（环境工程专业论文）川中丘陵小流域农田生态系统非点源氮污染研究.pdf

摘要 氮是陆地生态系统最重要的生命元素，是农作物生长的主要限制因子，但化肥 氮施用量不断提高，从而氮的非点源污染已引起广泛的关 = b 自1 9 8 0 s 以来，我国各 大湖泊、水库以及许多地方的地表水和地下水都面l 临着严峻的非点源污染问题。已威 胁到人的健康和社会的可持续发展，其中氮的超标就是主要原因之一。 地处长江上游核心地带的紫色土丘陵区，是四川农业的主体，严重的水土流失、 不合理的农业耕作和肥料管理造成非点源污染日益严重，以过量施用非点源氮的污染 尤为突出，不仅造成当地土地退化，水环境质量下降，而且对长江流域生态系统的可 持续发展带来较大压力? 本文选取了一典型小流域农田生态系统，通过对小流域农田、 水体和小流域径流、泥沙中氮素的连续定位观测，研究氮素的非点源污染源、污染途 径和污染方式及其对水环境的影响，查明氮素的非点源污染特征，探讨农业非点源氮 的迁移途径及环境效应，为预防和控制紫色土丘陵区氮素非点源污染提供科学的依 据。 研究小流域选择中科院盐亭紫色土农业生态试验站集水区。在小流域内不同台 位的农地、水域和径流场设置氮素定位观测点。从2 0 0 2 年4 月到2 0 0 3 年4 月对小流 域径流、泥沙及各类水体进行氮素形态的连续监测，并采集作物收获后的农田土壤和 枯水期的集水区底泥，测定其各形态氮含量。分析本区氮的非点源污染状况以及对环 境的影响，i 结果表明： 川中丘陵农田生态系统的早地径流和水田田面水中，非点源污染中颗粒态氮占 很大比例，分别为3 5 和3 7 。两季田田面水和冬水田田面水总氮浓度略低于农田 径流的总氮浓度。两季田和冬水田田面水总氮浓度均低于早地径流。农田径流中总 氮平均浓度顺坡种植 平板种植 聚土垄作。不同种植方式之间氮素的流失受颗粒态 氮的流失有一定的差异。说明在施肥一致的情况下，聚土垄作种植和平板种植对较 传统顺坡种植有较好的养分保持作用。旱地径流全年总氮污染输出为o 9 5 k g h m 2 a ， 全年通过地表径流输出的氮素占化肥施用量的0 5 5 。两季田和冬水田田面水总氮污 染负荷分别为6 5 5 k g h m 2 a 和5 5 4 k g h m 2 a ，占当年化肥拖用量的比例分别为2 。6 和4 3 。 小流域地表水中以堰塘和沟道水中氨态氮污染较为严重，各堰塘无机氮的平均 浓度为1 0 1 m g l ，超过水体富营养化的浓度下限( o 5 m g 几) 一倍以上；小流域高台位 的群英池中出现高浓度的n h 4 + - n ，占无机总氮的7 8 。沟道水中总氮以氨态氮为主， 约占无机总氮7 0 。高浓度的氨态氮可能源于人为影响，属人畜排泄物及生活污水 的污染特征。小流域各水体非点源氮污染以地下水中n 0 3 - n 最为严重；小流域上部 地下水平均浓度高达1 0 5 5 m g l ，最高值达1 4 ，2 3 m g l ，已超过了饮用水标准( w h o 规定生活饮用水n 0 3 - n 浓度上限为1 0 r a g l ) ；小流域中下部井水的硝态氮的污染水 平 目对较小，以张飞井为最低，说明农业非点源经过小流域堰塘、低洼水田和沟道 的拦蓄，到出口处已大为下降。水体n 0 2 - n 含量较低，其都在o x m g l 以下，没有 对水体造成污染。 小流域非点源污染呈现明显的时空特点：季节变化与流域降水的季节变化基本 一致，在当年的降雨条件下小流域氮素输出为1 7 7 4k g n k m 2a ，非点源污染约从6 月开始上升，一直持续到l o 月，集中在降雨丰富的时段。夏季三个月( 6 8 月) 是 非点源污染的高发季节，非点源污染负荷的绝大部分发生于该时期，这与年雨量的 6 0 集中于该季节而降水多以暴雨形式出现有关。此外，小流域非点源氮污染的空i b j 分异特征表现在：地下水中非点源氮以小流域上部为最高，明显高于该流域的中下 部；在以早地生态系统为主的小流域上部，地表水硝态氮、氨态氮、全氮低于以小 流域下部的水田，而在小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，说明人为活动可能对农村非点源污染有重要贡献。 综上所述，川中紫色土丘陵区地表水和地下水非点源氮污染已较为严重，地表 水以氨态氮污染和颗粒态氮污染为主要形式，地下水以硝态氮污染为主要形式。在 今后控制非点源污染的措施中要以控制施肥量和适宜的农田耕作方式为重点，以减 少地表径流和地下淋洗中氮的含量。j 一， 关键词：非点源氮湾貉淋溶渗漏川中丘陵区 ，j 一，一 ：冀、碧 ? 