河套灌区不同灌季土壤氮素时空分布特征分析

以内蒙古河套灌区东段乌拉特灌域为研究区,在春灌、夏灌和秋浇(2005年4月、7月和11月)3个不同特征灌季进行采样分析,应用传统统计学方法和地统计学中的普通 kriging 法,对研究区0～20cm土壤中氮污染物的空间分布特征进行了研究.结果表明,不同灌溉时期土壤中总氮、铵态氮和硝态氮的理论变异函数模型主要为球状、高斯和指数模型,与实际变异函数间的残差平方和在0.0009与0.1238之间,拟合效果较好;除11月铵态氮具有中等空间相关性外.其它参数均具有强烈的空间相关性;在4、7月土壤中总氮元素含量大体表现为东北高、西南低;研究区整体土壤总氮和硝态氮含量4月最高、11月最低,土壤铵态氮含量7月最高、11月最低.土壤中氮元素的上述时空变异受研究区地下水位、引水和农田排水不同期变化具有较大的影响.     

灌溉与施氮对黑河中游新垦沙地农田土壤硝态氮动态的影响

研究了黑河中游绿洲边缘区新垦沙地农田不同灌溉量(分别为估算春小麦生育期需水量的0.6、0.8、1.0倍)和不同施氮量(0、140、221和300kg·hm-2)对春小麦不同生育期土壤硝态氮含量及分布动态的影响.结果表明,施氮量为硝态氮淋溶的决定因素,土壤剖面中硝态氮的含量随着施氮量的增加而增加,当施氮量在0～140kg·hm-2之间时,硝态氮的淋溶较为缓慢,而在221～300kg·hm-2范围时硝态氮的含量显著增加,这表明当施氮量高于221kg·hm-2时易引起硝态氮的淋溶.收获期土壤的硝态氮含量明显低于开花期,且硝态氮存在显著差异的土层深度变浅.在综合4个施氮处理的情况下,不同灌溉处理同一土层土壤硝态氮的含量无显著差异(p<0.05),这一结果表明灌溉量对春小麦生育期土壤硝态氮淋溶过程的影响要小于施氮量.不同灌溉处理同一土层土壤硝态氮含量的差异因施氮水平的不同而异,多数情况下,低灌溉处理(I0.6)与中等灌溉处理(I0.8)的土壤硝态氮含量高于高灌溉处理(I1.0),同时具有显著硝态氮含量差异的土层深度随施氮量的增加而递增,说明随着灌水量的减少硝态氮向下淋溶量也相应下降.     

紫色土小流域不同土地利用类型的土壤氮素时空分异特征

以紫色土区12.10 km²的万安小流域为研究区域,于2011年4月(旱季)和8月(雨季)小麦和玉米收获期共采集552个表层土壤(0~15 cm)样品,利用传统统计学和地统计学相结合的方法对流域土壤全氮和硝态氮的时空变异特征进行研究.结果表明,不同土地利用类型土壤全氮含量差异显著,并呈以下顺序:水旱轮作田>林地>旱地;同一土地利用类型旱季、雨季土壤全氮含量不存在显著差异.其中,4月和8月林地、旱地、水旱轮作田土壤全氮含量分别为1.16、0.90、1.21 g·kg^-1和1.13、0.94、1.29 g·kg^-1.但旱季和雨季土壤硝态氮含量差异显著,其中,4月和8月林地、旱地、水旱轮作田硝态氮含量分别为12.08、24.22、31.22 mg·kg^-1和3.98、11.18、2.27 mg·kg^-1,表现出土壤硝态氮旱季累积、雨季流失的特点;受到内部因素和外部因素共同作用,旱地、水旱轮作田土壤全氮空间分布具有中等空间相关性,而林地土壤全氮的强烈空间相关性主要受到内部因素的影响.本研究分析了紫色土区不同土地利用类型条件下的流域土壤氮素的时空变异特征,将会为流域土地资源管理和环境修复提供较好的科学依据.     

都市农业区域村级果园土壤氮素的空间分布特征——以上海南汇新场镇果园村为例

以上海都市农业区域南汇新场镇果园村为例,运用传统统计学和地统计学方法研究了该村主要土地利用类型--桃园耕作层土壤氮素的空间变异特征.结果表明,桃园土壤中总氮(TN)和铵态氮(NH4+-N)的变异程度较大,属强变异性;硝态氮(NO3--N)的变异程度较小,属中等变异性.TN、NO3-N和NH4+-N的变异函数的最佳拟合模...     

