有机肥对重庆地区紫色土农田氮磷流失特征的影响研究

摘要

由于自然环境的改变和人类活动导致海洋、湖泊、河流、水库等储蓄水体富营养化的现象，是当今世界水污染治理的难题，已成为全球最重要的环境问题之一。众多研究结果显示，水体富营养化的发生与农田土壤中的氮、磷流失有着明显关系。然而，人们在研究农业面源污染时极少考虑有机肥的贡献，以至于在提出治理措施时常常将有机肥作为替代化肥的主要对策，殊不知矫枉过正，有机肥施用不当也会引起大面积的农业面源污染。另一方面，作为三峡库区主要土壤类型的紫色土，发育程度浅，极易被侵蚀，使其氮磷流失严重，这加重了三峡库区水体的污染负荷。为此，本文通过室内模拟人工降雨试验和田间原位自然降雨试验，以不施肥处理为空白对照，化肥处理为施肥对照，研究了紫色土农田上施用有机肥后的氮、磷流失特征。主要得到了以下研究结论。
　　1、有机肥对径流中的氮、磷流失特征的影响
　　在室内模拟人工降雨条件下，氮流失大小表现为牛粪＞复混肥＞化肥＞沼液＞油枯＞空白，磷流失大小表现为牛粪＞化肥＞复混肥＞油枯＞沼液＞空白，但有机肥和化肥产生的总氮、总磷浓度之间无显著差异，均显著高于不施肥处理。通过对模拟试验结果进行多元线性回归分析得出，各处理径流总氮、总磷浓度(y)与降雨强度(x1)、施肥水平(x2)、坡度(x3)之间呈现良好的线性关系，即符合:y=b0+ b1x1+b2x2+b3x3。试验所选取的降雨强度、施肥水平和坡度三个影响因子与径流产生的总氮、总磷浓度之间呈显著正相关关系。
　　原位径流试验结果表明，有机肥处理在前期的氮磷流失浓度小于化肥，但随着时间的增加有机肥低于化肥的比例逐渐减小，到后期逐渐高于化肥，供试有机肥和化肥之间无显著差异，但均显著高于不施肥处理。第一季试验各处理氮浓度大小表现为牛粪＞油枯＞化肥＞复混肥＞沼液＞空白，磷浓度大小表现为牛粪＞复混肥＞油枯＞沼液＞化肥＞空白;第二季氮浓度为牛粪＞沼液＞复混肥＞化肥＞油枯＞空白，磷浓度为牛粪＞沼液＞复混肥＞油枯＞化肥＞空白。
　　本文选取可溶态氮、颗粒态氮、铵态氮、硝态氮、可溶态磷和颗粒态磷等氮、磷形态对其含量和占总氮、总磷的比例进行分析。模拟试验结果显示，径流中的以上指标在化肥和有机肥之间都无显著差异，但都显著高于空白对照。化肥的径流可溶态氮、可溶态磷、铵态氮和硝态氮浓度略大于有机肥，颗粒态氮、磷浓度小于有机肥。颗粒态氮、磷是径流氮、磷的主要流失形态，分别占总氮、总磷的34.35％～81.5％和27.5％～87.3％。径流可溶性无机氮中的铵态氮浓度大于硝态氮，其中铵态氮占总氮的10％～50％之间，硝态氮仅占2％～15％。
　　原位试验结果表明，有机肥和化肥处理在两季的径流水样中各形态氮磷含量均表现出不明显的差异，但与空白对照相比，具有极显著性差异。在第1季径流试验中，可溶态氮占总氮的35.71％～87.44％，是径流氮的主要形态;第2季产生的径流氮形态中颗粒态氮浓度略大于可溶态氮，其中可溶态氮占TN的比例为32.94％～60.06％，颗粒态氮占39.94％～67.06％，但是二者总体差异不大。对两季原位径流试验铵态氮含量分析可知，铵态氮占总氮比例在18.62％～57.69％范围内，是硝态氮的1.49～12.54倍，是径流可溶态氮的主要成分。颗粒态磷浓度占总磷浓度的37.40％～83.73％，大于可溶态磷，是径流磷的主要形态，但在降雨量较小的径流中，颗粒态磷和可溶态磷含量相差不大。
　　2、有机肥对淋溶中的氮、磷流失特征的影响
　　在不同的降雨量和施肥量模拟淋溶试验条件下，有机肥与化肥淋溶总氮、总磷浓度之间无显著差异，都显著高于空白对照。试验各处理氮流失大小表现为牛粪＞化肥＞沼液＞复混肥＞油枯＞空白，磷流失大小表现为化肥＞牛粪＞复混肥＞沼液＞油枯＞空白。通过对试验结果进行多元线性回归分析得出，模拟条件下，各处理淋失的总氮、总磷浓度(y)与降雨强度(x1)和施肥水平(x2)之间符合:y=b0+b1x1+ b2x2。试验各处理的降雨强度和施肥水平与淋溶产生的总氮、总磷浓度之间呈极显著正相关关系。
