近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.     

干旱区高强度开采地表裂缝对土壤微生物学特性和植物群落的影响

为了研究高强度开采地表裂缝对土壤微生物特性和植物群落的影响,以鄂尔多斯盆地腹地的神府-东胜矿区上湾煤矿开采沉陷区为研究对象,通过野外调查和试验分析裂缝两侧土壤和植物特征.结果表明:裂缝导致其两侧0～120 cm范围内土壤水分和养分流失,距裂缝越近,土壤含水量和w(碱解氮)越低.与距裂缝200 cm处相比,裂缝上0～40 cm范围内土壤含水量和w(碱解氮)分别降低16.8%和29.9%;裂缝下0～40 cm范围内土壤含水量和w(碱解氮)分别降低27.8%和42.2%.地表裂缝显著减少了其两侧0～80 cm范围内土壤中微生物数量,但超过80 cm时则影响不显著.在地表裂缝两侧0～120 cm范围内土壤脲酶和蔗糖酶活性被显著抑制,但当距离裂缝超过120 cm时,裂缝则对两种土壤酶的活性没有显著影响.地表裂缝还会影响植物含水量,距裂缝越近植物含水量越低.与距裂缝200 cm处的植物含水量相比,在裂缝上、下0～40 cm范围内植物含水量分别降低8.4%、4.5%.地表裂缝通过干扰土壤理化性质和植物对水分的吸收,进而影响其生长,距裂缝两侧0～80 cm范围内草本植物的生物量和盖度显著减少,但超过120 cm时裂缝对植物生物量和盖度的影响不显著.      

武汉市郊典型利用方式下土壤磷素特征及流失风险分析

当前地表水体环境问题日益突出,磷素作为水体富营养化的关键控制因子而备受关注。本研究通过实地采样分析,研究了武汉市郊区典型利用方式下土壤磷素形态剂含量特征,并分析了其流失风险。结果表明:不同利用方式下的土壤磷素水平差异较大,各形态磷水平排序是蔬菜地稻田常规旱地苗圃地;武汉城郊0～20cm表层土壤全磷(TP)含量为255.4～1763.1mg/kg,平均值为975.4mg/kg;土壤有效磷(Olsen-P)为1.3～164.2mg/kg,平均值为56.4mg/kg;藻类有效磷(NaOH-P)含量为33.4～910.7mg/kg,平均值为204.0mg/kg;土壤Olsen-P为56.0mg/kg可作为武汉市郊区土壤磷素流失的临界值,且超过该临界值的土样有34.9%,其中有93.3%采自蔬菜地,表明各利用方式下蔬菜地土壤磷素流失风险最高。     

化肥减量配施生物炭对紫色土坡耕地磷流失的影响

磷是农作物生长所必需的营养元素,但过量磷的投入是造成水体富营养化问题的重要原因.探究实际生产中施肥方式与磷素流失之间的关系,为科学施肥和合理减施化肥提供理论依据.本试验采用野外径流小区对紫色土坡耕地2017～2018年度多次降雨产流产沙进行定点监测,研究了不施肥处理、常规施肥处理、优化施肥处理和减量施肥配施生物炭4种不同方案对紫色土坡耕地壤中流、地表径流和泥沙磷素流失的影响.结果表明:①各处理的产流总量表现为:优化(20 737.23 L)常规(18 513.17 L)CK(18 134.58 L)生物炭(13 594.85 L),各处理的产沙总量表现为:CK(1998kg·hm~(-2))生物炭(1 884 kg·hm~(-2))优化(1 681kg·hm~(-2))常规(910kg·hm~(-2)).壤中流是紫色土坡耕地雨季产流的主要类型,占到总产流量的60.14%～87.34%,各处理的产沙总量除常规外,其他处理不存在显著性差异(P0.05).②各处理的全磷流失通量均表现为泥沙地表径流壤中流.通过壤中流流失的磷素最少,只占全磷流失通量的2.63%～12.91%,而泥沙磷素流失通量占比可达63.74%～78.74%,是紫色土坡耕地土壤磷素流失的主要输出途经.③配施生物炭可以有效减少紫色土坡耕地土壤的壤中流产流量,以及壤中流的正磷酸盐的流失通量,较常规处理分别减少49.94%和56.45%.但是对地表径流的截留效果不佳,对颗粒态磷的流失通量无明显影响,同时增加了地表径流与泥沙中的全磷流失通量,较常规处理显著增加73.28%和123.53%(P0.05).因此,为控制西南地区紫色土坡耕地磷的流失,应着重减少土壤泥沙流失的发生.而生物碳在农业生产实际应用中也应进一步优化与化肥磷素投入配比.     

