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模拟降雨研究水网地区农田氮磷的流失

张认连  
【摘要】:农田氮磷养分流失是农业面源污染的重要原因之一,通常认为农田地表径流引起的氮磷流失是地表水水体富营养化的主要原因。针对我国水网地区农田处于淹水或滞水状态的周期长,农田渗漏过程对农田氮磷流失的影响可能也很大的水文特征,为了解地表径流与渗漏两种不同方式对农田氮磷流失的影响,进行了模拟降雨试验,研究不同农田土壤有效氮磷养分含量水平下,降水形成的地表径流和渗漏对农田氮磷养分流失的作用机制和过程。与此同时,还对我国太湖流域农田土壤有效氮磷养分含量状况变化进行了分析,主要结论如下: 地表径流方式下,产流时间短,排水速率快,在降水量为180mm的条件下,渗漏排水量是径流排水量的90%,渗漏时间为863分钟,是径流出水时间(153分钟)的5.6倍。渗漏方式下,产流时间长,排水速率慢,与表层之下的土壤有更充分的接触,这为渗漏方式下水溶性氮磷养分的流失提供了潜在的流失途径。在地表径流方式下,土体剖面土壤含水量由表层至下层,呈现由高变低的趋势;渗漏方式下,由表层至下层,土壤含水量呈现由低变高的趋势。 对农田氮素流失而言,在降水量为180mm,土壤硝态氮含量水平为55-206N mg/kg的条件下,渗漏方式下氮素的流失量远高于地表径流方式下的氮素流失量,两者相差可达十倍到数十倍以上(13—49倍)。在渗漏流失方式下,硝态氮是氮素流失的主体,硝态氮、水溶性铵态氮和颗粒态氮平均为全氮流失量的80.3%、0.3%、19.4%。在三种不同的土壤硝态氮含量水平下(55、109、206N mg/kg),渗漏方式中渗漏液中的硝态氮浓度分别为44、71和119mg N/L,全氮浓度分别为57、80和162mg N/L;渗漏液中硝态氮和全氮浓度分别为地表径流方式下径流液中硝态氮和全氮浓度的数百倍和数十倍,硝态氮为238-385倍,全氮为14-64倍。在渗漏过程初期流失液中的硝态氮浓度较高,后期逐步降低。地表径流方式下,氮的流失以颗粒态氮为主,硝态氮、水溶性铵态氮和颗粒态氮平均为全氮流失量的8.0、7.4和84.5%。 对农田磷素流失而言,在较低的土壤速效磷含量水平条件下(P1和P2处理:土壤Olsen-P为40和97mg P/kg),流失的总磷在地表径流方式中为42.9和58.54mg P,高于渗漏流失方式(8.6和34.6mg P);在较高的土壤速效磷含量水平条件下(P3处理:土壤Olsen-P为156mg P/kg),渗漏流失方式下总磷的流失量为102.0mg P,超过地表径流方式(87.3mg P)。三种不同的土壤Olsen-P含量水平条件下,就流失的水溶性P在总磷所占比例而言,渗漏流失方式下为45-54%,地表径流方式下为3-33%;两种流失方式下,随着土壤速效磷含量水平的提高,流失的水溶性P在总磷中占的比重增加。 对2000-2003年以来太湖、滇池、珠江流域等南方水网地区2677个水稻、小麦等大田作物和490个菜地农田耕层采样分析结果显示:目前在这些地区,大田作物农田土壤Olsen-P平均为13.9mg P/kg,变化范围为1.8-71.4mg P/kg。菜地农田上,耕层土壤Olsen-P平均为73.9mgP/kg,含量最高的可达400mg P/kg。土壤硝态氮平均为85.9mg N/kg,含量最高的可达682mgN/kg。随着农田土壤有效氮磷养分含量的大幅度提高,通过农田渗漏方式导致的农田水溶性氮磷养分流失有可能是这些水域水体富营养化极为重要的原因。


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