旱地土壤硝态氮残留淋溶及影响因素研究

在我国北方旱地,施入土壤而未被作物吸收利用的肥料N,主要以NO3--N的形式残留于土壤中。残留的NO3--N如不及时被作物吸收利用,在降水或灌水的作用下,会淋入土壤深层,或随径流进入地表水体,或经反硝化形成N2O进入大气,对土壤、水体和大气环境构成严重威胁。本文分析了旱地农田生态系统中,NO3--N在土壤剖面的残留淋溶与施肥、灌溉/降水、耕作、土壤、植物等因素的关系。提出在今后的研究工作中应特别注意的问题:①建立长期定位试验,确定NO3--N淋溶阈值,评价和预测NO3--N残留和淋失的趋势;②优化作物栽培和养分资源管理措施,提高作物利用土壤NO3--N的能力;③改进N肥施用技术,加强N素管理,防止NO3--N在土壤中大量累积。     

添加不同碳源对苹果园土壤氮磷淋溶损失的影响

采用土柱室内模拟方法,通过模拟降雨研究添加不同碳源对苹果园土壤氮磷淋溶损失的影响.结果表明:NP与CK间土壤淋溶液体积无显著差异,但均显著高于G+NP和B+NP处理.淋溶液电导率的峰值均出现在试验开始后的第17天,添加外源碳显著提高了淋溶液的电导率,B+NP处理最大.各处理土壤淋溶液的NH,+-N和NO3-N浓度变化趋势一致,均先升高后降低,然后逐渐稳定.与单施NP处理相比,添加外源碳处理显著降低了土壤淋溶液的NH4+-N和NO3-N浓度及其累积量.到试验结束时,B+NP和G+NP处理的氮素淋失量仅为NP处理的57.87％和82.73％.施肥对可溶性磷的淋失量无显著影响,但各施肥处理的总磷淋失量却显著高于CK.与NP处理相比,添加外源碳处理显著降低了总磷的淋失量,以B+NP处理效果最好.     

城市土壤重金属有机酸淋溶特征与动力学机制

以典型工业城陕西省铜川市土壤为研究对象,采用BCR(欧共体标准物质局)连续形态分级法和Hakanson潜在风险指数法分别研究了人类活动性元素Pb,Cu,Cr,Zn的形态分布特征、环境迁移与生态风险;利用振荡浸提动力学试验(25℃平衡振荡24h)探讨了人工合成低氨基多羧酸(APCAs)乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)和低分子有机酸(LMWOAs)抗坏血酸(Vc)对重金属Pb,Cu,Cr,Zn的淋溶解吸特征与动力学机制。结果表明,铜川市工业区土壤重金属污染程度严重,总体潜在生态风险程度较强;重金属Zn和Cu的环境迁移趋势较大。淋溶动力学试验表明,不同类型有机酸对土壤Pb,Cr,Cu和Zn的淋溶解吸具有相似的动力学过程,但淋溶速率和解吸量随有机酸的不同各异。重金属Pb,Cr,Cu和Zn各形态量之和与有机酸EDTA和DTPA淋溶解吸量呈指数关系,而与低分子有机酸Vc淋溶解吸量成线性关系。从而进一步表明低分子有机酸Vc与氨基多羧酸类有机酸EDTA和DTPA对土壤重金属Pb,Cr,Cu,Zn淋溶解吸机制不同。     

片麻岩新成土中氮素淋溶迁移的模拟研究

采用室内土柱模拟的方法,研究片麻岩新成土中不同肥料、不同施氮量对氮素垂直运移的影响。结果表明,随着施氮量增加,硝态氮和铵态氮淋溶浓度增大,氮素淋失量增多。中等施氮量下施用有机无机混合肥可以减少氮素淋失。尿素、有机无机混合肥、氮磷复合肥中硝态氮淋失总量比值为671∶583∶629。尿素硝态氮淋失率平均为29.0%,氮磷复合肥硝态氮淋失率平均为27.8%,有机无机混合肥硝态氮淋失率平均为23.7%。随着土层深度的增加,60cm处和90cm处硝态氮淋失量差异不显著,两处硝态氮淋失量比值为1∶1.03,铵态氮的淋失量增加显著,两处铵态氮淋失量比值为1∶2.4。在片麻岩新成土壤地区,土壤培肥应本着少量多次原则。     

