歐陽威,郭波波,張 璇,郝芳華,孫銘澤,黃浩波 (北京師范大學環(huán)境學院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,北京 100875)

農(nóng)業(yè)非點源污染主要是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中農(nóng)田中的土粒、氮、磷、農(nóng)藥及其他有機或者無機污染物質(zhì),在降水或灌溉過程中,通過農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏,使大量污染物進入水體,造成的污染[1].美國環(huán)境保護總署(USEPA)已把農(nóng)業(yè)列為全美河流和湖泊污染的第一污染源[2],在中國河湖的非點源污染也很嚴重,北京密云水庫、天津于橋水庫、安徽巢湖、云南洱海和滇池、上海淀山湖、太湖等水域,非點源污染比例均超過點源污染[3].

黃河流域是我國污染最為嚴重的地域之一,污染河長在80%以上[4].2007年黃河水資源公報顯示,符合Ⅴ類水質(zhì)標準占評價總河長的 6.8%;劣Ⅴ類水質(zhì)標準占評價總河長的 33.8%,主要污染物為氨氮、化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)等.通過對黃河流域的6個子流域(渭河流域、涇河流域、洛河流域、無定河流域、窟野河流域、黃甫川流域)非點源污染物(N、P)的估算表明,95%的全磷、大于 53%的全氮來自于非點源污染,非點源污染是造成黃河污染的主要原因[5].

黃河流域的大部分地區(qū)位于我國干旱與半干旱區(qū)域內(nèi),故長期以來黃河水的絕大部分是供給農(nóng)業(yè)灌溉使用.大量灌溉用水極大地促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展,但挾持大量鹽類物質(zhì)和氮磷化合物的灌溉農(nóng)田退水卻使黃河水質(zhì)不斷惡化,農(nóng)業(yè)活動成為了非點源污染的主要來源,因此,黃河流域的農(nóng)業(yè)非點源污染源主要集中在黃河流域上各個引黃灌區(qū)[6].

河套灌區(qū)是內(nèi)蒙古乃至全國的重點產(chǎn)糧區(qū),化肥的使用量很大.河套灌區(qū)化肥的利用率從20世紀 50年代中期的 52.6%下降到 2000年的26.8%.據(jù)研究,施到農(nóng)田中的氮素肥料半數(shù)以上以硝態(tài)氮的形式淋洗進入地下水中[7].本研究選取河套灌區(qū)杭錦后旗解放閘灌域為研究區(qū),以夏灌和秋澆 2個灌季采集的土壤樣品為研究對象,分析灌期前后土壤、淺層地下水和土壤滲濾液中的硝態(tài)氮、總氮的分布特征,旨在更深刻、全面地理解灌區(qū)氮素的遷移特征,為氮素污染的治理提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地處干旱、半干旱地區(qū),位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西北部、黃河北岸的沖積、洪積平原.鹽土、潮灌淤土和鹽化灌淤土是主要的土壤類型,所占面積比例分別為39.07%、30.39%和23.49%,土壤容重為 1.27～1.43g/cm3.灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以農(nóng)作物種植業(yè)為主,種植業(yè)中以糧食為主,經(jīng)濟作物也占有重要地位.糧食作物主要有春小麥、玉米、糜黍、豆類等,經(jīng)濟作物以向日葵、番茄、甜菜為主.河套灌區(qū)地處典型的大陸性氣候區(qū),多年平均降水量為 176mm,多年平均蒸發(fā)量達2056mm,是降水量的11.7倍,降水量分布極不均勻,夏季降水量(6～8月)占全年降水量的63%～70%[8].因此,河套灌區(qū)單靠降雨不能滿足作物生長需水,春季播種(春灌)與夏季生長期(夏灌)都需要依靠灌溉來保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn).長期灌溉造成灌區(qū)地下水位較高,土壤普遍鹽堿化,所以秋天作物收獲后,必須進行秋澆(每年 10月份左右的儲水淋鹽灌溉).根據(jù)降雨量及作物生長需水情況,河套灌區(qū)灌溉活動可分為春灌(4月底～6月底)、夏灌(7月初～9月上旬),秋澆(9月下旬～10月底),平均灌水4～6次.其中,秋澆期的引水量超過總引水量的60%.

