紫色土稻田磷素淋失特征及其对地下水的影响

采用原状土壤渗漏计在水稻生育期定期采集不同土壤剖面深度的渗漏水,研究了在不同施磷水平下水稻生育期磷素淋失动态和渗漏淋失量及其对地下水的潜在影响,并分析了土壤Olsen-P含量与磷素渗漏量之间的关系,旨在为紫色土区稻田磷肥的合理施用和控制磷对地下水污染提供科学依据.结果表明,在水稻生长期紫色土的磷素渗漏整体呈下降趋势.前期磷素渗漏淋失量高且变幅较大,在施磷后第5d各土层渗漏水中磷素浓度最高;施肥60 d后稻田磷素渗漏淋失负荷显著降低.不同土层和各处理趋于一致.稻田磷素的渗漏淋失受磷肥用量和土壤性质的影响,随着磷肥用量的增加稻田磷的渗漏淋失量增加,3种类型紫色土磷素渗漏淋失量为中性紫色土>钙质紫色土>酸性紫色土.施磷(P2O5)90～180kg·hm-2处理,40cm土层渗漏水中磷的平均浓度在中性、钙质、酸性紫色土上分别为0.13～0.142 mg·L-1、0.097～0.131mg·L-1和0.083～0.109mg·L-1,比不施磷处理高33.1%～38.7%、24.7%～44.3%和34.9%～50.4%,在60cm和100cm深处也有相似的特征.3种类型紫色土的土壤Olsen-P含量与磷素渗漏淋失量之间符合指数关系.渗漏水中磷素浓度随土壤剖面深度的增加而降低.淹水种稻初期是磷向下迁移最强和淋失量最高的时期,3种紫色土在施肥后的60d内对地下水质量产生潜在不良影响.整个水稻生育期磷渗漏量较低,最高磷渗漏量为0.262kg·hm-2.     

天然文岩渠流域土壤水分渗漏和氮素淋失模拟

应用DNDC模型（denitrification-decomposition model）对黄淮海平原的典型平原小流域——天然文岩渠流域的土壤水分渗漏和氮素淋失状况进行了模拟.水氮控制田间试验的验证结果表明,模型对1 m土体日储水量、下界面硝态氮浓度、土壤水日渗漏量和氮素日淋失量的模拟均较理想,模拟值与实测值的相关系数分别达到了0.94（n=40）、 0.66（n=49）、 0.89（n=40）和0.94（n=39）,均方根误差则分别为15.66 mm、 2.66 mg·kg^-1、 9.00 mm和0.94 kg·hm^-2.模型在流域范围的模拟结果表明,冬小麦-夏玉米轮作农田在多年平均气象条件和常用水肥管理模式下,土壤的水分年渗漏量在220～327 mm之间,氮素年淋失量在73.1～100.6 kg·hm^-2之间.水氮淋失的空间和时间分布不均,淋失最严重的区域为固定细风沙土、砂土分布区,淋失时间主要集中于施肥、灌溉或强降雨之后.灌溉措施不当,施肥盲目以及土壤自身保水保肥能力差,是导致土壤水肥流失的主要原因.     

太湖典型地区蔬菜地土壤磷素淋失风险

以太湖典型地区宜兴市大浦镇湖滨公路以东沿太湖50hm2老蔬菜基地为研究对象,采用网格法(50m×50m)采集表层(0～20cm)土壤样品156个.地统计学分析表明:土壤P(全P、Bray P、CaCl2浸提水溶P)呈明显空间变异,土壤高P区出现在朱渎港、林庄港两村庄附近.土壤Bray P低于60mg·kg-1,几乎没有检测到CaCl2浸提水溶P,而当土壤速效P大于60mg·kg-1后,CaCl2浸提水溶P随Bray P增加而直线增加.以土壤Bray P含量60mg·kg-1为研究地土壤发生P淋溶的临界值,研究范围内土壤发生P淋溶面积占总调查面积28%.针对目前土壤状况,提出控制蔬菜地P淋溶对策.     

