平原區(qū)稻田水旱輪作體系中氮素平衡及流失特征

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1、浙江大學博士學位論文摘要農(nóng)業(yè)非點源氪污染對水環(huán)境的惡化有著十分顯著的貢獻，富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生與農(nóng)田土壤的氮素流失有著密切的關系．本研究運用田問試驗，微觀模擬、模型構建以及宏觀估算等方法，估算了杭嘉湖平原水網(wǎng)區(qū)稻田氮素的流失負荷和空嗣分異特征，研究了平原區(qū)典型稻麥水旱輪作體系中氮素的流失行為，分析了平原區(qū)稻田氮素在徑流．下滲和側滲途徑上的流失特征，產(chǎn)生條件及其影響因素，并通過建立水氮耦合模型探討了平原水網(wǎng)區(qū)田間典型農(nóng)作條件下氮素的平衡量化關系，找出一般規(guī)律．結論如下：(1)施肥量、降雨量是杭嘉湖區(qū)域稻田土壤氮素流失時空分布

2、不均的主要因素．通過定點觀測，面上調查以及對現(xiàn)有相關氮素流失資料的收集，發(fā)現(xiàn)淹水稻田的SCS模型修正必須考慮排水堰因素的影響后才能基本符合實際產(chǎn)流情況；油菜田的SCS模型產(chǎn)流參數(shù)率定值laffil2．8ram=0．2s’，CN=80能較好地模擬實際產(chǎn)流；3S技術分析表明，杭嘉湖地區(qū)淹水稻田氮素徑流流失負荷平均為35．26kghm-2，約占當季水稻施肥量的12．7％，空聞負荷分布不均，靠近西部山區(qū)的水田明顯高于東部平原地區(qū)，中北部地區(qū)流失負荷明顯小于其它地區(qū)；油菜季氮平均徑流流失負荷為13．0l(ghm-2，低于淹水稻季，

3、這跟油菜季降雨強度?。涤炅啃∫约巴寥浪趾康筒灰桩a(chǎn)流等有著密切的關系．(2)稻田產(chǎn)徑流屬“蓄滿產(chǎn)流”，側滲是水稻田氮素流失的一個重要途徑．多次天然降雨條件下水稻田徑流氮和側滲氮的流失特征研究表明，降雨，施肥量。氮素輸出負荷符合顯著的二元一次線性關系；受稻田邊界水勢和犁底層效應的影響，水稻田氮素側滲流失比較可觀；90～360kgNhm-2施肥水平下，氮素側滲損失為5．5—19．0kgNhm-2，氮側滲量與施肥量之間存在著顯著的線性關系；側滲水中氮素流失以氨氮為主，其濃度變化與田面水中氮素濃度變化密切相關，分次施肥后均出

4、現(xiàn)了上升繼而下降的峰動變化；田面水深度變化是稻田側滲水量增減的主要驅動力，兩者之間存在顯著的線性關系；合理維持田面水深度和減少施肥量等措施有利于減控氮素側滲流失水平，也是提高水稻田氮素化肥利用率的關鍵．(3)田聞試驗表明水旱輪作方式的改變會帶來較大的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境效應．本浙江大學博士學位論文試驗對高氮含量的菜地土壤新墾作水稻田后，土壤氮素的變化、氮素流失，作物吸收進行了研究，發(fā)現(xiàn)水稻種植前后，土體內NH4-N和N03-N通過水稻吸收、流失和氣態(tài)損失的形式大幅減少；新墾水稻田施肥對水稻生物量，含氮量及帶走氮量不存在顯著性影響

5、，卻顯著地增加了水稻田氮素在徑流、排水，側滲和下滲的流失潛能，常規(guī)施肥水平下增加量為19．M1．7I【gNhm-2，占施肥量的lO．8～11．7％．(4)SWNRICE模型既簡單又綜合地描述了尿素氮施入稻田后的遷移轉化行為，包括尿素水解、氨揮發(fā)．硝化、反硝化．作物吸收等．該模型是基于水氮捐合平衡理論和氮素一級動力學轉化理論建立的．模型模擬結果表明，在施肥量90蠔Nhm-2條件下，作物吸收，氨揮發(fā)，徑流損失，側滲損失、下滲損失，反硝化損失以及土壤殘留量的誤差分別為10．8％、．18．6％，5．8％、4．6％，-3．7％．-

6、9．1％和-2．5％，均小于20％，模擬值與實測值吻合性較好；在施肥量270kgNlun-2和360kgNhm-2條件下，除土壤殘留一項外，其他各項的誤差值也在20％以內，土壤殘留項分別為．33．9％和．29．3％．(5)結合雨情預報和水稻生理需水量的優(yōu)化灌排方式可以實現(xiàn)稻田氮素排水流失的最小化．稻田分次施肥后的第一個灌水．落千周期是控制氮素流失的關鍵時期，此聞，田面水中氮素濃度明顯下降，對照處理中以顆粒氮為主，尿素化肥處理中以水溶性無機氮為主，有機肥處理中以水溶性有機氮為主，此后各處理均以顆粒氮為主．生長季累計氮素截留

7、量達15．8l(gNhm-2，與灌水輸入氮量相當．(6)雨強、降雨施肥間隔時問以及覆蓋度是旱作期稻田土壤氮素流失的主控因子．室內模擬降雨和原狀土盆栽試驗結果表明：在同一降雨強度下，降雨施肥間隔與總氮輸出濃度呈負相關關系，而同一降雨施肥聞隔下，雨強與徑流氮濃度呈正相關關系，但即使在低雨強下，短降雨施肥聞隔仍可導致大量氮素流失；徑流氮素輸出動態(tài)過程可以分為前期濃度出峰期和后期濃度下降穩(wěn)定期，徑流氮濃度的輸出風險主要集中在前期出峰期，低雨強的穩(wěn)定期出現(xiàn)時間較早；高雨強和短降雨施肥間隔明顯促進總氮及硝氮的流失，降雨施肥間隔應盡量

8、在5．7天以上；運用先進的植被覆蓋度數(shù)碼提取技術，可分析不同生長時期平原區(qū)田間植被覆蓋度對氮素徑流流失的影響，結果表明：油菜田覆蓋度在不同生長期內表現(xiàn)為I結2浙江大學博士學位論文子期>生長初期>開花期；覆蓋度對徑流氮濃度中顆粒態(tài)氮的影響程度要大于可溶態(tài)氮，隨著覆蓋度增加，顆粒態(tài)氮明顯下降；本試驗條件下顆粒態(tài)氮主要分布