夏季休闲期不同年限日光温室土壤硝态氮淋溶状况

连续2 a（2006和2007年）研究了夏季休闲前后陕西杨凌示范区13个日光温室0～200 cm土壤剖面氮素的动态变化,以评价夏季休闲期间日光温室栽培下土壤累积硝态氮的淋溶情况。结果表明：日光温室蔬菜收获后不同年限温室0～200 cm土壤剖面累积了大量的硝态氮,2006和2007年不同年限日光温室土壤剖面硝态氮的平均残留量分别为 667.6和781.8 kg/hm2。休闲近2个月后,休闲期间降雨量低的2006年（65 mm）不同温室土壤硝态氮含量及电导率与休闲前相比明显增加;而降雨量高的2007年（214 mm）,土壤剖面残留的硝态氮及电导率显著降低,说明发生硝态氮的淋溶,13个日光温室0～200 cm 土壤剖面硝态氮较夏季休闲前降低量在223.8～658.0 kg/hm2之间,平均为298.5 kg/hm2。不同年限日光温室0～200 cm 土壤剖面硝态氮降低量相比,1998年温室＞2004年温室＞2002年温室,其中1998年的温室土壤剖面硝态氮降低量平均达355.1 kg/hm2。可见,夏季休闲期间的降雨量是影响日光温室栽培土壤累积大量硝态氮发生淋溶损失的主要因素。     

减量施氮及秸秆深埋对春玉米地土壤电导率和硝态氮淋溶的影响

通过在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站半覆膜种植春玉米大田试验,研究了减氮及秸秆深埋对土壤电导率、土壤硝态氮淋溶和玉米产量的影响,旨在为提高氮肥利用效率和保护环境提供理论依据。试验设5个处理3个重复,处理包括不施氮(CK)、常规施氮(CON1,N 250kg/hm2)、常规施氮加秸秆(CON2,N 250kg/hm2+秸秆)、减量施氮(CR1,N 200kg/hm2)和减量施氮加秸秆(CR2,N 200kg/hm2+秸秆)。测量了春玉米各生育期土层剖面土壤电导率、收获期土壤硝态氮含量和春玉米产量。结果表明:土壤电导率在分蘖期、拔节期40—150cm土层出现峰值,在抽穗期、成熟期40—200cm土层出现峰值,峰值范围下移。在0—150cm土层范围内,土壤电导率整体呈现CON2CON1,CR2CR1。在0—150cm土层范围内,常规施氮土壤电导率高于减量施氮。与常规施氮相比,减量施氮减少了土壤剖面硝态氮含量,同时,采取秸秆深埋措施也能减少土壤剖面硝态氮含量,并延缓硝态氮的淋溶下移。与常规施氮相比,减量20%施氮增产9.59%。施氮条件下,秸秆深埋时,有利于提高作物产量,提高氮肥增产潜力。秸秆深埋有利于提高土壤电导率,减少土壤硝态氮含量,阻控土壤硝态氮向下淋溶,提高玉米产量。     

我国4种土壤磷素淋溶流失特征

磷素是水体富营养化的主要限制因子,地表水磷的污染负荷主要来源于农业面源污染。采集黑土、潮土、红壤和水稻土4种土壤,采用土柱模拟的试验方法,研究磷素在4种土壤剖面中空间分布特征,以及土壤渗漏液中TP、TDP的含量、动态变化以及流失量特征。结果表明:(1)不同类型土壤全磷和有效磷含量差异性显著,由高到低依次为水稻土潮土黑土红壤;黑土、红壤和水稻土土壤全磷和有效磷含量都表现出,随土壤深度的增加,不断降低;而潮土剖面呈上下层高,中间低的分布格局。(2)4种土壤渗漏液中占主导的磷形态不一致,潮土以MRP占主导,黑土和水稻土以DOP为主,而红壤则以PP为主。土壤磷素动态变化方面,潮土表现为TP含量先减后增再减,TDP含量先增后减;黑土表现为TP含量先增后减,TDP含量持续下降;红壤和水稻土TP和TDP含量变化不显著。(3)相关分析表明,4种土壤中Olsen-P与渗漏液中TP呈指数关系,具有极显著相关性。(4)4种土壤TP、TDP下渗流失量都以潮土最高,其次是黑土和水稻土,红壤流失量最小,磷素流失以TDP为主。     