蔬菜的硝态氮累积及菜地土壤的硝态氮残留

在不同季节对11类、48种蔬菜的测定表明,硝态氮含量高于325mg·kg^-1,达到4级污染水平的有20种,占调查总数的41.7%,包括全部叶菜类、部分瓜类、根菜类和葱蒜类蔬菜.其中硝态氮含量高于700mg·kg^-1,超过4级污染水平的有5种,均为叶菜类蔬菜.叶菜硝态氮累积虽为严重,但其中部分蔬菜叶片的硝态氮含量却低于3级污染水平对不同类型菜地和农田土壤的测定发现,菜地0～200cma各土层的硝态氮残留量均高于农田土壤,常年露天菜地200cm土层的硝态氮残留总量为1358.8kg·hm^-2年大棚菜田为1411.8kg·hm^-2,5年大棚则达1520.9kg·hm^-2,而一般农田仅为245.4kg·hm^-2.菜地土壤的硝态氮残留严重威胁菜区地下水环境.     

不同氮肥管理方式对南方酸性土壤无机氮含量的影响研究

为了提高氮素的经济效益,减少氮素产生的农业面源污染,通过农田氮肥施用试验,研究了在无施氮、传统施氮、优化施氮三种施氮方式处理下,马铃薯-鲜食玉米-鲜食玉米轮作农田收获期0~40cm土层中土壤无机氮含量分布特征。结果表明,在三种施氮方式下,马铃薯-鲜食玉米-鲜食玉米轮作周期后,土壤无机氮以硝酸氮和铵态氮形式累积于表层0~40cm土壤中。其中,传统施氮方式下的铵氮、硝态氮及无机氮的含量明显高于其它两种施氮方式下的铵氮、硝态氮及无机氮含量。在0~40cm土层中无施氮、传统施氮、优化施氮三种施氮方式的无机氮含量分别达到69.8、291.3、630.5kg/ha。     

青岛市农区地下水硝态氮污染来源解析

为了提高作物产量,肥料大量投入在农业种植区日益普遍,导致了农区地下水硝态氮（NO₃^--N）污染.农业面源污染是地下水硝态氮污染的主要原因.为了保障饮用水安全,明确农区硝态氮污染的来源是十分必要的.本研究分别于2009年和2019年在青岛农区随机选取35个采样点,借助反距离加权法（IDW）对硝态氮含量进行空间分布分析,通过测定氮、氧同位素进行溯源,运用SIAR模型量化污染源的贡献率.结果表明,青岛市地下水硝态氮含量（平均值）由2009年的38.49 mg·L^-1降低为2019年的22.37 mg·L^-1,但仍高于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中硝态氮的最大允许含量.2009年和2019年硝态氮含量都呈现由南向北逐渐增加的趋势,南部污染轻,北部污染重.δ15N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-的交叉图显示青岛市地下水硝态氮主要来源是化肥、土壤氮、粪肥和污水.水同位素表明降水是青岛市地下水的主要来源.贝叶斯混合模型（SIAR模型）表明污染源贡献率为：粪肥和污水（47.42%） > 土壤氮（27.80%） > 化肥（14.35%） > 大气氮沉降（10.43%）.从2009~2019年青岛市地下水质量得到了改善,但硝态氮污染状况仍不容忽视,应根据硝态氮污染来源,有针对性地防治以确保农区饮用水安全和农业的可持续发展.     

