武漢城郊菜地土壤氮素的轉(zhuǎn)化與淋失研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中氮素的淋失是地下水硝態(tài)氮污染的主要來源之一，近十幾年來受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。本文在總結(jié)國內(nèi)外土壤中氮素轉(zhuǎn)化和淋失的研究基礎(chǔ)上，建立大型原狀土柱，通過原狀土柱試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和大田試驗(yàn)，以武漢城郊典型菜地土壤黃棕壤和潮土為研究對象，以小白菜、辣椒、莧菜、菠菜、蘿卜為供試蔬菜。深入探討了氮肥施用對武漢城郊菜地土壤氮素轉(zhuǎn)化和淋失的影響，揭示氮素轉(zhuǎn)化和淋失規(guī)律，總結(jié)提出了武漢城郊菜地控制地下水硝態(tài)氮污染的原則和對策，為蔬菜的可

2、持續(xù)生產(chǎn)和地下水硝態(tài)氮污染提供了科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1．利用大型原狀土柱系統(tǒng)（黃棕壤）研究了武漢城郊菜地系統(tǒng)硝態(tài)氮淋失規(guī)律。結(jié)果表明：氮肥的大量施用顯著增加了菜地土壤中硝態(tài)氮的淋失風(fēng)險(xiǎn)，是造成地下水硝態(tài)氮污染的主要原因之一。硝態(tài)氮平均淋失濃度（Y mg N/L）與氮肥施用量（x kgN/ha）（兩年）符合二次相關(guān)：Y=9E-06X2+0.0014X+3.51（R2=0.99，P<0.001）。即年施氮量為395.

3、89 kg N/ha和646.78 kg N/ha時(shí)，達(dá)到國家飲用水控制標(biāo)準(zhǔn)10 mgN/L和地下水源控制標(biāo)準(zhǔn)20 mg N/L。降水是引起硝態(tài)氮淋失的主要原因，硝態(tài)氮淋失主要發(fā)生在降水較多的春夏兩季，硝態(tài)氮淋失濃度高峰主要出現(xiàn)在秋冬季。氮肥施用量增加的同時(shí)增加了鈣鎂離子淋失量，硝態(tài)氮淋失量與鈣鎂淋失量之和呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。
　　 2．利用小型原狀土柱試驗(yàn)對比了武漢城郊主要菜地土壤類型黃棕壤和潮土的硝態(tài)氮淋失規(guī)律。結(jié)果表明：在

4、相同氮肥用量下，黃棕壤硝態(tài)氮淋失量要高于潮土，但潮土淋失濃度要高于黃棕壤。黃棕壤和潮土硝態(tài)氮淋失濃度（Y1）和（Y2）與氮肥施用量（X）（兩年）符合二次相關(guān)：Y1=5E-06X2+0.0044X+3.549（R2=0.981 P<0.0001）；Y2=4E-06X2+0.0062X+4.412（R2=0.980 P<0.0001）。黃棕壤年氮肥施用量為393.13kgN/ha和722.22kg N/ha時(shí)，潮土年氮肥施用量為320.69

5、 kg N/ha和680.18 kgN/ha時(shí)達(dá)到國家飲用水和地下水源硝態(tài)氮控制標(biāo)準(zhǔn)10 mg N/L和20 mg N/L。與大土柱相比，小土柱在低施氮量下模擬硝態(tài)氮淋失狀況較好。
　　 3．以大田試驗(yàn)為主結(jié)合原狀土柱試驗(yàn)，研究氮肥施用對蔬菜產(chǎn)量和硝酸鹽含量的影響。隨著氮肥施用量的增加，蔬菜產(chǎn)量先增加后降低，二者之間呈現(xiàn)顯著二次相關(guān)。蔬菜硝酸鹽含量隨氮素施用量的增加而迅速增加，二者呈顯著正相關(guān)關(guān)系，試驗(yàn)期間不同蔬菜硝酸鹽含量順序

6、為：小白菜>菠菜和蘿卜>辣椒，降低氮肥的施用量是減少蔬菜硝酸鹽含量最主要的方法。在綜合考慮蔬菜產(chǎn)量及硝酸鹽含量的基礎(chǔ)上，不同蔬菜作物最佳施氮量范圍為，秋季小白菜180 kg N/ha-270 kg N/ha，冬季菠菜40 kg N/ha-80 kg N/ha，春夏季早辣椒150 kg N/ha-300 kg N/ha，秋蘿卜120 kgN/ha-180 KG N/ha。在相同狀況下潮土蔬菜產(chǎn)量高于黃棕壤。
　　 4．在大型原狀土

7、柱上采用15N同位素和Br-示蹤方法，研究菜地氮肥施用對氮素的利用率及硝態(tài)氮淋失的影響。武漢城郊菜地土壤氮肥的施用主要以滿足當(dāng)季作物需要為主，后季作物對氮素的利用率低，當(dāng)季作物氮素的利用率平均為31.82％，后季作物對氮素利用率總和僅為4.72％。結(jié)果還明表，當(dāng)季蔬菜作物施用的氮肥對硝態(tài)氮淋失貢獻(xiàn)較小，硝態(tài)氮的淋失主要發(fā)生在后續(xù)作物中。利用Br-示蹤表明，當(dāng)水分淋失量為土壤田間持水量的2.22倍時(shí)，溴離子淋失完全。
　　 5．利

8、用小型原狀土柱與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合研究黃棕壤和潮土的礦化規(guī)律。黃棕壤和潮土的凈礦化速率隨溫度的升高而增加，在相同的溫濕狀況下潮土的礦化量要明顯高于黃棕壤。黃棕壤和潮土的礦化勢分別為74.63 mg N/kg和123.45 mg N/kg，分別占土壤全氮量的26.25％和24.21％。小土柱研究表明，春夏季土壤的礦化量與礦化速率要遠(yuǎn)高于秋冬季，試驗(yàn)期間黃棕壤和潮土礦化速率，春夏季為0.13 mg N/kg/d和0.18 mg N/kg/d，秋

9、冬季二者相同均為0.02 mg N/kg/d，試驗(yàn)后期秋冬季節(jié)土壤出現(xiàn)明顯的氮素固持現(xiàn)象。
　　 6．研究武漢城郊菜地系統(tǒng)氮素的干濕沉降。試驗(yàn)表明通過降雨降塵輸入的無機(jī)氮總量平均為29.58 kg N/hayr，濕沉降是大氣氮素沉降的主要組成部分，約占總無機(jī)氮素沉降量的81.05％。春夏季氮素沉降通量要高于秋冬季節(jié)，銨態(tài)氮沉降量要高于硝態(tài)氮。試驗(yàn)期間降水pH值平均為4.474±0.59。
　　 7．提出了武漢城郊菜地減少

10、硝態(tài)氮淋失策略。（1）減少氮肥施用量，黃棕壤年氮肥施用量不得超過722.22 kg N/ha，潮土不得超過680.18 kg N/ha；（2）減少秋冬季氮肥的施用量，并在越冬前種植蔬菜或閑填作物；（3）將深根系蔬菜與淺根系蔬菜輪作，種植生長期長的蔬菜作物并減少耕作次數(shù)；（4）在主要降雨季節(jié)減少灌溉量與灌溉次數(shù)，推廣節(jié)水灌溉措施；（5）根據(jù)不同蔬菜的需肥規(guī)律及土壤狀況推廣蔬菜測土配方施肥，提高氮肥的利用率；（6）施用硝化作用抑制劑。