原位模拟降雨条件下太湖地区不同农田类型氮磷流失特征研究

论文摘要

以往的研究表明,农田地表径流引起的氮磷流失是地表水水体富营养化的主要原因。太湖水网地区雨量丰富,地势低平,农田排水沟渠密集,持续降雨条件下旱作农田也会发生渗漏,同样引起农田氮磷流失。流失方式不同、农田利用类型不同、施肥强度不同、土壤氮磷含量不同,农田氮磷流失特征与流失量都会有所不同。至目前为止,在太湖流域关于不同流失方式下,不同农田利用类型的氮磷流失特征的研究尚为缺少。本研究在浙江嘉兴、上海青浦区与松江区选择了12个实验点位,包括稻田、种植年限短菜地、种植年限长菜地3种农田类型,利用原位模拟降雨实验,在三种农田类型上,研究了渗漏与地表径流两种流失方式下的氮磷流失特征及流失量。主要结论如下:1. 12个点位的原位模拟降雨实验,降雨量为80mm条件下,旱作菜地农田地表径流水量和渗漏水量差异不显著,分别为降雨量的57.8%、64.6%;稻田地表径流水量为降雨量的89%,高于菜地径流水量。菜地农田实验点位上,地表径流方式下降雨结束后产流延续时间极显著低于渗漏方式,仅为渗漏方式的1/18,两者分别为1.7min、25.2min;而地表径流方式下产流速率是渗漏方式的3倍,两者平均分别为96.2ml/min、31.3 ml/min。2.三种农田类型上,地表径流方式下农田总氮流失量差异不显著,种植年限长菜地、种植年限短菜地、稻田总氮流失量平均分别为6.78、4.02和1.28 kg/hm2,总氮流失浓度平均分别为12.63、8.25、1.71 mg/L;渗漏方式下种植年限长菜地和种植年限短菜地总氮流失量差异也不显著,平均分别为78.83、35.62 kg/hm2,总氮流失浓度平均分别为164.32、56.32 mg/L。渗漏方式下硝态氮是流失总氮的主体,占总氮的70%以上;地表径流方式下水溶性氮为流失总氮的主体,平均占总氮的65%以上。在旱作菜地农田的8个点位上,渗漏方式下总氮流失量显著高于地表径流方式,渗漏和地表径流方式总氮流失量分别为32.5、5.4 kg/hm2。3.三种农田类型上,地表径流方式下农田总磷流失量差异不显著,种植年限长菜地、种植年限短菜地、稻田平均总磷流失量分别为0.93、0.36、0.13kg/ hm2,总磷流失浓度平均分别为1.83、0.78、0.17 mg/L;渗漏方式下种植年限长菜地和种植年限短菜地总磷流失量差异也不显著,平均分别为2.06、0.23kg/ hm2,种植年限长菜地总磷流失浓度显著高于种植年限短菜地,平均分别为3.09、0.38 mg/L。渗漏方式与地表径流方式下水溶性磷均占流失总磷50%以上,水溶性磷为渗漏方式和地表径流方式磷素流失的主体。渗漏方式与地表径流方式总磷流失量无显著差异,在菜地农田的7个点位上,渗漏方式与地表径流方式总磷流失量分别为0.62、0.71 kg/hm2。4.农田05cm、0～20cm土壤硝态氮含量分别为31.2～472.9和33.2～171.1mg/kg时,地表径流方式下,农田0～5cm、0～20cm土壤硝态氮含量与径流液总氮、水溶性氮、硝态氮、铵态氮和水溶性有机氮流失量、流失浓度相关不显著。渗漏实验则显示:农田0-5cm、0～20cm土层硝态氮含量与渗漏液总氮、水溶性氮、硝态氮的流失量、流失浓度呈极显著正相关。0～20cm是氮素渗漏流失的关键层次,该土层NO3--N含量是渗漏氮素流失的主要影响因素,0～5cm土壤硝态氮含量对氮素渗漏流失的影响大于其他土层。5.农田05cm、0～20cm土壤Olsen-P含量分别为3.9～59.6和2.4～45.0mg/kg时,地表径流方式下,土壤Olsen-P含量与径流液总磷、水溶性磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷流失量、流失浓度相关不显著,与颗粒态磷流失量相关不显著。渗漏实验显示:0～5cm土壤Olsen-P含量低于20mg/kg时,渗漏液总磷浓度全部低于0.53 mg/L,流失量低于0.46 kg/hm2,土壤Olsen-P含量高于20mg/kg时,渗漏液中总磷浓度和流失量明显增高,总磷浓度均高于1.57 mg/L,最高达8.50 mg/L,流失量可达6.61 kg/hm2。本项研究结果显示,菜地农田在80mm降雨条件下,对氮流失而言,渗漏大于地表径流,即:在持续阴雨条件下,氮的流失风险大;而对磷流失而言,渗漏方式与地表径流方式区别不大。在菜地农田上,随农田表层0～5cm和0～20cm土壤硝态氮含量,0～5cm的土壤Olsen-P含量的增加,氮磷的地表径流流失或渗漏流失均有明显增加的趋势,换言之,土壤0～5cm硝态氮与Olsen-P含量可较好反映农田氮磷流失潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 太湖流域水体富营养化严重