小流域土壤矿质氮与地形因子的关系及其空间变异性研究

为掌握小流域土壤特性与地形因子的关系及其空间变异规律,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,对黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤矿质氮与地形因子的关系及其空间变异性进行了系统研究,结果表明:①硝态氮的变异程度为强变异性,铵态氮、坡度、坡向则为中等变异性,土壤类型、土地利用对矿质氮的变异程度有极显著影响;②各研究特性在采样尺度内表现出不同程度的空间依赖性,铵态氮、海拔为强烈的空间依赖性,而硝态氮、坡度及坡向则为中等的空间依赖性;③分维数与空问异质比所揭示的结果具有一致性,各变量的分维数从大到小依次为:硝态氮(1.982 6)＞坡向(1.976 7)＞坡度(1.9420)＞铵态氮(1.879 1)＞海拔(1.746 1);④硝态氮在0°与90°,45°与135°方向上具有各向同性结构,而海拔为各向异性结构,其余的研究特性则表现出微弱的各向异性;⑤海拔、铵态氮具有很强的空间自相关性,硝态氮则为空间不相关;硝态氮与铵态氮、坡度与坡向之间具有极显著的正相关性,而铵态氮与海拔、坡度与海拔之间则为显著的负相关,表明在水蚀风蚀交错带铵态氮和坡度的空间分布具有海拔梯度性.     

东山岛地下水“三氮”空间分布特征

东山岛地下水是岛上居民饮用水、生活用水、农业灌溉、淡水养殖的主要来源.研究东山岛地下水中"三氮"的空间分布特征及其变异规律、污染来源、影响因素,对了解东山岛地下水"三氮"污染状况、"三氮"污染的控制和防治、居民健康风险控制等具有重要的意义.本研究应用地统计学方法分析了东山岛地下水中"三氮"含量的空间变异特征,采用Kriging方法对未观测点进行趋势面分析,并分析了东山岛地下水中"三氮"的污染特征.结果表明,东山岛地下水氨氮和亚硝酸盐氮的含量总体较低,但空间变异性较大,自相关性较差,而硝酸盐氮的含量普遍较高,空间分布表现为中等变异,空间自相关性较好;"三氮"在全岛的空间分布特征相似,浓度高值区均分布在近海陆域;城镇和村庄生活污染和人畜排泄物是东山岛地下水"三氮"污染的主要来源,是东山岛地下水污染控制的首要措施;土地利用类型、土壤类型、地下水埋深、p H、溶解氧、季节和Fe2+等都是影响东山岛地下水中"三氮"迁移转化的要素,是东山岛地下水氮污染治理需要考虑的因素.     

上海都市农业村域地表水非点源氮素的时空分异特征

为研究平原地区都市农业区域地表水非点源氮素的时空分异特征,揭示非点源氮污染对地表水环境的影响,连续监测了上海南汇新场镇果园村地表水中总氮和无机"三氮"(硝态氮、铵态氮和亚硝态氮)的含量.结果表明:①水文期和土地利用类型共同影响地表水中氮素的空间分布.受果园影响的地表水中硝态氮(NN)浓度较高,铵态氮(AN)浓度较低,各监测点氮素浓度在多雨期差异较大,在少雨期差异较小;受居民区和工厂影响的地表水中NN和AN浓度相差不大,各监测点氮素浓度在多雨期和少雨期差异都较大.②冬、夏季风风向可能影响果园村地表水中氮素的空间分布.③春雨期总氮(TN)、NN和AN的空间变异大,梅雨期和冬季少雨期略大于秋雨期和盛夏少雨期;亚硝态氮(SNN)与之相反.④5月溶解性有机氮(DON)是果园区地表水中氮素的主要存在形式,占TN的质量分数达到76.1%;其它季节则以溶解性无机氮(DIN)为主,占TN的质量分数平均达到83.2%.⑤果园区NN的季节变异比居民区大,居民区AN和TN的季节变异比果园区大.     

基于水化学及当地稳定同位素的地下水硝酸盐污染空间分布特征及污染源解析

为精准识别张家口市宣化区地下水硝酸盐污染的空间分布情况及其来源,根据张家口市宣化区洋河两岸地下水水质监测数据,采用水化学分析方法分析硝酸盐污染现状,利用氮氧稳定同位素方法定性分析污染物来源,并利用ArcGIS软件对地下水硝酸盐浓度、氮氧同位素特征值进行可视化表征,更加直观地表现地下水环境质量时空差异.根据SIAR模型（同位素混合模型）定量计算各污染源的贡献率.结果表明:①张家口市宣化区地下水“三氮”污染主要为硝酸盐氮,浓度平均值为27.23 mg/L,污染浓度高值区域出现在建设用地.②研究区典型特征污染物的氮同位素特征值（δ15N-NO₃-）在土壤中的分布范围为1.46‰~7.71‰,在粪便及污水中的分布范围为9.49‰~17.57‰,可充实当地δ15N-NO₃-分布数据库.③硝酸盐污染主要来源于土壤氮、粪便及污水,水化学及同位素特征表明氮的迁移转化以硝化作用为主.④SIAR模型计算结果表明,土壤氮、粪便及污水、无机化肥及工业废水贡献率分别为44.36%、43.35%、9.24%.研究显示,硝酸盐污染主要受生活污水、工业生产活动和该地区农业灌溉的影响,污染物主要来源于土壤氮、粪便及污水,且建设用地污染情况较耕地更为严重.      

