长三角地区典型稻作流域农田氮平衡及氮负荷研究

摘要

随着我国工业化、城市化以及新农村建设步伐的加快，环境污染、生态破坏等环境问题日益突出，其中，农业非点源污染在环境污染中所占的比重逐渐增大。氮是生态系统最重要的生命元素，也是农作物生长的主要限制因子。氮肥施用成为提高土地产出水平的重要途径，因此，研究农田生态系统中氮收支平衡及污染状况，加强农田氮素管理，控制氮素污染对提高农业生产和改善环境质量具有积极作用，并对区域农业经济的可持续发展和优化生态环境具有长远意义。
　　 本文选择了长三角地区典型稻作农业特征的江苏省句容水库流域为研究区，用GIS技术对已有地形图、高分辨率遥感影像等基础图件进行分析和提取专题信息，结合野外调查、室内试验和参阅相关文献的方法来研究确定氮循环各个参数及其数量特征。在分析2007年5月至2008年4月期间该小流域非点源氮污染负荷的产生规律及其时空分布的基础上研究农业小流域氮养分收支平衡状况，进而预测该流域氮负荷及其对环境水质和大气造成的污染潜势。为典型农业流域环境污染的有效防治和控制提供科学决策依据。
　　 本文的主要研究结果如下：
　　 （1）因高施肥投入，研究区在研究时域内氮素输入量为1589.1t，输出量为1168.4t，农田整体系统的氮盈余为144.5 kg·hm-2，水田系统和旱地系统氮盈余分别为60.8 kg·hm-2和98.5 kg·hm-2。农田氮素利用较低，水稻只有33.6％，旱地有34.9％。
　　 （2）化肥投入是农田氮素的最主要来源（1068.3 t，67.2％），其次为有机肥（225.6t，14.2％）和生物固氮（189.2 t，11.9％），氮沉降（96.1t，6.1％）和种子（9.9t，0.6％）带入氮量较少；虽然作物收获（545.3 t，46.7％）是流域农田氮输出的主要方式，但反硝化和氨挥发造成的氮素损失也相当可观。
　　 （3）因特殊的耕作方式和土体氧化还原层的存在，水田反硝化释放氮量占水田系
　　 统氮输出的1/3，加上氨挥发、水稻秸秆燃烧排放的NH3和NOx，水田氮素近一半以气态形式损失掉，造成周围大气污染。此外，夏季频繁降水、泡田弃水等形成的径流损失也是不容忽视的氮污染源。
　　 （4）旱作生态系统更易累积NO3--N，造成氮淋洗损失，且大量盈余在土壤中的氮（占旱地氮输入的36.3％），是下季作物的巨大氮源，也是流域水体的潜在污染源。
　　 （5）为有效的控制流域农业非点源氮污染，可适度调整流域氮肥施用结构，从源头和径流减少污染的发生。重视有机肥与化肥配合施用，加大秸秆还田力度，合理灌溉施肥，提高氮肥利用率，以降低土壤氮负荷，可缓解氮素对大气和水体的潜在威胁。
　　 综上所述，句容农业小流域较低的农业生产氮肥利用率和较高的氮盈余易导致整个流域氮负荷较高，潜藏在土壤中的氮一旦存在适宜条件，会进入到大气和水体中造成环境污染，也可能通过植物传递作用，给我们的食品安全促成隐患。敌合理调整氮肥施用，提高作物利用率，是我们亟需解决的问题。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 农业非点源污染研究进展

1.2.1 农业非点源污染的特点

1.2.2 农业非点源污染的迁移机制

1.2.3 国内外农业非点源污染的研究现状

1.3 氮循环研究进展

1.3.1 环境氮的存在形态及分布

1.3.2 氮循环研究现状

1.4 氮收支平衡研究进展

1.4.1 氮输入

1.4.2 氮输出

1.5 氮污染评价及预测、防控研究进展

1.5.1 环境污染指标评价

1.5.2 养分平衡指标评价、预测

1.5.3 模型评价、预测

1.6 本文的研究目的、研究内容

1.6.1 研究目的、意义

1.6.2 研究内容

1.6.3 技术路线

第二章 研究材料、方法

2.1 研究区概况

2.1.1 自然环境状况

2.1.2 社会经济发展

2.2 研究材料

2.3 研究方法

2.3.1 农田氮循环各项参数测定

2.3.2 农田氮循环模式及氮平衡模型

第三章 长三角地区典型稻作流域农田氮收支研究

3.1 氮素输入参数

3.1.1 化肥

3.1.2 有机肥

3.1.3 种子氮与灌溉氮

3.1.4 生物固氮与大气氮沉降

3.2 氮素输出参数

3.2.1 作物收获氮

3.2.2 反硝化氮

3.2.3 氨挥发氮

3.2.4 氮淋失与氮流失

第四章 流域农田系统氮平衡及氮负荷污染潜势分析

4.1 氮平衡

4.1.1 农田整体氮平衡

4.1.2 水田氮平衡

4.1.3 旱地氮平衡

4.2 氮负荷及污染潜势分析

4.2.1 水环境污染潜势

4.2.2 大气环境污染潜势

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新

5.3 不足之处

5.4 展望

参考文献

致 谢

硕士期间发表论文