低施磷水平下不同施肥对太湖地区黄泥土磷迁移性的影响

对太湖地区水稻土上长达13年的长期不同施肥处理的某试验田进行了土壤全磷、树脂磷和水溶性磷的测定分析.不同处理的年施磷量为0～53kg/(hm²·a),土壤全磷为0.3～0.5g·k^-1.根据土壤磷素的质量平衡,计算表明该水稻土存在的磷素流失量为2～8kg/(hm²·a),单施化肥下的流失量最大,为配施有机肥处理的2～4倍;水溶性磷的比率在0.2%～0.4%间,且不同施肥实践对其的影响不明显.但单施化肥有使亚表层树脂磷和水溶性磷含量提高的倾向.长期施用化肥配施大量鲜猪粪使树脂磷含量提高20～40 mg·kg^-1,但与长期施用化肥配施秸秆的处理一样没有发生在有机质增加下的磷活化而提高磷流失.这些说明本地区长期单施化肥的水稻土中可能存在强烈的磷流失,且水稻土磷流失并不以水溶解发生.为了防止水稻土磷的强烈水流失而加剧农业非点源污染,要避免长期单施化肥,而应坚持和推广配施适量有机肥.     

土地利用方式对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

探究不同土地利用方式下土壤团聚体的粒径分布、稳定性及有机碳在各粒径团聚体中的分布规律,以期为重庆地区土壤结构的改善及土壤有机碳库的维持及提高提供依据.以重庆市北碚区6种土地利用方式(针阔叶混交林、竹林、果园、旱地、水田和荒草地)为研究对象,采用湿筛法对土壤进行粒径分组,对比分析了6种土地利用方式处理下土壤团聚体和团聚体有机碳在0～20、20～40、40～60和60～100 cm土壤剖面中的分布规律.结果表明,不同土地利用方式下,土壤的结构和肥力水平存在显著的差异.在0～100 cm土层土壤的各粒径团聚体中,6种土地利用方式的团聚体粒径均以 0. 25 mm为主;其中,竹林 0. 25 mm团聚体含量最高,其次是荒草地,旱地与果园含量最低.不同土地利用方式下0. 25～2 mm的粒径团聚体主要分布在0～20 cm土层(28. 78%～50. 08%),而0. 053～0. 25 mm和0. 053 mm的粒径团聚体主要集中在40～60cm土层.在整个土壤深度内,竹林和荒草地的土壤团聚体MWD和GMD均高于其他土地利用方式,即二者的土壤团聚体稳定性较强.土壤团聚体稳定性与土壤团聚体有机碳呈极显著正相关(r=0. 569,P 0. 01),在0～100 cm土层中,土壤0. 25～2 mm和0. 053 mm粒径的有机碳含量较高,其中0. 25～2 mm的最高,平均含量为56. 54 g·kg~(-1).除旱地土壤各粒径团聚体有机碳含量在20～40 cm土层内最高,其他土地利用方式下土壤各粒径团聚体内有机碳含量均随土壤深度的增加而降低,表现出显著的表层富集现象.总体上,6种土地利用方式下,竹林和荒草地在各土层中的土壤团聚体稳定性较好,且在各土层中,竹林土壤各粒径团聚体有机碳含量最高.     

