不同处理等级污水中氮素对农田土壤环境的影响

通过土柱模型试验,模拟研究了两种处理等级污水中氮素对农田土壤环境的影响。试验结果表明,采用1级处理污水中铵氮基本不会在土壤各层累积和淋溶,而硝氮和总氮则随着灌水次数的增加,向更深层土壤运移、累积和淋溶。对于2级处理污水,由于其各态氮素浓度均比较低,土壤各层浓度也相对较低,土壤中各态氮素浓度为土壤中原有氮素和污水氮素共同作用的结果;随着灌溉次数增加,硝氮和总氮也有向下淋溶的趋势。试验结果还表明,相对于2级处理污水,长时间采用1级处理污水灌溉,将对土壤环境和地下水环境带来高的污染风险。      

沼肥表施对土壤氮素动态分布及氨挥发的影响

为探讨表施沼肥对土壤氨挥发和土壤中氮素分布的影响,在室温条件下,通过土柱模拟试验,系统研究表施沼肥对土壤的氨挥发及水分、铵态氮、硝态氮和总氮在土壤垂直剖面上动态分布的影响规律。结果表明:沼肥表施后的氨挥发主要集中在前5天,占总氨挥发总量的97%,而且最大日均氨挥发量出现在第2~3天,最大的日均氨挥发量为93.24 mg/(L·d)。沼肥中铵态氮的下渗要滞后于水的下渗,且沼肥中的水分、铵态氮和总氮主要集中于0~5 cm的表层土壤中,而硝态氮的分布区域较大,在0~15 cm土壤深度范围内的质量浓度均较高。表层土壤中铵态氮的整体变化趋势呈现前高后低,而硝态氮的变化趋势则与之相反。     

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。     

稻田土壤中氮素运移转化规律的试验研究

通过大田试验,对宁夏银南灌区稻田土壤中氮素运移进行了研究,以探讨在不同排水条件下,稻田中氮素的迁移、转化规律。研究结果表明:水稻田中氮素淋失的基本形态为NO3--N和NH4+-N,在下渗水流的驱动下,NO3--N的下移深度明显大于NH4+-N;不同排水处理中,土壤剖面NH4+-N浓度呈现随深度增加逐渐降低的趋势,NO3--N浓度在地面以下100cm内随深度增加逐渐升高,超过100cm之后逐渐降低;每次施肥后,不同处理的排水中NO3--N和NH4+-N浓度均表现为短期内迅速上升,后期逐渐下降的趋势;氮素的淋失主要发生在6月9日(拔节期)以前,在此期间,应加强水肥管理,以减少氮素淋失。     

旱地控制排水条件下氮素运移试验

为探讨在旱地采取控制排水措施、控制不同深度时土壤中氮元素的迁移转化规律,在旱地进行了控制排水试验,对土壤的硝态氮及铵态氮进行了追踪测定。试验表明,不同控制深度时,土壤剖面硝态氮浓度在80cm深度以内随着深度的增大而增大,且在80cm深处时已趋近于0,而土壤剖面铵态氮浓度并没有随着深度增大而呈现一定的趋势;控制排水水位高,对应田块中土壤剖面各层硝态氮及铵态氮浓度均较高,控制排水在旱地能起到保肥及减少施肥的作用。     

农田排水策略对氮素流失影响试验研究

通过测筒试验模拟了排水间隔时间、强度和地下水位对农田地下排水中氮素流失的影响规律。结果表明,相同模拟条件下,排水间隔时间的延长可减少排水量和降低总氮流失率,以间隔3～5d减少最为明显;间隔3、5和7d排水总氮流失量分别较间隔1d减少了45.5%、81.1%和100%;排水强度的降低可以减少氮素的流失,出流中氨氮质量浓度递减并趋于稳定,硝态氮质量浓度先上升后减少,相对于2mm/d的排水强度,4、6和8mm/d排水强度下总氮流失量分别增加了126.8%、264.8%和401%。地下水位的升高可明显减少总排水量和总氮流失量,40cm和60cm地下控制水位比80cm水位排水总氮量分别减少63.2%和40.9%。     

旱地控制排水条件下氮素运移试验研究

为探讨在旱地采取控制排水措施、控制不同深度时土壤中氮元素的迁移转化规律,在旱地进行了控制排水试验,对土壤的硝态氮及铵态氮进行了追踪测定.试验表明,不同控制深度时,土壤剖面硝态氮质量分数在80 cm深度以内随着深度的增大而增大,且在80 cm深处时已趋近于0,而土壤剖面铵态氮浓度并没有随着深度增大而呈现一定的趋势;控制排水水位高,对应田块中土壤剖面各层硝态氮及铵态氮质量分数均较高,控制排水在旱地能起到保肥及减少施肥的作用.     