1.2 樣品采集及處理方法

選擇河套灌區(qū)杭錦后旗解放閘灌域為研究區(qū),該區(qū)位于河套灌區(qū)西部.選擇解放閘灌域內(nèi) 3種典型作物地塊作為研究對象,分別為春小麥、玉米、向日葵3種作物,地塊大小均在1300m2左右.另外,在同一地區(qū)選擇相似大小的空白試驗田(無作物、不施肥)進行對照,空白試驗田除秋澆外均不實施灌溉.由于該地區(qū)地處中高緯凍融區(qū),每年的1～3月及12月期間,土壤屬于完全冰凍狀態(tài),無法取樣,因此,取樣時間段定為 4～11月,分別采集田間土壤、土壤滲濾液及地下水樣品.

土壤樣品:研究區(qū)的地下水埋深較淺,多年平均地下水深為 1.74m,因此將采樣的土層厚度定為130cm.在每個實驗地塊設(shè)2個采樣點,利用土鉆采取分層采樣的方式,采樣深度分別為0～10,10～20,20～40,40～70,70～100,100～130cm.采集的土壤樣品裝入自封袋,擠出空氣,密封,標記采樣時間、地點及土層深度.硝態(tài)氮用2mol/L的KCl溶液浸提后,采用紫外分光光度法測定;總氮用H2SO4消煮后,采用凱氏定氮儀進行測定[9].

地下水樣品:在每塊實驗田中心設(shè)置PVC地下水監(jiān)測井,于2009年夏灌和秋澆前及灌水后2周連續(xù)采集地下水樣品,同時記錄地下水水位.硝態(tài)氮采用紫外分光光度法,總氮用堿性過硫酸鉀消解后采用紫外分光光度法分析[10].

土壤滲濾液樣品:在3塊實驗田135cm處埋置陶瓷頭,于2009年夏灌及秋澆后收集土壤滲濾液,其中水質(zhì)的測定方法與地下水相同.

2 結(jié)果與分析

研究表明,氮的淋失必須具備2個條件:土壤中氮的積累是源,氮的含量越高,越易發(fā)生淋失;下滲水流是載體,只有飽和水流的縱向遷移才能引起氮素的淋失[11-12].2009年,試驗田地區(qū)的降水量不足100mm,集中發(fā)生在蒸發(fā)量較高的7～9月,且單次降雨量小于 15mm,無法在土壤中產(chǎn)生飽和水流,因此,灌溉是當?shù)氐匕l(fā)生遷移的主要驅(qū)動因素.夏灌(7月 1日)時小麥地塊,玉米地塊,向日葵地塊的灌水量分別為:90,96,86mm,空地未進行澆灌.秋澆(10月20日)時小麥地塊,玉米地塊,向日葵地塊和空地的灌水量分別為 206,226,221,210mm.

2.1 不同灌期各地塊土壤中氮素分布動態(tài)

分別于2009年夏灌(7月1日)前后(6月22日和7月5日)以及2009年秋澆(10月20日) 前后(10月15日和10月25日)采集土壤樣品,針對研究地塊較為集中的 2次灌溉進行土壤的分層采樣并分析硝態(tài)氮與總氮含量,以分析不同灌期氮素的遷移特征.

