泾惠渠灌区包气带氮素转化过程研究

《泾惠渠灌区包气带氮素转化过程研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号:S15310710-2015129061硕士学位论文泾惠渠灌区包气带氮素转化过程研究黄涛导师姓名职称胡安焱副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称地下水科学与工程论文提交日期2018年5月9日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学StudyonnitrogenconversionprocessinJingHuiquirrigatedareaAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangTaoSupervisor：HuAnyanChang’anUniversity,Xi’

2、an,China摘要氮素是植物生长发育所必需的大量元素，大量施用氮肥能够提高农作物产量、有效解决人均耕地面积少带来的粮食安全问题。同时残留矿质氮进入大气、水体造成全球变暖、地下水硝酸盐污染等问题也不容忽视。粮食高产与环境安全问题成了一对难以调和的矛盾。泾惠渠灌区是关中平原的主要产粮基地，近年来灌溉施肥活动造成了大面积硝酸盐超标的现象。但是灌区包气带中氮素转化对灌溉、降雨引起的水分变化会有何种响应、包气带土层中微生物对硝酸盐的转化程度、过程以及机理等问题都尚不清楚。综上所述，无论是从农业生产、环境保护，还是理论与方法研究角度，对灌区包气带氮素转

3、化过程的研究都具有十分重要的意义。本文以泾惠渠灌区农田生态系统为研究区域，以区内包气带为研究介质，采用15N同位素示踪技术、MarkovChainMonteCarlo数值分析模型和氮素转化生态效应模型等模型和方法，以及室内、野外小区和大田灌溉试验相结合的手段，来研究灌区包气带中的氮素转化规律，以及氮素转化对生态环境因子的响应规律。本文主要得出了以下结论：1.灌区氮素矿化、硝化、微生物同化作用占主导地位，但矿化速率和微生物同化速率均显著低于硝化速率，通过反复地再矿化和硝化作用，包气带土壤中最终以NO-3-N转化为主从而出现NO--3-N大量累积

4、的现象。与此同时NO3-N的同化、异化还原作用都较微弱，以至于NO--3-N的产生速率大于消耗速率，会引起NO3-N淋溶或反硝化气态损失，从而有造成温室气体产生和地下水硝酸盐污染的风险。2.灌区内，包气带NH+4吸附速率、硝化速率、反硝化速率、矿化速率、微生物同化速率以及NH3挥发速率均有随深度增加而减小的趋势，各转化速率阈值范围随深度增加亦有减小的趋势，且土壤表层较深部具有显著性差异。3.整个灌区包气带内，影响NH+4-N吸附的主要生态因子为铵态氮含量和体积含水率，均与NH++4-N吸附速率呈正相关关系。铵态氮含量在2~20mg/kg范围对

5、NH4-N吸附影响较为显著。体积含水率在0.2~0.4之间有利于NH+4-N的吸附；铵态氮含量和地温作为硝化速率的主要影响因子，与硝化速率均呈正相关。对硝化速率影响较明显的铵态氮含量阈值为3~14mg/kg，地温阈值为-10-30℃；影响微生物同化速率的主要生态因子为微生物总数、地温。对同化速率影响较为显著的微生物总数阈值为0~105个/g，温度阈值为-10~30℃。在阈值范围内，两种因素均与微生物同化速率呈正相关关系。I影响包气带反硝化速率的主要生态因子为反硝化细菌，反硝化细菌数量在0~7.5×104个/g范围内对反硝化速率的影响较为显著，

6、该范围内随反硝化细菌数量增加而增加。影响矿化作用的主要生态因子为体积含水率、地温。体积含水率阈值为0~0.12时与矿化速率呈正相关，在0.12~0.30之间呈负相关。地温在5~18℃之间与矿化速率呈正相关，阈值为18~32℃时呈负相关；影响NH3挥发速率的主要生态因子为地温、体积含水率。包气带浅层对NH3挥发速率影响较为显著的地温阈值为10~27℃，体积含水率阈值为0.32~0.42，深部范围两者对其均无显著影响。关键词：泾惠渠灌区，氮素转化，15N同位素标记，蒙特卡罗马尔科夫链随机采样法IIAbstractNitrogenisanecess

7、aryelementforplantgrowth.alargeamountofnitrogenfertilizerusedcanincreasecropyieldandeffectivelysolvetheproblemoffoodsecuritycausedbylesscultivatedlandpercapita.Atthesametime,thecurrentsituationthatglobalwarmingandthegroundwaternitratepollutioncausedbytheresidualmineralnitro

8、gencannotbeignored.Theproblemofhighgrainyieldandenvironmentalsecurityhasbecomeanir