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题名	荒漠绿洲沙质土壤硝态氮淋溶及其调控研究
作者	杨荣
学位类别	博士
答辩日期	2009-05-06
授予单位	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
授予地点	寒区旱区环境与工程研究所
导师	苏永中
关键词	沙质土壤 土壤硝态氮 灌溉 施肥 耕作 荒漠绿洲
其他题名	Characteristics of Nitrate Accumulation and Leaching from Sandy Soil on Desert Oasis Region, Northwest China
学位专业	自然地理学
中文摘要	通过3年田间定位试验和区域调查，结合试验室分析，研究了黑河中游边缘绿洲区沙质土壤在不同灌溉、施肥、轮作等管理方式下和不同种植模式下硝态氮在土壤剖面的积累特征、水肥利用效率及作物生产力；分析了绿洲区域地下水硝态氮的污染状况和影响因子。主要结论如下： 1由于灌溉、施肥、耕作等土壤管理的差异，导致不同农田利用方式下硝态氮在土壤剖面中的积累的不同。不同农田利用方式土壤硝态氮积累分布特征的调查研究结果表明，大棚蔬菜地各土层NO3--N含量均显著高于其他农田利用类型，土壤NO3--N累积量表现为大棚蔬菜地>番茄地>棉花地>制种玉米连作田>小麦/玉米间作田>小麦-玉米轮作田>苜蓿地>枣树园。大棚蔬菜地对地下水污染的威胁较为严重，番茄地和棉花地土壤剖面NO3--N累积量次之，这主要由于大棚蔬菜地、番茄和棉花的经济价值高，氮肥施用量较大，加之种植历史较短，平衡施肥技术的应用和研究也相对滞后，导致土壤硝态氮大量积累；粮田、苜蓿地和枣树园土壤剖面NO3--N累积量较小，粮食作物种植历史悠久，平衡施肥技术已基本普及，大量的试验研究也较为深入，加之粮价长期偏低，肥料价格上涨，过量施肥问题并不十分突出，但其污染潜力仍不容忽视。因此，在该区域应注重区域种植结构调整，对地下水污染威胁较强的大棚蔬菜因适当控制发展规模；扩大苜蓿、枣园污染威胁较低的土地利用方式面积；对于番茄、棉花作物则应从控制氮肥用量，平衡施肥，使用缓释肥等方面减少土壤硝态氮的积累；而对于种植历史较长的粮田则应深入研究量化施肥和灌溉用量，配方施肥使肥料利用率最大化，减少其潜在污染威胁。 2 冬灌储水是河西绿洲农田普遍采用的一种传统灌溉方式，但对于持水能力较低的沙质土壤容易通过土壤水分的下渗导致土壤氮素淋失。沙地农田冬灌前后土壤水分变化和土壤硝态氮分布特征的研究结果表明，冬灌后水分迅速下渗至土壤深层，不同灌溉量之间表层土壤含水量无明显差异，说明通过土壤冬灌来蓄水保墒，增加土壤含水量的传统灌溉方式对沙质土壤效果并不明显。冬灌降低了0-100 cm土层NO3--N含量，增加了100-300 cm土层NO3--N含量，灌溉量越高，这种趋势越明显；冬灌前后土壤剖面NO3--N积累量的损失情况分析表明，冬灌造成土壤0-100 cm土层的NO3--N向100-300 cm土层淋溶。因此，在沙地农田因建议通过实施免冬灌或减少冬灌数量来减少农田氮素淋失。 3 合理的水氮管理是保证农田生态系统作物生产力和减少区域水资源污染的重要途径。过量的水氮投入使氮肥利用率降低，增加土壤硝态氮的淋溶损失。沙质土壤不同灌溉和氮肥用量配合试验研究结果表明，施氮处理较不施氮处理玉米产量增加48.22%-108.6%，籽棉产量增加33.9%-50.9%；随施氮量增加，作物总吸氮量和氮收获指数增加，氮的农学利用率降低，而灌溉的影响较小，施氮量超过225 kg hm-2时，地上部植株氮肥吸收利用率和籽粒氮肥吸收利用率趋于下降。土壤剖面不同层次土壤粒级分布的差异，导致土壤硝态氮含量土壤中呈“W”型分布，即土壤硝态氮含量在0-20 cm、140-160 cm和260-300 cm土层均出现峰值，并随施氮量增加，峰值增高。低量灌溉处理下土壤硝态氮在土壤浅层累积较多，而高灌溉处理使更多的硝态氮淋溶至土壤深层。土壤硝态氮累积量和氮素表观损失量与施氮量均呈线性相关，即随施氮量增加，土壤硝态氮累积量和氮素表观损失量均增加，相关系数R2介于0.79-0.99之间，相关均显著。