基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析

对清水河灌溉季和非灌溉季各采样点位的水化学指标和硝酸盐的时空分布特征进行分析,运用贝叶斯混合模型MixSIAR模型定量识别了该河流硝酸盐来源,以期了解灌溉对地表水硝酸盐含量的影响.结果表明,清水河水体呈弱碱性,水体氮类以硝酸盐为主,Cl^-和SO₄^2-时空变化特征一致,通过NO₃^-/Cl^-比值和Cl^-浓度的关系,结合清水河地区土地利用、工农业生产的实际情况,揭示了清水河水体硝酸盐受生活污水、畜禽养殖和化学氮肥源的影响较大.MixSIAR模型计算结果表明土壤有机氮、化学氮肥和畜禽养殖对灌溉季水体的贡献率较大,分别为24.8%、24.5%和22.8%,生活污水和大气氮沉降的贡献率分别为14.4%和13.6%;而生活污水、畜禽养殖和土壤有机氮对非灌溉季水体的贡献率较大,分别为26.7%、23.4%和20.4%,大气氮沉降和化学氮肥贡献率分别为16.5%和12.9%.农业灌溉增加了地表水硝酸盐的含量,灌溉季中农用氮肥的施用率较高,贡献了主要的硝酸盐;非灌溉季生活污水的贡献率较高.     

江津市紫色土中N、P养分元素区域空间变异性研究

利用地统计学,结合GIS研究紫色土土壤表层(0～20cm)的全氮、碱解氮、全磷和速效磷4种养分含量的空间分布特征结果表明,全氮和速效氮为正态分布,全磷和速效磷为对数正态分布;通过半方差函数分析,发现全氮存在纯块金效应,块金值为0.2,其它养分在一定间距内(50m)存在空间相关性,且为中等强度的空间自相关性(块金值与基台值之比在25%～75%之间);用普通克立格法和对数正态克立格法进行最优内插,做各种养分含量的分布图.结合GIS可充分了解土壤中N、P养分的空间变异性规律,并可进一步应用于精确施肥和农业非点源污染预测和控制.     

Agricultural non-point nitrogen pollution control function of different vegetation types in riparian wetlands： A case study in the Yellow River wetland in China

Riparian wetland is the major transition zone of matter, energy and information transfer between aquatic and terrestrial ecosystems and has important functions of water purification and non-point pollution control. Using the field experiment method and an isotope tracing technique, the agricultural non-point nitrogen pollution control function of di erent vegetation types in riparian wetland was studied in the Kouma Section of the Yellow River. The results showed that the retention of agricultural non-point nitrogen pollution by riparian wetland soil occurs mainly in top 0–10 cm layer. The amount of nitrogen retained by surface soils associated with three types of vegetation are 0.045 mg/g for Phragmites communis Trin Linn, 0.036 mg/g for Scirpus triqueter Linn, and 0.032 mg/g for Typha angustifolia Linn, which account for 59.21%, 56.25%, and 56.14% of the total nitrogen interception, respectively. Exogenous nitrogen in 0–10 cm soil layer changes more quickly than in other layers. One month after adding K15NO3 to the tested vegetation, nitrogen content was 77.78% for P. communis Trin, 68.75% for T. angustifolia, and 8.33% for S. triqueter in the surface soil. After three months, nitrogen content was 93.33% for P. communis Trin, 72.22% for S. triqueter, and 37.50% for T. Angustifolia. There are large di erences among vegetation communities respecting to purification of agricultural non-point nitrogen pollution. The nitrogen uptake amount decreases in the sequence: new shoots of P. communis Trin (9.731 mg/g) > old P. communis Trin (4.939 mg/g) > S. triqueter (0.620 mg/g) > T. angustifolia (0.186 mg/g). Observations indicated that the presence of riparian wetlands as bu ers on and adjacent to stream banks could be recommended to control agricultural non-point pollution.     

