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人为影响下稻田生态系统环境来源氮解析

谢迎新  
【摘要】:本文通过长江三角洲地区南京、常熟和杭州三地大气干湿沉降的全年性连续观测试验,估算了目前该地区大气干湿沉降氮的数量。通过河水氮污染状况调查和模拟稻田灌溉回填土柱淋洗试验,对当前太湖地表水氮污染源进行了评论,并估算了灌溉带入稻田的氮量。通过大型原状渗漏池试验,观测了稻—麦生长季农田淋洗氮损失、径流氮损失以及NH_3挥发损失等进入环境的活化氮量。此外,利用~(15)N同位素示踪技术,在小麦和水稻两种作物上采用大田试验和砂培试验(普通砂培和ITNI装置)两种方法研究了肥料—土壤—大气—植物之间氮的交换。主要研究结果表明: (1)通过降雨带入长江三角洲地区的南京、常熟和杭州三地的湿沉降氮量分别为22.7kgNha~(-1)yr~(-1)、24.5kgNha~(-1)yr~(-1)和30.0kgNha~(-1)yr~(-1),平均为25.7kgNha~(-1)yr~(-1);可被2molL~(-1)氯化钾(KCl)提取的大气颗粒中有农学意义的干沉降氮量为7.16kgNha~(-1)yr~(-1)。研究还发现,氮的大气干湿沉降量具有明显的季节性变化特征,湿沉降氮水稻生长季高于小麦生长季;干沉降氮的季节性变化与湿沉降氮变化相反,小麦生长季高于水稻生长季。 (2)根据常熟、南京和杭州的三个大气沉降氮观测点的雨水NH_4~+/NO_3~-比率和δ~(15)NH_4~+值结果,探讨了雨水中NH_4~+氮的起源。雨水NH_4~+/NO_3~-比率存在季节性变化,这种变化主要是降水中NH_4~+浓度的季节性变化引起的。NH_4~+/NO_3~-比值变化与氮肥施用时间、不同作物生长季、耕作制(农田和菜地)以及季节性气候变化紧密关联。研究还发现,降水中NH_4~+的~(15)N自然丰度值也存在季节性变化,这种变化同样也与氮肥的施用时间,不同的稻麦生长季及气候的季节性变化紧密关联。因此,可以根据NH_4~+/NO_3~-比率和δ~(15)NH_4~+值的季节性变化对大气湿沉降NH_4~+的来源和陆地NH_3排放源强度进行指示。 (3)目前,长江三角洲地区在水稻季通过河水灌溉带入稻田的氮量约为56kgNha~(-1),相当于当季施氮量(300kgNha~(-1))的1/5左右。河水中高浓度的氮污染源主要来自农村人和动物排泄物、城市生活污水的排放以及农田氮的迁移。大气干湿沉降氮也是目前该地区地表水体重要的氮污染源之一。


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