人为影响下稻田生态系统环境来源氮解析

论文摘要

本文通过长江三角洲地区南京、常熟和杭州三地大气干湿沉降的全年性连续观测试验，估算了目前该地区大气干湿沉降氮的数量。通过河水氮污染状况调查和模拟稻田灌溉回填土柱淋洗试验，对当前太湖地表水氮污染源进行了评论，并估算了灌溉带入稻田的氮量。通过大型原状渗漏池试验，观测了稻—麦生长季农田淋洗氮损失、径流氮损失以及NH3挥发损失等进入环境的活化氮量。此外，利用15N同位素示踪技术，在小麦和水稻两种作物上采用大田试验和砂培试验（普通砂培和ITNI装置）两种方法研究了肥料—土壤—大气—植物之间氮的交换。主要研究结果表明： （1）通过降雨带入长江三角洲地区的南京、常熟和杭州三地的湿沉降氮量分别为22.7kgNha-1yr-1、24.5kgNha-1yr-1和30.0kgNha-1yr-1，平均为25.7kgNha-1yr-1；可被2molL-1氯化钾（KCl）提取的大气颗粒中有农学意义的干沉降氮量为7.16kgNha-1yr-1。研究还发现，氮的大气干湿沉降量具有明显的季节性变化特征，湿沉降氮水稻生长季高于小麦生长季；干沉降氮的季节性变化与湿沉降氮变化相反，小麦生长季高于水稻生长季。 （2）根据常熟、南京和杭州的三个大气沉降氮观测点的雨水NH4+／NO3-比率和δ15NH4+值结果，探讨了雨水中NH4+氮的起源。雨水NH4+／NO3-比率存在季节性变化，这种变化主要是降水中NH4+浓度的季节性变化引起的。NH4+／NO3-比值变化与氮肥施用时间、不同作物生长季、耕作制（农田和菜地）以及季节性气候变化紧密关联。研究还发现，降水中NH4+的15N自然丰度值也存在季节性变化，这种变化同样也与氮肥的施用时间，不同的稻麦生长季及气候的季节性变化紧密关联。因此，可以根据NH4+／NO3-比率和δ15NH4+值的季节性变化对大气湿沉降NH4+的来源和陆地NH3排放源强度进行指示。 （3）目前，长江三角洲地区在水稻季通过河水灌溉带入稻田的氮量约为56kgNha-1，相当于当季施氮量(300kgNha-1)的1／5左右。河水中高浓度的氮污染源主要来自农村人和动物排泄物、城市生活污水的排放以及农田氮的迁移。大气干湿沉降氮也是目前该地区地表水体重要的氮污染源之一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 人为活化氮及其环境后果
• 1.1.1 自然活化氮和人为活化氮
• 1.1.2 全球和区域人为活化氮数量及未来预测
• 1.1.3 陆地氮通量
• 1.1.4 人为活化氮增加,陆地氮通量增加导致全球三大环境问题进一步加剧
• 1.1.4.1 温室效应
• 1.1.4.2 水体富营养化
• 1.1.4.3 酸雨
• 1.1.5 人为活化氮增加引起的其它生态环境问题
• 1.1.5.1 生物多样性减少
• 2O破坏臭氧层及其生态环境后果'>1.1.5.2 N₂O破坏臭氧层及其生态环境后果
• 1.2 大气干湿沉降氮对农业的贡献及其环境影响
• 1.2.1 国内外大气干湿沉降氮研究进展
• 1.2.2 大气干湿沉降氮对农业和水环境的影响
• 1.2.3 大气干湿沉降氮对森林的影响
• 1.2.4 大气干湿沉降氮对土壤的影响
• 1.2.5 大气干湿沉降氮对水体氮污染源的贡献
• 1.3 水体氮污染
• 1.4 研究环境氮对于农田氮平衡和水环境的意义
• 第一部分 稻田生态系统环境来源氮（河水和大气干湿沉降）对稻、麦营养的贡献和水环境的影响
• 第二章 大气干湿沉降氮研究
• 第一节 长江三角洲地区大气干湿沉降氮的数量、地区变异及其历史变化
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 研究地区与方法
• 2.1.2.1 研究地点状况
• 2.1.2.2 样品的采集处理
• 4⁺、NO₃^-的测定和计算'>2.1.2.3 水样NH₄⁺、NO₃^-的测定和计算
• 2.1.3.结果与分析
• 2.1.3.1 干湿沉降氮量和地区变异
• 2.1.3.2 长江三角洲地区大气湿沉降氮的历史变化
• 2.1.4 小结
• 4⁺／NO₃^-比率和δ¹⁵N值的时空变异、大气沉降氮的动态变化及影响因素'>第二节 长江三角洲地区大气湿沉降氮的NH₄⁺／NO₃^-比率和δ¹⁵N值的时空变异、大气沉降氮的动态变化及影响因素
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 研究地区与方法
• 2.2.2.1 雨水观测点概况
• 2.2.2.2 样品的采集
• 4⁺,NO₃^-和δ¹⁵NH₄⁺的分析'>2.2.2.3 雨水NH₄⁺,NO₃^-和δ¹⁵NH₄⁺的分析
