土壤与环境 2001, 10(1): 6~10 Soil and Environmental Sciences E-mail: ses@基金项目39790100»ÆÂúÏæ男 章申男中国科学院院士中国环境科学学会副理事长2000-12-02文章编号２００１章申陈喜保北京　１００１０１在室内降雨模拟试验条件下结果表明施用NH 4HCO3显著地增大了农田径流中溶解态氮浓度及流失量P =0.1在大暴雨和裸露地试验条件下在44 min 降雨径流中侵蚀泥沙有富集氮养分的特点LOG(ER )=0.770-0.300LOG(SED )½µµÍ±íÍÁÖÐËÙЧµªÑø·Öº¬Á¿ÊǼõÉÙÅ©ÌïµØ±í¾¶Á÷µªÁ÷ʧµÄ¹Ø¼üÈ˹¤½µÓ굪Á÷ʧX14 文献标识码Institute of Geographical Science and Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, ChinaÁ×µÈÑø·ÖËæµØ±í¾¶Á÷ÏòË®ÌåµÄǨÒÆÒýÆðÁ˹㷺µÄÖØÊÓ¶ÔÅ©ÌïÔì³ÉÁËÖ±½ÓµÄËðº¦Í¬Ê±µª½øÈëË®ÌåÒò´ËÁ×Ñø·ÖËðʧ¹æÂÉ研究暴雨径流条件下农田氮以控制降雨强度和时间其后在白洋淀地区也进行了尝试[1, 2]×ÜÌåÏà¹Ø×ÊÁϽÏÉÙÔÚÊ©Óõª·ÊÓ벻ʩ·ÊµÄÌõ¼þÏÂŨ¶ÈºÍÇÖÊ´ÄàɳµªµÄº¬Á¿ÎªÓÐЧ¿ØÖÆÅ©ÌﵪµÄËðʧºÍ·ÀֹˮÌåµÄ¸»ÓªÑø»¯Ìṩ¿ÆѧµÄÒÀ¾Ý¼´¹©Ë®ÏµÍ³¾¶Á÷ÊÔÑéÍÁÈÀСÇøºÍ×Ô¶¯²ÉÑùÆ÷²ÉÓÃÃÀ¹úSPRACO 锥形头90 cm 长的延伸管以及作装置稳定的三角架和几条拉线构成可在相对较低的降落高度下模拟天然降雨每槽水平受水面积0.5 m× 2 m·ÀÖ¹½µÓêÄàɳ½¦³öVol.10 No.1 黄满湘等V 型量水堰收集并测定径流体积为草甸褐土采土壤表层30 cm ¹©ÊÔÍÁÈÀµÄÀí»¯ÐÔÖÊÁÐÓÚ±í1¹ý4 mm 筛将土壤分层装入模拟实验槽用滴灌法将土壤湿润在装土湿润后第3 dÊ©N 肥水平约133 kg/hm 2作为施肥处理的3个重复不施氮肥1周后作降雨试验实验雨强为72 mm/h当产流发生时并用容器按照每9 min 分槽收集径流收集径流沉积物用于径流氮浓度分析径流全氮包括颗粒态氮和溶解态氮ＤＮ溶解态氮包括溶解态有机氮Dissolved InorganicNitrogen, DIN溶解态无机氮包括无机氧化氮ＤＮＮAmmoniaÒ»²¿·ÖÖ±½ÓÓÃÓÚ¾¶Á÷È«µª浓度测定紫外分光光度法测定过滤水中溶解态氮浓度与无机氧化氮浓度用美国Dohrmamn 公司生产的DN-1900测氮仪分析[3]DHNÈܽâ̬Óлúµª浓度和颗粒态氮浓度可用差减法算出称重并用中国标准中心提供的标样进行质量控制在降雨强度试验小区的产流排水p =0.1ÔÚÏÂÃæÌÖÂÛ¶ÔÕÕÓëÊ©·ÊÌõ¼þϵªËØÑø·ÖËæµØ±í¾¶Á÷Á÷ʧ¹ý³ÌʱÔÚ½µÓêÇ¿¶ÈΪ72 mm/h½µÓêÔ¼2 min 各小区开始产流排水降雨在入渗和地表径流之间分配径流量小径流率增大并达到最大值产沙速率也随地表径流的增大而增大图1径流泥沙浓度开始时最大图2表１ 供试土壤的主要理化性质土层深度/cm 总氮/(mg ⋅g -1)有机质/%阳离子代换量/(cmol ⋅kg -1)体积质量/(g ⋅cm -1)砂粒*/%粉粒*/%粘粒*/%0~20 1.638 3.0315.77 1.12951.217.820~30 1.321 1.8114.301.22259.019.0砂粒粉粒粘粒8 土壤与环境 Vol.10 No.1２．