小流域农田土壤氮磷淋失特性研究

【摘要】：土壤是一个营养库,连续不断地发生着许多物理、化学、生物的变化,进行各种能量交换和物质流动。土壤N、P素流动主要表现为淋失至水环境,对水环境产生影响。土壤N、P素淋失不仅是地下水污染和地表水体富营养化成因之一,也是农村面源污染重要组成。土壤N、P素淋溶流失受多因素影响,如降雨、施肥、灌水等。所以淋溶流失机制及其复杂。以鄱阳湖湖区桥下李村小流域农田土作为研究对象,研究土壤N、P素淋失特性,并提出相应控制措施,旨在不仅为小流域地下水污染、湖区(鄱阳湖)农业面源污染治理提供科学数据,同时也为类似小流域的水环境保护(特别是地下水)、土壤施肥管理等健康发展提供参考。 通过控制不同降雨强度和不同施肥强度两个层次,进行4个批次室内土柱模拟实验研究,主要的结论如下： (1)土壤水分入渗比反映了土壤水分垂向移动的能力。水分易下渗,则淋失N、P素对地下水的影响风险大。降雨强度为0.15、0.33、0.66mm/min时,水分入渗量依次增大,水分入渗比依次递减,基本维持在10%至30%之间,平均值为17.12%。本实验研究对象(土壤)为鄱阳湖湖区内的农田土,因其土质重,入渗比较低。 (2)土壤N、P素淋失受降雨的影响明显。一,因降雨量增加,土壤水分含量增大,对NH4+-N吸附能力增强,对N03--N吸附能力减弱。随着降雨强度增强,渗漏液中的TN和N03--N浓度增加,而NH4+-N有减小的趋势。二,P素在土壤移动性差,受水分影响较小。同时,P素在土壤中垂向下渗的过程时,不断地发生着各种反应,如吸附和解吸的互逆物理变化和P素之间转化的化学变化。这导致就本实验降雨持续时段内,未能全面描述TP淋失特性。三,降雨强度一定时,随着降雨历时增加,渗漏液中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均呈下降趋势。延长降雨时间,上述指标均会保持一较稳定的浓度,并出现拖尾现象。对未施肥土壤而言,降雨强度为0.66mm/min时,TN、NO3--N、NH4+-N、TP趋于稳定的浓度值依次为70.0、25.0、1.0、0.14mg/L。 (3)淋失量(y,10-3mg)与累积降雨量(x,mm)存在一定相关性,可用自然对数进行描述。有以下回归关系：TN为y=59657.0Ln(x)－261132.0；NO3--N为y=4259.1Ln(x)-16887.0；TP y=100.1Ln(x)-405.6,相关性均在0.98以上。 (4)土壤N素淋失受施肥的影响也明显。施肥是土壤营养盐淋失的源泉,施肥强度越高营养盐淋失越严重。渗漏液中TN.N03--N.NH4+-N浓度大小顺序均为施肥强度N3(460 kg/hm2)施肥强度N2(345 kg/hm2)施肥强度N1(230kg/hm2).由于实验土壤表层本底全氮含量极高(大于1.2g/kg),所以导致：累积施肥2次(N1=230 kg/hn2和N2=345 kg/hm2)淋溶3次后,土壤TN淋失程度与土壤未施肥首次淋失程度一致；累积施肥1次(N1=230 kg/m2)淋溶2次,土壤NH4+-N淋失强度弱于土壤未施肥第1次淋失强度。 (5)4个施肥强度下渗漏液中TN.N03--N.NH4+-N、TP淋失量关系为TP NH4+-NN03--NTN。土壤空白淋溶,发现渗漏液中主要是N03--N,其所占TN为68-80%之间。施入尿素后,淋失不以NH4+-N或N03--N为主,其各占TN约为30%。研究认为：渗漏液中N素形态主要是NO3--N。出现这种差异,可能渗漏液中N素形态主要是酰胺氮。因为尿素在土壤中转化较为缓慢,又因降雨历时不长(约10个小时),大部分尿素来不及水解而下渗流出,导致渗漏液中可能主要以酰胺态氮为主。 (6)施肥强度与淋失强度具有强的线性回归关系。当降雨强度最大时,TN、N03--N和NH4+-N的淋失强度(y,kg/hm2)与施肥强度(x,kg/hm2)回归关系均比较理想,相关系数均在0.99以上：TN为y=0.1747x-26.1250；N03--N为y= 0.0142x+0.0530；NH4+-N为y=0.0051x-0.8583. (7)为了减小本小流域N、P素淋失,降低其对地下水污染和农业面源污染风险,从降雨和施肥2个层次上可优先选择的措施如下：降低施肥强度、选择合适的施肥时间、优化肥配料比和优化田间渠网络系统。