排水沟水位控制闸—过水堰系统对于稻田排水中氮素的去除效果

为研究明沟水位控制闸-过水堰系统对于稻田排水中氮素的去除效果与作用机制,依据水稻黄熟期排水后的观测数据,分析了水位控制闸-过水堰系统作用下农沟水体氮素变化过程,研究了系统对于氮素的去除机制。结果表明,水位控制闸-过水堰系统对稻田排水氮素的去除率达到58.20%,环境效应显著。有机氮是黄熟期农沟水体氮素的主要存在形式,水位控制闸-过水堰系统主要通过去除有机氮大幅降低了农沟水体氮素浓度。农沟水体中有机氮占总氮的平均占比为78.14%,系统对于农沟排水中无机氮的去除率为11.89%,明显低于总氮及有机氮的去除率。排水沟控制排水技术对于氮素的去除是系统净化能力的主要贡献者。水位控制闸对于农沟排水中氮素的去除率为46.24%,远大于过水堰的去除率8.19%。研究提出的排水沟水位控制闸-过水堰系统可用于构建生态沟渠,实现稻作区面源污染的过程控制。     

施灌沼肥对土壤氨挥发和氮素下渗规律的影响

为探讨施灌沼肥对土壤氨挥发和氮素下渗的影响,在室温条件下,采用土柱模拟试验,系统研究沼肥不同施用量和不同施用深度对土壤表面的NH3挥发及土壤垂直剖面上的总氮、NH+4-N、NO-3-N下渗的影响规律。结果表明:表施沼肥时,土壤表面的NH3挥发累积量和挥发的延续时间均随沼肥施用量的增加而增加;土壤垂直剖面上的含水率、总氮和NH+4-N均主要集中在表层土壤,而NO-3-N可迁移至较深层土壤。底施沼肥时,NH3挥发累积量随着沼肥施用深度的增加而减少,施用深度为10 cm时便可有效减少沼肥的NH3挥发损失;同时土壤垂直剖面上的含水率和总氮、NH+4-N、NO-3-N质量比的最高点均与沼肥施用深度呈显著正相关。     

基于地质统计学的内蒙古乌梁素海氮素时空分布

为研究不同形态氮在内蒙古乌梁素海的时空分布特征及变化规律,运用地质统计学理论分析了乌梁素海不同形态氮浓度的时空变异性。研究表明：在时间上,乌梁素海水体中各监测点总氮平均浓度夏季高,秋季低,而氨氮浓度与此相反,季节性差异较为明显。在空间上,乌梁素海不同形态氮浓度分布呈现出一定的结构性和随机性,较小尺度上影响不同形态氮转化的作用过程可以忽略,不同形态氮都具有中强等级空间相关性,大多数属于强度空间相关性。总之,乌梁素海氮素污染问题已十分严重,主要污染源为河套灌区农田排水、流域内工业废水和生活污水.     

排水暗管外包材料渗透性与除氮效果试验研究

测定了5种排水暗管外包材料(麦秸秆、锯末、陶粒、沸石、纤维球)的透水特性,并分析了不同外包材料及其厚度的去氮效果。结果表明,各外包材料对氨态氮和硝态氮的去除能力存在差异,无机材料对氨态氮的吸附能力较强,有机材料对硝态氮的去除能力更好;10cm厚度时锯末除氮效果最好,去除率为55.1%,而在30cm厚度时沸石相对更好,去除率为76.2%;外包料的厚度对总氮的去除能力呈正相关关系,每增加10cm厚度,麦秸秆和锯末总氮去除率增加6%～8%,陶粒和沸石总氮去除率增加6%～28%,纤维球总氮去除率增加10%～20%。     