亚热带可变电荷土壤磷素淋失临界点及其与土壤特性的关系

选取我国亚热带地区16种典型可变电荷土壤,通过室内模拟试验测定其磷素(P)淋失临界点的Olsen-P含量,以及可能对其构成有影响的8个化学性质指标(pH、CEC、粘粒、有机质、交换性钙、镁和铁铝氧化物含量),以探讨可变电荷土壤P淋失临界点的特点及其与土壤相关性质的关系,并评价当前的P淋失潜在风险.结果表明:可变电荷土壤P淋失临界点的Olsen-P含量(56 ～ 123 mg·kg-1)差异很大,旱地土壤临界点Olsen-P含量主要集中在低值区间(＜60 mg·kg-1),而水稻土临界点Olsen-P含量集中在高值区间(＞80 mg·kg-1);旱地土壤P淋失风险高于水稻土.主成分分析显示,可变电荷土壤的pH、粘粒、CEC、有机质、交换性钙镁、氧化铁铝等化学性质同时对其临界点Olsen-P含量构成正的或负的影响.因此,临界点Olsen-P含量与单一因素的回归分析不仅不能够确切地反映临界点Olsen-P含量与这些化学性质的关系(与pH、CEC、粘粒、交换性钙镁含量无显著相关),甚至与理论上的关联相违(与氧化铁铝含量呈负相关).与以往研究结果比较,可变电荷土壤在旱作和稻作下的P淋失临界点的Olsen-P含量都普遍高于永久电荷土壤,研究的16种可变电荷土壤的实际Olsen-P含量也远低于临界点Olsen-P含量,由此推断南方地区耕作土壤的P淋失风险仍较小.     

稻麦轮作农田系统中氮素渗漏流失的研究

通过埋设土壤溶液抽滤器采集渗漏水样,对上海郊区大田条件下稻麦轮作系统中土壤氮素(N)的渗漏流失情况进行了观测研究.研究结果表明,稻季渗漏水中总氮(TN)浓度随时间呈下降趋势,其中,硝态氮(NO3--N)由泡田初期的10 mg·L-1以上迅速下降至2 mg·L-1以下,铵态氮(NH4 -N)则始终低于1.3 mg·L-1.施肥能引起渗漏水N素增加;稻田淹水过程也通过改变土壤氧化还原环境控制着N素形态的转换.麦季施肥小区渗漏水中N素形态以NO3--N为主,且施肥后迅速上升到平均7.11 mg·L-1;NH4 -N浓度在施肥和不施肥处理中均很低,分别为0.38 mg·L-1和0.36 mg·L-1.在稻季施肥2.50×104 kg·km-2和麦季施肥2.14×104 kg·km-2(以N计)的情况下,N素淋失负荷分别为6.08×102 kg·km-2和7.42×102 kg·km-2,分别占施肥量的2.4%和3.5%;施肥条件下两季总的N素淋失负荷比不施肥处理高出108.7%.     

海河流域灌溉平原区氮磷形态转化和淋失的定位研究

对海河流域平原地区在灌溉条件下N、P形态转化和淋失进行了研究.结果表明,平原地区在灌溉条件下,干湿交替的土壤中将产生硝酸盐及少量亚硝酸盐,这些产物将随灌溉水一起向心土层渗漏,逐渐脱离生物循环进入地质大循环,造成地下水污染.     

应用大型原状土柱渗漏计测定冬小麦-夏玉米轮作期硝态氮淋失

从 1998— 2 0 0 0年 ,利用土壤溶液提取器和大型原状土柱渗漏装置 (面积 0 18m2 ,2m深 )田间观测了北京地区冬小麦 夏玉米轮作期间的NO-3 N淋失 .设置对照和常量氮肥水平两个处理 .土柱渗出液的NO-3 N平均浓度 ,对照处理为 35 0mg L ,常量施氮土柱为 5 5 6mg L ;NO-3 N淋失通量 ,对照处理为 1 3g (m2 ·a) ,常量施氮土柱为 2 0g (m2 ·a) ;氮肥表观淋失百分数分别为 10 %、0 86 %和 0 5 4%,受年降雨变化的影响非常明显 .常量氮肥施用条件下 0— 2 0 0cm土壤提取液和土柱底部渗出液的NO-3 N浓度 ,都超过饮用水卫生标准 10mg L ,因此 ,常量施氮水平引起的硝态氮对浅层地下水的污染不容忽视 .     

