发布时间 : 星期五 文章微咸水滴灌条件下果树根区氮素的空间运移及变化特征研究 - 图文更新完毕开始阅读5401f1a5a417866fb84a8ef8
目 录
1 引言 ............................................................................................................................................. 1 2国内外研究现状 ....................................................................................................................... 1
2.1微咸水的特点 ........................................................................................................................ 1 2.2国内外微咸水研究现状 ........................................................................................................ 1 2.3氮素概况 ................................................................................................................................ 2 2.4国外氮素运移、转化规律研究现状 .................................................................................... 2 2.5国内氮素运移、转化机理研究现状 .................................................................................... 3
3.试验区概况 ............................................................................................................................... 4 4.试验材料与方法 ...................................................................................................................... 4
4.1灌溉处理设置 ........................................................................................................................ 4 4.2土壤氮素的测定 .................................................................................................................... 5 4.3土样采集方法 ........................................................................................................................ 5 4.4 土壤湿润体测定 ................................................................................................................... 5 4.5试验数据分析 ........................................................................................................................ 5
5.结果与分析 ............................................................................................................................... 5
5.1果树根区土壤碱解氮的空间运移变化 ................................................................................ 5 5.2果树根区土壤碱解氮的变异性 ............................................................................................ 8 5.3果树根区土壤碱解氮的垂直分布特征 ................................................................................ 8 5.4不同咸淡配比（矿化度）对碱解氮的影响 ...................................................................... 10
6.结论与讨论 ............................................................................................................................. 14 参考文献 ...................................................................................................................................... 16 致 谢 ........................................................................................................................................... 17
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1 引言
我国水资源总量2.811万亿m3 ，居世界第6位 ，但人均占有量仅2317 m3 ，居世界第109位，其中黄河流域、淮河流域和海河流域人均占有量分别为全国人均占有量的32%、21.6%和15.1%，水资源短缺成为制约我国尤其是西北、华北地区社会经济发展的突出问题。我国有着丰富的地下咸水资源，据初步统计，华北、河北平原水矿化度2～5g/L的地下水分布面积占43%～48%，咸水资源达56亿m3，整个华北平原浅层咸水资源达75亿m3，西北地区（新疆、甘肃、宁夏、陕西、青海、内蒙的部分地区)水矿化度2～5g/L的地下咸水资源88.6亿m3。开发利用咸水资源，增辟灌溉水源将成为我国解决水资源危机的一项重要措施[4]。
南疆地处天山南麓，干旱少雨，多年平均降水量不足100mm，蒸发量却高达2000mm以上，淡水资源极其缺乏，开源节流寻求新的灌溉水源是解决水资源不足的有效方法，而南疆的微咸水资源比较丰富，并且开发利用的程度不高，为此合理的开发利用南疆丰富的微咸水资源进行农业灌溉，可解决当前水资源短缺的问题，也必将是未来该灌区农业灌溉发展的必然趋势。
滴灌技术被视为当今比较成熟有效的节水灌溉技术而得到很多国家和地区的应用，它不仅能节约淡水，有效利用咸水资源，且不因大面积灌溉咸水，引起土壤盐碱化，又能利用滴灌控制灌溉特性减少深层渗漏，达到一个综合的节水增产效果，是先进的栽培技术与灌水技术的集成。在结合国内外微咸水灌溉试验成果的基础上，通过对不同矿化度微咸水进行枣苗滴灌处理后，红枣根区氮素的空间运移及变化特征研究，为制定适宜南疆地区枣树生长的微咸水灌溉制度及施肥方案提供试验的依据，对缓解淡水危机及枣树微咸水滴灌的普及具有重要的意义。
植物能直接从土壤中吸收可利用的有效氮主要是无机氮和一些易分解的小分子有机氮，其供氮水平的高低直接反映土壤肥力，因此，在测定时主要选择了碱解氮为研究对象。另外，碱解氮能够较灵敏地反映土壤氮素动态和供氮水平，其在土壤中的含量与后作产量和吸氮量高度相关[5]。许多研究表明，农田土壤表层有机质、全氮、碱解氮均存在极显著的相关关
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系[6][8] ，因此，土壤碱解氮可在一定程度反映农田土壤肥力状况，通过对农田土壤碱解氮的评估，不仅可以用来指导当地的化肥施用，而且还可以用于农田土壤环境质量的评估。
2国内外研究现状
2.1微咸水的特点
根据新疆盐碱地特点和水资源的现状，在保证土壤含盐量不超过作物耐盐度的临界值条件下，利用微咸水灌溉是改良盐碱地的一种有效的措施。一方面微咸水可以与碱性水混合灌溉，碱性水中的CO32-和HCO3-与咸水中的Ca2+和Mg2+结合后，产生碳酸盐和重碳酸盐类沉淀，克服了碱性危害。这样既淡化咸水，又降低了土壤中盐分含量，改良土壤盐碱化和防止次生盐碱化，减轻盐分对作物的危害。另一方面微咸水膜下滴灌不但对作物不减产，不会造成土壤盐分的积累，可以维持土壤现有的现状，而且可以净化土壤水的水质[9]。 2.2国内外微咸水研究现状
我国北方地区蕴藏着丰富的咸水资源，却没有有效地加以利用，仅黄、淮海平原地区浅
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层咸水区面积就有4.7×10Km，2～5g/L微咸水资源约5.4×10m，其分布面积约占浅层咸水区面积的80%以上，如果能将这部分微咸水资源用于农田灌溉，将会提高灌溉保证率，减少农业淡水用量，从而有效地缓解水资源短缺危机。
