再生水灌溉条件下氮磷运移转化实验与数值模拟

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析, 结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程, 土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的数学模型模拟了不同污水灌溉方案下土壤及地下水中不同形态氮及磷的变化情况, 分析了不同灌溉方案下土壤的氮磷平衡和农田养分平衡状况, 结果表明: 适度的污水灌溉, 硝态氮和无机磷不会淋溶出1.5m土层, 不会对地下水造成氮磷污染; 施入土壤的铵态氮, 由于有较强的吸附性, 不易被作物直接吸收, 49%转化成硝态氮, 作物根系吸收以硝态氮为主, 氮肥当季利用率为23.3%;反硝化是进行污水灌溉时旱地土壤氮素的主要损失形式, 约占施入氮量的12.6%.      

滁州花山水文实验流域径流与氮素耦合模拟研究

采用SWAT模型方法对滁州花山水文实验流域进行了径流与氮素耦合模拟,探讨了流域土地利用对氮素输移的影响。构建了花山水文实验流域SWAT模型,采用2008年1月~2013年12月的降雨、径流等数据对径流模型进行率定和验证,以2012年5月~2013年12月的氮浓度监测数据对氮负荷模型进行验证。利用所建立的模型对现状土地利用情形和土地利用变化情景假设下进行了径流与氮素耦合模拟,计算了现状和不同土地利用情景假设下流域的径流深和氮负荷。结果表明:汛期的氮流失量占全年氮流失的比重较大,每年的汛期是控制氮流失的关键时期;旱地的氮流失潜力较水田大,林地的增加对氮负荷具有一定的消减作用;控制氮肥的使用,加强水土保持能力,可以有效减少流域氮负荷。     

水文过程中灌区农田非点源氮的归趋研究进展

天然降雨径流是灌区农田非点源氮污染形成的主要动力因素,研究降雨径流中农田氮素的流失规律及模拟方法对中国灌区非点源氮的综合治理具有重要意义.从农田氮素流失机理、影响因素以及预测方法等几个方面概述了水文过程中灌区农田非点源氮素归趋的研究进展,其中着重分析了水文过程中农田氮素流失预测的"黑箱"法、"解剖"法的优缺点和适用范围;并在此基础上,提出了中国开展灌区农田非点源氮污染研究的重点,包括典型研究单元选择、尺度界定以及不同水文路径中农田氮素流失的耦合模拟等.     

基于HYDRUS-1D模型模拟关中盆地氮在包气带中的迁移转化规律

以陕西关中盆地为研究区,利用HYDRUS-1D软件构建土壤水分运移模型、作物根系吸水模型和溶质运移模型,模拟了"三氮"在包气带中的迁移转化过程。结果表明:1)作物根系吸水吸氮规律一致,且主要吸收氨氮形式的氮素,吸收率为35%;2)亚硝态氮和硝态氮更容易被淋失到地下水中,且主要以硝态氮为主;3)不同包气带岩性对"三氮"向下迁移的速率和迁移量影响很大。     

太湖流域雪堰镇氮素流失规律及形态特性

以太湖流域雪堰镇为例,通过2009年3月~2010年2月连续12个月及两场次降雨事件的水质监测进行分析,研究不同河流、月份、区域、汛情、土地利用类型下氮素流失规律及形态特性,分析降雨过程中不同尺度3个流域(上涧村、龙泉河、雪堰镇)氮流失特征和不同河段氮流失规律。研究结果表明,雪堰镇氮素为劣Ⅴ类,非汛期污染比汛期严重,变化幅度大,不稳定,氮以溶解态为主,溶解态氮以硝氮为主;镇区硝氮浓度较非镇区低,氨氮比非镇区高,坑塘水面氮流失最严重,有林地(乔木较多)氮流失最少,茶园硝氮占溶解态氮百分比最高,果园氨氮占溶解态氮百分比最高;降雨前期未产流前氮素流失稳定,产流后流失越来越大,不同河段氮沿程变化基本稳定。     

