典型潮土土體構(gòu)型中的水氮運移及縣域尺度環(huán)境風(fēng)險評價.pdf

1、土體構(gòu)型是發(fā)育在土壤剖面尺度上的物理非均質(zhì)現(xiàn)象，是整個土體各層次的分布、排列和組合狀況，一般由自然和人為作用形成；其作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的立地條件之一，對水分、養(yǎng)分在土壤中的儲存、運移以及作物的根系生長都有相當(dāng)重要的影響，同時也在較大程度上決定了農(nóng)田的地力水平和農(nóng)作物產(chǎn)量。
　　本研究依托于中國科學(xué)院STS課題和國家自然科學(xué)基金項目，以中國科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站內(nèi)實測數(shù)據(jù)和河南省封丘縣1200 km2區(qū)域內(nèi)118組土壤剖面實測數(shù)據(jù)為

2、研究基礎(chǔ)，結(jié)合以往土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，分析研究區(qū)垂向土體的土壤質(zhì)地，確定不同土體構(gòu)型的分布狀況；通過實時試驗得到的研究區(qū)土壤理化性質(zhì)、土壤水氮含量等資料，對研究區(qū)土壤水分與氮素時空變化特征進(jìn)行分析并探討其成因；利用Hydrus-1D模型對研究區(qū)土壤水分運動和氮素運移過程進(jìn)行模擬，并借助于平衡方程和估算模型計算不同土體構(gòu)型中的水量儲存和氮素淋失；對縣域范圍內(nèi)的土體構(gòu)型分布狀況進(jìn)行分析，并用Hydrus-1D軟件對其中分布面積較大的幾種構(gòu)型中的水

3、氮運移進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而結(jié)合其它土壤資料和當(dāng)?shù)胤N植方式評估其環(huán)境風(fēng)險。這對封丘縣及黃淮海平原潮土區(qū)的不同土體構(gòu)型水分與氮素環(huán)境風(fēng)險及農(nóng)業(yè)種植改良有重要意義。
　　本研究得出以下主要結(jié)論：
　　(1)通過對中國科學(xué)院封丘生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗站內(nèi)典型潮土構(gòu)型0~2 m間的土壤采樣分析，獲取了典型潮土構(gòu)型的垂向土層質(zhì)地分布。封丘站內(nèi)的典型潮土構(gòu)型淺層質(zhì)地偏粗，60~90 cm左右出現(xiàn)一層厚度適中的粘土層，向下質(zhì)地偏中細(xì)，屬于黃淮海平原主要

4、土類中比較典型的“蒙金土”構(gòu)型。
　　(2)對中國科學(xué)院封丘生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗站內(nèi)試驗地的16個小區(qū)進(jìn)行土壤水氮的長期觀測，得到了一個完整的冬小麥—夏玉米輪作期內(nèi)農(nóng)田土壤含水量與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量數(shù)據(jù)。土體垂向含水量在時空分布上明顯受到灌溉時間和土體構(gòu)型的影響，在3月至4月、7月至8月出現(xiàn)兩次峰值，60~90 cm處粘土層持水能力較強，含水量最高且變化相對平穩(wěn)；而硝態(tài)氮含量的兩個峰值出現(xiàn)在施肥和降水之后，淺層硝態(tài)氮含量受施肥的影響較大，

5、中層及以下變化趨勢較為平穩(wěn)，60~90 cm處硝態(tài)氮含量一直保持在最高水平。銨態(tài)氮由于自身吸附性質(zhì)在土層中變化并不劇烈，但仍會受到施肥的影響。
　　(3)利用Hydrus-1D軟件對土壤水分和硝態(tài)氮時空變化進(jìn)行數(shù)值模擬，經(jīng)校正與驗證，獲得了擬合度較高的水氮模擬模型。全年0~2 m土體中的水儲量在450~700 mm之間，趨勢波動不大，玉米季水儲量大于小麥季，2 m處全年均有水分下滲，且玉米季的下滲量明顯大于小麥季；全年0~2 m土

6、體中硝態(tài)氮累積量均超過50 kg/hm2，且累積量隨著施肥量的增大而上升，硝態(tài)氮淋失量隨施肥量增加而增大，玉米季淋失量明顯大于小麥季，2 m處出現(xiàn)了較大的氮素下滲。
　　(4)基于對縣域范圍內(nèi)多個采樣點的土壤粒徑分析，借助垂向?qū)哟胃呕瘓D像及土壤圖，得到縣域范圍內(nèi)土體構(gòu)型分布狀況：縣域0~2m剖面深度范圍內(nèi)，輕壤土與壤土體積占比最大，二者相加超過了50％，其余的依照分布量排序為砂土、粘土和砂壤土；土體構(gòu)型分布概況以中-細(xì)-粗構(gòu)型為最