硝态氮含量分别达10和120 mg·L-1,说明地下径流是营养盐损失的途径之一,硝态氮是氮素淋失的主要形态.营养盐淋失是地下水氮素污染的原因之一.模拟结果与实验数据较为吻合,表明该模型适用于研究区农田氮素淋失的模拟,为评估氮素淋失提供有效工具,同时也为现场模拟工作提供研究基础.     

施肥对紫色土坡耕地氮素淋失的影响

通过径流小区试验,研究了4种施肥条件下紫色土坡耕地氮素淋失特征.结果表明,单施氮肥、氮磷配施和氮磷钾配施等施肥处理渗漏液中硝态氮含量在10.17～21.88 mg·L-1之间,渗漏液硝态氮占总氮含量的比例在85.5%～90.8%之间.各施肥处理渗漏液硝态氮含量呈前期较低,迅速七升,而后逐渐降低的季节变化趋势.玉米生长季各处理硝态氮淋失总量顺序为:单施氮肥>氮磷配施>氮磷钾配施>无肥处理,单施氮肥处理硝态氮淋失总量最高(44.31 kg·hm-2),氮磷配施和氮磷钾配施处理硝态氮淋失量分别较单施氮肥降低47.6%和54.2%.氮磷钾合理配施方式有助于显著减少紫色土坡耕地硝态氮淋失.     

不同质量浓度铵态氮浇灌下城市森林土壤淋滤液无机氮及土壤氮素变化

目的探明不同质量浓度铵态氮浇灌下城市森林土壤淋滤液铵态氮与硝态氮及土壤氮素的变化。方法本文选择哈尔滨市城市林业示范基地内代表性的3种人工林（蒙古栎、黄檗、水曲柳）的土壤作为研究对象,以其邻近的裸地土壤作为对照,通过野外采集土柱和室内土柱模拟法,使用硫酸铵配制不同质量浓度铵态氮溶液（100、50、25、0 mg/L）进行室内模拟浇灌,对土柱淋滤液中铵态氮和硝态氮及处理后的土柱土壤氮素进行测定与分析。结果3个林型和对照原状土柱对铵态氮去除效果显著,去除率均达到95%以上;不同质量浓度铵态氮负荷下各林型土壤对其去除效果差异不显著;3个林型及对照原状土柱淋滤液硝态氮质量浓度较高,均为4.41 ~ 5.53 mg/L;进水铵态氮质量浓度为100 mg/L时,除对照外,3个林型土柱中铵态氮含量均增加;低于100 mg/L时,除蒙古栎人工林外,其他两个林型土柱土壤中铵态氮含量降低;各林型和对照的土柱土壤硝态氮含量显著增加,而全氮含量差异不显著;利用不同质量浓度铵态氮浇灌后,土柱淋滤液中铵态氮的变化受林型和进水铵态氮质量浓度及其两者的交互影响不显著,但对硝态氮的影响达到显著水平,以上3者对浇灌后土柱土壤中氮素的影响均达到显著水平。结论在3个林型及裸地原状土柱中,蒙古栎人工林土壤对铵态氮的去除效果及硝态氮淋失最显著,其次为黄檗人工林土壤、水曲柳人工林土壤和裸地土壤。      

内蒙古河套灌区农业常规管理下土壤硝态氮与氮淋失的元分析

为了控制氮肥量、节水、提升土壤地力,通过收集已发表结果的数据,采用元分析方法系统地探索了内蒙古河套灌区土壤硝态氮与氮淋失量状况及其相关因素。结果表明,常规管理下玉米（Zea mays L.）地、向日葵（Helianthus annuus L.）地、春小麦（Triticum aestivum L.）地土壤表层（0～20 cm）平均硝态氮含量分别为22.78、9.92、17.80 mg/kg,土壤平均氮淋失量分别为49.82、45.11、93.73 kg/（hm2·年）,常规施氮（N）量分别为357.7、233.2、320.0 kg/hm2。常规施氮量导致的土壤氮淋失量是不施用氮肥的6.76倍,其主要影响因素为土壤质地、土壤表层有机质含量、土壤表层pH、作物类型、灌溉量。这表明河套灌区常规管理下的施氮量偏高,地力随时间有降低的趋势,氮淋失较严重。     

