聚丙烯酰胺施用对铵态氮地表径流迁移的影响及解析模拟.pdf

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1、第27卷2011年第3期3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27NO．3Mar．201149聚丙烯酰胺施用对铵态氮地表径流迁移的影响及解析模拟赵亮，唐泽军※(中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083)摘要：地表氮素迁移至径流的水平对氮素流失有重要影响。该研究在人工模拟降雨条件下，主要考察高分子有机化合物聚丙烯酰胺(PAM)施用对铵态氮地表径流迁移效应。试验结果表明，PAM的施用降低了径流运移氮素的能力，表现为铵态氮初始流失浓度极大降低，且氮素流失过程更趋平稳。基于土壤混合层理论和氮素平衡原理建立了PAM施用下铵态氮

2、地表迁移不完全混合模型，并求得了解析解，证实了地表铵态氮径流迁移符合指数型衰减过程，模拟结果与实测值拟合较好。关键词：氮素，模型，土壤，聚丙烯酰胺，铵态氮地表迁移，土壤混合层，解析模拟doi：10．3969巧．issn．1002—6819．2011．03．009中图分类号：S156．2文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)一03—0049—06赵亮，唐泽军．聚丙烯酰胺施用对铵态氮地表径流迁移的影响及解析模拟[J]．农业工程学报，2011，27(3)：49—54．ZhaoLiang，Tangzejun．EffectsofPolyacryla

3、mideapplicationonammoniumnitrogentransporttosurfacerunoffanditsanalyticalmodeling[J]．TransactionsoftheCSAE，201l，27(3)：49—54．(inChinesewithEnglishabstrac00引言地表氮素随径流迁移是氮素流失的重要途径，寻找控制氮素地表径流迁移的措施对提高氮素利用效率及改善水体环境有重要意义，众多研究已证实高分子有机化合物聚丙烯酰胺(polyarcylamide，PAM)对于提高降雨或灌溉水利用效率，控制地表侵蚀有良好效果，

4、并对其在水土环境保护的潜在价值也得到越来越多的关注和研究【l翻。PAM遇水溶解后有很强的黏絮性，其溶液黏稠度与PAM分子量有关，且PAM分子量很长，它的酰胺基可与多种物质亲和、吸附形成氢键【3】，在这2种效应的共同作用下PAM极易黏絮多种溶质从而有效降低溶质地表径流流失，En仃v等【4】就证实PAM的施用有效地过滤了牲畜污水排放的径流中铵态氮的数量；另一方面，PAM可以很好地参与土壤氮素化学反应，从而改变土壤中氮素组成，进而影响氮素流失浓度，如PAM对铵态氮释放速率影响不大，但会明显加快铵态氮的硝化反应速率[4】，再如PAM可以增强一些酶的活力从而改变氮

5、素循环水平[Sl。Sojka等【l】就曾指出PAM对改善环境的良好潜力将会带来对土壤改良剂价值全新的认识，然而目前极少有关于PAM施用对氮素径流迁移的试验验证及阐述。建立氮素径流迁移模型对于预测及预防氮素流失具有重大意义。研究表明，迁移至径流甲的溶质完全来源收稿日期：2010．10．31修订日期：2011-02．14基金项目：国家重点基础研究发展计划973项目(2007CB407207)；水利部公益性行业科研专项(200901083)作者简介：赵亮(1983一)，男，山西人。博士研究生，主要从事水土资源与环境研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院，10

6、0083。Email：sunnyzhaoliang@sohu．COIn※通信作者：唐泽军(1958一)，男，湖南人，博士，教授，博士生导师，主要从事水土资源与环境研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院，100083。Email：taugzejtm@sina．eom于土壤混合层，而土壤混合层以下的溶质并不参与径流迁移睁10l，因此土壤混合层深度的确定对氮素径流迁移有重要影响。虽然众多研究针对土壤混合层深度给出了不同数值，如Ahuia等⋯】利用32P作为示踪剂提出了有效混合深度的概念(EDI)，并指出EDI深度在2～3rain之间，而基于土壤混合层理论建立

7、的著名的非点源污染模型CREAMS将EDI统一为10mln，但都证实土壤混合层是土壤表层极薄的一层，而其差别主要与降雨强度、土壤质地与迁移溶质类型等多种因素有关。关于土壤混合层中溶质迁移径流的水平，起初认定为完全混合模式，即径流中溶质浓度与混合层中溶质浓度相同睁7】，随着研究的发展，有研究指出径流中溶质浓度低于土壤混合层溶液中浓度，因此提出不完全混合的概念，即径流中浓度与土壤溶液浓度成一定比例∽，11l。Ahuja等【71基于不完全混合概念和溶质质量守恒建立了迁移模型，这也成为众多迁移模型的基础，随后童菊秀，Gao等[12-13】也以此为基础不断扩展研究

8、成果。本研究主要内容包括以下2个方面：1)通过人工模拟降雨试验，研究PAM施用对