一：，- 2 a b s t r a c t w i t ht h e s h a r p i n c r e a s e a p p l i c a t i o n o fc h e m i c a l n i t r o g e n f e r t i l i z e r sa n df a r m m a n u r eu s e dt oa g r i c u l t u r e ，m u c ha t t e n t i o ni sf o c u s e do nn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o no f n i t r o g e na n de f f e c t so ne n v i r o n m e n ta n dh u m a n sh e a l t h s ot h a t ，n o n p o i n t s o u r c e s p o l l u t i o no fn i t r o g e nb e c o m e s ac r u c i a lp r o b l e m a g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n h a sb e e na t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nb e c a u s eo fe u t r o p h i c a t i o na n dn i t r a t e c o n t a m i n a t i o nt ot h es u r f a c ea n dg r o u n dw a t e r s i n c e1 9 8 0 s ，s u r f a c ew a t e ro fl a k e s ， r e s e r v o i r sa n dr i v e r si nd i f f e r e n tr e g i o no fc h i n aw e r es e r i o u s l yp o l l u t e db yn o n p o i n t s o u r c e p o l l u t a n t ， w h i c ha r e m e n a c i n g h u m a n sh e a l t ha n dn a t i o n a ls u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t p u r p l es o i l d i s t r i b u t e sw i d e l yi nh i l l yr e g i o n so ft h eu p p e rr e a c h e so fy a n g t z e r i v e r ，e s p e c i a l l y i nt h es i c h u a nb a s i n ，w h i c hi st h em o s t i m p o r t a n ta g r i c u l t u r a la r e ai n s i c h u a n p r o v i n c e h o w e v e r ，h e a v y r u n o f f a n ds o i le r o s i o no f p u r p l e es o i ln o t o n l yl e a d s t os o i ld e g r a d a t i o na n dd e c r e a s eo f w a t e re n v i r o n m e n ta q u a l i t yl o c a l l y ，b u ta l s ob r i n g s h e a v yp r e s s u r et os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o fy a n g t z er i v e r i nt h i sr e s e a r c h ，a t y p i c a l a g r i c u l t u r a lc a t c h m e n te c o s y s t e mi nt h eh i l l y a r e aw a sc h o s e na sac a s ef o rs t u d i e so n f o r m a t i o ns i t u a t i o n ，m e c h a n i s ma n de f f e c t so f n o n p o i n ts o u r c ep o l l u i t o no fn i t r o g e ns o a st op r o v i d es c i e n t i f i cb a s e sf o rc o n t r o lo n n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nt h eh i l l ya r e ao f p u r p l es o i l n i t r o g e nn o n p o i n t s o u r c e s p o l l u t i o n r e s e a r c h e sw e r ec a r r i e do u ti n y a n t i n g a g r o - e c o l o g i c a ls t a t i o n ( c a s ) w a t e r s h e d n i t r o g e ni n p u t o u t p u t a n d t r a n s p o r t a t i o n o b s e r v a t i o nw a sc o n d u c t e di nd i f i e r e n t1 0 c a t i o no ff a r m l a n d s 。