田间条件下氮的矿化及硝态氮淋溶研究

采用SRC（Soil-Resin-Core）装置，研究了重庆市主要土壤类型的氮矿化差异以及与硝态氮淋溶的关系。研究结果表明，微酸性紫色土（菜地）的氮索矿化量、硝态氮淋失量和有效氮的变幅均较大，而其它两种坡耕地变化的氮素矿化景和硝态氮的淋失量变幅均较小。相关分析表明：在微酸性紫色土中，影响硝态氮淋失的主要因素是矿化量，且二者呈显著正相关；而其它两种坡耕地土壤的矿化量与硝态氮淋失量不表现相关性。这就表明不同土壤矿化、硝态氮淋失的情况有差异。     

施氮量对白萝卜硝酸盐含量和土壤硝态氮淋溶的影响

在保护地栽培条件下,通过6个施氮水平的田间小区试验,结合土层原位渗滤装置,研究了施用氮肥对白萝卜（Raphanus sativus L.）产量和硝酸盐含量及土壤硝态氮淋溶的影响。结果表明,施氮处理白萝卜产量比不施氮处理仅增加6.04%～10.92%,当尿素氮施用量大于N 100 kg/hm2时,增产幅度开始下降。不同施氮处理白萝卜产量没有显著差异,说明在土壤基础肥力较高的情况下,增施氮肥不能明显提高白萝卜的产量;单施有机肥白萝卜体内硝酸盐含量为 196.86 mg/kg,比不施氮处理降低 5.08%。在此基础上加施尿素后,硝酸盐含量随氮肥施用量的增加显著升高（p0.05）;0—100cm土壤剖面硝态氮累积量随氮肥施用量的增加而增加,且与氮肥施用量显著正相关（r=0.993, r0.01=0.917）;白萝卜生长期间收集到的土壤淋溶液中硝态氮浓度较高,平均为32.88 mg/L,硝态氮的淋失量为 4.42～6.14 kg/hm2,不同施氮量处理之间没有显著差异。     

大田蔬菜地春季硝态氮淋溶特征研究

春季,对上海浦东新区大田蔬菜地试验田按照不同施肥(常规、减量、无肥)处理水平、不同土壤深度(30 cm、50 cm、70 cm、120 cm),利用现场采样与室内实验结合的方法,对硝态氮淋溶进行了研究。实验结果表明,降雨量和氮肥施用对土壤硝态氮淋失有显著性影响。施肥试验区施肥后各土层硝态氮浓度均很高,4月份淋溶浓度普遍高于3月份。常规施肥区不同深度的硝态氮含量明显高于不施肥区,减量施肥区含量则介于二者之间。施肥区部分氮素硝态氮随降雨在土壤中不断向下淋溶,尤其在施肥初期较多的氮素由土壤表层不断淋失到土壤深层,在接近地下水位120 cm的剖面处产生渗漏液的硝态氮浓度超过国家限量标准(20mg L-1)。     

砂质红壤污泥农用后P垂直迁移规律研究

为了解污泥施肥于红壤中,P在剖面中的淋溶和迁移状况,通过田间试验分别对污泥不同类型、施用量和施肥方式在典型红壤坡地P垂直迁移状况进行研究。结果表明:（1）不同处理的污泥施用均可引起Kcl-P和Olsen-P在红砂壤上的垂直迁移,含量随剖面深度而降低,养分积累主要集中在0—50 cm土层;（2）污泥类型、施肥量、施用方式都对P素迁移具有影响,随着施肥量的增加,剖面各层Kcl-P和Olsen-P含量增加,撒施处理比穴施更易造成Kcl-P和Olsen-P剖面深层迁移,干污泥养分含量随剖面深度变化更剧烈,更易造成Kcl-P深层迁移;（3）污泥撒施0—30 cm土层Olsen-P累计量占0—80 cm总累计量60%以上,基本可以反映剖面Olsen-P含量水平和迁移潜力。     