不同植被覆盖度对流域氮素径流流失的影响

以 8.27km² 纸坊沟流域 1∶400比例模型为研究对象 ,在人工控制条件下 ,模拟天然降雨 (降雨强度 2 mm/min,历时30 min) ,研究不同植被覆盖度对流域氮素流失的影响 ,揭示小流域土壤氮素随径流流失规律 .研究表明 :当流域植被覆盖度分别为 60%、40%、20%和 0%时 ,土壤铵态氮流失量分别为 87.08、44.31、25.16和 13.71 kg/ km² ;硝态氮流失量分别为 85.50、74.05、63.95和 56.23kg/km²;而流域有机质流失量为 15.67、24.02、44.68和 164.87;全氮流失量为 0.81、1.18、1.98和7.51t/ km².产流过程中径流及泥沙中氮素含量随产流时间的延长呈下降趋势 ,而流失累积量呈逐渐增大趋势 .植被覆盖虽能有效地减少土壤侵蚀和全氮的流失 ,却能增加土壤矿质氮的流失 .     

黄土高原水蚀风蚀交错区典型植被下土壤呼吸季节变化特征与影响因素

运用红外气体分析仪测定了黄土高原水蚀风蚀交错区典型植被下土壤呼吸,分析了不同土地利用方式下土壤呼吸与土壤温度、水分和土壤养分的关系.结果表明,不同植被下土壤呼吸季节变化特征区别明显,主要受水分和温度的影响.裸地、农地、苜蓿地、柠条地、撂荒地、长芒草地、荒草地、退化苜蓿地、坡地苜蓿地、坡地撂荒地、坡地农地、梯田农地的土壤呼吸季节变化范围分别为0.32～0.82、0.41～2.83、0.74～2.81、0.76～3.07、0.67～2.79、0.51～2.12、0.56～2.05、0.59～1.66、0.42～2.09、0.31～1.86、0.32～1.93和0.41～3.17μmol.(m2.s)-1,土壤呼吸速率的季节变化幅度以农地(167%～203%)最大,依次为撂荒地(117%～154%)、柠条地(134%)、长芒草地(129%)、苜蓿地(119%～120%)、裸地(94%),最小是退化苜蓿地(92%).裸地和退化苜蓿地的土壤呼吸季节变化幅度不大,苜蓿地和柠条地月平均土壤呼吸强度显著高于其他土地利用方式,农地在7、8月土壤呼吸强度显著高于其它土地利用方式,且其温度敏感性(Q10)也最大,达1.86.不同植被下,土壤呼吸和土壤有机质及速效钾含量呈显著正相关关系,有机质和全氮主要在水热条件好的7、8月影响土壤呼吸,而在温度与水分条件不优越的条件下,土壤铵态氮的含量与土壤呼吸强度呈负相关.     

紫色水稻土磷素动态特征及其环境影响研究

采用单排单灌的田间试验,研究了施用化学磷肥和有机肥对水稻生长期稻田径流水和田面水中磷素动态变化的影响,并对其可能产生的环境风险进行了分析.结果表明,随着施磷水平的提高田面水磷含量升高,施肥24 h后各处理田面水磷素含量最高,总磷(TP)含量在0.928～3.824 mg/L之间;前30 d田面水磷含量波动大,TP平均含量在0.259～1.433 mg/L之间,超过水体富营养化的临界值,在此期间应避免排水和中耕等田间管理;40 d之后田面水磷含量缓慢下降,60 d后趋于稳定,且含量较低.径流水各形态磷的含量和流失负荷随着降雨强度和磷肥用量的增加而增加,径流水中溶解磷(DP)占TP的50%以上,稻田土壤磷素淋失以DP为主,磷素流失负荷在0.358～2.579 kg/hm2之间.稻田磷素流失也受施肥方式的影响,施用牛粪比施用秸秆更容易导致磷素的流失,施用牛粪处理磷素流失负荷比施用秸秆处理高40%,化学磷肥与秸秆配施稻田磷素流失负荷和表观流失率显著降低,秸秆与磷肥配合施用是减少稻田磷素流失的较好措施.     