滇池柴河流域蔬菜地土壤施用控释尿素与普通尿素的氮损失比较

在滇池柴河流域,蔬菜地施用的氮肥通过径流、淋溶和氨挥发等途径向水体迁移,对周围水体质量有较大影响。通过盆栽试验比较了控释尿素（3个氮水平：0 mg N/kg土、280 mg N/kg土和320 mg N/kg土）与普通尿素（4个氮水平：0 mg N/kg土、280 mg N/kg土、320 mg N/kg土和400 mg N/kg土）施用在柴河流域土壤所表现出的肥料氨挥发和氮淋失特征。结果表明,两种氮肥所有施氮水平处理的氮淋溶量都显著大于氨挥发量。在两种施氮水平下（320 mg N/kg土和280 mg N/kg土）,施用普通尿素产生的氨挥发量分别占施氮量的3.64%和3.57%,而施用控释尿素产生的氨挥发量分别占施氮量的3.64%和2.78%;施用普通尿素产生的氮淋失量分别占施氮量的14.38%（其中硝态氮占85.34%）和14.46%（其中硝态氮占95.70%）,施用控释尿素产生的氮淋溶量分别占施氮量11.60%（其中硝态氮占91.05%）和8.37%（其中硝态氮占96.84%）。硝态氮淋溶可能是柴河流域蔬菜地肥料氮素向水体迁移的主要途径。随着施氮量的减少,控释尿素的氮淋失量显著下降,而普通尿素的氮淋失量差异不显著。相同施氮水平下,普通尿素氮淋失量显著大于控释尿素。由此可见,控释尿素主要通过减少氮淋溶途径来减少氮损失。减量施氮结合控释尿素的施用对控制该地区氮肥施用对水体污染具有实际的指导意义。     

不同质量浓度铵态氮浇灌下城市森林土壤淋滤液无机氮及土壤氮素变化——以哈尔滨市为例

【目的】探明不同质量浓度铵态氮浇灌下城市森林土壤淋滤液铵态氮与硝态氮及土壤氮素的变化。【方法】本文选择哈尔滨市城市林业示范基地内代表性的3种人工林(蒙古栎、黄檗、水曲柳)的土壤作为研究对象,以其邻近的裸地土壤作为对照,通过野外采集土柱和室内土柱模拟法,使用硫酸铵配制不同质量浓度铵态氮溶液(100、50、25、0 mg/L)进行室内模拟浇灌,对土柱淋滤液中铵态氮和硝态氮及处理后的土柱土壤氮素进行测定与分析。【结果】3个林型和对照原状土柱对铵态氮去除效果显著,去除率均达到95%以上;不同质量浓度铵态氮负荷下各林型土壤对其去除效果差异不显著;3个林型及对照原状土柱淋滤液硝态氮质量浓度较高,均为4.41～5.53 mg/L;进水铵态氮质量浓度为100 mg/L时,除对照外,3个林型土柱中铵态氮含量均增加;低于100 mg/L时,除蒙古栎人工林外,其他两个林型土柱土壤中铵态氮含量降低;各林型和对照的土柱土壤硝态氮含量显著增加,而全氮含量差异不显著;利用不同质量浓度铵态氮浇灌后,土柱淋滤液中铵态氮的变化受林型和进水铵态氮质量浓度及其两者的交互影响不显著,但对硝态氮的影响达到显著水平,以上3者对浇灌后土柱土壤中氮素的影响均达到显著水平。【结论】在3个林型及裸地原状土柱中,蒙古栎人工林土壤对铵态氮的去除效果及硝态氮淋失最显著,其次为黄檗人工林土壤、水曲柳人工林土壤和裸地土壤。     

辽北棕壤土氮肥淋溶特征

采用室内土柱淋溶模拟试验,研究了不同氮肥处理下土壤氮素在东北棕壤土中的淋溶特征。结果表明:铵态氮、硝态氮和全氮的淋溶量均随施肥量的增加而提高;肥料中氮的淋失率在35.85%~47.50%之间,总氮的淋失量(y)与施氮量(x)之间的关系均可用线性回归方程进行模拟y=0.4817x+197.07(R2=0.9991)。棕壤土的土壤氮素淋溶流失以硝态氮为主要形态,经过12次土壤淋洗以后,硝态氮淋失量占氮素淋失总量70%以上,而铵态氮的比例不到3%;铵态氮淋失主要集中在前5次淋洗,硝态氮和总氮的淋失持续时间更长。     

氮在河北平原褐土和地下水迁移转化机制

[目的]为了揭示氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮在褐土和地下水中的迁移转化。[方法]以河北平原的褐土为主要的研究对象,通过室内土柱的淋滤实验,建立数学模型,预测其迁移规律。[结果]在施氮周期内,氨氮浓度最高为15.86 mg/L,最低为0.09 mg/L,平均为2.02 mg/L,超标10.1倍;亚硝酸盐氮最高浓度为37.456 mg/L,最低浓度为0.002 mg/L,平均浓度为4.854 mg/L,超标242.7倍;硝酸盐氮浓度最高为16.35 mg/L,最低浓度为2.12 mg/L,平均浓度为6.51 mg/L的未超标,占标率为32.57%。[结论]在浅层地下水中,硝酸盐氮和氨氮是污染地下水的主要2种氮素存在形态。在深层地下水中,氮素主要存在形态为硝酸盐氮。所建数学模型可以定量地预测氮在包气带和地下水中的迁移规律。     

