【摘要】： 隨著農(nóng)田氮肥施用量的不斷增加,由氮素造成的農(nóng)田非點(diǎn)源污染已成為水體污染的主要因素之一。當(dāng)前世界各國(guó)都致力于研究提高農(nóng)田氮肥利用率和減少非點(diǎn)源氮污染的方法與途徑。本文采用田間試驗(yàn)與生物地球化學(xué)循環(huán)模型相結(jié)合的方法,研究了環(huán)渤海典型流域——山東小清河流域典型農(nóng)田非點(diǎn)源氮素的運(yùn)移機(jī)理、排放途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律。以田間定點(diǎn)觀測(cè)資料為基礎(chǔ),驗(yàn)證并校正了基于氮循環(huán)機(jī)理的過程模型——DNDC模型,通過模型模擬提出了農(nóng)田典型種植方式下的優(yōu)化管理措施,并與流域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合,從流域尺度上識(shí)別全流域氮流失的潛在負(fù)荷及關(guān)鍵源區(qū),定量分析氮污染的主要分布和貢獻(xiàn),進(jìn)而初步提出基于全流域的調(diào)控策略和優(yōu)化管理措施。主要研究結(jié)果如下: (1)以小清河流域典型農(nóng)作系統(tǒng)冬小麥/夏玉米輪作、冬小麥/大蔥輪作、設(shè)施蔬菜為研究對(duì)象,采用田間原裝滲漏計(jì)定位觀測(cè),研究農(nóng)田土壤中氮流失特征。試驗(yàn)表明,歷城冬小麥/夏玉米輪作地常規(guī)施肥處理下小麥生長(zhǎng)季0~1 m土壤硝態(tài)氮積累量在90.13~426.97 kg N hm~(-2),玉米季為67.96~204.32 kg N hm~(-2)。整個(gè)輪作生長(zhǎng)季常規(guī)施肥處理水分滲漏量為176.5mm,由此而帶走的氮素淋失量為38.76 kg N hm~(-2),占氮素總輸入量的6.5%,對(duì)照小區(qū)為3.54 kg N hm~(-2),施肥處理是不施肥處理的10倍以上。章丘冬小麥/大蔥輪作地6個(gè)不同處理試驗(yàn)表明,大蔥生長(zhǎng)季硝態(tài)氮淋失量隨氮肥投入量的增加而增加,常規(guī)施肥處理氮淋失量為20.35 kg N hm~(-2),占氮肥總輸入量的5.2%;對(duì)照處理最小,為4.32 kg N hm~(-2),前者是后者的約5倍;優(yōu)化施肥和減量施肥均能有效減少硝態(tài)氮淋溶量,分別為17.49和13.46 kg N hm~(-2)。此外,徑流試驗(yàn)表明,該地區(qū)氮素徑流流失較小,常規(guī)施肥處理為0.51 kg N hm~(-2),但僅占氮肥總輸入量的0.01%,各施肥處理之間N素徑流流失與氮肥施用量之間不存在明顯的相關(guān)關(guān)系。壽光設(shè)施蔬菜一個(gè)生長(zhǎng)季的研究表明,常規(guī)施肥處理氮肥投入總量為1465 kg N hm~(-2),氮淋失量為214.04 kg N hm~(-2),占氮肥總輸入量的14.6%;對(duì)照處理為76.26 kg N hm~(-2),前者是后者的約3倍。 (2)利用田間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和校正模型,結(jié)果表明,校正后的DNDC模型能更好地模擬冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)、冬小麥/大蔥輪作系統(tǒng)和設(shè)施蔬菜種植系統(tǒng)土壤水分以及氮素淋失的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。同時(shí),模型也很好的擬合了冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)中土壤中NO3--N和NH4+-N的殘留量,模擬值和實(shí)測(cè)值相關(guān)性顯著。敏感性分析表明土壤pH值、施肥量、土壤孔隙率對(duì)氮素的淋失影響較大,是模型需要仔細(xì)考慮的輸入?yún)?shù)。 (3)利用模型提出了基于地塊的最優(yōu)化管理措施,即歷城唐王小麥/玉米輪作系統(tǒng)施氮量減小到常規(guī)施肥量的60%,并提高玉米秸稈還田率到100%;章丘小麥/大蔥輪作系統(tǒng)施氮量減小到常規(guī)施肥量的50%;壽光設(shè)施蔬菜系統(tǒng)為施氮量減小到常規(guī)施肥量的20%,并減小灌溉量為常規(guī)的80%。在保證作物產(chǎn)量在可接受范圍的條件下,各點(diǎn)通過優(yōu)化管理措施能顯著減少氮素淋失量、N2O排放量以及NH3揮發(fā)損失。該評(píng)價(jià)結(jié)果可直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。 (4)建立了小清河流域分鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元的作物類型、種植面積、農(nóng)田管理等GIS數(shù)據(jù)庫(kù),利用DNDC模型對(duì)流域尺度上氮素淋失量進(jìn)行了模擬。2006年全流域8個(gè)區(qū)縣年均氮淋失負(fù)荷范圍為10.44×10~3 t ~36.86×10~3 t,平均為23.65×10~3 t。以氮肥投入總量222.2×10~3 t計(jì)算,該流域平均氮素流失量占氮肥投入的10.6%。淋失量空間分布表明,大于80 kg N hm~(-2)的單元主要分布在章丘市和壽光市的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn);淋失量小于10 kg N hm~(-2)的單元主要集中在流域的上游濟(jì)南市歷城區(qū),在桓臺(tái)和廣饒縣也有零星分布;其他地區(qū)氮素淋失量大多為20~40 kg N hm~(-2)和40~80 kg N hm~(-2)。 (5)利用DNDC模型初步建立了區(qū)域冬小麥/夏玉米輪作體系下優(yōu)化管理措施。運(yùn)用該措施可將傳統(tǒng)區(qū)域氮肥用量減小30%,而且對(duì)冬小麥/夏玉米產(chǎn)量沒有影響,同時(shí)能產(chǎn)生較好的環(huán)境效應(yīng),氮素淋失量可降低35%,N2O排放降低28%,NH3揮發(fā)損失降低了34%。然而,氮肥施用量對(duì)作物產(chǎn)量和氮淋失量的影響區(qū)域差異極大,在制定區(qū)域優(yōu)化管理措施時(shí),不能全流域一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),而應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)馗》秶r(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和土壤營(yíng)養(yǎng)元素平衡情況因地制宜地進(jìn)行制定。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X52

【引證文獻(xiàn)】

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1 夏文建;優(yōu)化施氮下稻麥輪作農(nóng)田氮素循環(huán)特征[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2011年

2 高懋芳;小清河流域農(nóng)業(yè)面源氮素污染模擬研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2011年

3 謝陽村;基于BMPs的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染主導(dǎo)流域總氮總量控制目標(biāo)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

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1 宋珉;汾河水庫(kù)上游流域面污染負(fù)荷研究[D];太原理工大學(xué);2011年

2 紀(jì)丁愈;川中丘陵區(qū)飲用水源地農(nóng)村面源污染特征分析[D];西南交通大學(xué);2011年

3 徐君馳;丹江口庫(kù)區(qū)作物復(fù)種系統(tǒng)生產(chǎn)力和養(yǎng)分流失比較及保護(hù)性耕作相關(guān)技術(shù)研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2668870