紫色土坡耕地硝酸盐淋失特征

利用具有壤中流测定功能的径流小区的定位观测结合土壤剖面硝酸盐累积的动态分析,研究了紫色土坡地硝酸盐淋失特征.结果表明,紫色土坡地硝酸盐呈旱季累积,雨季淋失的特点,而壤中流是紫色土硝酸盐淋失的主要通道.紫色土为土层浅、土壤下伏透水性极弱的紫色泥页岩,同时夏季降雨丰富,壤中流极为发育,2003～2005年壤中流平均流量为169.7mm,占雨季径流量的52.42%,其中,NO3--N含量持续偏高,2003～2005年平均含量高达14.92mg·L-1.3年平均随壤中流淋失的硝态氮达27.98 kg·hm-2,占年施肥量的10.0%,硝酸盐淋失具有季节与年际间差异,淋失负荷主要受壤中流流量影响.紫色土坡地硝酸盐随壤中流大量淋失不仅造成当地浅层地下水硝酸盐污染,而且将加剧长江三峡库区水环境压力.     

秸秆还田条件下氮肥用量对稻田氮素淋失的影响

通过田间小区试验,研究了秸秆还田条件下不同氮肥用量对稻田田面水、渗漏水中氮素动态变化和淋失量的影响.结果表明,稻季秸秆还田量为6t/hm2,氮肥用量分别为0,120,180,240,300kg/hm2时,稻季田面水、渗漏水中无机氮(NH4+-N与NO3--N)浓度随氮肥用量的增加而显著增加,秸秆还田显著降低田面水和渗漏水中NH4+-N和NO3--N浓度;田面水中NH4+-N浓度在每次施肥后的第2d、NO3--N在第2~4d达到峰值,渗漏水中NH4+-N在每次施肥后的第2~4d, NO3--N在施基肥后的第20d左右达到峰值;不同处理田面水中NH4+-N、NO3--N的平均浓度及变幅分别为1.23±0.88(0.01~9.89)、1.14±0.18(0.14~2.86)mg/L,渗漏水中分别为1.78±1.60(0.03~22.66)、1.42±0.24(0.22~2.66)mg/L.稻田渗漏量与水稻移栽后天数呈极显著负相关,整个水稻生育期内的总渗漏量为298mm.不同施氮处理稻季NH4+-N、NO3--N的平均净淋失量分别为4.77±4.37 (0.45~12.33)、1.76±1.08(0.49~3.31)kg/hm2,占施氮量的2.57%~4.11%、0.41%~0.56%,氮素损失以NH4+-N为主.     

合肥城郊典型农业小流域土壤磷形态及淋失风险分析

为掌握合肥城郊二十埠河某农业小流域土壤磷形态及淋失风险水平,在汇水区采集132份表层土壤样.在分析测试基础上,利用ArcGIS软件中Kriging插值模拟技术,解析总磷(TP)、生物有效性磷(Bio-P)的空间分布特征及土壤有效磷(OlsenP)和易解吸磷(CaCl_2-P)的空间变异性;剖析土壤磷素富集水平;并通过确定土壤磷素的淋失临界值,评估汇水区土壤磷素流失风险.结果表明,汇流区土壤TP和Bio-P含量较高的采样点位主要出现在左支流的上游和两支流交汇处的右侧局部区域;土壤磷形态富集系数由大到小排序为:Ca-P(15.01)OP(4.16)TP(3.42)IP(2.94)Ex-P(2.76)Fe/Al-P(2.43)Olsen-P(2.34);土壤有效磷淋失临界值为18.388 mg·kg~(-1),超过临界值的样本数占样本总数的16.6%,高淋失风险区主要分布在左支流上游、右支流中游及两支流汇流处下游的局部地区.     

自然降雨条件下红壤坡地磷素随径流垂向分层输出特征

为研究自然降雨条件下红壤坡地磷素径流输出特征,采用野外大型土壤水分渗漏装置对活地被物覆盖、死地被物敷盖和裸露对照这3种处理的地表径流、壤中流和地下径流的磷素输出开展了为期一年的试验观测.结果表明:(1)3种处理下径流总磷和可溶性磷浓度变化趋势总体表现为地表径流略高于壤中流,并随着土层深度的增加有降低趋势;总磷累积输出量大小排序为裸露(1.61 kg·hm~(-2))敷盖(1.33 kg·hm~(-2))覆盖(0.82 kg·hm~(-2));(2)裸露对照坡地磷素输出以地表径流为主要途径,占总磷径流输出总量的57%,壤中流和地下径流输出量分别占6%和37%;有覆盖和敷盖措施的坡地磷素输出以地下径流为主,占总磷径流输出总量的71%以上,而地表径流输出量则不足14%;(3)各处理中地表径流、壤中流和地下径流磷素输出均以颗粒态为主,占磷输出总量的64%~97%.地下径流是红壤坡地磷素流失不可忽视的重要通道,覆盖和敷盖措施可控制磷素径流流失总量,但未能显著降低磷素径流流失浓度.     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