河北省蔬菜高产区化肥施用对地下水硝态氮含量的影响

采用野外调查采样与室内分析相结合的方法,对河北省蔬菜高产区中的7个县区进行了地下水硝酸盐含量监测,并研究了过量施肥对地下水硝酸盐含量的影响。结果表明：2005～2007年河北省蔬菜高产区地下水硝态氮平均值在5．18～7．54mg／L之间,符合世界卫生组织的饮用水水质标准（〈10mg／L）,但呈上升趋势。不同深度的地下水硝态氮含量差异明显,总体趋势是随着水体深度的增加,硝态氮含量呈明显的下降趋势。地下水硝态氮污染主要集中在≤30m的水体层。从土壤硝态氮含量与地下水硝态氮含量的相关性来看,两者呈正相关,即地下水硝态氮含量随土壤硝态氮的上升而上升,表明蔬菜高产区过量施肥会对土壤中的硝态氮经过雨水或灌溉水向下淋洗,个别地区已经造成了较为严重的地下水硝酸盐污染。     

尿素在砖红壤中的淋失特征——Ⅰ．NH^＋4-N的淋失

通过室内大型模拟土柱研究不同尿素施甩量与砖红壤中NH4-N的淋失关系。结果表明：各施肥处理渗漏液中20cm处NH^ 4-N的最高浓度值与施肥量大小成正相关，60cm和120cm处渗漏液中NH^ 4-N浓度值与施肥量关系不大，但120cm处渗漏液中NH ^4-N浓度仍超过水体富营养化标准0．2mg／L。在砖红壤中，尿素以NH^ 4-N形态大量淋失的可能性不大。     

施氮量对太湖地区设施菜地年氮素淋失的影响

采用田间小区试验,研究了太湖地区设施菜地一年三季作物(番茄-莴苣-芹菜)氮素淋失特征.结果表明:太湖地区设施菜地氮淋失以NO3--N为主,氮素淋洗量受施氮量的直接影响,以农民习惯施氮量(N5)处理下的淋洗总量最高,全年TN淋失总量高达193.6 kg· hm-2.在N5基础上减施N40％(N3)可分别减少番茄、莴苣和芹菜季TN淋洗损失40.4％、49.2％和57.5％,同时可分别增产15.1％、39.0％和27.8％.设施菜地氮素淋洗高峰发生在揭棚期(7—11月),其中包括揭棚休闲期和莴苣生长前期.揭棚期淋洗液TN平均浓度为51.1 mg·L-1,是盖棚期TN浓度的1.7倍;TN淋洗量为129.2 kg· hm-2,约占全年总氮淋洗量的66.7％.     

冻融作用对旱地土壤中不同吸附形态铵根离子的影响

[目的]探讨冻融作用对土壤中不同吸附形式铵根离子的影响。[方法]通过室内模拟试验,研究了冻融作用对三江平原旱地土壤吸附铵根离子总量(水浸提)、强吸附态量(0.01 mol/L KCl溶液浸提)的影响。[结果]冻融处理和非冻融对照处理下,相比线性方程,旱地土壤吸附的铵根离子总量能更好的由Freundlich方程拟合(R20.99,SE1.69)。冻融作用对铵根离子的总吸附量基本没有影响:当土壤中加入的NH4+初始浓度从0 mg/L升高到200 mg/L时,冻融条件下NH4+总吸附量从-0.52 mg/kg升高到39.0 mg/kg;非冻融条件下NH4+总吸附量从-0.70 mg/kg升高到38.5 mg/kg。土壤中强吸附态NH4+的吸附等温线呈线性(R20.99,SE0.54),强吸附态NH4+的吸附量经过冻融过程后有明显增加,当土壤中加入的NH4+初始浓度从0 mg/L升高到200 mg/L时,冻融条件下NH4+强吸附态含量从-2.36 mg/kg呈线性升高到28.81 mg/kg;非冻融条件下NH4+强吸附态量从-4.25 mg/kg呈线性升高到25.12 mg/kg。由于冻融作用降低了强吸附态NH4+吸附解吸达到平衡时土壤溶液中NH4+的浓度,因而有利于降低土壤中铵根离子的淋失。冻融作用主要影响的是以离子交换形式吸附于土壤的NH4+。[结论]该研究为控制土壤氮素过量输入水体,防治水体富营养化奠定了理论基础。     