由于南疆地处极端干旱的荒漠区，淡水资源极度缺乏，但分布着较多的咸水和微咸水资源，传统观念认为，咸水和微咸水资源处于劣质水资源，是阻碍农业发展的不利因素之一。
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但是由于土壤具有一定程度的缓冲作用，作物也具有一定的耐盐能力，国内外大量研究和实践证明，只要采取适当措施，以可持续利用为指导准则，采用咸水和微咸水灌溉作物，达
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到抗旱增产的目的，是完全可能的。与淡水灌溉不同，咸水和微咸水灌溉一方面提供了作物生长所需要的水分，另一方面增加了土壤中的盐分，容易引起土壤的次生盐碱化，使耕层土壤含盐量或土壤溶液浓度超过作物的耐盐度，从而影响作物生长和产量。基于微咸水灌溉对作物的生长存在利与弊两方面，本文就此问题之一，采取不同矿化度的微咸水对枣树滴灌，观察枣树对氮素的吸收情况，并作分析评价。
国内外利用微咸水灌溉发展已有几十年的历史，美国盐渍土实验室在灌溉水质、作物耐盐、作物生长、盐渍度以及盐分的控制等方面进行了大量的研究工作。日本在灌溉用水不足的地方引用含盐度0.7%～20%的盐碱水灌溉，突尼斯在1962年成立了咸水灌溉研究中心，其研究结果表明，合理的灌溉和管理条件下作物可以获得高产，在微咸水灌溉四年后，土壤化学组成和含量基本稳定，可用矿化度2.0～5.0g/L的咸水灌溉海枣、高粱、大麦、苜蓿、黑麦草等作物，甚至用矿化度为4.5～5.5g/L的地下咸水灌溉小麦、玉米等谷类作物均取得成功，而且在撒哈拉沙漠排水和灌水技术条件方便的地区用矿化度1.2～6.2g/L的地下水灌溉玉米、小麦、棉花、蔬菜等作物也达到良好的效果。意大利用矿化度2.0～5.0g/L的咸水灌溉已有20多年，一些地区长期利用微咸水进行灌溉，农田土壤未发生长期的积盐现象。中亚、阿拉伯在有良好排水和淋洗条件的沙壤土上，利用矿化度3.0～8.0g/L的咸水灌溉。埃及是一个极端干旱国家，特别是在没有淡水资源NorthernDelta地区，成功利用微咸水灌
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溉长达300多年，土壤质地从沙土到粘土，种植作物包括水稻、小麦、甜菜和棉花等。 2.3氮素概况
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氮素是作物生长所必需的大量营养之一，也是旱地土壤最为缺乏的营养元素。土壤
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中氮素的丰缺及供给状况直接影响着农作物的生长水平。为提高土壤的氮素水平，人们在
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农业生产中使用大量的氮素化肥。目前，我国已成为世界上氮肥用量最多的国家之一。单位面积的施用量也高于世界平均水平。然而，由于施肥方法或农业管理措施不当，导致氮
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素损失加剧，严重影响了氮肥利用率，我国氮肥利用率仅为30%～50% 。研究表明，农田中氮素损失的途径主要包括:氨的挥发、反硝化脱氮、氨的固定、径流冲刷和硝态氮的淋
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失等。其中，硝态氮的淋失是损失的重要方面，淋失量可达5%～41.9%，早在1905年，
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英国科学家Robert Warrington就指出土壤中硝态氮的淋失是导致土壤肥力降低的重要因子。氮素损失一方面使肥料的生产效益大为降低，另一方面还造成了难以治理的环境污染问题，近几十年来的监测结果显示，地下水硝酸盐的浓度正在逐年增加。例如，在英国1970年间地下水硝酸盐的浓度约为11.30mg/L，1980年约为90 mg/L，到1987年达142mg/L。在美国、加拿大、日本、德国也有类似的报道。我国地下水硝酸盐的污染水平也呈增长趋势，已有的研究表明，我国黄淮海及长江三角洲地区地下水硝酸盐污染已比较严重，由硝酸盐等引起的地下水污染是隐蔽渐进和代价高昂的，也已引起了联合国和发达国家的普遍重视。对于氮素污染问题的研究，已在国际上引起广泛重视，氮素在土壤中的运移及转化行为，也已成为国内外环境科学和土壤科学研究的热点问题。 2.4国外氮素运移、转化规律研究现状
对氮素运移、转化规律的研究是随着土壤溶质运移理论研究的不断深入而发展起来的， 国外对土壤溶质运移问题的研究，已有50年的历史。20世纪50年代初，Lapidus和Amundson 提出了一个类似于对流弥散方程(CDE)的模拟模型，从此揭开了溶质运移研究的序幕。随后，为了搞清溶质运移的客观规律，国外学者开展了大量的室内外试验。如美国的Jury教授(1971)
