平原区稻田水旱轮作体系中氮素平衡及流失特征

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1、浙江大学博士学位论文摘要农业非点源氪污染对水环境的恶化有着十分显著的贡献，富营养化现象的发生与农田土壤的氮素流失有着密切的关系．本研究运用田问试验，微观模拟、模型构建以及宏观估算等方法，估算了杭嘉湖平原水网区稻田氮素的流失负荷和空嗣分异特征，研究了平原区典型稻麦水旱轮作体系中氮素的流失行为，分析了平原区稻田氮素在径流．下渗和侧渗途径上的流失特征，产生条件及其影响因素，并通过建立水氮耦合模型探讨了平原水网区田间典型农作条件下氮素的平衡量化关系，找出一般规律．结论如下：(1)施肥量、降雨量是杭嘉湖区域稻田土壤氮素流失时空分布

2、不均的主要因素．通过定点观测，面上调查以及对现有相关氮素流失资料的收集，发现淹水稻田的SCS模型修正必须考虑排水堰因素的影响后才能基本符合实际产流情况；油菜田的SCS模型产流参数率定值laffil2．8ram=0．2s’，CN=80能较好地模拟实际产流；3S技术分析表明，杭嘉湖地区淹水稻田氮素径流流失负荷平均为35．26kghm-2，约占当季水稻施肥量的12．7％，空闻负荷分布不均，靠近西部山区的水田明显高于东部平原地区，中北部地区流失负荷明显小于其它地区；油菜季氮平均径流流失负荷为13．0l(ghm-2，低于淹水稻季，

3、这跟油菜季降雨强度小．降雨量小以及土壤水分含量低不易产流等有着密切的关系．(2)稻田产径流属“蓄满产流”，侧渗是水稻田氮素流失的一个重要途径．多次天然降雨条件下水稻田径流氮和侧渗氮的流失特征研究表明，降雨，施肥量。氮素输出负荷符合显著的二元一次线性关系；受稻田边界水势和犁底层效应的影响，水稻田氮素侧渗流失比较可观；90～360kgNhm-2施肥水平下，氮素侧渗损失为5．5—19．0kgNhm-2，氮侧渗量与施肥量之间存在着显著的线性关系；侧渗水中氮素流失以氨氮为主，其浓度变化与田面水中氮素浓度变化密切相关，分次施肥后均出

4、现了上升继而下降的峰动变化；田面水深度变化是稻田侧渗水量增减的主要驱动力，两者之间存在显著的线性关系；合理维持田面水深度和减少施肥量等措施有利于减控氮素侧渗流失水平，也是提高水稻田氮素化肥利用率的关键．(3)田闻试验表明水旱轮作方式的改变会带来较大的农田生态环境效应．本浙江大学博士学位论文试验对高氮含量的菜地土壤新垦作水稻田后，土壤氮素的变化、氮素流失，作物吸收进行了研究，发现水稻种植前后，土体内NH4-N和N03-N通过水稻吸收、流失和气态损失的形式大幅减少；新垦水稻田施肥对水稻生物量，含氮量及带走氮量不存在显著性影响

5、，却显著地增加了水稻田氮素在径流、排水，侧渗和下渗的流失潜能，常规施肥水平下增加量为19．M1．7I【gNhm-2，占施肥量的lO．8～11．7％．(4)SWNRICE模型既简单又综合地描述了尿素氮施入稻田后的迁移转化行为，包括尿素水解、氨挥发．硝化、反硝化．作物吸收等．该模型是基于水氮捐合平衡理论和氮素一级动力学转化理论建立的．模型模拟结果表明，在施肥量90蚝Nhm-2条件下，作物吸收，氨挥发，径流损失，侧渗损失、下渗损失，反硝化损失以及土壤残留量的误差分别为10．8％、．18．6％，5．8％、4．6％，-3．7％．-

6、9．1％和-2．5％，均小于20％，模拟值与实测值吻合性较好；在施肥量270kgNlun-2和360kgNhm-2条件下，除土壤残留一项外，其他各项的误差值也在20％以内，土壤残留项分别为．33．9％和．29．3％．(5)结合雨情预报和水稻生理需水量的优化灌排方式可以实现稻田氮素排水流失的最小化．稻田分次施肥后的第一个灌水．落千周期是控制氮素流失的关键时期，此闻，田面水中氮素浓度明显下降，对照处理中以颗粒氮为主，尿素化肥处理中以水溶性无机氮为主，有机肥处理中以水溶性有机氮为主，此后各处理均以颗粒氮为主．生长季累计氮素截留

7、量达15．8l(gNhm-2，与灌水输入氮量相当．(6)雨强、降雨施肥间隔时问以及覆盖度是旱作期稻田土壤氮素流失的主控因子．室内模拟降雨和原状土盆栽试验结果表明：在同一降雨强度下，降雨施肥间隔与总氮输出浓度呈负相关关系，而同一降雨施肥闻隔下，雨强与径流氮浓度呈正相关关系，但即使在低雨强下，短降雨施肥闻隔仍可导致大量氮素流失；径流氮素输出动态过程可以分为前期浓度出峰期和后期浓度下降稳定期，径流氮浓度的输出风险主要集中在前期出峰期，低雨强的稳定期出现时间较早；高雨强和短降雨施肥间隔明显促进总氮及硝氮的流失，降雨施肥间隔应尽量

8、在5．7天以上；运用先进的植被覆盖度数码提取技术，可分析不同生长时期平原区田间植被覆盖度对氮素径流流失的影响，结果表明：油菜田覆盖度在不同生长期内表现为I结2浙江大学博士学位论文子期>生长初期>开花期；覆盖度对径流氮浓度中颗粒态氮的影响程度要大于可溶态氮，随着覆盖度增加，颗粒态氮明显下降；本试验条件下颗粒态氮主要分布