２ 径流氮的流失及其变化趋势侵蚀泥沙携带的养分流失和坡面径流携带的养分流失是坡地养分流失的两个主要途径后者即溶解态部分径流全氮的流失包括颗粒态氮和溶解态氮两部分从径流中流失的总氮达到494.2 mgºÍ760.6 mg½µÓ꾶Á÷²»Í¬Ê±¼äµÄÀÛ»ýµªÁ÷ʧÁ¿ºÍÀÛ»ý¾¶Á÷Á¿Ö®¼ä´æÔÚÃÝÖ¸Êýº¯ÊýµÄ¹Øϵ其中mg R为相应时间的累积径流量ｂ为常数试验小区条件有关单位时间内随径流流失的径流全氮呈下降趋势的这是用幂指数函数比线性关系能更好地描述径流中氮流失量与径流量之间的关系的原因颗粒态浓度+溶解态浓度系数a 大于1Å©ÌﵪÑø·ÖËæµØ±í¾¶Á÷Á÷ʧÁ¿ÓëÅ©ÌﾶÁ÷Á¿³ÉÕýÏà¹ØÊ©·Ê¶ÔµØ±í¾¶Á÷ÖеªÁ÷ʧµÄÓ°ÏìÏ൱Ã÷ÏÔTN浓度为10.45 mg/L PN浓度为10.13 mg/LDN浓度为0.33 mg/L在溶解态氮中ＤＩＮ浓度较高DNN浓度分别为0.04 mg/L和0.22 mg/LÔÚδʩÓôóÁ¿Óлú·ÊºÍ»¯·ÊµÄ¿óÖÊÍÁÈÀÖжøÇÒÖ÷ҪΪï§Ì¬µªºÍÏõ̬µªËüÒ»°ãռȫµªµÄ95%以上甚至和非胶体的矿质土粒密切结合而成为复合体形态的氮其稳定性就大大增加表层土壤只有一薄层与雨水径流相互作用硝态氮以及可溶性的有机氮进入水溶液中DN相对而言与侵蚀泥沙结合的颗粒态氮成为地表径流氮流失的主要形式产沙各种形态氮浓度及产量影响径流量/L产沙量/g泥沙含氮量/(mg⋅g-1) CK46.97(0.543)195.5(3.1) 2.437(0.0321)施肥47.91(0.705)194.8(4.8) 2.5097(0.0828)NS NS NSTN PN DN DON DIN DNN DHN径流氮浓度/(mg⋅L-1)CK10.45(0.075)10.13(0.053)0.33(0.010)0.08(0.000)0.26(0.009)0.22(0.000)0.04(0.000)施肥15.88(0.632)10.21(0.438) 5.68(0.199)0.22(0.027) 5.45(0.174)0.31(0.032) 5.15 (0.205) VS NS VS VS VS S VS径流氮产量/mgCK494.2( 6.83)476.3( 7.5)15.8(0.75) 3.5(0.07)12.3(0.68)10.4(0.46) 1.8(0.23)施肥760.6(19.17)488.7(13.8)271.8(5.72)10.6(1.15)261.3(4.89)14.6(1.77)246.7(6.48) VS NS VS VS VS S VSNS表示施肥与对照在P=0.1水平上差异不显著VS表示施肥与对照在P=0.01水平上差异极显著Vol.10 No.1 黄满湘等TN浓度为15.88 mg/L PN浓度为10.21 mg/LDN浓度为5.68 mg/L在溶解态氮中最大部分为无机态的铵态氮和硝态氮DNN浓度分别为5.15 mg/L和0.31 