江蘇省張家港市某實(shí)驗(yàn)農(nóng)田地表水中氮素含量特征及變化研究

萬程煒　韓翀　陳倩

摘 要 選取江蘇省張家港市某農(nóng)業(yè)基地中農(nóng)田水源進(jìn)行了氮素含量測(cè)定試驗(yàn)，研究試驗(yàn)小流域內(nèi)稻田的田面水和河道水的氮素分布情況，并加以比較分析兩者變化情況及互相影響程度。同時(shí)，還研究了施肥條件對(duì)地表水中氮素特征的影響。

關(guān)鍵詞 氮素；變化規(guī)律；施肥；農(nóng)田；江蘇張家港

中圖分類號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：

本實(shí)驗(yàn)擬通過對(duì)太湖流域典型農(nóng)業(yè)田塊的實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)土壤、降雨、徑流的氮素含量測(cè)定，尋求氣象及施肥條件等因素影響下氮素隨時(shí)間地點(diǎn)的變化規(guī)律，明確氮素在土壤中的累積特征、施氮前后氮素在水文作用、氣象作用等外界因素影響下對(duì)地表水的影響過程。希望對(duì)研究氮素污染控制與流域生態(tài)健康、發(fā)展高效農(nóng)業(yè)提供了科學(xué)依據(jù)，以及對(duì)農(nóng)藥化肥的合理使用提供實(shí)測(cè)資料支持。

1 實(shí)驗(yàn)概述

本研究主要布置在江蘇省張家港市某糧食基地的農(nóng)田，本研究選擇2塊試驗(yàn)田1和2。糧食基地主要種植作物為水稻和小麥，試驗(yàn)田1根據(jù)原有的施肥灌溉制度，試驗(yàn)田2施肥量是田1的1/2，并填寫施肥記錄表。設(shè)計(jì)了灌溉水水量水質(zhì)采集監(jiān)測(cè)、排水水量水質(zhì)采集監(jiān)測(cè)、暴雨被迫排水水量水質(zhì)采集監(jiān)測(cè)、水稻田面水水質(zhì)監(jiān)測(cè)活動(dòng)，并填寫了施肥記錄。

實(shí)驗(yàn)在不降水期間進(jìn)行持續(xù)采樣檢測(cè)農(nóng)田水、河道水水質(zhì)情況。

通過分析降雨產(chǎn)流過程機(jī)理，可了解到每次降雨過程在初始階段基本不產(chǎn)流。試驗(yàn)人員在降雨后試驗(yàn)區(qū)開始產(chǎn)流時(shí)即開始采樣，水樣都包括土壤水、河道水。

2013年共施肥5次，做了簡(jiǎn)單的施肥記錄。并完整地監(jiān)測(cè)了一場(chǎng)暴雨過程中田面水，地表水，地下水中的水質(zhì)指標(biāo)。共采集田面水水樣12次，河道水水樣18次。分析的主要指標(biāo)有氨氮、總氮、硝酸鹽氮。

2 樣品測(cè)定及分析

水樣采集后放置冰箱中保存，并及時(shí)送張家港市水資源管理處水資源監(jiān)測(cè)站進(jìn)行檢測(cè)分析，其分析指標(biāo)包括：總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）、。分析方法采用環(huán)境檢測(cè)部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法[1]。

3 河道水與田面水氮素濃度的關(guān)系

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，在8月25日未降水之前，河道水和田面水中氮素含量大致相等，但隨著時(shí)間的跨度越長(zhǎng)，河道水中氮素的含量有逐漸大于田面水中氮素含量的趨勢(shì)。這是由于實(shí)驗(yàn)田內(nèi)封閉的耕作環(huán)境，與外界河流連通的只有一個(gè)排澇站，稻田排水直接排入河道，并且還會(huì)利用河道水回灌水稻，河道水不能與外界河流聯(lián)通，導(dǎo)致污染物質(zhì)在灌水河道中積聚，使得河道水中的氮素濃度增加。8月25日降水過程攪動(dòng)了河道底部的淤泥，使得河道水的氮素濃度增大波動(dòng)，之后由于河道水量的增加，氮素濃度逐漸降低。總而言之，河道水中的氮素濃度由于受到灌排水量和降水的影響，并且距施肥點(diǎn)的·距離較遠(yuǎn)，因而變化的幅度較緩慢。田面水中氮素濃度則是施肥和降雨灌排等因素的直接反應(yīng)，因此，在以后研究流域出口斷面和地表水中氮素濃度的遷移特征時(shí)建議以田面水中的水樣為依據(jù)。