2.1.1 夏灌期間 硝態(tài)氮 灌水前,由于各作物的生長狀況與追肥日期有差別,各地塊土壤中硝態(tài)氮的含量存在明顯差異(圖1).縱向分布總體上呈現(xiàn)出表層含量最高,20～40cm處硝態(tài)氮含量最低,其中小麥地塊直至 40～70cm 處達到最低,隨后開始升高,100～130cm層趨于穩(wěn)定.其中表層土壤(0～20cm)硝態(tài)氮含量小麥與玉米較高,向日葵最低;20～40cm層玉米地較高,小麥和向日葵地較低;40～130cm層小麥地和向日葵地土壤硝態(tài)氮略高;玉米地塊的硝態(tài)氮含量比其他兩個地塊含量總體偏高.一方面小麥追肥較早,在 5月 25日,而向日葵自播種起仍未進行追肥,消耗的主要是基肥提供的氮素.另一方面,玉米播種較小麥晚,追肥也較晚,在6月9日,因此玉米地塊土壤中的氮素積累較多.

灌水后各地塊表層土壤(0～10cm以及 10～20cm)的硝態(tài)氮含量明顯減小,玉米地塊 20～40cm 層的土壤硝態(tài)氮含量有明顯降低,硝態(tài)氮的累積高峰從表層遷移至 70cm 處;另外兩塊地從40～70cm土層開始,硝態(tài)氮含量基本與灌前差別不大,至100～130cm土層時,各地塊硝態(tài)氮含量趨于一致,無明顯差異.由于空地沒有進行灌溉,因此灌水后與灌水前相比硝態(tài)氮的含量基本沒有變化.

圖1 夏灌前后各地塊土壤中硝態(tài)氮含量變化Fig.1 NO3--N contents of six layers in experimental fields during summer irrigation

夏灌后土壤表層含水率明細增加,同時表層土壤中硝態(tài)氮含量在灌水后明顯低于灌水前.一方面,在灌水條件下,由于溫度較高,土壤含水率較大,容易發(fā)生反硝化反應,硝態(tài)氮變成 NO2和N2[13].另一方面,硝態(tài)氮累積高峰的下移也說明硝態(tài)氮存在著縱向的遷移[14].向日葵地塊施肥量較少,所以 0～20cm 剖面的硝態(tài)氮濃度明顯低于另外兩種地塊.由于夏灌時玉米地灌水量高于另外兩個地塊,因此灌溉后玉米 0～40cm 土層的含水量均明顯高于灌水前,相應的硝態(tài)氮含量降低程度也比另外兩個地塊明顯,且小麥和向日葵地塊土壤中硝態(tài)氮含量在0～10cm與10～20cm層減少,在 40cm 以下硝態(tài)氮含量開始增加,而玉米地塊土壤硝態(tài)氮含量的增加從 70cm 開始,這說明夏灌期間玉米地塊硝態(tài)氮的縱向遷移程度高于另外兩個地塊.此外,由于玉米和向日葵成熟期較晚,在7月1日夏灌時還處于快速生長期,作物蒸騰作用強度大,在一定程度上抑制了硝態(tài)氮的縱向遷移.

有研究表明,土壤中 70%以上的氮是以有機氮的形式存在的[15].因此,土壤中總氮的含量遠大于硝態(tài)氮,且在種植了作物的田塊中總氮含量明顯高于空白地塊.灌水前,各地塊表層土壤的總氮含量差異不明顯,玉米與向日葵含量略高于小麥(圖2).這是因為小麥的生育期早于玉米和向日葵,在7月1日夏灌時已經(jīng)接近成熟,對土壤中的氮利用較為充分.除玉米地塊外,各地塊土壤的總氮含量的縱向分布均呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,即表層 0～10cm層含量最高,20～40cm土層含量最低,40～100cm土層總氮含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,100～130cm層含量趨于一致,與硝態(tài)氮的縱向分布規(guī)律相似.玉米地塊則出現(xiàn)從表層向下略有增加然后逐漸減少的趨勢,100～ 130cm層含量有略有增加,與其他兩個地塊相差不大.這可能是由于玉米地施肥較晚,且采用表層施肥,因此氮素向下遷移較為緩慢.