丹江鹦鹉沟小流域氮素随径流的迁移及对水质的影响

计算小流域非点源氮素流失负荷,并以此开展丹江水源区水体污染源解析和控制研究。基于流域断面及小区监测试验,利用平均浓度法对鹦鹉沟流域氮素年均流失模数和不同土地利用类型的非点源污染负荷进行计算分析。结果表明:径流水质中主要是总氮质量浓度超标,且硝氮质量浓度均大于氨氮质量浓度;当坡耕地坡度大于25°时,氮素流失严重,水质极差;农村生产生活污染物排放对水质有很大影响,从断面1到把口站,硝氮质量浓度和总氮质量浓度增加较大;农地、草地和林地的总氮年均径流流失模数分别为0.36、0.22和0.09t/(a·km2);流域出口非点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均质量浓度分别为0.17,4.71和7.55mg/L,点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均质量浓度分别为0.20、2.12和4.08mg/L。总体来说,鹦鹉沟流域径流中总氮的流失模数为0.89t/(a·km2),总氮是影响水质的主要污染物,需加强对坡耕地氮素流失和农村生活垃圾的治理。     

喀斯特坡地不同土地利用方式碳氮流失的水文驱动特征

喀斯特坡地壤中流与地表径流并存,共同驱动了土壤关键生源物质的迁移,造成该区土壤生产力下降、地下水污染。为揭示喀斯特坡地土壤碳氮流失途径及其水文驱动机制,本研究以喀斯特坡地径流微区(2 m×1.2 m)为研究对象,分析了火烧、轻度砍伐、重度砍伐、人工林、耕地、牧草6种不同土地利用方式对土壤碳氮流失途径、形态及通量的影响。结果表明:降雨是土壤碳氮流失的主要驱动因子,降雨产流阈值为16 mm,55 mm时达到产流峰值。各土地利用方式仅在暴雨下有显著差异,其中,人工林的土壤碳氮流失量较大,而重度砍伐的流失量较小。土地利用方式不改变土壤碳氮的流失途径,各土地利用方式均以地表流失为主(51.29%～75.15%),壤中流为辅,其中壤中流主要通过A层流失(65.20%-89.12%)。氮素流失形态以NO₃^--N为主(45.84%～56.49%)。研究结果可为揭示喀斯特坡地生源物质流失过程及其水文驱动机制、研发水土流失与面源污染阻控技术提供参考。     

坡地氮磷流失过程模拟

根据农田坡面氮、磷流失的主要过程,建立了基于次降雨事件的坡面氮、磷迁移模型。模型采用改进的Green-Ampt方程和运动波方程计算下渗与坡面流,土壤侵蚀采用修改的欧洲土壤侵蚀模型计算,用考虑了侵蚀影响与扩散作用的迁移模型计算坡面氮、磷迁移过程,采用一维对流扩散方程计算氮、磷在土壤中的迁移过程。利用室内人工降雨资料对模型进行了率定及验证。结果表明,模型可以较好地模拟地表径流中氮、磷浓度,率定期与验证期模型效率系数均在0.89以上。根据坡地氮、磷流失机理,分析了降雨强度与地表坡度对坡面径流中氮、磷浓度的影响。     

紫色土丘陵区典型小流域水体N、P含量及其环境特征

N、P各形态浓度在川中丘陵区小流域的水体中显示出明显的时空特征,在地表水中,以旱地为主的小流域上部的硝态氮、氨态氮、全氮要低于小流域下部水田的,而以流域人口密度较大的群英池和小流域下部的沟道水中氨态氮浓度较高,说明人为活动对其影响较大。在地下水中以小流域上部为最高,明显高于该流域的中下部;它们的季节变化与流域降水的季节变化基本是一致的。紫色土丘陵区水体富N,地下水NO_3~--N超标率达60％,;地表水和地下水均尚未出现P的富营养,但潜在的污染不可忽视。     

云南滇池流域西芹种植区不同施肥条件下的地下水环境氮素污染

通过野外田间实验,研究了高量施肥处理、低量施肥处理、不施肥处理以及空白对照裸地等不同施肥处理条件下土壤水中各种形态氮的时空分布情况,探讨了地下水环境中氮素在不同施肥处理条件下的迁移转化特征.结果表明,在各种处理条件下,土壤水中硝态氮质量浓度随深度的增大而减小,而亚硝态氮与铵态氮质量浓度在剖面上的变化幅度较大,这种变化主要受土壤水氧化还原电位的影响.硝态氮随时间的变化趋势在4个处理区表现各异:在高量施肥处理区,各层位的土壤水中硝态氮质量浓度总体上呈增大趋势;在低量施肥处理区,硝态氮受作物生长和灌溉的影响呈拍岸浪式向下迁移;在不施肥处理区和空白对照裸地处理区,由于表层土壤中硝态氮背景值较高(0～30 cm处土壤硝态氮平均质量分数达到15.59 g/kg),灌溉水的下渗也导致硝态氮向下迁移.高量施肥处理区和空白对照裸地处理区土壤水的对比表明,施肥可促进0.6～1.5 m深处土壤的反硝化作用,从而增大这些层位土壤水中亚硝态氮和铵态氮的质量浓度.     