圖1 河道水與田面水氮素濃度對(duì)比分析表

4 施肥后地表水水氮素濃度變化過程

4.1 水稻施肥方案

水稻試驗(yàn)小區(qū)施肥包括碳銨、復(fù)合肥、過磷酸鈣、尿素和氯化鉀。試驗(yàn)中包括基肥在內(nèi)共施肥5次，每次施肥的種類和施肥量均有記錄。

4.2 施肥條件下地表水氮素含量規(guī)律分析

分析表1數(shù)據(jù)可知，由于在7月17日，8月7日均有施肥，1號(hào)田中氨氮含量存在2個(gè)峰值，第1次施肥折氮43.12 kg/hm2，1號(hào)田中田面水氮素上升至約5 mg/L，之后隨著時(shí)間的推移氮素含量逐漸下降，這是由于氮素會(huì)逐漸向河道水中遷移。第2次施肥量折氮86.25 kg/hm2，1號(hào)田的氨氮含量存在第2個(gè)峰值，并且這1號(hào)田和2號(hào)田的峰現(xiàn)時(shí)間大致相近，都出現(xiàn)在滯后于施肥日期一天左右。說明施肥對(duì)田面水中氨氮的影響很大，受施肥的量，肥料種類，施肥日期的影響。對(duì)比河道水和田面水的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，田面水中氮素含量的波動(dòng)幅度明顯比河道水中大，河道水在施肥后氮素含量緩慢上升之后緩慢下降，波動(dòng)較小，這是一方面是由于河道離施肥點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，另一方面是由于河道水對(duì)氨氮的稀釋作用。

對(duì)比表1中地表水硝氮和氨氮含量的變化，可以發(fā)現(xiàn)，硝氮的含量的最大值依次出現(xiàn)在8月7日和8月28日，而氨氮的最大值依次出現(xiàn)在7月18日和8月10日，硝氮含量的最大值明顯滯后于氨氮的含量，這是由于氨氮容易被土壤吸附，遷移的速度比硝氮慢，所以在田面水中濃度在施肥后顯著上升，而硝氮容易隨水遷移轉(zhuǎn)化，所以，田面水中氨氮的含量增長(zhǎng)存在滯后性。但總體隨時(shí)間變化的規(guī)律和氨氮的相同。同時(shí)，通過比較河道水和田面水中氮素含量的規(guī)律發(fā)現(xiàn)，氨氮河道水中含量比田面水中含量低但硝氮含量明顯河道水中大于田面水中，這也與氨氮和硝氮的理化性質(zhì)，在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的規(guī)律有關(guān)。

從濃度值大小來看，NO3--N濃度遠(yuǎn)低于NH4+-N，最大值為0.76 mg/L，僅為NH4+-N的3.6%。從上述田面水氮素濃度隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的特征看出，施氮能夠明顯提升田面水中氨氮濃度，經(jīng)過5 d左右氨氮濃度下降，在施肥后5 d內(nèi)控制排水能夠極大減少氮素流失，同時(shí)，也說明在施肥后5 d是防止氮素大量流失的關(guān)鍵時(shí)期。

大量研究表明[2-4]，氮磷的流失與施肥量正相關(guān)。這種相關(guān)性在不同的研究區(qū)域之間存在一定的差異，這主要與各地的土壤性質(zhì)、土地利用方式、水肥管理方式及種植制度有關(guān)。由田面水和河道水中氨氮含量的分布規(guī)律來看，不同施肥水平下不同地點(diǎn)的氨氮含量存在顯著差異，由于受基肥和前季作物施氮和氮素遷移的距離的共同影響。通過控制施肥量，并對(duì)農(nóng)田中的硝氮含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到不同施肥量不同時(shí)間下農(nóng)田中硝氮的含量，匯點(diǎn)用數(shù)學(xué)模型模擬，發(fā)現(xiàn)二者符合指數(shù)關(guān)系，施氮量與農(nóng)田中硝氮累積量的回歸方程為

y = 15.71e0.002x ，進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)R? = 0.581，表明施肥的量對(duì)農(nóng)田中氮素殘留量的影響很大。因此，建議農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)格控制施肥量，盡量減少土壤硝態(tài)氮向深層移動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李俊良，朱建華，張曉晟.保護(hù)地番茄養(yǎng)分利用及土壤氮素淋失[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2001，7（2）：126-129.

（責(zé)任編輯：趙中正）