综合考虑产量、经济因素和土壤硝态氮淋溶，从环境效益和经济效益双赢的角度出发，玉米灌溉量从当地实际灌溉量12000 m3 hm-2 下调至9600-10800 m3 hm-2，最佳经济施氮量为287 kg N hm-2；棉花灌溉量应在8100 m3 hm-2以下，最佳经济施氮量为316 kg N hm-2。 4长期均衡施肥是提高农田生产力的主要途径。沙质土壤不同施肥管理研究结果表明，施用有机肥显著增加作物产量，但与化肥单施相比，有机肥更易导致土壤中硝态氮的积累，从持续农业发展及保护生态环境等方面考虑，有机无机肥配合施用是增加绿洲农田土壤生产力，维持和提高土壤质量的有效途径。与当地农户普遍采用的施肥量相比，22 500 kg hm -2的有机肥施用量下，减少化肥投入33%（N-P2O5-K2O，225-135-135）是合理的玉米施肥对策，而N-P2O5-K2O-M，75-60-60-22 500 kg hm -2 的施肥推荐是即能减少土壤硝态氮的积累风险，又能够发挥大豆最佳的生产潜力的优化施肥方式。 5河西绿洲农田普遍采用传统的三耕两耱（春耕-耙耱保墒，中耕除草-耙耱保墒，秋耕灌溉 ）、地膜覆盖和制种玉米连作的种植模式，对些栽培技术在该区域的适用性，特别是对沙地土壤硝态氮积累的影响方面的研究，对维持绿洲农田环境的健康稳定有重要的意义。沙地农田不同耕作方式、覆盖方式和轮作试验2年的试验结果表明，在沙地农田生态系统，相对传统的三耕两耱的耕作方式，尽管减少秋耕使玉米产量第一年降低6.3% ，第二年降低1.5%，但与传统耕作的差异均未达显著水平；与地膜覆盖处理相比麦秆覆盖处理使玉米产量显著降低，但却使大豆产量有增加趋势；减少秋耕和采用麦秆覆盖能够减少深层土壤硝态氮累积量；玉米大豆的轮作模式，对减少土壤硝态氮累积和淋溶也有积极的作用。因此，在沙地农田可以考虑通过减少秋耕、实施玉米大豆的轮作方式代替多年玉米连作，并在大豆生产中采用秸秆覆盖的种植方式，从而在减少劳动力和劳动成本投入的基础上，减少农田氮素淋溶损失。 6对区域地下水硝态氮污染状况进行科学合理的调查和评价，有利于掌握区域环境现状，并有助于及时提出合理的对策和调控建议。黑河中游地区地下水硝态氮污染状况调查研究结果表明，该研究区域存在地下水硝态氮污染状况，调查水井的NO3--N平均含量为10.66±0.19mg L-1 ，其中32.4%的水井NO3--N含量超过饮用水标准（NO3--N含量＞10mg L-1），16.9%的水井NO3- -N含量严重超标（NO3--N 含量＞20mg L-1）。临泽县污染状况最为严重，地下水硝态氮平均含量为12.03 mg L-1，超标率为42.9%，严重超标率为25.0%，高台县和甘州区地下水硝态氮平均含量又以高台县高于甘州区高于，二县区地下水硝态氮含量分别比临泽低0.44 mg L-1和3.86 mg L-1。两者的超标率为25.0%，比临泽低17.9%。严重超标率高台高于甘州区，两县区分别为：15.0%，8.7%。地下水硝态氮污染存在着区域差异，并受水井类型、采样深度、土地利用类型和土壤质地的影响。受硝态氮污染的地下水井采样深度基本都小于20 m；不同土地利用类型地下水NO3--N含量顺序为：蔬菜大棚＞制种玉米＞菜田 ＞带田＞水稻＞小城镇，蔬菜大棚、菜田和制种玉米种植区域内的地下水污染情况严重；沙质土壤区域内的地下水污染状况比壤土地区严重，沙质土壤地区地下水NO3--N含量平均值为比壤土地区高2.74倍，地下水NO3--N含量的最大、最小值以及超标率严重超标率均明显高于壤土地区。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	128
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/21817]
专题	寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	杨荣. 荒漠绿洲沙质土壤硝态氮淋溶及其调控研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009.

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