三峡库区不同土地利用类型氮磷流失特征及其对环境因子的响应

农业面源污染治理是库区生态环境建设亟待解决的问题.通过对三峡库区退耕还林后不同土地利用类型养分流失的监测,分析不同退耕还林模式氮磷流失特征及其对环境因子的响应.结果表明:①不同土地利用类型养分流失浓度的变异性较强,速效养分浓度的变异性远高于全养分;②退耕还林后各土地利用类型磷的年流失负荷降低了84.53%～91.61%,氮的年流失负荷则只有乔木林和板栗显著降低,各土地利用类型的氮素流失负荷是磷素流失负荷的4.85～38.62倍;③不同土地利用类型的磷主要以颗粒态流失,而硝态氮则是氮流失的主要形态;④茶园与竹林的养分流失负荷与降雨量呈较好的相关性,磷素与降雨量的相关性优于氮素,养分流失负荷与降雨强度没有明显的相关性;⑤植被的总盖度、乔木层盖度以及凋落物层盖度对TN流失的影响程度较大.NO3--N的流失负荷受土壤表层NH4+-N含量影响程度较高.土壤TP含量和沙粒含量则是磷素流失的主要影响因素.     

前期土壤含水量对黄土坡面氮磷流失的影响及最优含水量的确定

采用室内人工降雨模拟试验的方法,研究了不同土壤前期含水量对填土和砂黄土的坡面土壤硝态氮和磷素流失过程的影响.研究结果表明,淋失是土壤硝态氮流失的主要途径,仅在前期含水量高于20%时,才产生硝态氮大量径流流失;随着土壤前期含水量的提高, 土溶解态磷(DP)流失量与泥沙浸提态磷(SEP)流失量的比值呈减少趋势,砂黄土中该比值却呈指数函数增大趋势;2种土壤坡面径流SEP流失量与产沙量呈线性关系;通过坡面物质流失量(NO3--N、SEP、DP和产沙量)与前期土壤含水量的二次多项式关系,获得了使黄土坡面物质流失量最小的最优前期含水量值,其中土为10.21%～11.37%,砂黄土为8.97%～13.39%.     

广东省农业氮足迹分析

为对农业生产氮素利用和排放情况简单直观而又全面地评估,基于修正的N-Calculator模型的基础上,结合农业生产系统中的氮素流动过程,计算了广东省农业氮足迹.研究发现,该省农业氮足迹的主要来源是化肥施用和养殖业饲料,2010年,两者合计占约81%以上.近20年来,农业氮足迹总量上升了45%,按用地平均更增长了88%,增速最快的是来自非农业部门的大气沉降氮,年增速8.5%,农业能源氮足迹是另一增长较快的项目,增幅为107%.污染氮足迹已占到总足迹的31%,主要是因为土壤的氮素流失.另外,2010年,与农业活动相关的其他部门的农业隐含氮足迹为207209.79t,约为农业氮足迹的17%.     

土壤中La与P迁移的关联性初步研究

通过室内土柱淋溶试验和人工降雨模拟试验分别观察了元素P和La从土壤表层纵向和横向流失的特征,初步探讨了单一稀土元素La与土施畜禽肥料P随暴雨径流流失的关联性.淋溶试验结果表明,外源La和P在土壤中的纵向迁移都非常困难,La和P的迁移深度分别不超过土壤表层6 cm和8 cm;增加外源La可以降低土壤中水浸提P、NaHCO3浸提P和NaOH浸提P的量,提高HCl浸提P的量,增加残渣态P在TP中的比重;而人工降雨模拟试验结果表明,绝大部分La和总P都是通过径流沉积物相流失(占流失总量的95%以上),对于添加不同剂量的La系列,无论是从土壤表层的流失速率还是流失的总量,总P和La都存在良好的相关性.     