s u r f a c ew a t e ra n dr u n o f f p l o t s f r o ma p r 2 0 0 2t oa p r 2 0 0 3 ，n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n sa n df o r m so fr u n o f f , s e d i m e n ta n ds u r f a c e - g r o u n dw a t e ri nt h i ss m a l lw a t e r s h e dw e r em o n i t o r e dt w i c ea m o n t hw i t ht w or e p l i c a t e s a f t e rc r o p sw e r eh a r v e s t e di nt h ed r ys e a s o n ，n i t r o g e n c o n t e n t so fs o i la n ds e d i m e n ts l u d g es a m p l e si np o n da n dr u n o f f d r a i n a g ew e r et e s t e d n i t r o g e np o l l u t i o nl o a dw a sc a l c u l a t e db a s e do na b o v eo b s e r v e da n di n v e s t i g a t e dd a t a i m p a c to fn o n p o i n ts o u r c e sp o l l u t i o no fn i u o g e no nt h ee n v i r o n m e n tw a sd i s c u s s e di n t h i sp a p e r r e s u l t ss h o w e d ， i nt h eu p l a n dr u n o f fa n ds u r f a c ew a t e ri nt h e p a d d yf i e l d s p a r t i c l en i t r o g e n c o n t r i b u t e s3 5 a n d3 7 t ot o t a ln i t r o g e n ( t n ) r e s p e c t i v e l y a v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f t o t a l n i t r o g e n i nf a m e l a n dr u n o f fw a si n f o l l o w i n gs e q u e n c e ：s n t r c s ( s e a s o n a l n o t i l l a g er i d g ec r o p p i n gs y s t e m ) 溶解态氮，d n ( d i s s o l v e dn i t r o g e n ) 过硫酸钾氧化- 紫外分光光度法 氨态氮，n 1 4 + - n ：纳氏试剂法 硝态氮，n 0 3 - n ：紫外分光光度法 亚硝态氮：n 0 2 - n ：重氮化偶合分光光度法 溶解无机氮，i n ( i n o r g a n i cn i t r o g e n ) ：i n = 【n h 4 + - n 】+ i n 0 3 。- n 】+ n 0 2 一n 】 颗粒氮，p n ( p a r t i c l en i t r o g e n ) ：p n = t n - - d n 溶解有机氮，o n ( o r g a n i cn i t r o g e n ) ：o n = d n - i n 溶解态氮( d n ) 指水中可溶性及含可滤性固体( 小于0 4 5 i - t m 颗粒物) 的含氮量； 总氮( n d 指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量。 