【摘要】：土壤可溶性氮素是土壤氮素中最活躍的部分,其一方面是土壤有效養(yǎng)分的重要來源,另一方面又是農(nóng)田中潛在的污染源,可能通過地表徑流與深層滲漏的方式分別對地表水與淺層地下水造成污染。土壤可溶性氮含量及其形態(tài)受施肥、灌溉、種植方式、土壤質(zhì)地、地形和地下水位等條件共同影響,特別是對于耕作層土壤。江漢平原是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地,種植方式多樣,田塊破碎且農(nóng)田管理方式差異較大。開展小流域尺度可溶性氮素時空分布研究對于指導該地區(qū)的精準施氮具有重要意義。此外,該地區(qū)農(nóng)田施肥量大,降雨豐富且地下水位淺,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已引起大面積的地表水和淺層地下水氮素濃度超標問題。亟需開展農(nóng)田土壤可溶性氮時空分異特征的相關(guān)研究,以期為合理施氮和農(nóng)田氮素流失控制提供理論支撐。本研究以江漢平原典型農(nóng)業(yè)小流域(43 hm2)為研究對象,采用網(wǎng)格布點法,均勻地布設了 119個采樣點,分別采集了 0-2 m深土壤剖面樣品與不同季節(jié)0-20 cm耕作層土壤樣品,采用經(jīng)典統(tǒng)計學與地統(tǒng)計學相結(jié)合的方法,揭示了農(nóng)田土壤硝態(tài).氮、銨態(tài)氮與可溶性全氮含量在時間(不同季節(jié))與空間(土壤剖面)上的變化規(guī)律,并且分析了農(nóng)田類型、作物種類、地形和地下水位等因子對氮素時空分布的影響,評價了各農(nóng)田類型土壤可溶性氮水平及其對水體造成污染的潛在風險程度,可為合理的農(nóng)業(yè)施肥與灌溉提供科學依據(jù)。通過本研究主要取得以下結(jié)果:(1)土壤剖面可溶性氮的空間分異特征在0-2 m 土壤剖面中硝態(tài)氮含量的平均值范圍介于1.20～5.55 mg·kg-1之間,銨態(tài)氮含量的平均值范圍在2.60～12.24 mg·kg-1之間,可溶性全氮含量的平均值范圍為6.02～25.53 mg·kg-1之間。變異特征方面,除80-160 cm深度土層銨態(tài)氮含量的變異系數(shù)大于100%,屬于強變異外,其余所有土層硝態(tài)氮、銨態(tài)氮與可溶性全氮的變異系數(shù)均在10%～100%之間,屬于中等變異強度。土壤氮素的空間結(jié)構(gòu)良好,各變量整體上具有中等到較強的空間自相關(guān)關(guān)系。受施肥方式的影響(表施),土壤剖面可溶性氮素含量整體上呈現(xiàn)表層高而深層低的趨勢,底層氮素的空間分布特征趨于穩(wěn)定。硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)由西南向東北遞減的趨勢;銨態(tài)氮與可溶性全氮呈現(xiàn)出東高,北、西、南低的分布特征,尤其在東部地區(qū)的底層土壤中含量顯著增加,這可能導致該區(qū)域地下水受到污染。(2)耕層土壤可溶性氮的時空分異特征在空間變異特征方面,研究區(qū)耕層土壤可溶性氮含量的變異系數(shù)大多在50～100%之間,季節(jié)差異不大,均屬于中等變異強度。但受施肥的影響,土壤中可溶性氮含量的季節(jié)差異顯著,整體上呈現(xiàn)春季秋季夏季的時間分布特征�？臻g結(jié)構(gòu)從良好到一般排序為春季夏季秋季。氮素的含量在不同季節(jié)均呈現(xiàn)表層高而下層低的特征。夏、秋季節(jié)土壤可溶性氮的空間分布特征較為相似,硝態(tài)氮含量具有南、北高,中、西部低的空間分布特征,銨態(tài)氮和可溶性全氮含量都呈現(xiàn)由東北向西南遞減的趨勢;春季土壤中由于氮素含量較低,空間分布的差異不明顯,但高值區(qū)域也與夏、秋季節(jié)一致。(3)影響土壤可溶性氮含量的因子小區(qū)域范圍內(nèi)農(nóng)田土壤差異較小,影響土壤可溶性氮含量的自然因子主要有地形與地下水位,人為因子主要為不同農(nóng)田類型與作物種類引起的不同耕作方式、施肥管理措施與農(nóng)田管理措施等。土壤垂直剖面中,由于稻田的地勢低,地下水位較高的原因,土壤從中層到底層,銨態(tài)氮與可溶性全氮含量呈明顯增加的趨勢,底層甚至接近于表土的含量,其中,水旱輪作田相比其他稻田來看遞增趨勢較弱,旱地則呈現(xiàn)出較好的自上而下氮素含量遞減的趨勢。在不同類型的農(nóng)田中,氮素的存在形態(tài)不同,旱地土壤中的氮素主要以硝態(tài)氮為主,而稻田以銨態(tài)氮含量較高。土壤中氮素的含量在時間變異特征方面受施肥的影響較顯著。春季除單季稻田與水旱輪作田中硝態(tài)氮含量略高以外,其余各用地類型土壤中氮素的含量在各季節(jié)中都是最低的;單季稻田、蝦稻輪作田與水旱輪作田中氮素含量最高的季節(jié)是夏季;秋季雙季稻田中氮素的含量與旱地中硝態(tài)氮的含量較高。土壤剖面中可溶性氮素的存在形態(tài)受地形與地下水的影響較顯著,氮素的時空變異性受施肥措施與耕作方式的影響較大。夏秋季節(jié)旱地中氮素的淋失量較大,易對地表徑流造成污染;而水田深層土壤氮素含量較高,易對淺層地表水造成污染。需要從施肥和農(nóng)田管理上有針對性地進行調(diào)整,減少農(nóng)田在夏秋季節(jié)的施肥量,加強氮素含量高值區(qū)域的水環(huán)境監(jiān)測,防止氮素通過淋洗、側(cè)漏等途徑進入附近水體或地下水,以保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與居民的用水安全。
【圖文】：