丛枝菌根真菌对溶解态和胶体态Cd淋溶的影响

采用粒径0.2 mm的石英砂制备30 cm高的砂柱,在接种和不接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)条件下种植玉米,施用1 mg·L~(-1)的溶解态和胶体态Cd,开展砂柱培养和模拟淋溶试验,研究AMF对砂粒比表面积、砂柱溶液Cd浓度和淋溶流失的影响。结果表明:AMF菌丝在砂柱中生长和分泌球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP),增大石英砂的比表面积,增加石英砂对Cd的吸附量与吸附能力;接种AMF显著降低砂柱10 cm处溶液中溶解态和胶体态Cd的浓度,减少Cd的淋溶流失量;相关性分析表明,在AMF接种情形下,砂柱中GRSP含量与砂粒Cd吸附量呈显著正相关,GRSP含量与砂柱溶液Cd浓度呈显著负相关,且砂粒Cd吸附量与砂柱溶液Cd浓度呈显著负相关,砂柱20 cm深度的砂粒Cd吸附量与Cd流失量呈显著负相关,砂柱30 cm深度的溶液Cd浓度与Cd流失量呈显著正相关。可见,AMF菌丝通过分泌GRSP、增大石英砂的比表面积,增强石英砂对Cd的吸附,从而降低砂柱溶液Cd浓度与Cd淋溶流失。     

太湖地区直播稻田氮素的渗漏损失研究

[目的]研究直播稻田氮素的渗漏损失特点。[方法]在丹阳市典型的直播水稻田进行田间试验研究。[结果]整个稻季,土壤渗漏液中NO3^--N的浓度在0.07-14.77 mg/L变化,是氮素渗漏流失的主要形态,渗漏液中NH4^＋-N的含量普遍较低,基本低于1.0 mg/L,最高浓度2.41 mg/L,100 cm深处仍有一定浓度的NH4^＋-N存在。水稻生长前期渗漏液中TN和NO3--N的含量较高。整个稻季TN的流失负荷为11.77-35.63 kg/hm^2。硝态氮的流失负荷为5.85-25.78 kg/hm^2,占总流失量的50.12%-75.53%,占稻季总施氮量的7.96%-9.75%。[结论]稻田氮素的渗漏损失以NO3^--N为主,NO3^--N的浓度变化曲线随着水稻生长呈逐渐下降的趋势;控制氮肥的施用量能减少氮素的渗漏流失量,但是不会按施肥量减少的比例而减少。     

N-catch crops affect soil profile nitrate-N accumulation during vegetable cultivation

To reduce nitrate leaching, the effects of three N-catch crops of sweet corn (Zea mays L.), amaranth (Amaranthus spp.), and sweet sorghum (Sorghum Linn.) on nitrate-N accumulation in the soil profile were examined using an incubation experiment. Results showed that the biomass and N absorbed by sweet corn were the largest compared with the other two N-catch crop treatments. Root length density for sweet corn, amaranth, and sweet sorghum in the 0–150 cm soil layer was 0.66, 0.34 and 0.46 cm/cm³, respectively, and root dry weight was 0.065, 0.021 and 0.038 mg/cm³, respectively. In the 0–200 cm soil layer, nitrate-N accumulation for fallow, mature sweet sorghum, amaranth, and sweet corn was 1124.7, 899.4, 867.4 and 794.2 kg/hm², respectively, where the treatment of sweet corn had the smallest N-accumulation. The nitrate-N leachability of fallow, sweet corn, amaranth, and sweet sorghum treatment was 3.6, 1.9, 2.4 and 2.6 kg/hm², respectively, indicating that cropping of sweet corn, amaranth, and sweet sorghum could reduce the leachability by 47%, 35% and 28% in comparison with fallow treatment. Therefore, the cultivation of N-catch crops can reduce nitrate leaching in seasonal soil, and the sweet corn might be the most suitable catch crop.     

河北省环渤海地区地下水硝态氮含量现状及其成因分析

采用野外调查采样与室内分析相结合的方法,对河北省环渤海地区地下水硝态氮的含量现状及影响因素进行研究,并分析了其成因。结果表明：河北省环渤海地区地下水硝态氮含量总体达到国家饮用水Ⅲ类标准,但地区空间变异较大,以秦皇岛地区形势最为严峻。在各种影响因素中,农田利用类型对环渤海地区地下水硝态氮含量影响较大,各类型用地的影响顺序为粮田〉菜地〉稻鱼〉果园,其中硝态氮含量高的样本主要集中在春玉米类农田利用类型上;地貌类型中丘陵对该地区地下水硝态氮含量影响较大;随着水体深度的增加,地下水硝态氮含量呈明显下降趋势。农田污染是导致环渤海地区地下水硝态氮含量升高的主要成因,需要有针对性地进行区域治理。