2 4 4 采样时间 于2 0 0 2 年4 月2 6 日，5 月2 6 日，6 月1 0 日，7 月4 日，7 月2 9 日，8 月9 目， 8 月2 1 目，9 月1 1 日，9 月2 1 日，1 0 月2 5 日，1 1 月2 2 日，1 2 月2 1 日，2 0 0 3 年 1 月1 2 日，2 月2 6 日，3 月7 日，3 月1 5 日采集水样。测定样品中各种形态氮素 的含量，计算耕地径流量及其氮的浓度：对不同耕作方式下，以及不同的耕作方式 和植被覆盖条件下浓度差异进行对比。 本实验在2 0 0 2 年4 月到7 月间的水样只测了n h 4 + - - n 、n 0 2 - 一n 、n 0 3 一n ， 从7 月4 日采样开始所有水样加测了总氮和可溶性总氮。 2 0 0 2 年9 月份作物收获后采集各早地和水田的土壤样品，分3 个剖面采集 ( 0 - 1 5 c m ，1 5 - 3 5 c m ，3 5 5 0 c m ) ，1 2 月份采集各集水区底泥。 2 4 5 侵蚀量、径流量和污染负荷的计算 侵蚀量1 1 4 9 】 e q 侵蚀量“k m - 2 ) = 湿沙重( g ) 鑫磊兰畿+ 容量法取样水位深 ( c m ) x 池子参数x ( 干沙合重一合重) ( g ) ) x 1 0 径流量1 1 4 9 】 r q 径流量( m 3 h m 。2 ) = ( 沉沙池水位( c m ) x 池子参数+ 量水池水位( c m ) 池子参数) 1 0 0 池子参数：耕地径流场，沉沙池= 0 0 1 ；量水池= 0 2 非点源污染负荷的估算方法 一般可利用常规月监测数据进行估掣5 9 1 ： l = c jq i 式中，l 一该月径流携带的负荷量；c 一某种污染物第i 月平均浓度；q i 一第i 月平均 径流量。 平均浓度的推算1 5 0 ： c = c i w ，e w i 式中c 一多次( 如m 次) 暴雨非点源污染物的加权平均浓度；ci i 次径流的 实测污染物浓度，mg l ；w i 一该次暴雨产生的径流量，i t l 3 。 总污染负荷估算方法【7 5 1 ： w t = c s m w s + c b m w b 式中，w r 一总污染负荷量，c s m 、c b m 分别为地表径流和地下径流的平均浓度； w s 、w b 分别为年地表和地下径流量。 3 2 3 结果与讨论 3 1 农田生态系统氮素非点源污染特征 3 1 1 小流域农田生态系统氮肥施用调查 化肥是本小流域农田氮素的主要来源之一。在川中丘陵区农田生态系统中，农 田普遍旌用n 、p 肥，而k 肥施用较少或基本不施，但仍能获得较稳定的产量。这 是因为川中丘陵紫色母岩含有较丰富的k ，且能通过快速风化释放出来，加之作物 秸杆还田可带入部分k ，从而能源源不断地补充作物所需。 根据集水区地形和作物种植状况，在北坡、南坡和东坡农地大体上可分为高、 中和低三个台位。低台位位于集水区底部，为水田和两季田，种植小麦、油菜和水 稻：中台位位于集水区中部，为成片早地，种植旱地作物：高台位位于集水区上部。 表7 流域区不同台位2 0 0 2 年小春施肥量及种植作物 台位面积碳铵施肥量种植作物 ( 宣2( 垦趟丛婪 北坡i11 2 7 5小麦 北坡2 o 81 2 7 5小麦 北坡3 0 71 2 7 5油菜 南坡l 1 36 8 7小麦 东坡l 1 1 0 2 0油菜 东坡2 0 1 91 2 7 5小麦 东坡30 1 80 0小麦 东坡41 71 2 7 5小麦 1 、2 、3 分别代表高、中、低台位。 在集水区每个中台位和高台位上均选择一定位监测旱地、低台位的两季田和水田 各选两个定位监测地。从2 0 0 2 小春播种到2 0 0 2 年大春收获，记录各农地定位监测点 上施肥量和种植作物见表7 。 本区主要作物的氮肥施用状况为：小麦平均施用碳铵6 9 6 k g h m ，尿素 3 7 5 k g h m 。，油菜平均施用碳铵5 7 6 k g h m 。2 ；大春玉米( 套种甘薯) 平均施碳铵 1 3 4 1 k g h m 。，尿素1 1 2 5 k g h m 五；水稻施用碳铵3 7 5 k g 1 瑚。农田施肥情况及旌用 方法见表8 。 根据作物种植面积和施肥状况，可以得到小流域农田化肥氮带入量( 表9 ) ，水 田( 包括两季田) 为8 1 0 7 k g n ，早地为6 1 9 5 3k g n 。本区耕地总面积为1 9 5 7 h a ， 按此计算，本区耕地平均旋用氮素达到了3 5 8 0 k g n h m a 一，远高于全国平均的 2 6 4 8 k g n h m a 1 ( 1 9 9 9 ) 。从农田氮素循环特征可知，随氮肥施用量的增加，其增 产率趋于下降，而损失率增加了。因此，如何减少氮肥的施用是氮素管理的重要内 容之一。 耋! 釜查垦奎里圭星堡塑堕! 曼鉴翌! ! 塑! = ；! ! ! 至! 一 堡塑墨垫 ! 