基于大型渗漏池监测的褐潮土农田水、氮淋失特征

发布时间：2019-08-15 06:29

【摘要】：【目的】明确华北平原褐潮土农田典型种植模式下水分和氮素的输入及淋失特征,阐明施氮量对淋失水质的影响,为从源头减少氮素淋失、防控农田面源污染提供科学依据。【方法】2007—2012年在"国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地"上,针对玉米单作种植模式,设置不同施氮梯度(不施氮CK,优化施氮T1,习惯施氮T2),利用"渗漏池"监测玉米生育期间土壤水分和氮素淋失过程,同时利用田间小气候气象站监测降雨发生过程,并详细记录灌溉事件。【结果】降雨和灌溉发生在4—10月,淋失发生在5—11月,相对降雨和灌溉时间有所滞后。年际间降雨量差异较大(134—525 mm),除2009年降雨少、无灌溉且未监测到淋失事件以外,其他年份水分输入总量均高于500 mm,并均监测到淋失事件。施氮处理比不施氮处理的淋失发生次数和淋失水量均有所减少,其中CK共发生淋失37次,淋失水量422 mm,T2共发生淋失31次,淋失水量310 mm。5年监测期间,灌溉和降雨携带的全氮共计157 kg·hm~(-2),其中可溶性总氮106 kg·hm~(-2),但年际间差异较大(7.53—34.1 kg·hm~(-2));灌溉和降雨携入氮量越多的年份,任一处理的氮素淋失量明显高于其他年份相同处理。硝态氮是淋失水中的主要氮素形态,并且施氮量越高,淋失水中硝态氮比重越大;无论是单次淋失事件还是年度淋失总量,T2淋失的可溶性总氮和硝态氮均明显高于CK和T1。CK和T1处理5年内全部淋失事件中的硝态氮平均浓度分别低于2.0、5.0mg·L~(-1),而T2处理的5年31次淋失事件中硝态氮浓度平均为29.5 mg·L~(-1),超过地下Ⅲ类水标准(20 mg·L~(-1))的次数有15次,最高浓度达79.0 mg·L~(-1)。【结论】灌溉和降雨是导致淋失的主要原因,输入的水量越多,越易发生淋失,硝态氮是淋失水中的主要氮素形态;年际间,氮素淋失量与灌溉和降雨携入的氮量呈正相关关系,灌溉和降雨携带氮量越多的年份,农田氮素淋失量越多;同一年内,硝态氮淋失量和硝态氮淋失浓度均随施氮量的增加而增加。因此,只有合理施氮才能减少氮素淋失量并保证淋失水硝态氮含量不超标,但在确定合理的农田施氮量时,要充分考虑灌溉和降雨携带氮量对氮素淋失的影响。
【图文】：

态氮0.147mg·kg-1，，容重1.32g·cm-3，pH8.26。为研究华北平原典型土壤类型及种植模式下农田氮素淋失特征，于2006年建设了长×宽×高分别为1m×2m×1.2m的渗漏池，渗漏池四周及底部均由混凝土包围而成。渗漏池建设前期，先将农田土壤按不同层次分别挖出分层次分别混匀，混凝土结构建成后，池底铺石英砂颗粒，其上铺一层石棉布，以便过滤淋失液中土壤颗粒，按层次分别回填已混匀的土壤，在土壤深度120cm处的池底安置PVC管并外接水桶承接渗漏水，在渗漏池侧下部修筑2m高的地下监测室以便于渗漏水取样与监测（图1）。经过一年多的土壤自然沉积，于2007年秋季开始种植冬小麦。1.2试验设计本研究从2007年10月到2012年10月，包括两种种植模式，2007年10月至2008年6月为小麦玉米轮作种植模式，2009年至2012年为玉米单作种植模式，根据每年的具体气象条件，作物播种日期、收获日期、灌溉日期及灌溉量均有一定程度的调整（表1）。2007—2008年的小麦玉米轮作含2个施氮处理：CK和T2；2009—2012年的玉米单作种植含3个施氮处理：CK，T1和T2（表2），各处理中施磷量和施钾量均相同，每个处理3次重复，随机区组排列。图1渗漏池装置内外景Fig.1Outsideandinsideoflysimeter表1作物播种、收获及灌溉时间安排Table1Scheduleofcropsowing,harvestandirrigation作物Crop播种日期Sowingdate收获日期Harvestdate灌溉日期（灌溉量）Irrigationdate(irrigationamount,mm)小麦Wheat2007.10.192008.6.192008.4.3(100);2008.4.9(5)玉米Maize2008.6.222008.9.270玉米Maize2009.5.82009.8.270玉米Maize2010.5.152010.9.62010.6.30(10);2010.7.26(15);2010.7.30(10);2010.8.1(10);2010.8.11(15);2010.8.14(10);2010.8.22(20);2010.8.23(30)玉?

116中国农业科学49卷失事件发生，同一年内，施氮量越多，淋失水中硝态氮浓度越高（图6）。硝态氮浓度是衡量地下水水质的重要指标，地下I类、II类、III类水质的硝态氮浓度必须分别低于2.0、5.0、20mg·L-1，从图6可以看出，所有淋失事件中CK处理淋失水硝态氮浓度为0.13—7.26mg·L-1，平均值1.32mg·L-1，满足地下I类水标准；T1处理硝态氮浓度为0.24—9.22mg·L-1，平均值4.60mg·L-1，满足地下II类水标准；而T2处理硝态氮浓度为1.32—79.0mg·L-1，平均值28.3mg·L-1，超过了地下III类水标准。此外，T2施氮条件下，5年失氮淋量iNrogenteachlngikg·(mh2-)图5不同施氮处理的各种形态氮素淋失动态Fig.5Leachingdynamicsofvariousformsofnitrogenunderdifferentnitrogenapplicationrate020406080100120CKT1T2处理Treatment态硝淋氮浓度失onCcnterneitnoofitnatreitnrgenonieachlngiaterwmg·L(1-)2008-04-102008-04-272008-07-052008-07-072008-07-162008-07-212008-07-312008-08-012008-08-062008-08-122008-08-172008-08-262008-08-272008-09-042008-09-262010-08-242010-08-282010-09-252010-09-292010-10-072010-10-142010-11-052011-05-302011-06-092011-07-062011-07-202011-07-212011-07-252011-07-282011-07-292011-08-022012-07-232012-07-302012-07-312012-08-012012-08-022012-08-08图6淋失水中硝态氮浓度Fig.6Concentrationofnitratenitrogeninleachingwater
【作者单位】： 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所;农业部面源污染控制重点实验室;农业部环境保护科研监测所;
【基金】：国家公益性行业(农业)科研专项(201003014)
【分类号】：S158

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本文编号：2526817