　　两季原位淋溶试验中，各施肥处理产生的氮磷淋失量均显著高于不施肥处理。在第一季中，氮淋失大小为牛粪＞化肥＞复混肥＞油枯＞沼液＞空白，磷淋失大小为牛粪＞复混肥＞沼液＞化肥＞油枯＞空白。在第二季中，各处理氮浓度大小表现为牛粪＞沼液＞复混肥＞油枯＞化肥＞空白，磷浓度为油枯＞牛粪＞沼液＞复混肥＞化肥＞空白。
　　在模拟条件下，化肥和有机肥处理淋溶水中的各形态氮、磷之间都无显著差异，但都极显著高于空白对照。可溶态氮是淋溶氮的主要流失形式，占总氮浓度的65.17％～99.07％，并且极显著高于颗粒态氮浓度。在淋溶液中，可溶态氮主要以硝态氮的形态流失，硝态氮占总氮浓度的43.17％～69.26％，而铵态氮仅占7.83％～29.85％，硝态氮浓度极显著高于铵态氮浓度。可溶态磷是淋溶的主要流失形式，占总磷浓度的78.33％～97.22％，可溶态磷浓度极显著高于颗粒态磷浓度，前者是后者的3.5～35倍。
　　原位试验结果显示，可溶态氮是淋溶流失的主要形态，占总氮的49.70％～97.06％，是颗粒态氮的0.99～33倍，可溶态氮以硝态氮的流失为主，硝态氮浓度是铵态氮浓度的1.64～6.14倍。方差分析显示，可溶态氮的含量极显著大于颗粒态氮，硝态氮浓度显著大于铵态氮，有机肥处理各形态氮浓度与化肥处理差异不显著，施肥处理的各形态氮均极显著大于空白对照。可溶态磷是淋溶磷的主要形态，尤其是在第2季中，可溶态磷浓度极显著大于颗粒态浓度。对两种形态磷进行比较可知，可溶态磷是颗粒态磷的1.03～17.17倍。
　　3、有机肥对模拟水田中的氮、磷流失特征的影响
　　通过对淹水条件下的上覆水中化肥与有机肥氮、磷总量的对比分析可知，有机肥的总氮、总磷含量在首次淹水时均低于化肥，随着淹水时间的增加，有机肥的总氮、总磷含量逐渐高于化肥。对上覆水中的氮、磷形态分析可知，模拟水田上覆水中氮主要以可溶态氮为主，占总氮浓度的83.7％～95.45％，是颗粒态氮的5～18倍。对铵态氮和硝态氮进行比较可知，二者在上覆水中的含量相差不大，分别占总氮浓度的17.65％～61.36％和23.12％～57.07％，但在淹水前期铵态氮浓度高于硝态氮，在后期硝态氮浓度逐渐增加后大于铵态氮。可溶态磷浓度显著高于颗粒态磷浓度，前者是后者的7～14倍，颗粒态磷仅占总磷的6.15％～12.40％。从试验结果还可以看出，供试肥料各形态氮、磷浓度均极显著大于空白对照，而化肥和有机肥之间无显著差异。
　　通过对下渗水中化肥与有机肥氮、磷总量的对比分析可知，化肥和有机肥之间总氮、总磷含量差异不显著，施肥后淹水前期，有机肥处理的下渗水中总氮、总磷浓度均低于化肥，而在淹水后期均高于化肥。对下渗水中的氮、磷形态分析结果显示下渗水中主要的氮形态是可溶态氮，占总氮的85.69％～96.57％，而颗粒态氮仅占3.43％～14.31％。在可溶态氮中，铵态氮占总氮的10.66％～27.94％，硝态氮占44.46％～79.56％，且硝态氮的浓度极显著高于铵态氮。下渗水中的可溶态磷占总磷浓度的87.59％～96.10％，颗粒态磷仅占3.9％～12.41％，可溶态磷浓度极显著高于颗粒态磷。在整个试验期间，化肥和有机肥之间各形态氮、磷无显著差异，施肥处理的各形态氮、磷均极显著高于空白对照。
　　综上所述，在本论文所设置的研究条件下，紫色土农田上无论是施入化肥还是有机肥，都会引起氮、磷的流失，且化肥和有机肥的氮、磷流失无显著差异。在地表径流中，颗粒态氮、磷是主要的流失形态，铵态氮的流失大于硝态氮。在地下淋溶中，可溶态氮、磷是主要的流失形态，硝态氮的流失大于铵态氮。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 氮、磷与水体富营养化