碩士學位論文逡逑ＭＡＳＴＥＲＳ邋ＴＨＥＳＩＳ逡逑法測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量；使用堿性過硫酸鉀（重結(jié)晶）溶液對土壤樣品溫消煮后，用紫外分光光度計法測定可溶性全氮含量。逡逑２．３數(shù)據(jù)處理與分析逡逑將前期調(diào)查所獲得的地形、海拔、地下水位、作物類型等基本特征數(shù)據(jù)，利用ＧＩＳ軟件繪制研究區(qū)高程圖、采樣點分布圖、年平均地下水埋藏深度圖利用類型圖等。逡逑土壤氮素含量數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計、正態(tài)分布檢測利用ＳＰＳＳ邋２０．０軟件分空變異分析采用ＧＳ＋９．０軟件，使用地統(tǒng)計學方法，建立半方差函數(shù)模型，壤中氮素含量的空間變異系數(shù)，并用ＡｒｃＧＩＳ邋１０．２軟件地統(tǒng)計模塊中的克里法進行空間變異的表達。逡逑２．４技術(shù)路線圖逡逑本研究的技術(shù)路線如下：逡逑

＜ｒ＜０．５時視為低度相關(guān)關(guān)系，ｒ＜０．３時說明變量之間的相關(guān)程度極弱，可視為不逡逑相關(guān)（１？取絕對值）。將各樣地土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮與可溶性全氮的平均值數(shù)據(jù)逡逑共１１９個樣本進行了相關(guān)性分析并繪制相關(guān)關(guān)系散點圖（圖３．１），結(jié)果顯示，硝逡逑態(tài)氮與銨態(tài)氮的相關(guān)系數(shù)僅０．０１４，與可溶性全氮的相關(guān)系數(shù)為０．２５５，均小于０．３，逡逑認為硝態(tài)氮與二者基本無相關(guān)關(guān)系；銨態(tài)氮與可溶性全氮的相關(guān)系數(shù)達０．９０７，，呈逡逑極顯著的正相關(guān)關(guān)系
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S153

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本文編號：2700293