黄河流域农业农村氮流时空分布特征及演化规律研究

氮磷等营养元素过剩引发的面源污染问题,是黄河流域水质恶化的重要原因.为应对黄河流域氮素危机,从源头上降低面源污染负荷,本研究基于物质流和空间分析方法,刻画1949-2022年间黄河流域农业农村氮流时空格局演化规律,评估黄河流域面源污染关键氮流和高风险区.结果表明：(1)新中国成立以来,黄河流域的作物收获量整体呈现上升的趋势,2015年之后在氮输入水平持续下降的情况下,仍然能够保持年均2%的增长,黄河流域在氮素利用水平上得到了极大的提升.(2)黄河流域农业农村依然存在严重的氮流失现象,其中存贮和反硝化是氮流失的主要部分,1962年、1992年和2022年这两部分流失量分别占耕地氮输出流的51%、47%和36%. 2015开始氮素流失(存储)量逐年下降,2022年比2015年减少了15.55%,但是每年仍有30.12×108 kg氮素流失到大气、水体和土壤中,是当年作物收获氮量的1.64倍,氮素损失率高达62.05%.(3)降雨和地势地形是影响氮径流的决定因素,在高风险区内约有27%～45%的氮剩余流失到附近的地表水中,主要分布在甘肃省的最南部和东南角部分地区、陕西省的最南部和山东省东部地...     

可溶性磷径流时间关系模拟研究

利用Heckrath分段回归(split-line)模型,对潮褐土Olsen-P、CaCl2-P含量进行拟合,得到潮褐土环境敏感磷临界点对应的土壤Olsen-P含量为69.4 mg/kg.采用循环水法模拟地表径流,研究了不同施磷水平土壤通过径流流失到水体中的可溶性磷(dissoluble phosphorus,DP)与径流时间的关系.利用一级动力学方程模型对径流发生时土壤向水体输入DP总量的动态变化进行模拟分析.结果表明模型能够较好地描述径流发生时磷素从土壤向水体的转移.当施磷量低于400 kg/hm2时,速率常数K没有发生变化,其平均值为1.095 h-1;而当施磷量为800和1 600 kg/hm2时.K值分别减小了17.2%和38.9%.利用指数函数模型对径流发生时土壤向水体输入DP速率随时间的动态变化进行模拟分析,结果表明,当施磷量低于400 kg/hm2时,速率常数K'没有发生变化,其平均值为1.037 h-1;而当施磷量高于800 kg/hm2时.K'值却有所降低.土壤Olsen-P和CaCl2-P与径流发生时土壤的可溶性磷流失潜势(dissoluble phosphorus loss potential,DPLP)和可溶性磷流失初始速率(dissoluble phosphorus loss initial velocity,VPo)间存在明显的线性关系,因此土壤Olsen-P含量和CaCl2-P含量可以作为土壤环境影响评价的指标来指示土壤DP径流损失的风险.     

官厅水库周边不同土地利用方式下氮、磷非点源污染模拟研究

利用小型人工降雨模拟器 ,选择官厅水库周边 4种典型土地利用类型 ,通过进行天然大暴雨实验 ,研究了氮、磷随暴雨径流及径流沉积物的迁移过程 ,同时估算了总氮、总磷在不同土地利用方式下的流失速率 .研究结果表明 ,在相同降雨条件下 ,4种土地利用类型的产流量和沉积物产生量大小顺序均为 :不施肥菜地 >葡萄果园 >施肥玉米地 >海棠果园 ,产流量和沉积物流失量成显著正相关 .氮、磷流失速率和流失量随土地利用类型的不同表现出明显差异 ,地表径流水相TN、TP的流失大小顺序为葡萄果园 >施肥玉米地 >海棠果园 >不施肥菜地 ,其中大部分是以悬浮颗粒态形式流失 .单位面积表层 10cm土壤氮、磷流失量分别高达 17.5 3～ 41 14g·m- 2 和 1 99～ 14 2 5g·m- 2 ,其中随径流沉积物相迁移的氮、磷占绝大部分 .地表径流水相氮、磷的流失速率分别在 2 5 9～ 4 47mg·m- 2 ·min- 1 和 0 43～ 0 63mg·m- 2 ·min- 1 之间 ,而径流沉积物相氮、磷流失速率则分别高达 3 86 42～ 13 61 76mg·m- 2 ·min- 1 和 2 10 5 6～ 5 3 0 19mg·m- 2 ·min- 1 .     