• 4⁺,NO₃^-平均浓度及δ¹⁵NH₄⁺的计算'>2.2.2.4 雨水NH₄⁺,NO₃^-平均浓度及δ¹⁵NH₄⁺的计算
• 2.2.3 结果与分析
• 4⁺／NO₃^-比率的季节性变化'>2.2.3.1 雨水中NH₄⁺／NO₃^-比率的季节性变化
• 15NH₄⁺值的季节性变化'>2.2.3.2 雨水中δ¹⁵NH₄⁺值的季节性变化
• 2.2.3.3 大气沉降氮的动态变化
• 2.2.4 小结
• 第三章 地表水体不同形态氮浓度状况研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 常熟地区河湖水体氮磷浓度调查
• 3.1.2 模拟稻田灌溉回填土柱淋洗试验
• 3.1.2.1 供试土壤
• 3.1.2.2 淋洗柱结构及试验处理
• 3.1.2.3 淋洗柱的准备、样品的收集及累积淋失氮磷量计算
• 3.1.3 样品的分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 常熟地区河湖水体不同形态氮浓度的季节变异
• 3.2.1.1 河水氮磷污染状况
• 3.2.1.2 湖荡氮磷污染状况
• 3.2.1.3 河、湖水不同形态氮磷浓度的季节性变化
• 3.2.2 模拟稻田灌溉回填土柱淋洗试验结果
• 3.2.2.1 模拟稻田灌溉不同氮组分淋洗特征
• 3.2.2.2 土壤对灌溉水氮、磷的固持和转化
• 3.2.2.3 灌溉水带入稻田的氮
• 3.3 小结
• 第四章 太湖地区地表水体氮污染源评论
• 4.1 引言
• 4.2 研究方法
• 4.2.1 河水水样的采集
• 4.2.2 试验设计和处理
• 4.2.2.1 淋洗试验
• 4.2.2.2 径流试验
• 4.2.2.3 大气干湿沉降氮的观测
• 4.2.3 样品的分析
• 4.3 研究结果
• 4.3.1 河水中不同形态氮浓度的季节性变化
• 4.3.1.1 河水氮浓度丰水期高于枯水期
• 4.3.1.2 河水氮浓度丰水期变异大于枯水期
• 3^-的淋洗'>4.3.2 农田NO₃^-的淋洗
• 3^-的淋出量高于水稻生长季'>4.3.2.1 小麦生长季NO₃^-的淋出量高于水稻生长季
• 3^-的¹⁵N丰度高于水稻生长季'>4.3.2.2 小麦生长季淋出的NO₃^-的¹⁵N丰度高于水稻生长季
• 4.3.3 稻麦生长季农田径流氮
• 4.3.4 大气干湿沉降氮
• 4.4 讨论
• 4.4.1 目前太湖地区地表水氮污染源并非主要来自农田氮
• 4.4.2 太湖河网地区地表水氮污染源的解析
• 3^-的起源'>4.4.2.1 河水中NO₃^-的起源
• 4⁺的起源'>4.4.2.2 河水中NH₄⁺的起源
• 4.4.2.3 河水中有机氮的起源
• 4.4.3 不同季节河水氮浓度差异的可能性原因分析
• 4.4.3.1 大气干湿沉降氮的季节性分配
• 4.4.3.2 宅基及其附近地表含氮有机物的季节性积累和分配
• 4.5 小结
• 第二部分 稻—麦体系下当季农田氮淋洗、径流及氨挥发试验
• 第五章 稻-麦体系下农田氮淋洗、径流及氨挥发损失研究
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 试验地点和供试土壤
• 5.1.2 试验设计和处理
• 5.1.3 样品收集及处理方法
• 5.1.3.1 渗漏水和径流水样收集与测定
• 3挥发收集与测定'>5.1.3.2 NH₃挥发收集与测定
• 5.1.4 结果计算
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 稻麦生长季农田淋洗损失氮量
• 5.2.2 稻麦生长季农田径流损失氮量
• 3挥发损失氮量'>5.2.3 稻麦生长季农田NH₃挥发损失氮量
• 5.3 小结
• 第三部分 稻田氮的生物地球化学循环
• 第六章 肥料—土壤—大气—植物之间氮的交换
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 氮素间交换试验
• 6.1.2 植物直接吸收大气干湿沉降氮的试验处理与方法
• 3排放试验'>6.1.3 植株NH₃排放试验
• 15N分析及包括植物直接吸收沉降氮的计算'>6.1.4 植株含氮量、¹⁵N分析及包括植物直接吸收沉降氮的计算
• 6.2 研究结果
• 6.2.1 肥料氮与土壤氮的交换
• 6.2.2 植物直接吸收大气干湿沉降氮
• 3排放'>6.2.3 植株NH₃排放
• 6.3 小结
• 总结
• 创新点
• 参考文献
• 作者简介
• 论文与成果
• 致谢