不同施肥模式下菜地氨素面源污染特征及生态拦截控制研究

发布时间：2017-10-15 05:17

  本文关键词：不同施肥模式下菜地氨素面源污染特征及生态拦截控制研究

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【摘要】：蔬菜种植是我国重要的农田利用方式之一,在实际生产中,氮肥不合理施用问题突出,造成菜地氮素的大量损失,从而导致严重的菜地氮素面源污染问题。本研究在太湖苕溪流域集约化蔬菜种植基地开展为期三年的田间小区试验,选取大白菜地为研究对象,研究了在七种不同的施肥模式(不施肥、有机肥、常规化肥、有机无机复混肥、硫包衣尿素、生物碳能尿素、蔬菜专用缓释肥)下菜地氮素氨挥发、径流流失、淋溶损失的特征及影响机理,以及不同施肥模式对大白菜产量、品质及氮肥利用率的影响。此外,本研究针对太湖流域典型菜地面源污染特点,构建了适用于菜地的面源污染生态拦截系统,并进行工程示范及效果分析。本研究结果为蔬菜种植业选择环保、经济的氮肥施用模式提供理论依据,为菜地面源污染防治提供技术支持和工程示范。主要研究结果如下：(1)氨挥发率与表层土(0-5 cm)pH、NH4+-N含量均呈显著正相关关系,不同施肥模式影响表层土pH、NH4+-N含量的变化,进而显著影响菜地氨挥发进程。有机肥、常规化肥、有机无机复混肥处理氨挥发主要发生在施肥后7d内,其峰值出现在施肥后第3-4 d,在施肥后14d内下降至接近对照水平；三种缓释肥的施用可延长氨挥发进程,显著削弱氨挥发速率,其挥发率峰值发生在施肥后7-9 d,在施肥后20 d左右下降至对照水平。与常规施肥相比,有机肥的施用会促进氨挥发,增加率为11.77%-18.46%；有机无机复混肥的施用可在一定程度上削弱减菜地氨挥发作用,削减率达9.09%-13.16%；三种缓释肥的施用对氨挥发的控制效果显著,其中蔬菜专用缓释肥控制效果最佳,削减率达79.44%～84.77%。(2)NO3--N为菜地氮素径流流失的主要形态,其流失量占TN流失量的49.32%～71.82%,且径流水NO3--N浓度与TN浓度动态变化间存在极显著正相关关系。常规化肥处理氮素径流流失量最大,达10.43～22.68kg·hm-2,其净流失率为3.48%～7.56%。相比常规化肥处理,施用有机肥和有机无机复混肥都可在一定程度上控制菜地氮素流失,其削减率分别为15.70%～18.14%、27.37%～36.27%；与常规化肥处理相比,三种缓释肥处理可避免因施肥、降雨而引起的径流水氮素浓度的急剧升高,对控制菜地氮素径流损失具有非常显著的效果,其中蔬菜专用缓释肥处理效果最佳,其氮素流失削减率达59.79%～63.59%。(3)NO3--N为菜地淋溶水氮素的主要形态,其淋失量占TN淋失量的53.99%～78.59%,且淋溶水NO3--N浓度与TN浓度动态变化间存在极显著线性正相关关系。施肥可显著加剧菜地氮素淋溶损失,常规化肥处理TN淋失量显著高于其他处理,淋失总量为：15.83～28.08 kg·hm-2,净淋失率为：4.80%-8.35%。与常规化肥处理相比,施用有机肥及有机无机复混肥对菜地TN淋失具有一定的控制作用,削减率分别为16.68%～23.58%、25.83%～31.40%,但有机肥的施用却加剧了NH4+-N的淋失。硫包衣尿素、生物碳能尿素、蔬菜专用缓释肥的施用对TN淋失的控制效果非常显著,削减率分别达：50.45%～63.03%、49.43%～55.71%、52.40%-60.90%。氮素淋失严重影响菜地地下水水质,各处理地下水NO3--N浓度与淋溶水NO3--N浓度间均存在显著的线性正相关关系。各施肥模式地下水NO3--N浓度介于0.27～35.93 mg·L-1之间,相比常规化肥,施用有机肥、有机无机复混肥及缓释肥均可降低菜地地下水硝酸盐污染的风险,其中施用缓释肥效果最为突出。(4)不同施肥模式是影响大白菜产量、品质及氮肥利用率的主要因素。与常规化肥相比,有机肥的施用显著降低了大白菜的产量及氮肥利用率,而施用有机无机复混肥及缓释肥可提升大白菜产量及氮肥利用率,其中,缓释肥的施用对蔬菜氮肥利用率的提升效果最为突出。与不施氮肥处理相比,氮肥的施用,降低了大白菜的品质,但相比常规化肥处理,施用有机肥、有机无机复混肥及缓释肥对蔬菜品质均有不同程度的提升。(5)在典型蔬菜集约化种植区构建“新型农田生态沟渠—生态消纳塘水肥一体化—过滤型主排水渠拦截系统”示范工程,能够显著削减菜地排水氮、磷含量。工程运行第2年总排水口TN浓度为1.56～3.41mg·L-1,与工程建设前相比,降低47.24%～66.84%；总排水口TP浓度为1.12～0.28mg·L-1,与工程建设前相比,降低43.43%～81.58%。此生态拦截系统可有效控制菜地排水对周边河道、湖泊水体的污染,降低水体富营养化风险,形成示范区良好的生态景观,同时生态塘水肥一体化系统可实现区域水体循环利用,提高农田经济效益,具有很好的推广价值。
【关键词】：菜地 施肥模式 氮素面源污染 特征 生态拦截
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X712;X52
【目录】：