减磷配施有机肥对紫色土旱坡地磷素流失的消减效应

采用野外径流小区对紫色土旱坡地2014年雨季(5~8月)3次典型降雨产流进行定点监测,研究了优化施肥(P)、优化施肥+猪粪有机肥(MP)、优化施肥+秸秆还田(SP)、优化施肥量氮磷钾均减20%+猪粪有机肥(MDP)、优化施肥量氮磷钾均减20%+秸秆还田(SDP)、不施磷肥(P0)等不同方案对紫色土旱坡地地表径流和壤中流磷素流失的影响.结果表明,壤中流是雨季径流主要输出途径,而次降雨地表径流总磷(TP)平均含量和流失负荷都远高于壤中流;地表径流磷素流失是紫色土旱坡地雨季磷素流失主要方式.发现减磷配施有机肥对紫色土旱坡地坡面径流中磷素流失有显著消减效应,SDP、MDP分别比优化施肥P的总磷含量降低57%和48%,配施秸秆效果好于配施猪粪有机肥.次降雨磷素平均流失负荷为0.01~0.26kg·hm~(-2),磷素平均流失负荷表现为PMPSPMDPSDPP0.减磷配施猪粪和秸秆有机肥对土壤磷素地表径流损失具有显著消减效应,但增加壤中流磷素淋失风险.     

扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响

为了阐明底泥扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响机制,以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,通过实验室试验模拟了不同初始pH值条件下,底泥扰动对上覆水中溶解性磷酸盐(SRP)和底泥中生物有效磷(BAP)含量的影响。结果表明,底泥扰动显著降低了上覆水中SRP含量,其去除率随着初始pH值升高而降低。去除率从大到小依次排序为,pH5>pH7>pH9.5.SRP的去除与较低初始pH值条件下生成的非晶型铁氧化物有关。基于不同形态磷的迁移活性,采用NH4Cl-P+%BD-P(非闭蓄态Fe-P)+NaOH-nrP估算BAP是合理的.由此计算可知,BAP占总磷(Tot-P)的百分比随着初始pH值升高而降低。不同初始pH值条件下,BAP占Tot-P的百分比为33.36%(3种初始pH值条件下的平均值),该值远小于通过传统方法计算的BAP含量占Tot-P的百分比(平均为85.04%)。但由于2种方法中计算的BAP占Tot-P的百分比的变化趋势恰好相反,其与藻类可利用磷的变化密切相关。     

高岚河不同降雨径流类型磷素输出特征

通过对三峡水库次级支流高岚河流域不同强降水过程中水量、水质变化过程的同步监测,系统分析了产流过程中不同形态磷素浓度及通量变化的规律,解析场次降雨事件点源和非点源磷素入库负荷.结果表明,"矮胖型"降雨径流变化过程表现出迟滞性,而"尖瘦型"降雨径流为快涨快退;强降雨冲刷产生的泥沙携带大量颗粒态磷进入水体,使得总磷含量迅速增加,溶解性总磷和正磷酸磷浓度略微升高;相对于"矮胖型"降雨,"尖瘦型"强降雨产生的总磷浓度及通量极大值均高于"矮胖型"降雨,泥沙侵蚀效果更为明显;不同雨型下,磷通量与浓度随时间的变化过程和流量的变化过程具有大体一致性;各磷素在强降雨过程中流失非点源污染占90%左右,由于"矮胖型"降雨径流历时较长,非点源总磷负荷贡献率大于"尖瘦型".     