在砂土中拌盐用灌水入渗淋溶试验观测溶质在均质土壤中的迁移规律;澳大利亚的Ross (1971)在室内一维土柱上进行了溶质运移的试验研究，并测了穿透曲线;美国的VanGenuchten 教授，在进行了一系列室内土柱试验后，系统地论述了室内土柱试验的初边值条件等问题;Bevel和Germane(1982)对土壤中的优势流进行了研究，结果表明，优势流是土壤中普遍存在的现象，他的存在降低了水和养分的可利用性，同时，由于它同土壤基质接触面积小，
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使得许多污染物来不及降解就开始向下运移，从而增加地下水污染;美国的Ellsworth (1996)在露天试验场进行了2 m×2 m的微区试验，研究了硝态氮随水流在非饱和土壤中的运移规律等。
国外对土壤N03-—N淋失已进行了较长时间的研究，在土壤硝化作用、N03-—N淋失条件、N03-—N移动力学与数学模型以及N03-—N淋失的防治和对策等方面都进行了系统的研究。
为了定量描述溶质运移规律，国外许多学者提出了溶质运移的定量计算模型，总体上可分为确定性模型和随机模型。早期的研究多采用以CDE为控制方程的确定性模型来模拟土壤中的溶质运移，且取得了不少成果(如Warrick等，1971 ; Bresler，1973;Tarry，1988)。对于CDE求解的关键参数的确定，国外学者也提出了各自的方法，如美国的Wagner(1986)提出了溶质运移参数的估计方法，以色列Bresler(1987)提出用极大拟然法进行溶质运移参数估计，日本的Yamaguchi(1989)提出用穿透曲线估计水动力弥散系数的方法等。后来，随着随机理论的发展，开始用随机过程的方程来研究溶质运移的数量特征，Jury (1982)提出了模拟非饱和土体溶质运移过程的随机传递函数模型(transfer function model， TFM)，该模型对土壤溶质运移的机理没有任何限制，通过研究溶质从土壤表面运移到土壤某一深度所需时间的概率分布，来推求溶质平均浓度与时间和土壤深度的关系，并以此来模拟溶质在土壤中的运移。对TFM进行简化，提出采用研究入渗条件下土壤盐分的对流运移的传递函数修正模型。此外，研究土壤中溶质运移的随机方法还采用蒙特卡洛方法，谱分析法，矩分析法等。 2.5国内氮素运移、转化机理研究现状
国内有关氮素运移、转化规律的研究开始于20世纪70年代，早期的研究主要集中在氮素去向及有效利用率研究，如周祖澄等(1982)用15N示踪、盆栽法及微区法研究了固体氮肥施入旱田的去向。近年来，注意到国外溶质运移研究的动向，国内土壤物理学者及农学者开展了一些室内、室外的溶质运移试验研究。叶自桐、黄康乐(1987)分别对饱和非饱和土壤溶质运移进行了试验研究及数值模拟;武晓峰等(1996)对冬小麦田间根层氮素迁移转化规律进行了研究;冯绍元等(1996)较系统地综述了农田氮素的转化与损失及其对水环境的影响等。 此外，随着节水灌溉的普及，国内学者对节水灌溉条件下氮素运移规律进行了研究。冯绍元等(1997)研究表明，喷灌条件下不同深度土层中硝态氮含量与施肥量呈正相关关系，但与灌水量的相关关系不明显。武晓峰等(1998)的研究也得出了以上结论。李久生等(2000)利用室内试验，对滴灌点源施肥灌溉条件下硝态氮和氨态氮的分布规律进行了研究，研究结果表明，硝态氮在距滴头一定范围内呈均匀分布，在湿润边界上硝态氮产生累积。王康、沈荣开(2002)对节水条件下氮素的环境影响效应进行了研究，建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型。
对土壤氮素、特别是硝态氮淋失的研究表明，土壤氮素的淋失量与土壤质地、耕作方式、氮肥类型、作物种类、生长密度、降雨以及地下水位都有很大的关系。刘春增等(1994)、李晓欣(1997)分别针对不同施肥处理对土壤中硝态氮累积的影响进行了研究。结果表明，长期大量且单一施用氮肥是导致土壤中N03-—N累积的重要原因。余贵芬( 1 9 9 7 ) 利用渗漏池研究了在旱作小麦生育期内氮肥品种、用量对不同紫色土中N03-—N的移动和淋洗的影响。郭胜利等(1998)对黄土高原沟壑区不同施肥条件下土壤剖面中矿质氮的分布特征进行了研究，结果表明，长期不同施肥处理N03-—N含量和分布保持相对稳定，但对N03-—N含量分布影响显著。李世清等(1998年)利用渗漏池法对降水、施肥量、氮肥品种、土层深度、休闲等对硝态氮淋失的影响进行了研究。陈清等(2000)研究了水分和氮素供应对露地秋菠菜的N03-—N累积的影响。赵允格等(2000)对不同施肥方法N03-—N的迁移深度进行了研究。郭大应等(2001)对灌溉土壤硝态氮运移与土壤湿度的关系进行了研究，结果表明灌溉土壤硝态氮的运移与土壤湿度有良好的相关关系。王少平等(2002)利用渗漏池对上海青紫泥土壤氮素
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