• 致谢6-12
• 摘要12-14
• Abstract14-24
• 缩略词清单24-25
• 第一章 绪论25-48
• 1.1 菜地氮素来源与转化25-29
• 1.1.1 菜地氮素的来源25-27
• 1.1.2 菜地氮素的转化27-29
• 1.2 农田氮素面源污染机制及特征研究29-39
• 1.2.1 氨挥发29-33
• 1.2.2 径流流失33-36
• 1.2.3 淋溶损失36-39
• 1.3 农业面源污染生态拦截工程技术39-45
• 1.3.1 生态沟渠拦截技术40-41
• 1.3.2 生态消纳塘技术41-42
• 1.3.3 缓冲带截留技术42-43
• 1.3.4 人工湿地技术43-45
• 1.4 研究目标与研究内容45-48
• 1.4.1 研究意义45-46
• 1.4.2 研究目标46
• 1.4.3 研究内容46-47
• 1.4.4 技术路线47-48
• 第二章 不同施肥模式下菜地氨挥发特征研究48-69
• 2.1 引言48-49
• 2.2 材料与方法49-53
• 2.2.1 试验地点49
• 2.2.2 试验材料49-50
• 2.2.3 试验设计50
• 2.2.4 田间管理50-51
• 2.2.5 样品采集与测定51-52
• 2.2.6 数据处理与统计分析52-53
• 2.3 结果与分析53-64
• 2.3.1 温度、降雨、灌溉及土壤含水量53-54
• 2.3.2 表层土壤pH动态变化54-56
• 2.3.3 土壤NH_4~+-N含量动态变化56-58
• 2.3.4 氨挥发率动态变化58-60
• 2.3.5 累计氨挥发量60-64
• 2.4 讨论64-68
• 2.4.1 气象因素对菜地氨挥发影响分析64-65
• 2.4.2 表层土壤pH及NH_4~+-N含量对菜地氨挥发影响分析65
• 2.4.3 不同的氮肥类型对菜地氨挥发影响分析65-67
• 2.4.4 不同的施肥方法对菜地氨挥发影响分析67-68
• 2.5 本章小结68-69
• 第三章 不同施肥模式下菜地氮素径流流失特征研究69-93
• 3.1 引言69-70
• 3.2 材料与方法70-72
• 3.2.1 试验地点70
• 3.2.2 试验材料70
• 3.2.3 试验设计70
• 3.2.4 田间管理70
• 3.2.5 样品采集与测定70-71
• 3.2.6 数据处理与统计分析71-72
• 3.3 结果与分析72-87
• 3.3.1 降雨、植被覆盖度及径流水量72-75
• 3.3.2 径流水氮素浓度动态变化75-80
• 3.3.3 氮素径流流失量80-87
• 3.4 讨论87-92
• 3.4.1 降雨、植被覆盖度对菜地氮素径流流失的影响87-88
• 3.4.2 不同施肥模式对菜地径流水氮素浓度动态变化的影响分析88-89
• 3.4.3 不同施肥模式对菜地氮素径流流失的影响分析89-92
• 3.5 本章小结92-93
• 第四章 不同施肥模式下菜地氮素淋失特征研究93-123
• 4.1 引言93-94
• 4.2 材料与方法94-97
• 4.2.1 试验地点94
• 4.2.2 试验材料94
• 4.2.3 试验设计94
