不同灌水定额条件下土壤硝态氮运移规律试验研究

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不同灌水定额条件下土壤硝态氮运移规律试验研究摘要：氮素是污废水中的主要污染物，又是作物生长不可或缺的营养元素。研究氮素在土壤中迁移转化规律，对于合理利用水资源，最大限度提水分和养分的利用率，减少硝态氮淋洗对水环境的污染，具有十分重要的意义。1前言1.1研究内容相关概况1.1.1我国的水资源现状我国是一个水资源短缺的国家。我国水资源总量为世界总水资源量的5.8％，而人口却占世界的2l.3％，人均水资源量为2200m³，仅为世界人均水资源量平均值的l/4左右。据联台国可持续发展委员会等7个有关组织于1997年对世界153个国家和地区的统计，我国人均水资源量排在世界第12l位。同时，随着水资源利用量和污废水排放量得同步增加，我国水体污染严重，且水体质量呈不断恶化趋势。我国水资源紧缺，而农业用水浪费严重。农业是我国的用水大户，主要消耗与于农田灌溉。我国目前灌溉面积已达0.55亿km²，居世界首位，占全国耕地面积的1/2。我国灌水利用率较低。每立方米生产粮食不足1㎏，而一些的发达国家大体都在2㎏以上，这说明我国还远远未做到节水灌溉的目标。研究合理的灌水定额是促进我国农业发展必要趋势，也是促进节水灌溉从而达到节约用水可持续发展的重要目标。1.1.2硝态氮的使用现状硝态氮是植物能够直接吸收利用的速效性氮素[1],不易被土壤胶体所吸附,易随水移动。因此,容易被淋洗到下部土层。通常硝态氮是在硝化细菌作用下由铵态氮转化而来的,所以其含量与土壤通气状况有密切的关系。目前我国已成为世界上氮肥年用量最多的国家之一,单位面积的施用量也高于世界平均水平,而我国氮肥利用率却仅为30%—50%[2,3] ,即有一半左右的氮肥施入土壤后通过各种途径损失掉,这不仅使肥料的生产效益大为降低,而且还造成了难以治理的环境污染问题。1.1.3灌水定额对硝态氮的运移的影响硝态氮容易随水分而淋失，灌水量的多少直接影响着硝态氮的运移状况，当灌水量过多时硝态氮容易淋失，而当灌水量过少时，又会抑制硝态氮的运移，难以被作物充分吸收。所以寻求合理的灌水定额既可以节约用水，有可以充分发挥硝态氮的肥效。通过不同灌水定额条件下硝态氮运移规律试验研究去寻求合理的灌水定额，是本论文的重点目标。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1国内研究现状1.2.1.1氮素在土壤中的转移变化规律氮素施入土壤后，被作物吸收利用的只占其旗入量的30％—40％[4]，剩余氮素经各种途径损失于环境中，并对水环境造成污染[7]。在农田氮素进入地表水和地下水过程中，各种形态的氮素之间、氮素与周围介质之间，始终伴随和发生一系列物理化学和生物化学转化作用，包括吸附作用、硝化作用和反硝化作用。1.2.1.2氮素在地表水体中的转移变化规律氮素主要通过降雨径流进入受纳水体。氮肥对地表水非点源污染主要通过地表径流进行的。马立珊的研究发现，农业面源氮素污染负荷量随降雨量和灌溉量的增加而增大[5]。太湖流域等农业集约化程度较高的地区出现了过量施用氮肥以及肥料结构不合理的现象，造成大量氮素进入太湖，从而加剧了太湖水体富营养化。张兴昌经研究发现，径流流失的无机氮以硝态氮为主[6]。1.2.1.3氮素在地下水中的转移变化规律氮素进入地下水中的方式主要有：通过包气带渗入、由地表水侧向渗入以及灌溉水下渗三种方式[8]。1.2.2国外研究现状1.2.2.1 表土层土壤中含有大量有机质和微生物，使得各种污染物在其中发生复杂的物理、化学和生物变化。考虑到表土层较薄，国内外往往采用黑箱模型来描述污染物的迁移转化规律，但对于内部机理的研究成果不多。近年来，环境土壤学专家借助于模型试验，正在确定土壤的环境容量。