不同碳形态有机质对土壤氮磷流失的影响

通过盆栽试验,研究不同碳形态有机质(褐煤、锯末粉、面粉、小麦秸秆粉)对土壤氮磷流失的影响。结果表明,添加有机质能有效增加土壤全氮含量,而降低土壤有效氮含量,特别是添加小麦秸秆粉后,有效的减少了氮素的流失量,但却增加了磷的流失量。     

毛竹林地磷素流失特征研究

通过在四岭水库流域代表性毛竹林地设置定位径流小区,研究不同施肥条件下毛竹林地磷素流失状况.该定位试验设有对照(CK,不施肥),农民常规高产栽培(FFP)与适地养分科学管理(SSNM)3个处理.结果表明,在2009年6月～2010年2月这9个月的监测期内,各次自然降雨条件下毛竹林地表径流中总磷(TP)平均浓度为0.59 ...     

人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征

黄土坡沟水沙及养分流失严重,不仅造成土地生产力下降,对水环境也存在潜在威胁.为探索黄绵土坡面水沙氮磷流失相关关系,采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（45、60、75、90、105、120 mm/h）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）下黄土裸地水沙氮磷的流失规律.结果表明:①产流量可用坡度的二次多项式表达,确定系数（R2）达0.83以上,产沙量随雨强变化规律不明显,但随坡度增加呈显著增加趋势.②各雨强下,25°与5°坡面的ρ（TN）比值范围为1.63~5.42,波动较大,而ρ（TP）随坡度的增加基本呈增加趋势,但整体数值低于ρ（TN）.③各雨强下ρ（吸附态氮）随降雨历时的延长呈剧烈起伏变化;大雨强（105和120 mm/h）下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长逐渐减少至稳定值,其他雨强下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长呈现波动增加.各雨强与坡度下,ρ（吸附态氮）与ρ（吸附态磷）分别占ρ（TN）、ρ（TP）的60.66%、96.62%,是黄土裸坡氮磷的主要流失形式.④随水沙流失的氮磷中,TN占主要部分,其流失量是TP流失量的1.43~22.46倍,径流量增加时TN流失量显著增加,而产沙量增加时TP流失量显著增加.研究显示,雨强和坡度变化对水沙氮磷流失影响各异,吸附态氮磷是黄土养分流失的主要途径,可为黄土坡耕地水土流失治理提供科学依据.      

长期施磷的产量效应及其环境风险评价

基于太湖地区8 a的长期试验,应用常规化学分析法和数学统计方法,研究了不同施肥方式即单施化肥(NPK)、化肥配施稻麦全量秸秆还田(NPK+S)、无机肥配施鲜猪粪7.5 t.(hm2.a)-1(NPK+M7.5)及无机肥配施鲜猪粪15.0 t.(hm2.a)-1(NPK+M15)对稻麦轮作农田的作物产量、土壤各形态磷的累积及其潜在环境效应的影响.结果表明,在单施无机磷肥基础上,无论是秸秆全量还田还是配施不同量的猪粪,稻麦均没有显著增产;长期以常规无机磷肥用量配施猪粪,其土壤Olsen-P、Mehlich3-P、草酸盐磷(Pox)、CaCl2-P、水浸提磷(WEP)、总磷(TP)及土壤磷饱和度(degree of P saturation,DPS)等均显著增加,且配施猪粪量越大,各形态磷的累积量越大,土壤积累磷的环境风险越高;长期在常规无机磷肥用量基础上进行全量秸秆还田,与秸秆不还田处理相比,土壤各形态磷并无显著累积.综合考虑稻麦的产量效应、土壤磷库表观收支平衡、磷素长期累积的环境风险及经济效益等,在本研究区域目前的土壤环境条件下,常规磷肥施用量(45 kg·hm-2)基础上进行全量秸秆还田这一施肥方式是值得推荐的.     

不同水深条件下芦苇湿地对氮磷的去除研究

研究了两种水深条件(2cm浅水位和15cm深水位)下芦苇湿地对模拟太湖水中氮磷的净化能力。结果表明,芦苇的存在明显地促进湿地脱氮除磷能力的发挥。湿地内反硝化过程为主要脱氮途径。芦苇对湿地反硝化过程的促进作用主要是通过提供有机碳源实现的。在相同进水水质和停留时间为24h的运行条件下,浅水位芦苇湿地与深水位芦苇湿地相比对氮磷的去除率更高,但后者对氮磷的去除速度更快。