不同灌水定額條件下土壤硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律試驗(yàn)研究

1、不同灌水定額條件下土壤硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律試驗(yàn)研究 摘 要：氮素是污廢水中的主要污染物，又是作物生長不可或缺的營養(yǎng)元素。研究氮素在土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)于合理利用水資源，最大限度提水分和養(yǎng)分的利用率，減少硝態(tài)氮淋洗對(duì)水環(huán)境的污染，具有十分重要的意義。1前言 1.1研究內(nèi)容相關(guān)概況1.1.1我國的水資源現(xiàn)狀我國是一個(gè)水資源短缺的國家。我國水資源總量為世界總水資源量的5.8，而人口卻占世界的2l.3，人均水資源量為2200m，僅為世界人均水資源量平均值的l/4左右。據(jù)聯(lián)臺(tái)國可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)等7個(gè)有關(guān)組織于1997年對(duì)世界153個(gè)國家和地區(qū)的統(tǒng)計(jì)，我國人均水資源量排在世界第12l位。同時(shí)，隨著水資源利用量

2、和污廢水排放量得同步增加，我國水體污染嚴(yán)重，且水體質(zhì)量呈不斷惡化趨勢(shì)。我國水資源緊缺，而農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，主要消耗與于農(nóng)田灌溉。我國目前灌溉面積已達(dá)0.55億km，居世界首位，占全國耕地面積的1/2。我國灌水利用率較低。每立方米生產(chǎn)糧食不足1，而一些的發(fā)達(dá)國家大體都在2以上，這說明我國還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未做到節(jié)水灌溉的目標(biāo)。研究合理的灌水定額是促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展必要趨勢(shì)，也是促進(jìn)節(jié)水灌溉從而達(dá)到節(jié)約用水可持續(xù)發(fā)展的重要目標(biāo)。1.1.2硝態(tài)氮的使用現(xiàn)狀硝態(tài)氮是植物能夠直接吸收利用的速效性氮素1,不易被土壤膠體所吸附,易隨水移動(dòng)。因此,容易被淋洗到下部土層。通常硝態(tài)氮是在硝化細(xì)菌作用下由銨

3、態(tài)氮轉(zhuǎn)化而來的,所以其含量與土壤通氣狀況有密切的關(guān)系。目前我國已成為世界上氮肥年用量最多的國家之一,單位面積的施用量也高于世界平均水平,而我國氮肥利用率卻僅為30%50%2,3,即有一半左右的氮肥施入土壤后通過各種途徑損失掉,這不僅使肥料的生產(chǎn)效益大為降低,而且還造成了難以治理的環(huán)境污染問題。1.1.3灌水定額對(duì)硝態(tài)氮的運(yùn)移的影響硝態(tài)氮容易隨水分而淋失，灌水量的多少直接影響著硝態(tài)氮的運(yùn)移狀況，當(dāng)灌水量過多時(shí)硝態(tài)氮容易淋失，而當(dāng)灌水量過少時(shí)，又會(huì)抑制硝態(tài)氮的運(yùn)移，難以被作物充分吸收。所以尋求合理的灌水定額既可以節(jié)約用水，有可以充分發(fā)揮硝態(tài)氮的肥效。通過不同灌水定額條件下硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律試驗(yàn)研究去尋

4、求合理的灌水定額，是本論文的重點(diǎn)目標(biāo)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀1.2.1.1氮素在土壤中的轉(zhuǎn)移變化規(guī)律氮素施入土壤后，被作物吸收利用的只占其旗入量的30404，剩余氮素經(jīng)各種途徑損失于環(huán)境中，并對(duì)水環(huán)境造成污染7。在農(nóng)田氮素進(jìn)入地表水和地下水過程中，各種形態(tài)的氮素之間、氮素與周圍介質(zhì)之間，始終伴隨和發(fā)生一系列物理化學(xué)和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化作用，包括吸附作用、硝化作用和反硝化作用。1.2.1.2氮素在地表水體中的轉(zhuǎn)移變化規(guī)律氮素主要通過降雨徑流進(jìn)入受納水體。氮肥對(duì)地表水非點(diǎn)源污染主要通過地表徑流進(jìn)行的。馬立珊的研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)面源氮素污染負(fù)荷量隨降雨量和灌溉量的增加而增大5。太

5、湖流域等農(nóng)業(yè)集約化程度較高的地區(qū)出現(xiàn)了過量施用氮肥以及肥料結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象，造成大量氮素進(jìn)入太湖，從而加劇了太湖水體富營養(yǎng)化。張興昌經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，徑流流失的無機(jī)氮以硝態(tài)氮為主6。1.2.1.3氮素在地下水中的轉(zhuǎn)移變化規(guī)律氮素進(jìn)入地下水中的方式主要有：通過包氣帶滲入、由地表水側(cè)向滲入以及灌溉水下滲三種方式8。1.2.2國外研究現(xiàn)狀1.2.2.1表土層土壤中含有大量有機(jī)質(zhì)和微生物，使得各種污染物在其中發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物變化?？紤]到表土層較薄，國內(nèi)外往往采用黑箱模型來描述污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，但對(duì)于內(nèi)部機(jī)理的研究成果不多。近年來，環(huán)境土壤學(xué)專家借助于模型試驗(yàn)，正在確定土壤的環(huán)境容量。美國等發(fā)達(dá)

