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黄土区旱地深层硝酸盐累积机理、生物有效性与环境效应

作　者: 党廷辉
导　师: 李生秀
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 植物营养学
关键词: 硝态氮土壤剖面累积有效性环境效应黄土区
分类号: S153.6
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本研究针对黄土区旱地追求作物高产过程中大量施肥或不合理施肥导致农田土壤剖面硝酸盐严重累积的问题,利用同位素示踪技术和长期定位试验,探索土壤剖面硝酸盐淋溶累积和不同深度硝酸盐的生物有效性。同时,在黄土高原典型区域,采用“点-面”结合的方法,采集农田、果园等土壤剖面土样,调查和评价硝酸盐的累积现状。通过研究资料分析,得出下列结果:（1）黄土高原主要类型区农田和果园的土壤剖面硝态氮累积数量果园>农田,果园硝态氮的累积层范围较大。调查样本土壤剖面0-300cm硝态氮累积量范围1.0–353mg/kg,平均值27 mg/kg,变异系数2.1。其中农田土壤剖面0-300cm硝态氮累积量范围1.2 -54 mg/kg,平均值8.2 mg/kg,变异系数1.3;果园对应值分别为:范围1.3-353 mg/kg,平均值47 mg/kg,变异系数1.7。不同土地类型硝态氮水平,果园塬地、梯田、川地都存在严重的累积,而且随施肥水平和种植年限的增加而增加;农田上,塬地>坝地>川地>梯田。川地、坝地由于地下水位浅,土壤硝态氮累积可能造成地下水的污染。长武在调查区属雨量较高地区,由其调查结果推断,黄土高原旱地硝态氮累积最大深度农田和果园分别为240cm和300cm。（2）长期定位试验表明,黄土旱塬长期不平衡或过量施用氮肥,土壤剖面中硝态氮的深层累积是不可避免的,其累积数量、深度和累积率与氮磷施用量及搭配比例密切相关。试验条件下,硝态氮在土壤深层累积的深度通常在60cm以下,严重时可以超过200cm。因施肥组合方式的不同,0-200cm硝态氮累积率为8.5%-31.0%,其中NPM>N>NP>M。施用磷肥和有机肥有减弱NO₃-N向更深层淋溶的作用。在氮磷严重比例失调时,0-400cm硝态氮最大累积率达到44.1%（单施氮180kg/hm2处理）。结果表明,土壤剖面NO₃-N的累积量与累积率一般随氮肥用量的增加而增加,而且NO3-N累积深度随氮肥用量的递增而加深。在NO₃-N严重累积的情况下,配施磷肥可以明显的减少硝态氮的累积数量和累积率,且随磷肥用量的增加而减幅增大。（3）在黄土高原南部塬区同位素示踪表明,氮肥后效明显,5季作物累计利用率仅为44.1% -46.5%,5季作物后土壤残留率为22.4%-28.3%,表明氮肥残留是形成硝态氮累积的主要原因。小麦、玉米地膜栽培对氮肥当季利用率并没有改善作用,但却显著的增加了土壤氮素的残留率。由于土壤残留氮可被后作利用,小麦地膜栽培下氮肥累计利用率（两季小麦）提高16.6%。施用氮肥的大量残留会在降雨作用下通过质流在土壤中逐渐下移,这可能是导致硝态氮在土壤剖面中累积的主要原因。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-13
第一章文献综述  13-23
  1.1 旱地农田硝态氮的深层累积研究意义  14
  1.2 旱地农田硝态氮的深层累积机理与影响因素  14-18
    1.2.1 降雨数量和分布  15
    1.2.2 肥料用量与施用  15-16
    1.2.3 土壤性质  16-17
    1.2.4 作物种类  17
    1.2.5 农业措施  17-18
  1.3 旱地农田硝态氮迁移和累积的过程模拟  18-19
  1.4 旱地土壤剖面矿质氮的生物有效性  19-20
  1.5 旱地农田土壤氮素的环境效应  20-22
    1.5.1 土壤硝态氮淋溶的环境效应  20-21
    1.5.2 土壤剖面累积硝态氮的硝化与反硝化作用  21-22
  1.6 有待深入研究的问题  22-23
第二章黄土区主要利用土壤剖面硝态氮的累积  23-41
  2.1 调查与研究方法  23-24