塑旦量墼曼：皇璺：星堡一 小麦 碳酸氢铵 6 9 6 三种肥料作底肥混用， 油菜 玉米( 套甘 薯或花生) 水稻 尿素 碳酸氢铵 碳酸氢铵 尿素 碳酸氢铵 3 7 5 5 7 6 1 3 4 1 1 1 2 5 3 7 5 表施或翻土覆盖 同小麦 3 8 碳酸氢铵作底肥与磷肥混 施：表施或翻土覆盖；其余作追 肥表施 7 0 碳酸氢铵作底肥与磷肥耙 施，3 0 于拔节期追施 表9 小流域化肥施氮量( 2 0 0 1 2 0 0 2 年) 注：其它各作物施肥量参照同季主要作物施肥计算。 3 1 2 农田生态系统中不同耕作土壤各剖面中氮的分布特征 3 12 1 旱地 农田径流场分为六个面积各为1 0 0 平方米、不同种植结构地块的径流场，径流场 1 、4 、6 耕作方式为平板种植；径流场2 、5 耕作方式为垄作：径流场3 耕作方式为 顺坡种植。每单元地块施氮肥情况：2 0 0 1 年种植小麦前施碳铵7 5 k g 1 0 0 m 2 ，即 1 2 7 5 k g n h m 2 ，2 0 0 2 种植玉米前施尿素3 5 k g 1 0 0 m 2 ，即1 6 1k g n h m 2 ，2 0 0 2 年种植 小麦前旌碳铵7 5 k g 1 0 0 m 2 ，即1 2 7 5 k g n h m 2 。 在收获玉米后取土样分析其全氮、速效氮、铵态氮和硝态氮的含量( 见表1 0 ) 一 鲞! ! 奎旦呈堑垫墨璺查量童鱼量堕坌变楚堡一 _ _ - _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ 一一 全壑f 鲣立婆塑壑f 塑鲣盟 壁查塑( 璺酸盟塑查塾妲型矍也 旱地1 ( 平作) o - 1 5 c m 0 7 64 3 1 6 9 2 13 2 2 5 早地2 ( 垄作) 旱地3 ( 顺作) 旱地4 ( 平作) 旱地5 ( 垄作) 旱地6 ( 平作) 在旱地径流场土壤剖面中的全氮、速效氮、硝态氮、铵态氮浓度以土壤表层为 高，有研究表明土壤残留氮大部分保留在表层中( 0 2 0 c m ) ，并且大多数已被固定 i b ”。各个径流场因施肥量和种类一致，因此，在各径流场中其氮素各个形态的含量 变化并不大，从全氮含量尤其明显，因地表影响因素较多，在o 一1 5 e r a 的土壤表层 有一定的浮动，在土壤剖面的中层和下层基本没有变化。 土壤无机态氮包括铵态氮、硝态氮和亚硝态氮，硝态氮和亚硝态氮存在于土壤 溶液中，一般情况下土壤中亚硝态氮含量极低，本试验未做分析。无机态的氮占表土 中全氮的比例最低的仅为1 ，最高的可达4 0 l 】”j 。交换性铵、土壤溶液中的铵以及 硝态氮统称为速效态氮，是植物氮素的直接来源。铵态氮又分为土壤溶液中的铵态氮， 交换性铵态氮和粘土矿物固定的铵态氮。由于作物的不断吸收，表土中速效态氮的含 量一般不高，通常变动在1 - 2 0 m g k g 之间，作物播种前或苗期时最高，可达几十m g 瓜g ， 以后随植物生长迅速降低，常在几个m g & g 之间【1 5 2 】。对旱地径流场的分析来看，其 速效态氮偏高，表层平均为4 3 5 5 m g k g 。 从土壤表层看硝态氮和铵态氮含量以硝态氮含量较高，平均含量为2 3 6 1 m g k g ， 州 舶 川 舶 娜 硒 卯 m 舯 忽 如 邶 加 彤 陀 他 心 m ” i m & 弧 驰 h h 站m加踮们泌”加ms!m m ；2 m n m & 屯 = 二 坦 互他 l z 砺 矗 n m i 靶 酡 酊 踮 妮纠 h 盯 卯 舵 晒 辨 博 m ”拍 甜 们 m 凹 b 口 m 弘 拍 奶 牾 舛拍 霉： 跖蝣 铊 拍 钾 弛 引 “ 弛 0 o o 0 o o o o 0 o o o 0 0 0 o m m ， m m ， m m ， m m o m m ， m d c 盯 c c 盯 c c h c c h c c c 勇 o d 5 0 a 5 o c 5 o c 5 o c 5 3 5 5 3 5 5 3 5 5 3 5 5 3 5 5 3 5 5 _ 5 5 5 5 - 5 5 _ 5 5 - 5 ， 3 0 l 3 0 1 3 0 1 3 o 1 3 o 1 而铵态氮含量平均为1 3 3 7 m g k g ，相对较低。旱地土壤以硝态氮为主，铵态氮含量较 低。 31 2 2 两季田 2 0 0 1 年种植小麦前施碳铵7 5 k g 1 0 0 m 2 ，即1 2 7 5 k g n h m 2 ，2 0 0 2 种植玉米前施 尿素3 5 k g t 0 0 m 2 ，即1 6 1k 斟h m 2 ，2 0 0 2 年种植小麦前施碳铵7 5 k g 1 0 0 m 2 ，即 12 7 5 k g n h m 2 。 表1 1两季田土壤剖面各形态氮索含量分布特征 在两季田中各个形态的氮素含量出现表层 中层 下层f 见表1 1 ) ，全氮和速效 氮的含量都远高于旱地，各剖面铵态氮的平均含量远高于硝态氮含量。水稻土由于 淹水造成的还原条件，速效态氮的主体是铵态氮，硝态氮含量极低。其剖面土壤溶 液中氨氮和硝态氮的含量随深度增加而降低。这是由于在淹水稻田中反硝化脱氮作 用强烈，深层土壤溶液( 3 5 e r a 以下) 的硝态氮和氨氨水平不高。