The role of soil surface water regimes and raindrop impact on hillslope soil erosion and nutrient losses

Few investigations have addressed the interaction between soil surface water regimes and raindrop impact on nutrient losses, especially under artesian seepage condition. A simulation study was conducted to examine the effects on nitrogen and phosphorus losses. Four soil surface water regimes were designed: free drainage, saturation with rainfall, artesian seepage without rainfall, and artesian seepage with rainfall. These water regimes were subjected to two surface treatments: with and without raindrop impact through placing nylon net over soil pan. The results showed saturation and seepage with rainfall conditions induced greater soil loss and nutrient losses than free drainage condition. Nutrient concentrations in runoff from artesian seepage without rainfall condition were 7.3–228.7 times those from free drainage condition. Nutrient losses by runoff from saturation and seepage with rainfall conditions increased by factors of 1.30–9.38 and 2.81–40.11 times, and the corresponding losses with eroded sediment by 1.37–7.67 and 1.75–9.0 times, respectively, relative to those from free drainage condition. Regardless of different soil surface water regimes, raindrop impact increased 20.90–94.0 % nutrient losses with eroded sediment by promoting soil loss, but it only significantly enhanced nutrient transport to runoff under free drainage condition.     

不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究

针对不同的水肥处理,采用15N示踪方法,观测分析了氮素在稻田的时空分布及运移规律、挥发及淋失损失规律、氮素在水稻植株中的分布特征、稻田氮量平衡等。结果表明:不同灌溉方式下,由于稻田水分状况的差异导致土壤养分时空分布不同,从而影响其对作物的有效性;由于节水灌溉稻田水分相对较少,基质浓度较高,挥发损失高于淹灌。虽然节水灌溉下稻田渗漏液NH₄及NO₃-浓度较淹灌高,但由于此时总渗漏量显著减少,氮的总淋失较淹灌条件少;节水灌溉下,适当增加追肥次数,有利于减少各种氮素养分的损失,提高氮肥利用率;节水灌溉下水稻对氮素的吸收利用率高于淹灌,且有利于氮素养分向稻谷转移。     

江汉平原旱地和水田土壤镉的吸附与解吸特征及影响因素

为揭示旱地和水田土壤镉的吸附解吸特征,以江汉平原黄豆地、棉花地以及水稻田土壤为研究对象,开展土壤镉的吸附动力学实验、等温吸附?解吸实验以及有机质的影响实验.结果表明:江汉平原土壤对镉的吸附是一个较为复杂的吸附动力学过程且以化学吸附为主,研究区土壤镉的初始吸附速率总体上表现为水田土壤大于旱地土壤;旱地土壤对Cd2+具有较...     

松嫩平原中南部黑土氮流失程度及分布特征研究

对松嫩平原中南部黑土区20世纪80年代以及目前土壤中氮含量数据资料分析结果显示,近40年来研究区土壤氮的流失率达到5.02%.总体上呈现出土壤氮含量丰富-较丰富的一级、二级土地面积大量减少,而土壤中氮含量中等-缺乏的三级、四级和五级土地面积逐渐增大.对研究区不同土地利用方式土壤氮含量变化特征统计结果显示,研究区人为活动影响较强的水田和旱田两种主要土地利用方式土壤中氮含量丰富区的土地所占面积比例分别减少了20.9和6.1个百分点;人为活动影响相对较弱的沼泽湿地、草地和林地3种土地利用方式土壤氮含量丰富区的面积有所增加.对不同行政区市县土壤氮含量变化特征空间分析结果表明,研究区有6个市县土壤氮流失达到重度程度,建议作为黑土氮流失治理的重点地区;有8个市县（区）土壤氮流失达到中度程度,应作为土壤氮流失防与治兼顾的重点地区.     