1．1．1 水体富营养化的概念及特征

1．1．2 农田氮、磷流失与水体富营养化

1．2 施肥对农田氮、磷流失的影响

1．2．1 化肥对农田氮、磷流失的影响

1．2．2 有机肥对农田氮、磷流失的影响

1．3 紫色土区农田氮、磷流失研究

1．3．1 紫色土区农田氰、磷流失的研究现状

1．3．2 紫色土区农田氮、磷流失的环境风险

1．4 论文选题切入点与论文结构

1．4．1 论文选题切入点

1．4．2 论文结构

第2章 引言

2．1 研究目的与意义

2．2 研究目标

2．3 研究内容

2．3．1 模拟紫色土旱地施用有机肥后的氮、磷流失特征

2．3．2 模拟紫色土水田施用有机肥后的氮、磷流失特征

2．3．3 有机肥对氮、磷原位径流流失特征的影响

2．3．4 有机肥对氮、磷原位淋溶流失特征的影响

2．4 技术路线

第3章 模拟紫色土旱地施用有机肥后的氮磷流失特征

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 试验装置

3．1．3 试验设计

3．1．4 试验方法(实施)

3．1．5 样品采集与分析

3．1．6 数据处理

3．2 结果与分析

3．2．1 有机肥对径流氮、磷流失总量的影响

3．2．2 有机肥氮、磷径流流失形态比较

3．2．3 有机肥对淋溶氯、磷流失总量的影响

3．2．4 有机肥氮、磷淋溶流失形态比较

3．3 小结

第4章 模拟紫色土水田施用有机肥后的氮、磷流失特征

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 试验装置

4．1．3 试验设计

4．1．4 试验方法(实施)

4．1．5 样品采集与分析

4．2 结果与分析

4．2．1 有机肥对上覆水中氮、磷总量的影响

4．2．2 上覆水中氮、磷形态比较

4．2．3 有机肥对下渗水中氮、磷总量的影响

4．2．4 下渗水中氮、磷形态比较

4．3 小结

第5章 有机肥对氮、磷原位径流流失特征的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 试验区概况

5．1．2 供试材料

5．1．3 试验设计

5．1．4 试验方法

5．1．5 样品采集与分析

5．2 结果与分析

5．2．1 有机肥对径流氮、磷流失总量的影响

5．2．2 径流氮、磷形态比较

5．3 小结

第6章 有机肥对氮、磷原位淋溶流失特征的影响

6．1 材料与方法

6．1．1 试验区概况

6．1．2 供试材料

6．1．3 试验设计

6．1．4 试验方法

6．1．5 样品采集与分析

6．2 结果与分析

6．2．1 有机肥对氮、磷淋溶流失总量的影响

6．2．2 淋溶氮、磷形态}匕较

6．3 小结

第7章 结论与展望

7．1 主要研究结论

7．1．1 有机肥对径流氮、磷流失特征的影响

7．1．2 有机肥对淋溶中的氮、磷流失特征的影响

7．1．3 有机肥对水田中的氮、磷流失特征的影响

7．2 论文创新点

7．3 研究展望

参考文献

致谢

攻博期间的科研成果