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。     

不同水氮处理对马铃薯土壤酶活性和产量的影响

针对宁夏中部干旱地区农田土壤生态环境问题,研究了不同水氮处理对马铃薯土壤过氧化氢酶活性和土壤脲酶活性及产量的影响变化规律.研究结果表明:在马铃薯0～20 cm土层中,土壤过氧化氢酶活性和脲酶活性均随马铃薯生育期阶段的推进呈现出先升高后降低的变化趋势;在垂直方向上,随着土层深度的增加,土壤过氧化氢酶活性呈现逐渐降低的变化趋势,而土壤脲酶活性则呈升高的变化趋势;中水中氮(W2N2)有利于增加土壤酶活性,而低水高氮(W1N3)则不利于土壤酶活性的提高;中水中氮(W2N2)处理的马铃薯产量和商品薯率最高,分别为53698.95 kg/hm2和96.4％;0～20 cm土层土壤过氧化氢酶活性与马铃薯产量呈极显著正相关,0～20 cm和20～40 cm土层土壤脲酶活性与马铃薯产量呈显著正相关.综合考虑,中水中氮(W2N2)为最佳的处理,有利于马铃薯产量、商品薯率的提高和土壤生态环境的改善.因此推荐W2N2处理(灌溉定额为1500 m3/hm2,施氮量为210 kg/hm2)作为宁夏中部干旱地区马铃薯种植的水氮管理模式.     

基于EFAST的CERES-Wheat模型土壤参数敏感性分析

为了定量讨论DSSAT-CERES-Wheat模型中土壤参数对模拟结果的影响,运用扩展傅里叶幅度检验（EFAST）法,对影响冬小麦生产及生态系统中氮素分布的2类模型参数进行了敏感性研究,重点探讨了模型中土壤参数变化对模型模拟的冬小麦产量、冬小麦氮素分布、土壤氮素分布及土壤氮素转化的影响。结果表明：对冬小麦产量、地上生物量及收获指数影响最敏感的土壤参数为田间持水率,其次是土壤酸碱度;对冬小麦地上生物量中氮素含量影响最敏感的土壤参数为土壤酸碱度,对冬小麦籽粒中氮素含量影响最敏感的参数为田间持水率,对冬小麦根和叶中氮素含量影响最敏感的土壤参数则为土壤总氮含量;对作物吸收土壤中氮素影响最敏感的参数是径流曲线数,对土壤氮淋失量影响最敏感的参数为排水比率,对土壤中硝态氮、铵态氮含量影响最敏感的参数为土壤总氮含量;对土壤中氮素矿化和硝化影响最敏感的土壤参数为土壤总氮含量,对土壤氮素反硝化影响最敏感的参数为排水比率,对氨挥发量影响最敏感的参数为土壤总氮含量,氨挥发量对排水比率和土壤酸碱度的变化也较敏感。当侧重于模拟冬小麦产量及作物氮素研究时,原需测量的15个土壤参数可简化为4个,而当侧重于土壤氮素转化及分布研究时,可简化为重点测量的9个参数。本研究可降低CERES-Wheat模型土壤参数获取难度,方便模型本地化、区域化应用。     

节灌控排条件下稻田氮平衡模拟及利用效率分析

运用DNDC模型模拟分析不同节灌、施肥、控排条件下稻田氮素平衡状况及氮肥利用效率。结果表明,节水灌溉控制排水条件下,施氮量不大于180kg/hm2时,稻田土壤氮库均呈现亏损,亏损量为54.7～127.6kg/hm2,亏损量随着施氮量的增加而逐渐减小;除浅灌深蓄中氮和浅灌深蓄高氮处理外,控制排水处理土壤氮素亏损量均大于常规排水;浅灌深蓄、施中氮和控制排水的组合是最佳的水肥处理模式。     

暗管排水和有机肥施用下滨海设施土壤氮素行为特征

为揭示暗管排水和微生物有机肥施用下滨海设施土壤氮素的归趋和转化机制,设计了暗管排水结合有机肥处理（S-OF）、暗管排水结合无机肥处理（S-IF）和无暗管排水的无机肥处理（CK）,以葡萄和油菜间作栽培为模型系统,观测土壤总氮含量在垂直剖面上的分布、耕层土壤矿质态氮含量和有机态氮含量的变化及其与土壤理化性质的相关性。结果表明：暗管排水和微生物有机肥共同驱动下,土壤容重有所降低,孔隙度升高;暗管排水促使耕层土壤总氮向深层土壤迁移,相比S-IF,S-OF处理耕层土壤总氮的降低幅度较小;滨海设施土壤耕层的总氮80%以上以有机态形式存在,矿质态氮所占比例很小,S-OF处理有利于试验后期土壤矿质态氮含量的提升;耕层土壤矿质态氮含量与土壤有机质、总有机碳含量呈极显著正相关。暗管排水和微生物有机肥施用有利于改善滨海设施土壤结构,提高耕层土壤有机质和总有机碳含量,促进土壤有机态氮向矿质态氮的转化,本研究结果可为滨海设施土壤改良和水肥决策提供科学依据。     