干污泥和堆肥污泥施用于红壤中N素的释放特性

在红壤自然状况下,模拟了施肥沟,对红壤不同污泥施肥处理的N素释放特性进行了研究。试验结果表明,干污泥配比在10%~20%时,碱解氮、铵态氮和硝态氮累计释放量分别为:25.71%~33.48%,9.57%~14.85%和4.08%~7.65%。堆肥污泥配比在20%~33%时,其累计释放量分别为13.55%~15.65%,2.03%~4.23%和3.11%~5.37%。干污泥处理的释放量大于堆肥污泥处理的释放量,释放过程变化较堆肥污泥剧烈,铵态氮和硝态氮均有明显峰值,铵态氮最大含量532.98±10 mg/kg,释放量最大达10.95%;硝态氮含量最大为149.2±14 mg/kg,释放量最大时为3.32%。无论是从氮的肥效角度,还是氮释放的环境风险角度考虑,污泥堆肥处理后施肥方式均优于干污泥处理施肥方式。     

不同有机肥对矿区复垦土壤磷素累积及淋失风险研究

为探究定位培肥矿区复垦土壤过程中不同有机肥对土壤磷素累积状况及环境流失风险的差异.以山西省孝义市采煤塌陷复垦土壤为研究对象,研究不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥在4个施磷水平下(0,25,50,100 kg/hm2)培肥4年后对矿区复垦土壤全磷、Olsen—P、Mehlich3—P、CaCl2—P以及磷饱和度(DP...     

不同淋洗方式下滨海沙性盐渍土改良效果

选择对滨海沙性盐渍土进行室内土柱模拟淋洗试验,采用连续淋洗与间歇淋洗2种方式比较不同淋洗方式下沙性盐渍土的改良效果。结果表明,淋出液矿化度随着体积变化急剧下降,直至稳定于很低的水平,连续淋洗与间歇淋洗淋出液矿化度分别从233.8,327.4g/L稳定至2.5,2.2g/L。间歇淋洗单位水量淋洗的盐分要高于连续淋洗。淋出液的各离子随体积变化趋势与矿化度变化相似;淋洗结束后土壤盐分变化显示,随着用水量的增加,淋洗效率逐渐降低,15,20,25,30cm水量下连续淋洗的淋洗效率分别为2.87,2.40,1.98,1.67g/ml;间歇淋洗的淋洗效率为3.10,2.48,2.00,1.68g/ml,间歇淋洗的淋洗效率始终要高于连续淋洗;由于各离子溶脱淋洗速率不同,改变了土壤中盐分离子组成,土壤由原来以Na+-Cl-型转变为以Ca2+-SO24-型。根据淋洗过程中土壤盐分变化与用水量之间的关系拟合出的淋洗曲线效果较好,相关系数分别为0.968和0.970。淋洗试验表明,间歇淋洗具有更高的淋洗效率,节水潜力要高于连续淋洗,由此得出的淋洗曲线可用于指导大田沙性盐渍土改良应用。     

污水灌溉对稻田土壤氮磷淋失动态变化的影响

通过模拟稻田灌溉大型淋洗柱试验,在污染河水灌溉条件下对太湖地区水稻生长季两种主要类型的稻田土壤--黄泥土和乌珊土的氮磷淋洗特征进行了研究.结果表明,在灌溉淹水初期,不同形态氮素的淋失量均比较高,并达到峰值,以后淋失量逐渐降低,说明淹水初期淋失的氮素不是来源于灌溉河水,而是主要来自土壤氮.到淹水后期,NO3--N和NH4 -N淋失量接近零值,但仍能观测到可溶性有机氮淋失现象,这表明可溶性有机氮是污水灌溉稻田土壤主要的氮素淋失形态.而磷素的淋失动态与氮素的淋失动态截然相反,在灌溉淹水后很长一段时间内均观测不到土壤磷素淋失,但在淹水灌溉的淹水后期,发现土壤磷素有淋溶损失现象,这可能是利用富营养化的河水长期淹水后,土壤对磷的吸持已达到饱和状态,土壤不能继续固持多余的磷素所致.     