• 4.2.4 田间管理94
• 4.2.5 样品采集与测定94-96
• 4.2.6 数据处理与统计分析96-97
• 4.3 结果与分析97-115
• 4.3.1 降雨、灌溉及淋溶水量97-99
• 4.3.2 淋溶水氮素浓度动态变化99-104
• 4.3.3 氮素淋失量104-112
• 4.3.4 地下水NO_3~--N浓度动态变化112-115
• 4.4 讨论115-122
• 4.4.1 降雨/灌溉对菜地氮素淋溶的影响115-116
• 4.4.2 不同施肥模式对菜地淋溶水量的影响116
• 4.4.3 不同施肥模式对菜地淋溶水氮素浓度动态变化的影响分析116-118
• 4.4.4 不同施肥模式对菜地氮素淋溶损失的影响分析118-121
• 4.4.5 不同施肥模式对浅层地下水NO_3~--N浓度动态变化的影响分析121-122
• 4.5 本章小结122-123
• 第五章 不同施肥模式对大白菜产量、品质、氮肥利用率的影响123-137
• 5.1 引言123-124
• 5.2 材料与方法124-125
• 5.2.1 试验地点124
• 5.2.2 试验材料124
• 5.2.3 试验设计124
• 5.2.4 田间管理124
• 5.2.5 样品采集与测定124
• 5.2.6 数据处理与统计分析124-125
• 5.3 结果与分析125-132
• 5.3.1 大白菜产量125-127
• 5.3.2 大白菜氮肥利用率127-129
• 5.3.3 大白菜品质129-132
• 5.4 讨论132-135
• 5.4.1 不同施肥模式对大白菜产量的影响分析132-133
• 5.4.2 不同施肥模式对大白菜氮肥利用率的影响分析133-134
• 5.4.3 不同施肥模式对大白菜品质的影响分析134-135
• 5.5 本章小结135-137
• 第六章 菜地面源污染生态拦截系统与效果研究137-157
• 6.1 引言137-138
• 6.2 工程设计与方法138-143
• 6.2.1 工程建设背景138-139
• 6.2.2 生态拦截系统建设139-142
• 6.2.3 样品采集与测定142-143
• 6.3 结果与分析143-153
• 6.3.1 新型农田生态沟渠工程运行效果143-147
• 6.3.2 生态消纳塘水肥一体化工程运行效果147-152
• 6.3.3 工程总体运行效果152-153
• 6.4 讨论153-156
• 6.4.1 新型农田生态沟渠对菜地面源污染的拦截机理分析153-154
• 6.4.2 生态消纳塘水肥一体化工程对菜地面源污染的拦截机理分析154-155
• 6.4.3 菜地生态拦截系统应用与评价155-156
• 6.5 本章小结156-157
• 第七章 研究结论、创新点和展望157-161
• 7.1 研究结论157-159
• 7.2 主要创新点159
• 7.3 研究展望159-161
• 参考文献161-188
• 作者简历、科研成果及奖励188-189

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本文编号：1035280