灌水后,各地塊總氮含量相對變化不大,和灌水前的趨勢大體一致,即由表層向深層逐層減少,最后趨于一致,且灌水后各地塊之間總氮的分布差異也變小.與灌水前相比,玉米地的總氮減少較為明顯,說明施肥離灌水時間越近,硝態(tài)氮越容易發(fā)生縱向遷移,淋失的風險越大.因此,灌水前與施肥的時間間隔越久,硝態(tài)氮越不容易發(fā)生淋失[16].空地總氮含量相對其他地塊較小,且灌水前后的縱向分布差異不明顯.

總氮在夏灌前后的縱向分布變化與硝態(tài)氮類似,表層土壤中總氮含量在灌水后低于灌水前,因此,夏灌期間氮素的縱向遷移以硝態(tài)氮為主要形式.夏灌前后土壤中總氮含量變化不明顯,灌水后土壤硝態(tài)氮含量相對灌水前有一定程度的降低,土壤硝態(tài)氮含量的變化主要發(fā)生在耕作層(0～40cm),這與夏季作物根系對氮素的吸收作用有關(guān).此外由于硝態(tài)氮攜帶陰離子,不容易吸附在土壤顆粒上,因此主要以水分的遷移為主要載體[17].

圖2 夏灌前后各地塊土壤中總氮含量變化Fig.2 TN contents of six layers in experimental fields during summer irrigation

2.1.2 秋澆期間 秋澆時,灌區(qū)農(nóng)作物均已收獲,因而此時段土壤中氮素含量的變化排除了植物生長的影響.秋澆采取的是“隔田淹灌”的灌水方式,灌水后農(nóng)田地表上覆水以及較高地下水位的影響,土鉆取樣較為困難.結(jié)合當?shù)貙嶋H情況,將采樣時間定為10月15日和11月20日.

硝態(tài)氮:灌水前,小麥地塊表層土壤的硝態(tài)氮含量(25.1mg/kg)比玉米和向日葵地塊高.硝態(tài)氮在小麥地塊土壤中從秋澆表層向下呈先降低后增加的趨勢,100～130cm 處的硝態(tài)氮含量略有增加(圖3).因此,小麥地塊的硝態(tài)氮主要累積在 40cm 土層以下,其中70～100cm為累積高峰,這與春小麥生育期短(全生育期114 d),當?shù)剞r(nóng)民在小麥灌漿期追肥,且灌溉次數(shù)頻繁,單次灌水量相對較大等因素有關(guān).秋澆期間,小麥地的硝態(tài)氮縱向遷移明顯.玉米地與小麥地則相反,從表層向下呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢,累積高峰出現(xiàn)在 40～70cm.向日葵地塊則表現(xiàn)出不同的縱向分布,從表層向下先減少至40～70cm 達到最小,隨著土層的增加逐漸回升,這與向日葵施肥次數(shù)少且施肥量小有關(guān).空地的總氮基本與夏灌持平,20cm以下的硝態(tài)氮含量略有減少,可能是反硝化作用引起的.

圖3 秋澆前后各地塊土壤中硝態(tài)氮含量變化Fig.3 NO3--N contents of six layers in experimental fields during autumn irrigation

圖4 秋澆前后各地塊土壤中總氮含量變化Fig.4 TN contents of six layers in experimental fields during autumn irrigation

灌水后,小麥地塊各層硝態(tài)氮含量均低于灌水前,100～130cm 才表現(xiàn)出略有增加的趨勢.玉米地硝態(tài)氮含量最大的土層為70～100cm,累積高峰向下遷移了30cm,且70cm以下的土層灌水后硝態(tài)氮含量高于灌水前.向日葵地灌水后表層明顯低于灌溉前,40～70cm 以下的土層略高于灌水前,但差異不明顯.空地由于進行灌水,也表現(xiàn)出一定的變化,灌水后各層土壤硝態(tài)氮含量略低于灌水前.由于各個地塊的硝態(tài)氮累積高峰均有不同程度的向下遷移,說明硝態(tài)氮在秋澆作用下的流失比夏灌期間明顯.