• 1.1.2 农田氮磷流失是水体富营养化的重要来源
• 1.1.3 太湖流域自然条件与种植结构特点
• 1.2 农田氮磷流失研究进展
• 1.2.1 农业面源污染的界定与发生特征
• 1.2.2 农田氮磷流失的主要影响因素
• 1.2.3 不同流失方式的氮磷流失特征
• 1.2.4 农田氮磷流失特征的主要研究方法
• 1.3 研究目的与研究内容
• 1.4 技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验区概况与实验区降雨特征
• 2.1.1 实验区概况
• 2.1.2 实验区降雨特征
• 2.2 实验点选择与实验点基本信息
• 2.3 农田地表径流与渗漏试验
• 2.3.1 设计要点
• 2.3.2 实验设计
• 2.4 模拟降雨试验装置
• 2.5 取样及测定方法
• 2.5.1 取样方法
• 2.5.2 测定方法
• 2.5.3 农事调查
• 2.6 计算方法
• 2.7 数据分析
• 第三章 模拟降雨条件下地表径流与渗漏水流失特征
• 3.1 地表径流与渗漏的产流时间与产流速率
• 3.1.1 地表径流与渗漏的平均产流时间与产流速率
• 3.1.2 地表径流与渗漏过程中产流速率变化特征
• 3.2 地表径流与渗漏水量特征
• 3.2.1 地表径流与渗漏水量特征
• 3.2.2 地表径流与渗漏累积水量变化特征
• 3.2.3 渗漏主要排水途径
• 3.3 小结
• 第四章 农田氮素流失特征
• 4.1 不同农田类型氮素流失浓度特征
• 4.1.1 地表径流方式下不同农田类型氮素流失浓度特征
• 4.1.2 渗漏方式下不同农田类型氮素流失浓度特征
• 4.2 地表径流与渗漏过程中氮素浓度变化特征
• 4.2.1 地表径流与渗漏过程中总氮与水溶性氮浓度变化特征
• 4.2.2 地表径流与渗漏过程中硝态氮浓度变化特征
• 4.2.3 地表径流与渗漏过程中铵态氮浓度变化特征
• 4.3 不同农田类型氮素流失量与形态构成
• 4.3.1 地表径流方式下氮素流失量与形态构成
• 4.3.2 渗漏方式下氮素流失量与形态构成
• 4.3.3 相同农田类型地表径流与渗漏方式下氮素流失量
• 4.4 地表径流与渗漏过程中氮素流失量变化特征
• 4.5 小结
• 第五章 农田磷素流失特征
• 5.1 不同农田类型磷素流失浓度特征
• 5.1.1 地表径流方式下不同农田类型磷素流失浓度特征
• 5.1.2 渗漏方式下不同农田类型磷素流失浓度特征
• 5.2 地表径流与渗漏过程中磷素浓度变化特征
• 5.2.1 地表径流与渗漏过程中总磷、水溶性磷浓度变化特征
• 5.2.2 地表径流与渗漏过程中水溶性无机磷浓度变化特征
• 5.3 不同农田类型磷素流失量与形态构成
• 5.3.1 地表径流方式下磷素流失量与形态构成
• 5.3.2 渗漏方式下磷素流失量与形态构成
• 5.3.3 相同农田类型地表径流与渗漏方式下磷素流失量
• 5.4 地表径流与渗漏过程中磷素流失量变化特征
• 5.5 小结
• 第六章 农田土壤有效氮磷含量对氮磷流失的影响
• 6.1 土壤硝态氮含量对氮素流失的影响
• 6.1.1 土壤硝态氮含量对氮素流失浓度的影响
• 6.1.2 土壤硝态氮含量对氮素流失量的影响
• 6.2 土壤OLSEN－P 含量对磷素流失的影响
• 6.2.1 土壤Olsen－P 含量对磷素流失浓度的影响
• 6.2.2 土壤Olsen－P 含量对磷素流失量的影响
• 6.3 降雨后农田土壤剖面硝态氮的移动特征
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.1.1 模拟降雨条件下地表径流与渗漏水流失特征
• 7.1.2 农田氮素流失特征
• 7.1.3 农田磷素流失特征
• 7.1.4 土壤有效养分对氮磷流失的影响
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介