秦岭山地松栎混交林土壤养分空间变异及其与地形因子的关系

在陕西省境内秦岭山脉中段油松-锐齿槲栎混交林集中分布的区域设置20 块调查样地,采取土壤样品测定了该区森林土壤0~20、20~40 和40~60 cm 3 个土层的全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质7 项养分指标。通过计算不同土壤养分指标的变异系数并应用典范对应分析(CCA)技术,对秦岭山地松栎混交林土壤养分空间变异与海拔、坡位、坡向和坡度4 项地形因子的关系进行分析。结果表明:①单因素方差分析显示,随着土层深度增加,全氮、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量均呈极显著下降趋势,而全磷、全钾在不同土层中的含量无显著性差异;②变异系数计算结果表明,各土层的7 项养分指标均表现为中等程度变异性,变异系数最大者是0~20 cm土层速效氮,最小者为0~20 cm土层全钾;③从CCA排序结果看,地形因子对不同土层养分变异的影响程度及因子种类明显不同。0~20 cm表层土壤养分变异受地形因子制约作用较小,20~40 cm土层养分的主要影响因子为坡向和海拔,40~60 cm土层养分的主要影响因子为海拔和坡位,而坡度和海拔则是控制0~60 cm整体土壤层养分变异的主要因素。综上所述,地形高异质性的微生境造成了秦岭山地松栎混交林土壤养分空间分布格局的差异。     

柳江盆地浅层地下水硝酸盐分布特征及影响因素分析

以秦皇岛柳江盆地浅层地下水硝酸盐为研究对象,在地下水污染源调查的基础上,于2014年7月丰水期、2015年4月枯水期共采取浅层地下水样215组.基于变异函数模型和Arc GIS地统计模块,分析了浅层地下水中硝酸盐含量时空分布特征,并利用因子分析方法探讨了硝酸盐污染成因.结果表明,无论丰水期还是枯水期,研究区东南部均为硝酸盐主要污染区域,含量达30~120 mg·L~(-1),但枯水期硝酸盐污染面积约为丰水期的1.4倍;硝酸盐空间分布受人类活动和地质条件影响显著,其次为Eh、DO、p H和地形地貌条件.北部浅层地下水硝酸盐含量小于20 mg·L~(-1);中部主要来源于人类活动及农业种植中氮肥的流失,局部污染较严重;南部受隔水边界阻隔作用,表现为硝酸盐累积效应,污染严重.     

降水梯度序列下柠条林地土壤养分的空间变异

通过野外实地调查结合室内分析,研究陕西省境内不同降雨条件下的黄土高原同级树龄柠条林地土壤养分。结果表明,研究区土壤养分含量低,养分中有机质和全氮在降水梯度上的空间变异性显著;有机质和全氮含量在土壤剖面上表现为随着土层的加深逐渐减少,全磷含量在土壤剖面上表现为从表层到心土层逐渐降低,从心土层到底层逐渐增加;全钾含量在剖面上的规律与有机质和全氮相反;有机质、全氮、全磷、全钾含量均随着降水梯度的增加而增加;有机质含量与全氮、全钾呈现极显著正相关,与全磷呈现显著正相关关系。     

黄河支流非点源污染物(N、P)排放量的估算

为了估算黄河支流域非点源污染物的排放量,为今后黄河流域的治理提供科学的依据,对黄河流域的6个子流域(渭河流域、泾河流域、洛河流域、无定河流域、窟野河流域、黄甫川流域)进行了水样、土样和泥沙样的采集分析;结合6个子流域的多年水文资料,利用已经被证明了的平均浓度法对黄河6个子流域的氮磷污染物进行了定量描述,估算出各个流域的氮磷排放量.结果表明,95%的全磷、大于53%的全氮来自于非点源污染,非点源污染是造成黄河污染的主要原因.各流域非点源污染的发生具有明显的地域分异特征.硝态氮主要来自于渭河,铵态氮主要来自于泾河,其次是渭河.从全氮看,绝大部分氮来自于渭河和泾河.全磷则主要来自于泾河,其次是渭河.泾河和渭河是6条河流中对黄河污染物排放量贡献最大的2条河流.