總氮:灌水前,土壤表層的總氮含量隨土層的深度增加而逐漸減小,與硝態(tài)氮縱向分布趨勢略有不同,這說明不同深度的土壤氮組成含量不同,深層土壤銨態(tài)氮和有機氮含量相對較高.秋澆前,各地塊表層土壤(0～20cm)中總氮含量普遍高于深層,深層土壤中各地塊總氮含量相對一致,穩(wěn)定在 500～700mg/之間(圖 4),這是因為在秋澆前作物已經(jīng)全部收獲,0～40cm 層的土壤受作物殘留的影響,總氮含量相對深層土壤較高,而深層土壤的總氮含量與夏灌結(jié)束時各地塊深層土壤的總氮相差不多.空地由于沒有耕作施肥活動,從表層至深層總氮含量差異不明顯.

灌水后,各地塊總氮含量變化與夏灌期不同,各層土壤的總氮含量均呈現(xiàn)出降低的趨勢,減少的程度從表層向下遞減.

2.2 各地塊淺層地下水氮素分布動態(tài)

2.2.1夏灌期間 夏灌(7月1日)前3d至夏灌后2周連續(xù)采集小麥、玉米和向日葵地塊的地下水樣,并分析地下水中硝態(tài)氮和總氮的濃度(圖5).可以看出,夏灌前,各地塊地下水中的總氮濃度相差不多,而小麥地塊中的硝態(tài)氮濃度相對較高.夏灌之后,各地塊地下水中的硝態(tài)氮比灌水前略有降低,隨著夏灌的結(jié)束,呈現(xiàn)回漲的趨勢,其中玉米和向日葵地變化的幅度相對明顯,在灌水后的第4d即7月4日增加至最大值,之后逐漸減少,說明夏季地下水溫度相對較高,有利于水體微生物活動,使反硝化的強度增大[18],對地下水中的硝態(tài)氮產(chǎn)生稀釋作用[19-20].至7月9日,地下水中的硝態(tài)氮濃度和6月29日基本持平,之后,硝態(tài)氮濃度又略有升高,這可能與7月7日的降雨有關(guān).結(jié)合地下水埋深變化可知,玉米地塊的淺層地下水在灌溉的驅(qū)動下硝態(tài)氮濃度升高明顯,說明玉米地塊存在大量富集的硝態(tài)氮.因此,在灌溉發(fā)生時,硝態(tài)氮隨水分遷移迅速進入淺層地下水中.

地下水中總氮的濃度在灌水前后的變化與硝態(tài)氮相似,總體上呈現(xiàn)出灌水后總氮濃度逐漸降低然后增加的趨勢.但是總氮在灌水前就開始下降,且在灌水當天,總氮濃度下降明顯,7月2日、3日起總氮濃度開始上升,至 7月9日(灌水后第8d),各地塊總氮濃度趨于穩(wěn)定,7月9日起又突然下降,且下降幅度明顯高于硝態(tài)氮,說明7月7日的降雨對地下水的補充對總氮產(chǎn)生了稀釋作用.

圖5 夏灌前后各地塊地下水中氮素濃度變化Fig.5 NO3-N concentration of groundwater in experimental fields during summer irrigation

