江汉平原典型农业小流域土壤可溶性氮时空分异研究

发布时间：2020-06-06 21:30

【摘要】：土壤可溶性氮素是土壤氮素中最活跃的部分,其一方面是土壤有效养分的重要来源,另一方面又是农田中潜在的污染源,可能通过地表径流与深层渗漏的方式分别对地表水与浅层地下水造成污染。土壤可溶性氮含量及其形态受施肥、灌溉、种植方式、土壤质地、地形和地下水位等条件共同影响,特别是对于耕作层土壤。江汉平原是我国重要的商品粮生产基地,种植方式多样,田块破碎且农田管理方式差异较大。开展小流域尺度可溶性氮素时空分布研究对于指导该地区的精准施氮具有重要意义。此外,该地区农田施肥量大,降雨丰富且地下水位浅,农业生产已引起大面积的地表水和浅层地下水氮素浓度超标问题。亟需开展农田土壤可溶性氮时空分异特征的相关研究,以期为合理施氮和农田氮素流失控制提供理论支撑。本研究以江汉平原典型农业小流域(43 hm2)为研究对象,采用网格布点法,均匀地布设了 119个采样点,分别采集了 0-2 m深土壤剖面样品与不同季节0-20 cm耕作层土壤样品,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,揭示了农田土壤硝态.氮、铵态氮与可溶性全氮含量在时间(不同季节)与空间(土壤剖面)上的变化规律,并且分析了农田类型、作物种类、地形和地下水位等因子对氮素时空分布的影响,评价了各农田类型土壤可溶性氮水平及其对水体造成污染的潜在风险程度,可为合理的农业施肥与灌溉提供科学依据。通过本研究主要取得以下结果:(1)土壤剖面可溶性氮的空间分异特征在0-2 m 土壤剖面中硝态氮含量的平均值范围介于1.20～5.55 mg·kg-1之间,铵态氮含量的平均值范围在2.60～12.24 mg·kg-1之间,可溶性全氮含量的平均值范围为6.02～25.53 mg·kg-1之间。变异特征方面,除80-160 cm深度土层铵态氮含量的变异系数大于100%,属于强变异外,其余所有土层硝态氮、铵态氮与可溶性全氮的变异系数均在10%～100%之间,属于中等变异强度。土壤氮素的空间结构良好,各变量整体上具有中等到较强的空间自相关关系。受施肥方式的影响(表施),土壤剖面可溶性氮素含量整体上呈现表层高而深层低的趋势,底层氮素的空间分布特征趋于稳定。硝态氮含量呈现由西南向东北递减的趋势;铵态氮与可溶性全氮呈现出东高,北、西、南低的分布特征,尤其在东部地区的底层土壤中含量显著增加,这可能导致该区域地下水受到污染。(2)耕层土壤可溶性氮的时空分异特征在空间变异特征方面,研究区耕层土壤可溶性氮含量的变异系数大多在50～100%之间,季节差异不大,均属于中等变异强度。但受施肥的影响,土壤中可溶性氮含量的季节差异显著,整体上呈现春季秋季夏季的时间分布特征。空间结构从良好到一般排序为春季夏季秋季。氮素的含量在不同季节均呈现表层高而下层低的特征。夏、秋季节土壤可溶性氮的空间分布特征较为相似,硝态氮含量具有南、北高,中、西部低的空间分布特征,铵态氮和可溶性全氮含量都呈现由东北向西南递减的趋势;春季土壤中由于氮素含量较低,空间分布的差异不明显,但高值区域也与夏、秋季节一致。(3)影响土壤可溶性氮含量的因子小区域范围内农田土壤差异较小,影响土壤可溶性氮含量的自然因子主要有地形与地下水位,人为因子主要为不同农田类型与作物种类引起的不同耕作方式、施肥管理措施与农田管理措施等。土壤垂直剖面中,由于稻田的地势低,地下水位较高的原因,土壤从中层到底层,铵态氮与可溶性全氮含量呈明显增加的趋势,底层甚至接近于表土的含量,其中,水旱轮作田相比其他稻田来看递增趋势较弱,旱地则呈现出较好的自上而下氮素含量递减的趋势。在不同类型的农田中,氮素的存在形态不同,旱地土壤中的氮素主要以硝态氮为主,而稻田以铵态氮含量较高。土壤中氮素的含量在时间变异特征方面受施肥的影响较显著。春季除单季稻田与水旱轮作田中硝态氮含量略高以外,其余各用地类型土壤中氮素的含量在各季节中都是最低的;单季稻田、虾稻轮作田与水旱轮作田中氮素含量最高的季节是夏季;秋季双季稻田中氮素的含量与旱地中硝态氮的含量较高。土壤剖面中可溶性氮素的存在形态受地形与地下水的影响较显著,氮素的时空变异性受施肥措施与耕作方式的影响较大。夏秋季节旱地中氮素的淋失量较大,易对地表径流造成污染;而水田深层土壤氮素含量较高,易对浅层地表水造成污染。需要从施肥和农田管理上有针对性地进行调整,减少农田在夏秋季节的施肥量,加强氮素含量高值区域的水环境监测,防止氮素通过淋洗、侧漏等途径进入附近水体或地下水,以保障农业的可持续发展与居民的用水安全。
【图文】：

技术路线图,软件,空间变异系数,碱性过硫酸钾

硕士学位论文逡逑ＭＡＳＴＥＲＳ邋ＴＨＥＳＩＳ逡逑法测定硝态氮和铵态氮含量；使用碱性过硫酸钾（重结晶）溶液对土壤样品温消煮后，用紫外分光光度计法测定可溶性全氮含量。逡逑２．３数据处理与分析逡逑将前期调查所获得的地形、海拔、地下水位、作物类型等基本特征数据，利用ＧＩＳ软件绘制研究区高程图、采样点分布图、年平均地下水埋藏深度图利用类型图等。逡逑土壤氮素含量数据的描述性统计、正态分布检测利用ＳＰＳＳ邋２０．０软件分空变异分析采用ＧＳ＋９．０软件，使用地统计学方法，建立半方差函数模型，壤中氮素含量的空间变异系数，并用ＡｒｃＧＩＳ邋１０．２软件地统计模块中的克里法进行空间变异的表达。逡逑２．４技术路线图逡逑本研究的技术路线如下：逡逑

散点图,相关关系,散点图,铵态氮

＜ｒ＜０．５时视为低度相关关系，ｒ＜０．３时说明变量之间的相关程度极弱，可视为不逡逑相关（１？取绝对值）。将各样地土壤中硝态氮、铵态氮与可溶性全氮的平均值数据逡逑共１１９个样本进行了相关性分析并绘制相关关系散点图（图３．１），结果显示，硝逡逑态氮与铵态氮的相关系数仅０．０１４，与可溶性全氮的相关系数为０．２５５，均小于０．３，逡逑认为硝态氮与二者基本无相关关系；铵态氮与可溶性全氮的相关系数达０．９０７，，呈逡逑极显著的正相关关系
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S153

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