  2.2 结果与讨论  24-36
    2.2.1 高原沟壑区典型区域-长武县主要农田矿质氮的分布特征  24-28
    2.2.2 黄土高原不同类型区硝态氮的剖面分布特征  28-36
  2.3 小结  36-41
第三章黄土旱塬长期施肥条件下土壤硝态氮的淋溶累积规律  41-52
  3.1 材料与方法  41-42
    3.1.1 土壤与气候条件  41
    3.1.2 试验设计与方法  41-42
  3.2 结果与讨论  42-48
    3.2.1 长期不同施肥处理土壤剖面 NO_3-N 的淋溶分布与累积率  42-44
    3.2.2 土壤剖面硝态氮淋溶累积与氮肥用量的关系  44-45
    3.2.3 土壤剖面硝态氮淋溶累积与磷肥用量的关系  45
    3.2.4 NO_3-N 的累积量、累积率与氮磷肥用量的数学表达式  45-47
    3.2.5 讨论  47-48
  3.3 小结  48-52
第四章黄土区农田中氮肥去向的~(15)N 示踪研究  52-63
  4.1 材料与方法  52-54
    4.1.1 试验区自然概况与土壤性质  52
    4.1.2 试验设计和方法  52-54
    4.1.3 ~(15)N 微区的收获、采样与分析  54
  4.2 结果与讨论  54-62
    4.2.1 小麦常规栽培下氮肥去向的 ~(15)N 示踪研究  54-59
    4.2.2 小麦覆膜栽培下氮肥去向的 ~(15)N 示踪研究  59-60
    4.2.3 玉米不覆膜与地膜栽培下氮肥去向的 ~(15)N 示踪研究  60-62
    4.2.4 讨论  62
  4.3 小结  62-63
第五章旱地小麦不同施氮与地膜栽培下氮素效应与淋溶  63-71
  5.1 材料与方法  63-64
    5.1.1 自然条件  63
    5.1.2 试验设计  63-64
    5.1.3 分析方法  64
  5.2 结果与讨论  64-70
    5.2.1 小麦对氮肥的反应及氮素利用效果  64-65
    5.2.2 地膜覆盖对小麦产量与氮素利用的影响  65-66
    5.2.3 不同处理收获期土壤剖面矿质氮的分布  66-70
  5.3 小结  70-71
第六章土壤剖面硝态氮累积的影响因素  71-77
  6.1 材料与方法  71-73
    6.1.1 试验地点与自然条件  71
    6.1.2 试验设计  71-73
  6.2 结果与分析  73-76
    6.2.1 作物类型对土壤硝态氮的影响  73-74
    6.2.2 肥料类型与用量对土壤硝态氮累积影响  74-75
    6.2.3 水分条件对土壤硝态氮累积影响  75-76
    6.2.4 土壤或地貌类型对土壤硝态氮累积影响  76
  6.3 小结  76-77
第七章旱地土壤剖面累积硝态氮的环境效应  77-87
  7.1 材料与方法  77
  7.2 结果与讨论  77-83
    7.2.1 北方旱地主要作物的根系分布下限的确定  77-78
    7.2.2 黄土高原土壤剖面硝态氮淋溶损失数量评价  78-82
    7.2.3 不同轮作与施肥下土壤剖面硝态氮的淋溶损失数量评价  82-83
  7.3 小结  83-87
第八章土壤硝态氮与氮素平衡、利用率关系  87-96
  8.1 材料与方法  87-88
  8.2 结果与讨论  88-94
    8.2.1 旱作小麦不同氮磷水平下土壤氮素输入与携出估算  88
    8.2.2 土壤氮素平衡、土壤硝态氮与氮肥利用间的相互关系  88-93
    8.2.3 土壤硝态氮累积和土壤氮素平衡参数的合理范围确定  93
    8.2.4 不同土层深度矿质氮的生物有效性  93-94
  8.3 小结  94-96
第九章主要结论  96-98
参考文献  98-105
致谢  105-106
作者简介  106-108

黄土区旱地深层硝酸盐累积机理、生物有效性与环境效应

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