大气氮沉降对红壤旱地马唐—冬萝卜生态系统氮平衡的贡献

论文摘要

本研究于2005～2007年在中国科学院红壤生态实验站（江西省鹰潭）通过对农田小气候要素和湍流的观测及对大气和雨水中氮化物的分析,利用能量平衡法计算得出大气氮沉降输入农田生态系统的通量和干沉降速率。通过马唐-冬萝卜连作及对红壤旱地生态系统中主要氮化物输入量（如大气沉降、施肥、灌溉水）和输出量（如作物吸收总氮量、施肥后NH3挥发、径流、淋溶）的观测,分析了大气氮素干湿沉降的特征,评估了大气氮沉降输入在红壤旱地牧草（马唐）-蔬菜（冬萝卜）连作生态系统氮素平衡中的贡献。1红壤旱地大气氮干沉降特征（2005年）1.1大气NOx、NH3和HNO3气体干沉降速率均呈现明显的昼夜变化,白天较高,夜晚较低。NOx、NH3、粒子NOx/NH3和气体HNO3的Vd时均值变化分别为0.05～0.23、0.17～0.34、0.05～0.41和0.62～1.27 cm/s。1.2一年中大气干沉降NOx、NH3、粒子NOx/NH3和气体HNO3的Vd日均值的平均值分别为0.12、0.25、0.17和0.88 cm/s,其Vd日均值呈现明显的季节性,其中NOx、NH3、粒子NOx/NH3的干沉降速率冬季较大,而气态HNO3的则相反。1.3红壤早地干沉降氮最大值区间为10.06～11.50 kg/hm2,出现在2～4月。每月干沉降输入氮为3.20～11.15 kg/hm2,占大气沉降氮素总输入的34.56%～87.74%,其中气态氮以NH3沉降为主,占气态N沉降的43.02%～89.89%（均值为71.05%）;粒子态氮以NOx为主占粒子态N的33.67%～94.54%（均值为61.01%）。2红壤旱地大气氮湿沉降特征2005年降雨总量为1843.4mm,主要集中在2～6月份,占总降雨量的67.33%。每月通过湿沉降（雨水）向红壤旱地生态系统输入氮为0.50～8.45 kg/hm2,其中以7月和11月份较高。3红壤早地大气氮沉降通量2005年通过大气沉降向红壤旱地生态系统输入总氮132.6 kg/hm2,其中干沉降输入82.63 kg/hm2,占大气总氮沉降的67.94%。4红壤旱地氮素平衡特征马唐生态系统在肥料氮输入0～230 kg/hm2的情况下,红壤旱地氮素均出现盈余,盈余为4.33～124.76 kg/hm2。冬萝卜生态系统在肥料氮输入0～250 kg/hm2情况下,除施肥量70 kg/hm2的红壤旱地亏失氮素11.52 kg/hm2外,其他处理红壤旱地均出现盈余,盈余量为2.16～75.99 kg/hm2。5大气氮沉降/干沉降输入在红壤旱地生态系统氮素平衡中的贡献5.1马唐生长期间,大气沉降氮量为26.28 kg/hm2,对马唐生态系统氮素总输入和总输出的贡献分别为10.25%～100.00%和8.90%～40.52%,对作物吸收氮的贡献为9.37%～45.76%。其中,干沉降氮量15.25 kg/hm2,对该生态系统氮素总输入和总输出的贡献分别为5.95%～58.03%和5.16%～23.52%,对作物的贡献为5.43%～26.55%。5.2冬萝卜生长期间,大气沉降氮量45.92 kg/hm2,对冬萝卜生态系统氮素总输入和总输出的贡献分别为15.49%～99.03%和20.84%～100.00%,对作物吸收氮的贡献为21.57%～100.00%。其中,干沉降量为24.72 kg/hm2,对该生态系统氮素总输入和总输出的贡献分别为8.34%～53.31%和11.22%～55.91%,对作物的贡献为11.61%～57.35%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 大气氮素沉降的研究方法
• 1.2 大气氮素沉降的来源
• 1.3 大气氮素沉降的影响因素
• 1.4大气氮素沉降研究进展
• 1.4.1 红壤旱地生态系统中氮素收入参数
• 1.4.1.1 大气氮素沉降
• 1.4.1.2 灌溉水
• 1.4.1.3 施肥
• 1.4.1.4 其他
• 1.4.2 红壤旱地生态系统中氮素输出参数
• 1.4.2.1 地表径流氮素输出
• 1.4.2.2 气态氮素输出
• 1.4.2.3 淋溶氮素输出
• 1.4.2.4 植物吸收氮素输出
• 1.5 存在问题
• 1.6 研究意义、目的
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 研究目的
• 2 材料与方法
• 2.1 试验地点
• 2.2 试验材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设计
• 2.2.2.1 春季牧草马唐试验
• 2.2.2.2 秋季冬萝卜试验
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 气体、气溶胶和雨水采集
• 2.3.1.1 气体采集
• 2.3.1.2 气溶胶采集
• 2.3.1.3 雨水采集
• 2.3.2 氨挥发测定
• 2.3.3 农田（旱地）径流采集
• 2.3.4 农田（旱地）渗漏水采集
• 2.3.5 气象因素测定
• 2.3.6 土壤含水量测定
• 2.3.7 光合色素测定
• 2.4 计算与分析方法
• 2.4.1 大气氮素沉降计算方法
• 2.4.2 氮素指标分析方法
• 2.4.2.1 吸收液或水样中氮素指标的分析
• 2.4.2.2 植株和土壤样品全氮（TN）测定
• 2.5 数据统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 红壤旱地大气氮素沉降的特征
• 3.1.1 红壤旱地大气氮素干沉降特征
• 3.1.1.1 红壤旱地大气氮素干沉降速率
• 3.1.1.2 红壤旱地大气氮素干沉降量
• 3.1.2 红壤旱地大气氮素湿沉降特征
• 3.1.2.1 红壤旱地氮素湿沉降通量特征
• 3.1.2.2 红壤旱地氮素湿沉降影响因子分析
• 3.1.3 红壤旱地大气氮素沉降总量的特征
• 3.2 红壤旱地马唐-冬萝卜连作生态系统氮素平衡特征
• 3.2.1 春季牧草马唐生态系统氮素平衡特征
• 3.2.1.1 红壤旱地马唐生态系统氮素的输入
• 3.2.1.2 红壤旱地马唐生态系统氮素的输出
• 3.2.2 红壤旱地秋季蔬菜冬萝卜生态系统氮素平衡特征
• 3.2.2.1 红壤旱地冬萝卜生态系统氮素的输入
• 3.2.2.2 红壤旱地冬萝卜生态系统氮素的输出
• 3.3 大气氮素沉降对红壤旱地马唐-冬萝卜连作生态系统氮素平衡的贡献
• 3.3.1 大气氮素沉降对牧草马唐生态系统氮素平衡的贡献
• 3.3.2 大气氮素沉降对蔬菜冬萝卜生态系统氮素平衡的贡献
• 4 讨论与展望
• 4.1 大气氮素沉降特别是干沉降应给于重视
• 4.2 红壤生态系统氮素平衡计算需进一步精确
• 4.2.1 生物固氮
• 4.2.2 硝化-反硝化
• 4.2.3 氨挥发的长期监测
• 4.3 大气氮素沉降对农田生态系统的临界点
• 4.4 红壤旱地氮素生态管理模式
• 参考文献
• 附图
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间撰写和发表的学术论文
• 成果及专利