与高效江等人研究结 果一致”5 3 1 。 3 1 2 3 菜地 该菜地位于塘边井旁，面积约有0 2 亩，单季施入碳铵2 0 k g ，尿素5 k g ，即旅 入氮量为4 2 7 5 k g n h m 2 。 图6 场下井旁菜地各形态氮素分布特征 对菜地土壤中各形态氮素含量的分析来看，硝态氮的含量以表层土为高 ( 6 2 4 7 m g k g ) ，远高于旱地和水田的硝态氮含量，硝态氮随土层深度增加，土壤硝态 氮残留量降低，与王朝辉等人研究结果一致。铵态氮的含量与硝态氮变化一致。从全 氮含量来看，以表层土壤为最高，上中下剖面含量分别为1 1 9 a g 、0 7g k g 和0 6g k g 。 3 1 3 农田生态系统氮素的流失 3 1 2 1 旱地地表径流中的氮 农田径流场分为六个面积各为1 0 0 平方米、不同种植结构地块的径流；径流场l 、 4 、6 耕作方式为平板种植；径流场2 、5 耕作方式为垄作；径流场3 耕作方式为顺坡 种植。每单元地块施氮肥情况：2 0 0 1 年种植小麦前施碳铵7 5 k g 1 0 0 m 2 ，即 1 2 75 k g n h m 2 ，2 0 0 2 种植玉米前施尿素3 5 k 1 0 0 m 2 ，即1 6 1 k g n h m 2 ，2 0 0 2 年种植 小麦前施碳铵7 5 k 1 0 0 m 2 ，即1 2 75 k g n h m 2 。 农田径流水n c 3 - n 和n h 4 + - n 浓度随时剧变化明显，n 0 3 - n 平均浓度为 o 4 2 m 【g h ，各径流场的n h 4 + - n 浓度略高于n 0 3 - - n 的浓度，平均达0 7 6 r n 【g l ：n 0 2 - n 含量很低，平均浓度为0 1 l r r i g h ，测定结果见图7 和图8 。氨态氮浓度略高于硝态 氮可能与施尿素氮肥有关，有研究表明：早地施尿素或铵态氮肥后，短时间内铵态 氮的含量可能较高，随着硝化作用的进行，一段时间后仍以硝态氮为主【博0 1 。具体 原因可能还与施肥、降雨和土壤侵蚀等外在因素有一定的关系。 从7 月4 日到l o 月2 5 日所采样中农田径流水无机氮平均浓度为1 2 6 m l ，颗 粒态氮浓度平均为1 0 3 m g l ，可溶性总氮浓度1 7 1 m g l ，总氮浓度2 7 6 m 旦l ，每 次测定结果见图9 、图1 0 和图1 1 。 各个不同种植方式农田径流场之间的n 0 3 - n 、n h 4 4 - _ n 和总氮浓度变化趋势大 致相同，这可能与各个处理地块的施氮肥均等有关，各径流场的n 0 3 - - n 、n h 4 + - n 在7 月份达到最高，从表6 知，6 月和8 月份的降雨量是全年最大的两个月分，7 月份界于它f f 2 _ b j ，而n 0 3 - 一n 和n h 4 + 一n 的含量是从6 月份开始上升，7 月份达 到最大，8 月份又开始下降，这种趋势表明在农田径流场中氮的含量可能受雨季的 影响较大，受种植结构和耕作方式的影响较小。颗粒态氮随季节的变化特别明显， 从7 月开始逐渐下降。 从图7 硝态氮随季节的变化来看，聚土免耕总体要比平板种植和顺坡种植高， 平均浓度呈聚土免耕 平板种植) 顺坡种植，图8 氨态氮和图9 可溶性总氮表明， 仍然以聚土免耕为最高。 顺坡种植总氮平均浓度为3 0 9 m g l ，平板种植总氮浓度平均为2 6 3 m g l ，垄作 为2 5 6 m g l 。不同种植方式的径流水之间总氮含量有一定的差异，其中以顺坡与其 它差异最大。平板种植和聚土免耕差异不大，说明在施肥一致的情况下，垄作种植 和平板种植对总氮的流失比顺坡种植要小。但从图1 0 全氮来看，却很明显的发现 聚免耕 对下部两季田田面水各形态氮之间和降雨量之间的相关分析( 表1 4 ) 各形态氮素与降雨量均无显著相关关系；有机氮与总氮呈显著相关关系；颗粒氮 和总氮呈极显著相关关系。 通过相关分析表明上中部两季田与降雨之间有明显的相关性，而下部两季田与降 雨量没有明显的相关关系，这说明下部两季田受明显的径流影响，上中部径流汇入。 表1 2 上部两季田的相关分析表 c o w e l m t l o n i ss * 印i f i c t n la t t h eo0 5 t e v e l 【2 t a i l e d ) ”c m r e i t ii ss l b n i f i la t t h00 1l c v c ir 2 t - ，i ，d 1 表1 3 中部两季田的相关分析表 堕堕!塑查墨垩堡查墨氨态氯 无机氮可溶总氮 有机氮总氰颗粒氮 降雨量1 0 0 09 5 9 * 9 5 4 *1 7 48 9 99 2 5 百石i 云百 硝志氰9 5 9 ! 