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。     

污泥与施污土壤重金属生物活性及生态风险评价

将城市污泥以不同质量比施于土壤中构成污泥混合土壤,研究各污泥配比土壤中重金属的生物活性,并采用三种重金属评价方法(地累积指数法、潜在生态风险指数法、综合毒性指数模型)和黑麦草对重金属的吸收富集效果来对施污土壤中重金属具有的生态风险性进行评价。结果表明:污泥的添加使土壤中生物活性态Cd、Cu和Zn含量显著增加,对三种重金属具有活化作用,但对Pb却起到钝化作用。生态风险评价结果表明:污泥的添加使土壤中Pb呈现无污染和低生态风险;Cu和Zn呈现中度污染和低生态风险;Cd达到强度污染和重度生态风险,重金属潜在生态风险(RI)总体处于强度生态风险水平。当污泥添加比例大于6:10(污泥S3处理)时,施污土壤中重金属的综合毒性指数高于土壤对照。黑麦草对Cd、Pb、Cu和Zn的富集浓度与施污土壤中对应重金属的生物活性态含量存在显著正幂指数关系,同时黑麦草对施污土壤中Cd、Cu和Pb的富集能力大小与地累积指数法和潜在生态风险指数法对三种重金属具有的生态风险性的评价结果具有一致性。     

污泥改良沙土中重金属及营养元素的迁移转化

为探究城市污水厂离心脱水污泥改良沙土对重金属及营养成分迁移转化的影响,利用掺混量为15%的污泥改良沙土作为0—20 cm土层土壤,通过饱和淋洗的方式分析了重金属及营养成分在土层中含量及形态转化,揭示了土层中重金属及营养成分迁移转化规律。结果表明:从重金属总量来看,试验淋洗10次后,土壤表层Cu,Pb,Zn,Cr滞留率较高,分别为78.57%,78.72%,86.35%,76.61%,Ni滞留率较低,为40.37%。但随着淋融次数的增加,重金属都存在一定淋失或向下层土壤迁移的风险;从重金属形态来看,各重金属Ni,Zn,Cr,Cu,Pb活性系数（MF）分别为1.657,0.531,0.265,0.113,0,由此可以得出,Ni,Zn在土壤环境中性质不稳定,Cr,Cu性质较为稳定,Pb最为稳定;改良沙土中氮磷营养元素在淋洗后含量下降,氮的流失率为39.36%,磷的流失率为18.67%,氮素较磷素易发生流失,下层沙土氮提升量高于磷。     

Discrepancy in Fertilizer Nitrogen Equivalency Estimates of Dry Sewage Sludge Application in Soil

Fertilizer nitrogen (N) equivalency estimates of sewage sludge are essential to assess benefits from its use in agricultural fields and minimize agronomic failure and environmental risks. Using an outdoor pot experiment, where sludge was applied to the upper layer of the soil in pots, this study aimed to estimate the rate of dried sewage sludge application needed to replace a given amount of inorganic fertilizer and to investigate eventual variations of this estimate depending on whether N replacement value referred to grain yield of barley, biomass production, or overall plant N uptake. Equivalencies were obtained from the response curves of these crop characteristics in relation to the rate of sludge application. It was shown that the patterns of carbon (C) and N allocation to grain and straw were different between the inorganic fertilizer and the sewage sludge treatment, presumably due to the timing of mineral N provision. When the same grain yield was obtained at these two treatments, straw yield and grain N content were greater at the sludge fertilized crop. It was concluded that fertilizer N equivalency value of sewage sludge should inevitably refer to a single crop yield component determined by a producer.     

城市污水处理厂污泥对沙漠化土壤的改良效果

为探究城市生活污水处理厂脱水污泥作为土地改良剂对沙漠化土壤的改良效果,确定合适的污泥掺混量,试验以离心脱水污泥与沙漠表层土壤按污泥掺混量为5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%充分掺混,以土壤物理指标、营养指标为考察指标,研究不同污泥掺混量对沙土的改良效果,并与3种适于耕作土壤平行对比。试验表明沙土经污泥掺混后,随着污泥掺混量的增大,其土粒密度、土壤容重降低;污泥掺混量与土粒密度和土壤容重呈负相关,相关系数可达-0.99,-0.89,而土壤孔隙度增加,呈正相关(r=0.79),当污泥掺混量大于10%后,污泥掺混量对土壤容重、孔隙度的改良效果减缓;改良沙土中有机物含量、含水率随污泥掺混量增加呈线性增加(r0.99),持水能力与污泥掺混量呈显著正相关(r=0.99)。改良沙土较对比土壤有更强的保水能力;氮、磷元素含量和污泥投加量呈显著正相关(r0.95),污泥掺混量为15%~25%时,改良沙土氮磷含量均接近对比土壤含量,污泥掺混对土壤全钾含量改善不大,但能有效提高土壤有效钾含量。污泥掺混量为10%~25%时,改良沙漠化土壤的理化性质接近对比适宜耕作土壤。