6、國家的專家正在進(jìn)行表土層的灰箱模型研究9。1.2.2.3污染物在地下水中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究的進(jìn)展：污染物在地下水中遷移轉(zhuǎn)化的研究，主要是運(yùn)用數(shù)學(xué)模擬方法進(jìn)行的13。應(yīng)用數(shù)學(xué)模型模擬可溶性污染物在地下含水層中遷移時(shí)，需要求出濃度的時(shí)空變化規(guī)律，以預(yù)測(cè)地下水污染的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)與擴(kuò)展范圍，為制定合理有效的地下水污染防治措施，選擇最佳治理方案提供科學(xué)依據(jù)14。對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行模擬研究所建立的數(shù)學(xué)模型就是地下水質(zhì)模型。世界上許多國家開展了此項(xiàng)研究，建立了預(yù)測(cè)性的地下水質(zhì)模型，其中，美國、加拿大、法國、英國、俄羅斯等發(fā)達(dá)國家建立的模型多而且成熟，并在不斷改進(jìn)和完善16。內(nèi)外在土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，其

7、中土壤養(yǎng)分運(yùn)移研究是近40年興起的，起源于土壤水鹽運(yùn)動(dòng)問題的研究。根據(jù)目前農(nóng)村非點(diǎn)源污染狀況，氮素在土壤運(yùn)移研究主要集中在以下方面，這些不僅是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，也將是未來的主要方向15。1.2.3發(fā)展趨勢(shì)國內(nèi)外在土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，其中土壤養(yǎng)分運(yùn)移研究是近40年興起的，起源于土壤水鹽運(yùn)動(dòng)問題的研究。根據(jù)目前水資源短缺的嚴(yán)峻形勢(shì)，節(jié)水灌溉方向的研究不僅是當(dāng)前的熱點(diǎn)，也將是建設(shè)節(jié)約社會(huì)發(fā)展的主流。1.3研究的目的、意義尋求合理的灌溉施肥方式,以減少灌溉水和氮素的田間損失,提高水和氮素的利用率是目前值得進(jìn)一步研究的問題。因此,本文對(duì)不同灌水定額條件下土壤硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律試驗(yàn)研究以探討不同灌

8、水定額條件下水和氮素的高效利用途徑。2研究的內(nèi)容與研究方法2.1研究內(nèi)容自從20世紀(jì)60年代以來，氮肥用量的不斷增長，對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量起到了重要的作用，但是施用的氮肥僅有1312被作物吸收利用，其中很大一部分損失于揮發(fā)、地表徑流和滲入地下水，對(duì)大氣和水環(huán)境產(chǎn)生污染。硝態(tài)氮淋溶被認(rèn)為是旱地農(nóng)田氮素?fù)p失的主要途徑17.20，也是引起地下水中硝態(tài)氮含量升高的重要原因18.19。飲水中硝態(tài)氮含量過高不僅導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，還對(duì)人有致癌、致突變的危害。鑒于此，世界衛(wèi)生組織(who)頒布的飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，飲用水中硝態(tài)氮的最大允許濃度為10 mgl21，我國規(guī)定生活飲用水中硝態(tài)氮的最大允許濃度為20 m

9、gl(gb574985) 22。因此，地下水中硝態(tài)氮含量已成衡量水質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一。硝態(tài)氮在土壤中很少被土壤顆粒所吸持，主要以溶質(zhì)的形式存在于土壤溶液中，其運(yùn)移規(guī)律直接受土壤含水量、水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和土壤物理性質(zhì)的影響。它在土壤中的運(yùn)移行為，已成為環(huán)境科學(xué)和土壤科學(xué)研究中的熱點(diǎn)問題23.24。本文研究了不同灌水定額條件下突然土壤硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律為更好的節(jié)水灌溉，提高氮素高效利用率提供更好的科學(xué)依據(jù)。2.2研究的方法 2.2.1測(cè)量含水量方法采用烘干法，將所取土壤放入鋁盒中，將各層土壤裝入鋁盒編號(hào)，放上電子秤進(jìn)行測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)。再放入烘箱進(jìn)行8小時(shí)烘烤后取出，再放上電子秤進(jìn)行測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。2.2.3測(cè)定土壤含量方法為：對(duì)每一時(shí)刻濕潤體內(nèi)取2.0cm2.0cm2.0cm土塊為土樣，一部分土樣用烘干法測(cè)定土壤含水率，另一部分土樣按土水重量比1:10加入0.01溶液進(jìn)行浸提，振蕩30min、懸液靜置30min后，傾出上清液，用中速無氮定量濾紙過濾，過濾后的溶液一部分用美國hach公司dr/4000型紫外分光光度計(jì)測(cè)定土壤硝態(tài)氮的濃度。2.2.2試驗(yàn)步驟 取8個(gè)直徑為55cm，高為40cm的桶裝上土壤，分為四組，每組