2.2.2秋澆期間秋澆(10月20日)前 5d采集小麥、玉米和向日葵地塊的地下水樣,秋澆前后連續(xù) 2周采集地下水樣品并測定水中硝態(tài)氮和總氮的濃度(圖 6).秋澆期間,各地塊地下水中的硝態(tài)氮的變化趨勢近似,在灌水前呈現(xiàn)先增加后逐漸減小并趨于穩(wěn)定的趨勢.在灌水后的第3d即10月 22日時地下水中的硝態(tài)氮增加至最大值,11月 2日,地下水中的硝態(tài)氮濃度開始下降,這與灌區(qū)氣溫逐漸降低直至出現(xiàn)冰凍有關(guān).而地下水中總氮的濃度在灌水前后的變化與硝態(tài)氮保持一致,總體上呈現(xiàn)出灌水后總氮濃度逐漸增加后降低的趨勢.總氮在10月28日,即灌水后1周出現(xiàn)峰值,隨后回落明顯.秋澆前后,硝態(tài)氮與總氮的濃度比夏灌期間上升明顯,這是由于秋澆期間水量較大,增加了淺層地下水中泥沙與有機質(zhì)的濃度.秋澆期間淺層地下水的溫度較低,因此反硝化作用相對不明顯,淺層地下水中硝態(tài)氮的濃度相對穩(wěn)定.

秋澆前,地下水中硝態(tài)氮濃度在 7.5mg/L左右,秋澆當日,地下水中硝態(tài)氮濃度顯著上升.秋澆后一周內(nèi),地下水中硝態(tài)氮濃度均超過了15mg/L,是國際衛(wèi)生組織標準(10 mg/L) 的1.5倍以上,最嚴重時接近3倍.可見,秋澆對地下水水質(zhì)有較大的影響.

圖6 秋澆前后各地塊地下水中氮素濃度變化Fig.6 NO3-N concentration of groundwater in experimental fields during autumn irrigation

2.3 土壤滲濾液中硝態(tài)氮濃度動態(tài)

由于土壤滲濾液的收集受土壤含水率等多種因素的影響,所以取樣較為困難.夏灌期間灌溉量相對較小,因此僅收集到玉米地塊的完整數(shù)據(jù),且土壤滲濾液在灌溉后第3d才收集到.秋澆期間灌水量相對較大,灌溉第2d起就有滲濾液的產(chǎn)生.夏灌期間,滲濾液中硝態(tài)氮濃度在前4d變化幅度不大,從第 5d起明顯降低.秋澆期間滲濾液中的硝態(tài)氮濃度相對變化不明顯,地塊之間可以看出向日葵地塊的滲濾液中的硝態(tài)氮濃度相對較低,玉米地塊較高(圖 7).可見,在灌溉期間,滲濾液的產(chǎn)生伴隨著硝態(tài)氮的遷移,濃度變化幅度不大,是由于硝態(tài)氮與土壤顆粒之間的相互排斥作用,使硝態(tài)氮比較容易隨水流下滲[17].

圖7 不同灌期土壤滲濾液中硝態(tài)氮濃度變化Fig.7 NO3-N concentration of soil water in experimental fields during summer and autumn irrigation

2.4 硝態(tài)氮的淋失量

考慮本次試驗區(qū)域地下水位多數(shù)時間維持在 1.4～1.7m 左右,灌溉后地下水位上升接近至1.3m,因此認為以130cm的厚度為限來計算土壤剖面的硝態(tài)氮的淋失是可行的.土壤剖面中硝態(tài)氮的淋失量為灌溉前后土體中硝態(tài)氮累積量(kg/hm2)的差值[14].

夏灌期間硝態(tài)氮的淋失量相對較小.從表 1可見,夏灌時 3種作物地塊硝態(tài)氮的淋失主要發(fā)生在0～40cm的土層.此外,小麥地塊在40～60cm土層,玉米地在 60～100cm 土層,以及向日葵地在40～80cm 的土層有少量的富集.小麥和玉米地塊的總淋失量較大,超過20kg/hm2,向日葵地塊的總淋失量約為10kg/hm2.

農(nóng)田土壤耕作層一般厚 15～20cm,近似認為從0～20cm剖面淋失的硝態(tài)氮即為從耕作層淋失出來的硝氮.耕作層小麥地塊的淋失量最大,達11.88kg/hm2,玉米地塊和向日葵地塊的淋失量相當,在 6.5kg/hm2左右.