美国等发达国家的专家正在进行表土层的灰箱模型研究[9]。1.2.2.3污染物在地下水中迁移转化规律研究的进展：污染物在地下水中迁移转化的研究，主要是运用数学模拟方法进行的[13]。应用数学模型模拟可溶性污染物在地下含水层中迁移时，需要求出浓度的时空变化规律，以预测地下水污染的瞬时动态与扩展范围，为制定合理有效的地下水污染防治措施，选择最佳治理方案提供科学依据[14]。对地下水水质进行模拟研究所建立的数学模型就是地下水质模型。世界上许多国家开展了此项研究，建立了预测性的地下水质模型，其中，美国、加拿大、法国、英国、俄罗斯等发达国家建立的模型多而且成熟，并在不断改进和完善[16]。内外在土壤溶质运移领域进行了大量的研究，其中土壤养分运移研究是近40年兴起的，起源于土壤水盐运动问题的研究。根据目前农村非点源污染状况，氮素在土壤运移研究主要集中在以下方面，这些不仅是当前研究的热点，也将是未来的主要方向[15]。1.2.3发展趋势国内外在土壤溶质运移领域进行了大量的研究，其中土壤养分运移研究是近40年兴起的，起源于土壤水盐运动问题的研究。根据目前水资源短缺的严峻形势，节水灌溉方向的研究不仅是当前的热点，也将是建设节约社会发展的主流。1.3研究的目的、意义寻求合理的灌溉施肥方式,以减少灌溉水和氮素的田间损失,提高水和氮素的利用率是目前值得进一步研究的问题。因此,本文对不同灌水定额条件下土壤硝态氮运移规律试验研究以探讨不同灌水定额条件下水和氮素的高效利用途径。2研究的内容与研究方法 2.1研究内容自从20世纪60年代以来，氮肥用量的不断增长，对提高农作物产量起到了重要的作用，但是施用的氮肥仅有1／3～1／2被作物吸收利用，其中很大一部分损失于挥发、地表径流和渗入地下水，对大气和水环境产生污染。硝态氮淋溶被认为是旱地农田氮素损失的主要途径[17.20]，也是引起地下水中硝态氮含量升高的重要原因[18.19]。饮水中硝态氮含量过高不仅导致高铁血红蛋白症，还对人有致癌、致突变的危害。鉴于此，世界卫生组织(WHO)颁布的饮用水质标准中规定，饮用水中硝态氮的最大允许浓度为10mg·L[21]，我国规定生活饮用水中硝态氮的最大允许浓度为20mg·L～(GB5749—85)[22]。因此，地下水中硝态氮含量已成衡量水质好坏的重要指标之一。硝态氮在土壤中很少被土壤颗粒所吸持，主要以溶质的形式存在于土壤溶液中，其运移规律直接受土壤含水量、水流运动状态和土壤物理性质的影响。它在土壤中的运移行为，已成为环境科学和土壤科学研究中的热点问题[23.24]。本文研究了不同灌水定额条件下突然土壤硝态氮运移规律为更好的节水灌溉，提高氮素高效利用率提供更好的科学依据。2.2研究的方法2.2.1测量含水量方法采用烘干法，将所取土壤放入铝盒中，将各层土壤装入铝盒编号，放上电子秤进行测量，记录数据。再放入烘箱进行8小时烘烤后取出，再放上电子秤进行测量，并记录数据。 2.2.3测定土壤含量方法为：对每一时刻湿润体内取2.0cm´2.0cm´2.0cm土块为土样，一部分土样用烘干法测定土壤含水率，另一部分土样按土水重量比1:10加入0.01溶液进行浸提，振荡30min、悬液静置30min后，倾出上清液，用中速无氮定量滤纸过滤，过滤后的溶液一部分用美国HACH公司DR/4000型紫外分光光度计测定土壤硝态氮的浓度。2.2.2试验步骤 取8个直径为55cm，高为40cm的桶装上土壤，分为四组，每组2桶，其中一桶为参照编号为1、2、3、4组;1、2、3组室内，4组室外，每组种植相同数量的玉米种子。室内3组分别灌溉不同的容积的水量，室外一组不作灌水处理，由天然雨水供给。测量土壤含水量和硝态氮时，分别取土壤表面，5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm，共四层土壤测定土壤含水量和硝态氮。