喷灌条件下茶园土壤肥力与茶叶品质指标

在喷灌条件下水分调控的基础上,采用田间试验研究了茶园土壤肥力指标(包括土壤氮素、土壤温度)与茶叶品质指标(包括氨基酸、茶多酚)的动态变化规律.研究结果表明,喷灌条件下茶园表层土壤总氮(TN)含量最高,随着土层深度的增加,TN含量呈递减趋势,喷灌处理各土层TN含量略高于常规处理,速效氮含量变化呈现与TN含量变化相同趋势,对比常规处理,喷灌处理各土层土壤TN平均含量增加3.3%~22.2%,速效氮平均含量增加7.1%~24.7%;喷灌处理表层土壤与20 cm土层土壤温度均高于常规处理,表层土壤温度在5:00最低,比常规处理提前1 h,在14:00最高,与常规处理同步,20 cm土层土壤温度在8:00最低,比常规提前2 h,在17:00最高,比常规处理提前近2 h;此外,氨基酸含量变化呈现出先降低后增加的趋势,茶多酚含量变化呈现出先增加后降低的趋势,喷灌处理氨基酸、茶多酚含量均高于常规处理,氨基酸含量提高12.21%,茶多酚含量提高17.03%.     

不同湿地-稻田面积比下茭白-茨菇湿地系统对稻田排水中氮素去除效果的研究

为了研究茭白-茨菰湿地系统对节水灌溉稻田排水中氮素的原位消减效果,探讨不同湿地-稻田面积比对系统氮素去除效果的影响,通过大田试验观测,分析了稻田排水进入湿地后氮素浓度的变化规律和湿地-稻田面积比(1∶10,1∶7和1∶4)对氮素去除效果的影响。结果表明,稻田排水进入湿地系统经过7~14 d的净化后其铵态氮(NO+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和总氮(TN)的浓度下降范围可以维持在83.6%~88.7%、59.6%~94.3%和72.6%~88.9%范围内,不同湿地-稻田面积比间氮素的去除率有所差异,但差异不大。此外,氮素浓度在排水进入湿地系统后的前3~6 d内其去除效果明显,均呈指数趋势下降,且其去除率均达到56%以上,而后2~4 d则趋于平稳降低,其去除率均低于30%。总体上来看,1∶4湿地对氮素负荷截留量最小,1∶10湿地截留量最大,但不同湿地对氮素负荷的去除率相差不大,均维持在93%~98%以内。     

施氮对不同质地滴灌棉田土壤硝态氮分布及棉花产量的影响

为了探究施氮对不同质地滴灌棉田硝态氮分布及产量的影响,采用温室土柱模拟的方法,研究了滴灌条件下不同质地土壤硝态氮分布迁移特征,分析了施氮对NO_3-N和棉花产量的影响。结果表明,在灌水量一定的条件下,在砂土、壤土中施氮量分别为256.00、287.34 kg/hm~2时,相应的氮素积累量最大,皮棉产量最高,土壤硝态氮主要集中分布在30~40 cm土层,有利于棉花根系的吸收,且分别比不施氮增产43.87%和44.92%。一定施氮量下,壤土硝态氮分布的均匀性优于砂土,并且根层20~40 cm土层硝态氮量高于砂土,且比砂土平均增产6.16%。砂土、壤土中硝态氮量在各生育期总体呈现"降-增-降"的变化趋势,并且收获前期施纯氮340 kg/hm~2处理60cm土层砂土硝态氮量的第二个峰值较壤土提高15.98%,在生育期末端砂土在深层的氮素积累高于壤土,存在继续向下淋失的风险。     

冻融循环作用对不同深度土壤各形态氮磷释放的影响

通过模拟实验研究了在冻融条件下,东北地区旱田、水田土壤中硝酸盐氮、铵氮、总溶解磷、无机磷及有机磷释放量的变化。研究表明,铵氮、硝酸盐氮的释放量主要产生在单次冻融条件下,多次冻融对氮的释放量没有显著的影响。单次冻融后,硝酸盐氮含量旱田和水田分别上升了50.2%~55.3%和27.1%~61.4%;铵氮的含量旱田及水田分别上升了46.6%~52.9%和26.5%~29.0%,不同深度水田土壤铵氮的释放有显著差异。土壤总溶解磷、无机磷及有机磷在5次冻融循环,释放量达到最大。总溶解磷、无机磷上升量旱田及水田分别为51.4%~57.1%及45.3%~50.3%;有机磷上升量旱田及水田为46.8%~47.3%及37.9%~47.8%。氮增加的主要原因是易矿化氮组分的矿化与团聚体破坏后吸附氮的解吸,磷的增加则是由于持续冻融对团聚体的破坏,导致原吸附点位磷暴露,随水分迁移流失。