0 0 09 9 ，+0 9 9 9 6 0 *9 8 4 * 5 1 84 1 71 3 5 亚硝态氯9 5 4 *9 9 8 * + i 0 0 00 3 79 7 f f9 9 ，+ 5 7 03 9 51 6 3 氨态氮 - 1 7 4- 0 9 9- 0 3 710 0 01 8 2 0 8 07 9 9 4 7 75 3 6 无机氟8 9 99 6 0 9 w 18 2i 0 0 09 9 5 * 7 3 62 7 9 2 8 3 可港总氮9 2 5 9 8 4 *9 9 3 * + o g o9 9 y *i0 0 0 6 6 13 1 9 2 4 5 有机氟- 4 3 9- 5 18 5 7 07 9 97 3 6 6 6 1 1 0 0 01 2 65 0 9 总氟 6 5 24 1 73 9 5 4 7 72 7 93 1 9 1 2 610 0 0s 4 】 ；兰兰竺 ：竺 ：竺：! ! !：兰 ：! ! !：竺竺 c 刊j 硼，i f , c 卸：j t n ”0 0 5 k 一拉一t a i l e d ， c o n t i l i b n i f i c 孤i m t l i c0 0 1l e v e l ( 2 - t a i l e 山 表1 4 卜 部两季田的相关分析表 亚硝态氢 0 3 5 7 7 6 10 0 0 7 i7 8 4 9 9 3 9 6 9 5 8 2 9 7 6 2 可溶总氮 3 1 9 9 0 2 9 3 9 5 3 l 7 9 3 l0 0 0 b 4 0 9 0 l 8 3 4 降雨鼙 硝态氮 驱硝态氪 氨态氮 无机氮 可溶总氯 有机氮 总氨 颗粒氮 9 9 1 0 0 0 + c o r r e l a t i 。ii g n i f i c a n t m t l l c0 0 5 l e v e l f 2 t l e d ) c o r r e l n i 咖讧螂讯训m t h c o o ll e v e l ( 2 - 1 a 恤d ) 3 12 3 冬水田田面水中的氮素形态 。 旨 捌 蔗 60 0 50 0 4 0 0 30 0 20 0 10 0 0 0 0 + 硝态氮 卜- 亚硝态氨 + 氨态氪 - - x 一总无机氮 + 有机氮 十总氮 一颗粒态氮 毋0 0 奇矗审p 奇p 毋毒采样日期 、o o 龟+ 岛q eo - y 、v 勺呵 图1 9 冬水瞰各形态氮素浓度随季节的变化 对于单季种植的冬水田，只在2 0 0 2 年4 月2 8 日以每亩1 0 0 斤碳铵施入氮肥，即 1 2 7 5 k g n h m 2 。其位于出口处内侧，但作为试验田长期有水，因此，一直对其进行厂 各个形态的水质氮素监测，在从2 0 0 2 年7 月4 日开始直至2 0 0 3 年3 月1 5 日( 见图1 9 ) ，其 总氮、可溶性总氮、无机氮的变化趋势一致，平均浓度分别为1 6 8 m g l 、1 5 4 m g l _ 手1 1 3 0 m g l ，硝态氮的浓度平均) b 0 8 0 m g l ，高于氨态氮的0 3l m g l ，亚硝态氮浓度很 低平均为0 0 4 m g l ，颗粒态氮平均浓度为0 1 3 m g l 。 冬水田水中氮素形态的相关分析表明( 见表1 5 ) ：硝态氮与无机氮、可溶性总氮和 总氮均呈极显著相关关系；无机氮与可溶性总氮和总氮呈极显著相关关系；颗粒态氮 与总氮呈极显著相关关系。从其各形态氮素含量来看，说明对于冬水田集水以硝态氮 为主，颗粒氮含量大小随总氮的变化而变化。 枞一蛳湖他晰m咐 塑m m m 州咐州警慧篓竺咐黼一m哪啪哪粥m班挪撇一舢渤m卿引螂嘶獭一研l呈卿螂喜!鲫m 愀一m i耋|；m抛啪 表1 5 冬水田l i t 面水各形态氮素相关分析表( n = 1 3 ) 亚硝态氮 2 0 9 l0 0 0 0 1 3 5 9 6 5 6 9 1 2 8 5 6 3 * 4 4 4 无机氮 硝态氮 亚硝态氮 氨态氮 无机氮 可溶总氮 有机氮 总氮 颗粒氮 “c o n - e l l ii ss i g n i f i c a n ta t t h e00 1l e v e l ( 2 - t a i l e d ) c o r r e l i t i o n i ss i g a i f i c a n t a i t h e 00 5 l e v e lr 2 t a i l e d ) 3 12 4 农田生态系统中氮素的淋溶与渗漏 ( 1 ) 农田地下径流水 因降雨量的影响，只采集到7 - 8 月份三次地下渗漏水，上层渗漏水是以土壤表层 算起o 一3 0 c m ，下层是从3 旺6 0 c m 处。 在各形态氮素浓度分析中，除颗粒态氮外，上层渗漏水中以可溶性有机态氮浓度 较大，下层渗漏水以硝态氮浓度较大，总氮浓度分别达3 1 0 m g l 和3 6 0 m g l ，均超 过地表径流总氮平均浓度。从图2 0 、图2 1 可以看出，在上层渗漏水无机氮浓度以氨 态氮大于硝态氮的平均浓度，而在下层渗漏水中硝态氮大于氨态氮的平均浓度。 