稻田层间流活性磷素的动态变化

采用特氟纶管采样法,原位、动态、实时地研究了水田15～20cm层间流活性磷(钼酸盐反应磷,MRP)的流失浓度及潜能.研究表明,早稻生长期间水田层间流MRP浓度为0.110～0.273 mg/L,晚稻生长期的MRP浓度为0.085～0.285 mg/L;水田15～20cm层间流磷素浓度差异与施用磷肥造成的土壤含磷水平大小直接相关,且随着土壤磷素的提高其流失潜能随之增加;配施有机肥不影响水田层间流磷素的流失潜能.     

巢湖流域非点源磷流失关键源区识别

农业非点源磷污染是水体富营养化的重要原因.识别流域内各类景观中土壤磷向水体流失风险最大的关键源区并加以重点控制是流域非点源磷污染治理的重要手段.以巢湖流域为研究区,尝试采用改进的磷指数法在较大的流域尺度开展非点源磷流失风险评价及关键源区识别.在影响磷流失的污染源因子中增加了土壤磷吸持指数和磷饱和度指标.以反映土壤磷在水土界面迁移能力的差异;在迁移因子中又考虑了污染源与巢湖的距离.以反映污染源对最终受纳水体的影响;同时根据研究区特征及研究尺度对磷指数各指标分级与等级值进行了修改.结果表明,流域土壤磷吸持指数空间差异较小,总体上偏低,具有较高的流失风险;而土壤磷饱和度空间差异较显著,饱和度>25%的高风险区域超过流域面积的40%.巢湖流域非点源磷污染风险指数空间差异显著,风险等级最高(占流域面积5%)的区域分布在主要入湖河流下游的两岸平原地区,应作为磷污染重点控制的关键源区.磷指数法能够快速而方便地识别非点源磷污染的关键源区,应用于较大尺度流域可以从宏观上掌握非点源磷污染的空间差异并实施有效治理.     

稻田与旱地土壤中真菌和细菌对秸秆碳的利用特征

微生物将植物残体矿化为CO₂和同化为微生物细胞组成部分是新鲜有机物料转化为土壤有机质的关键环节.以亚热带两种典型农业利用（稻田和旱地）土壤为对象,采用40 d室内模拟培养试验结合磷脂脂肪酸-稳定同位素示踪联用(¹³C-PLFA-SIP)技术,研究¹³C标记秸秆的矿化特征以及参与秸秆降解的细菌和真菌类群变化规律.结果表明,培养前期（0.25～1 d）,秸秆碳在稻田土壤中的矿化速率高于旱地土壤,中期（2～20 d）以稻田土壤低于旱地土壤（P<0.05）,后期（21～40 d）两者矿化速率相当.培养结束时,秸秆碳在稻田土壤中的累积矿化率（11%）约为旱地（20%）的一半.尽管稻田土壤中总微生物量（PLFA总量）比旱地高,但两种土壤中秸秆碳被微生物同化为细胞组分的量(¹³C-PLFA)相当,且稻田中秸秆碳的富集比例(PLFA中¹³C占总碳量的百分比)低于旱地,说明稻田土壤中参与秸秆碳降解的活性微生物占比少.整个培养期内,稻田土壤中秸秆碳被微生物利用的优势类群为细菌(占^1...     

柴油污染土壤原位生物修复实验研究

针对污染土壤原位生物修复技术,实验测得了实验用土壤的粒径范围、渗透率等物理性质及强制通风对于土壤内液体饱和度分布的影响,并以柴油为污染物进行了生物降解实验.实验结果表明:实验用土壤属砂质土壤,其气体渗透率为1.72×10-12m2.土壤中液体饱和度随着土壤深度的增加而增加.在微生物的作用下,土壤中的柴油污染物被降解,26天的降解效率可达60%,在渗透廊液位较低(土壤中质量含水量为CW=15%～20%)时,柴油不会下渗到土壤表层40cm以下,从而减小了污染深度.在渗透廊液位高度相同时,较大气体流量下土壤中残留的柴油含量较大.而在相同气体流量时,较大液体流量下土壤中残留的柴油含量较低.