mg/L±í2在表施易溶性的碳酸氢铵肥料后ＤＮＤＩＮP=0.01DNN浓度也达到显著水平P=0.1很显然施加的氮肥要成为固定态铵需要较长时间干湿交替作用施肥处理径流TN浓度的增加是由DN浓度的增加引起的是径流TN浓度增加的根本原因施用速效铵态氮肥后活跃的土壤微生物也可将铵离子转化为硝酸根离子致使施肥处理后的径流中DNN浓度增大增大了土壤中水解性有机氮的溶解表施易溶性的碳酸氢铵肥料后ＤＮＤＩＮP=0.01DNN流失量也达到显著水平P=0.1这一结论说明速效化学氮肥容易随暴雨径流以溶解态流失DN包括无机态的铵和硝酸根离子它们都是能被植物吸收利用的有效养分施肥试验小区径流中DN浓度占TN浓度的百分数从对照的3.1%增长到35.6%增加了16倍增大了它们随径流流失的最终数量降雨径流中TN DON DNNµ«ÊÇDIN DON DNN浓度过程线都高于对照小区相应浓度线在图４ 降雨径流中各形态氮浓度随时间变化规律10 土壤与环境 Vol.10 No.1施肥处理下在降雨过程中表现出更迅速的下降趋势这可能是由于混合肥料的碱性水溶液增加了土壤中水解性有机氮的溶解暴雨径流不仅可能大量地损失施用的速效化肥２．５ 侵蚀泥沙携带的养分流失由于施用碳酸氢铵速效氮肥PN 浓度占TN 浓度的百分数从对照处理的96.8%下降到施肥处理的64.3%±í2由于侵蚀泥沙的氮负荷对于被侵蚀的土壤的质量和流域水体的水质至关重要[3~5]ÎÞÂÛÊ©·ÊÓë·ñNµÄÌØÐÔÇÖÊ´ÄàɳµÄÑø·Öº¬Á¿½Ï¸ßsedimentenrichment一般用某养分在侵蚀泥沙中的含量与其在被侵蚀土壤中的含量之比即富集系数表示降雨44min从降雨侵蚀过程来看一般侵蚀量越大两者存在对数线性关系在图5中１５３３和42 min 累积侵蚀泥沙及其对氮的平均富集系数取对数后求得的两个回归方程来自同一总体log(ER )=0.770-0.300log(SED )SED¹«¹²»Ø¹é·½³ÌµÄ´æÔÚ˵Ã÷Ê©ÓÃ̼ËáÇâï§ÔÚ¶ÌÆÚÄÚ²»»áÃ÷ÏԸı侶Á÷ÖпÅÁ£Ì¬µªµÄÁ÷ʧ¹ý³ÌºÍ½á¹û˵Ã÷¸»¼¯ÏµÊýÓëÀÛ»ýÇÖÊ´ÄàɳÁ¿³É¸ºÏà¹Ø¾¶Á÷ÄàɳµÄº¬µªÁ¿ÊÇËæʱ¼äϽµµÄËæ׎µÓ꾶Á÷µÄÑÓÐø½µÓ꾶Á÷¼ÌÐøÑ¡Ôñ°áÔËÓÉÕâЩ½Ï´ó¿ÅÁ£±ÀÁѶø³ÉµÄ½Ïϸ¿ÅÁ£½µÓêʱ¼äÔ½³¤½µÓ꾶Á÷Ñ¡Ôñ°áÔ˵ÄÇÖÊ´ÍÁÁ£º¬µªÁ¿Ò²¾ÍÔ½µÍ1µØ±í¾¶Á÷µªÁ÷ʧÁ¿Ó뾶Á÷Á¿³ÉÕýÏà¹Ø2在未施用肥料的情况下占径流中氮浓度的96%以上径流中溶解态氮浓度占总氮浓度的35%以上容易造成肥料的损失施用铵肥后侵蚀泥沙对氮素养分有富集作用log(ER )=0.770-0.300 log(SED )[1] 陈皓章申. 白洋淀地区农田径流中氮磷与重金属元素变化规律的模拟研究[A]. 见: 白洋淀区域水污染控制研究[C]. 北京: 科学出版社, 1995. 101-108.[3] WAN Y, EL-SWAIFY S A. Sediment enrichment mechanisms oforganic carbon and phosphorous in a well-aggregated Oxisol[J]. J Environ Qual, 1998, 27: 132-138.[4] WEIJING YAN, CHENGQING YIN, HONGXIAO TANG. Nutrientretention by multi-pond systems: mechanisms for the control of non-point source pollution[J]. J Environ Qual, 1998, 27: 1009-1017.[5] 张兴昌。