60 0 50 0 4 0 0 s3 0 0 蓑2 0 0 1 0 0 0 0 0 7 2 98 0 98 2 1 图2 0 上层渗漏水各形态氮素浓度变化 一n 0 3 口一n 0 2 - 广- n h 4 一o n + 一t n - - - 一p n 采样日期 祭尝篆翟 争嚣嚣篇一 警嚣葱=埘 氮一。 。 。 。 鬻篇篇似孵删错附呲咖时弼哪钟 柳一m咖呲懈铋m哪 氯一 l。 一 慧纛= 飘一 = 、 3 剖 釜 日期 72 98 0 982 1 图2 1 下层渗漏水各形态氮紊浓度变化 一n 0 3 f 卜_ n 0 2 一n h 4 一0 n t r 一t n - 一p n ( 2 ) 观测场下淋溶水 观测场下淋溶水采样点的上部直接是综合观测场，场内主要以旱耕地为主，受旱 地渗漏水的影响比较大，从各形态氮素浓度趋势来看( 图2 2 ) ，无机氮、可溶性总氮 和总氮因以硝态氮为主，与硝态氮的变化趋势一致，从2 0 0 2 年7 月4 目到2 0 0 3 年3 月1 5 臼所采集的样品中，硝态氮的平均浓度为5 7 2 m g l ，占无机态氮浓度6 2 0 n 7 t g l 的9 2 ，可溶性总氮为6 4 6 m g l ，总氮6 6 4 m g l ，亚硝态氮和颗粒氮平均浓度分别 为0 1 8 m d t , 和0 1 9 m g l 、有机态氮的浓度平均为o 2 6 m g l 。 1 0 0 0 = 8 0 0 警6 0 0 型4 o o 蛏2 0 0 0 0 0 一n 0 3 一n c 卜n 0 2 一n r n h 4 - n 一o n p t n - 一p n 蕊遘& 苦固衬专奄姆奄爸 ”b 时、 、哂q 哂0 q q 采样日期 1 月q 2 2 观测场下泉水各形态氮素浓度随季节的变化 表1 6 观测场下淋溶水各形态氮素的相关关系( n = 1 2 ) 蛐 从表1 6 测场下淋溶水各形态氮素的相关关系来看，仍然以硝态氮为主，与无机氮、 可溶性总氮、总氦均呈极显著相关关系。而其它形态氮素对总氮相关性不显著。 3 1 4 小流域水体氮素含量随季节的变化特征 3 1 4 ，1 地表水 ( 1 ) 蓄水池 各蓄水池的测定结果见图2 4 至图3 0 ，各蓄水池无机氮的平均浓度为1 0 1 m g l ， 超过水体富营养化的浓度下限( o 5 m g c l ) i i oj ! ：n 0 3 。一n 浓度变幅在o 0 8 - 2 5 0 m g l 之 间，平均浓度为0 5 0 m g l ，总体是丰水期( 6 月一9 月) 较高，从图2 0 中可知6 月 份的降雨量最高，而图2 4 中各集水区的n 0 3 一n 含量在6 月份也是浓度最大，后 随着季节的变化浓度逐渐降低：位于集水堰口的n 0 3 一n 浓度平均都高于其它集水 区。 集水区n 地+ 一n 浓度随时间变化明显，平均浓度为o 6 0 m g l ，位于小流域高 台位的群英池中氨氮浓度随着枯水季节的变化逐渐升高，在1 2 月份竟高达 5 9 4 m g l 。集水区n 0 2 - n 浓度随时间变化不明显，大部分在0 1 0 m g l 以内，平均 浓度为o 0 4 m g l 。群英池在几个集水池中氨态氮、有机氮和颗粒态氮的浓度均大于 其它汇水区，导致其可溶性总氮和总氮浓度远远大于其它汇水区，总氮平均浓度达 4 0 7 m g l ，而各集水池总氮的平均浓度为2 6 7 m g l 。群英池中出现高浓度的n h 4 + 一n ， 占无机总氮的7 8 ，高浓度的氨态氮可能源于人为影响较大，有资料表明高浓度的 n h 。+ - n 是人畜排泄物及生活污水的污染特征【1 5 5 1 。 从各形态的氮素浓度趋势线可知，对照点群英池与观测场下堰塘、站内蓄水池 与站边蓄水池各形态氮素浓度的趋势有一定的一致性： 由于水量随着季节的变化而减少，群英池和观测场下蓄水池各形态氮的浓度也 随之升高。而在2 0 0 3 年1 月1 2 臼采样时，群英池已干枯，此时，观测场下堰塘也 渐露底泥。 从站内蓄水池和北坡蓄水池看，其无机态氮素浓度趋势一致，而有机态、颗粒 态氮浓度趋势差异较大，从而导致总氮浓度差异也比较大；这说明由于地理位置的 影响，受降雨冲刷的影响较大，从趋势上看，站内蓄水池各形态氮素浓度随季节的 变化浮动不是很大，而在北坡蓄水池中颗粒态氮、可溶性总氮和总氮差异特别的大， 从地理位置上说站内蓄水池是一个四面都是早地，池口高于地面；而北坡蓄水池三 面是早地，一面是马路，且池口一端有一定的坡度向于农田，遇到降雨冲刷等不稳 定因素较多。 从图2 1 一图2 3 知，2 0 0 2 年6 月1 0 日采的样品中硝态氮、铵态氮和无机氮处于 两边之间的峰上，从2 0 0 2 年月降雨量来看六月份的降雨量是全年最大的，并且在6 月5 到6 月9 日问五日降雨量为1 0 2 m m ，几乎占到六月份总降雨量的6 0 。峰值 的出现与降雨的有很大关系。 2 0 0 t 1 5 0 占 蝴1 0 0 睦 盘5 0 0 3 0 0 2 5 0 乏2 o o 51 5 0 蜊 蠖1 o o 0 5 0 0 o o 123 456 7891 0n1 2 月份 图2 32 0 0 2 年月降雨量分布图 爵姆