Effects of topography on the transport of agricultural chemicals to groundwater in a sand-plain setting

Geochemical data were collected to investigate the effects of topography and focused recharge on the transport of agricultural chemicals to groundwater through sandy soils. The research was done at a topographically high (upland) site and a depressional (lowland) site within a corn field. Agricultural chemicals that move readily with water were most directly affected by focused recharge to the lowland site. Surface runoff of water to the lowland site was the primary cause for the generally greater flux of chloride, nitrate nitrogen, and sulfate compared with the upland site. Based on data from the unsaturated zone, for example, the average annual fluxes of these chemicals in 1992–1993 were 5.1, 3.4, and 1.7 times greater, respectively, at the lowland site. Study results indicate that consideration should be given to modifying site-specific management farming technology to account for varying recharge rates in different topographic settings. By reducing chemical application rates in topographic depressions, where focused recharge of chemicals occurs because of surface runoff, farmers could improve ground-water quality as well as reduce expenditures for agricultural chemicals. Electronic Publication     

土壤与养分流失综合监测方法在密云水库流域的应用

土壤与养分流失综合监测方法是根据通用流失方程的基本原理,在对我国中东部南北不同环境条件下大量周年实测数据的统计、分析基础上建立的适合我国南北地区的水土流失与面源污染一体化定量监测方法。本研究采用该方法对密云水库流域2001年度的土壤和氮素养分流失的空间分布,不同土地利用方式对土壤和氮素养分流失的影响,以及泥沙、养分的入库量进行了系统的监测,且利用水文站的实测数据对监测结果进行检验。结果显示,该监测方法对土壤和氮素流失监测的相对误差分别为2.75%~19.63%和-18.78%,监测效果较好。该监测方法具有技术先进、方便、实用、可更新性强和效果好的诸多特点,在我国现有相关资料积累条件下,适用范围较广。随着相关研究的进一步深入,该监测方法可通过改进满足更高时空监测需求,具有较好的应用前景。     

Influences of mulching durations on soil erosion and nutrient losses in a peanut (Arachis hypogaea)-cultivated land

Plastic film mulching is widely employed to improve crop yields. Mulching for the entire crop growth period is a widespread practice. However, a shorter plastic film mulching duration is suggested for obtaining larger grain yield recently. To quantify the effects of plastic film mulching durations on soil erosion and nutrient losses, a three-treatment experiment with three replicates was constructed in field. The designed treatments were control (M0, non-mulched treatment), mulching from sowing to the end of the peanut pod-setting stage (M1) and pod-filling stage (M2). Plastic film mulching significantly increased the mean runoff and sediment yield. With film mulching, the mean runoff and soil losses among M1 and M2 treatments had no significant difference, and significantly larger than that in M0 treatment. After mulching removing, there were no significant differences between the mean runoff and soil losses of M0 and M1 treatments. Compared with the M2 treatment, the M0 treatment had significantly reduced mean runoff and soil losses of all the events. Non-mulching increased the total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) losses. The M0 treatment had the highest TN (23.0 mg m^?2) and TP (3.02 mg m^?2) losses in the three treatments. The M2 treatment significantly reduced the TN and TP losses. In conclusion, mulching from sowing to the end of pod-setting stage was suggested as the appropriate choice for the largest yield and less soil erosion. But, some soil conservation measurements should be taken in furrow areas to effectively reduce soil erosion, under the condition of film mulching.     

吉林西部盐碱农田有机碳矿化和激发效应对氮磷添加的响应

为了研究不同盐碱程度旱田和水田土壤有机碳（SOC）矿化对氮、磷添加的响应,定量化其激发效应的大小和方向,选择了吉林西部3块盐碱旱田样地（H1,H2,H3）和3块盐碱水田样地（S1,S2,S3）,采用实验室模拟培养,将无机营养素（（NH₄）₂SO₄、KNO₃和KH₂PO₄）以7种形式添加到0~15 cm表层土壤样本中,在25 ℃恒温箱内连续监测32 d的CO₂释放量,分析7种氮、磷添加处理对SOC矿化和激发效应的影响。结果表明：1）按7种处理形式分别添加200 mg/kg和1 000 mg/kg氮或磷,SOC矿化量和矿化速率均增加了158.5%~876.5%;同一添加物的质量分数越高,SOC矿化量越大,且随着培养时间延长,SOC矿化速率呈逐渐降低的趋势。2）在培养期间,各添加组均产生了正激发效应。3）在培养期间,部分处理组的SOC矿化、激发效应和碱化度表现出显著负相关性（显著性水平p<0.05）。碱化度越大,SOC矿化作用和激发效应越弱;矿化作用越大,正激发效应越低。4）与水田土壤相比,旱田SOC矿化和激发效应对添加氮、磷的响应更大。