表1 不同類型農(nóng)田土壤剖面夏灌前后硝態(tài)氮含量的損失量(kg/hm2)Table 1 The loss of NO3--N in soil profile in different farmlands during summer irrigation(kg/hm2)

表2 不同類型農(nóng)田土壤剖面秋澆前后硝態(tài)氮含量的損失量(kg/hm2)Table 2 The loss of NO3--N in soil profile in different farmlands during autumn irrigation(kg/hm2)

與夏灌相比,秋澆時硝態(tài)氮的損失量更為嚴重.秋澆前后,小麥地塊在0～100cm各土層都有比較顯著的硝態(tài)氮淋失,在耕作層淋失尤為明顯(59.40kg/hm2).玉米地塊在 0～80cm 各土層硝態(tài)氮淋失量也很顯著,但在 80～130cm 土層有較大的富集.向日葵地塊硝態(tài)氮的淋失主要發(fā)生在0～40cm 土層.可見,采用玉米與其他兩種作物的套種耕作方式,有利于減少硝態(tài)氮的淋失.

由于研究區(qū)域采用淹灌方式灌溉,沒有退水,在灌溉后地下水位更是上升接近至 1.3m,因此,近似認為0～130cm土層的硝態(tài)氮淋失總量即為通過灌溉進入地下水的硝態(tài)氮量.根據(jù)表 1和表2,夏灌期間小麥地塊,玉米地塊,向日葵地塊進入地下水的硝態(tài)氮總量分別為 21.465,25.92,9.99kg/hm2;秋澆期間則分別為 162.81,33.94,56.16kg/hm2.

3 結(jié)論

3.1 夏灌對氮素的稀釋作用明顯,因為夏季作物蒸騰作用顯著,土壤較為干燥,土壤孔隙變大,土壤的透水性能較好.總氮在夏灌前后的縱向分布變化與硝態(tài)氮類似,表層土壤中總氮含量在灌水后低于灌水前,因此,夏灌期間氮素的縱向遷移以硝態(tài)氮為主要形式.由于溫度較高易于發(fā)生反硝化作用,也會降低地下水中硝態(tài)氮的濃度.另外,玉米地塊的氮流失在夏灌時相對明顯,這可能與玉米地塊的追肥和灌水相隔時間短有關(guān).

3.2 秋澆是農(nóng)田氮素淋失的主要階段.秋澆時,農(nóng)作物均已收獲,土壤處于裸露狀態(tài),蒸發(fā)作用大幅下降.秋澆灌水量比作物生長期的灌水量大,地下水位上升明顯.隨著秋澆的進行,土壤處于厭氧環(huán)境,土壤中氮素的含量下降較為明顯.一方面是由于硝態(tài)氮在灌水作用下發(fā)生縱向淋失,另一方面是土壤中的硝態(tài)氮在反硝化作用下轉(zhuǎn)變成N2O、N2和O2釋放.根據(jù)估算,秋澆前后小麥地塊,玉米地塊,和向日葵地塊土壤硝態(tài)氮的總淋失量分別為 162.81,33.94,56.16kg/hm2.各作物地塊硝態(tài)氮的淋失區(qū)和富集區(qū)不一致,所以采用套種耕作的方式,有利于控制氮的淋失.

3.3 夏灌與秋澆兩次灌水前后地下水中總氮的峰值滯后于硝態(tài)氮,說明氮素的流失除以硝態(tài)氮的形式發(fā)生之外,部分銨態(tài)氮以及有機氮等其他形式的氮素在灌溉驅(qū)動下也發(fā)生一定程度的縱向流失,這可能是施用的氮肥在土壤中轉(zhuǎn)化不充分,銨態(tài)氮及有機態(tài)氮富集在土壤中,在灌溉的驅(qū)動下發(fā)生淋失.

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