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《我国农业大学》 2016年
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再生水灌溉对深层土壤盐分搬迁累积及碳氮转化的影响

商放泽  
【摘要】:再生水灌溉是缓解水资源缺少区域农业用水压力的重要行动,可是再生水中含有相对较高的盐分、营养及溶解性有机质(DOM)等,再生水灌溉或许添加深层土壤中盐分离子的含量和对地下水的污染危险,增强农田排放温室气体的潜能。本文经过栽培夏玉米/冬小麦田间实验,首要研讨了不同水氮水平下深层土壤中氮素的搬迁特性,以及再生水灌溉下深层土壤中盐分离子的搬迁规则;然后率定和验证了再生水灌溉下深层土壤中水盐运移参数,构建了区域模仿模型和评价模型,评价了再生水长时间灌溉对地下水的影响;最终凭借室内培育实验,一是讨论灌水水质类型(地下水、再生水)、添加氮肥类型(K15NO3、(15NH4)2SO4)和不同含水率(40%、60%和90%WFPS)对土壤N2O排放和氮肥转化的影响机理,二是研讨灌水水质类型(地下水、再生水)和氮肥类型(尿素、硫酸铵和缓释肥)对土壤碳和氮矿化的影响机理。取得以下定论:(1)在深层壤土土壤中,3种施氮量(142.5、285.0和427.5 kg Nhm-2)和80 mm灌水定额下NO3--N、NH4+-N和TN主要在0~145 cm土层改变,影响深度为440 cm。在深层非均质土壤中,土壤质地和结构对水分、NO3--N和TN在土壤剖面中的散布有明显影响,土壤结构对NH4+-N在土壤剖面中的散布有明显影响;4种施氮量(0、130、260和390kgNhm-2)和2种灌水定额(52.5和105 mm)下NO3--N、NH4+-N和TN主要在0~400、0~200和0~120 cm土层改变,影响深度为400 cm,而380~450 cm粘质壤土土层对氮素的搬迁起到了阻滞效果。(2)在深层非均质土壤中,土壤质地和结构明显影响土壤中盐分离子的含量。3种灌水处理(地下水灌水定额52.5 mm、再生水灌水定额别离为52.5和105 mm)下Na+、Mg2+、SO42-、 HCO3主要在0~120 cm土层中随水分搬迁和累积,380~450 cm粘质壤土土层对盐分离子的搬迁起到了阻滞效果,减小了对地下水的污染危险。与地下水比较,相同灌水定额的再生水灌溉使土壤中K+、Ca2+和Cl-含量明显添加,3种离子搬迁才能较强,别离主要在0~450、0~250和0~120cm土层改变,而影响深度别离为450、450和380 cm。(3)模仿了田间深层非均质土壤中含水率和ECe值,率定和验证了水盐搬迁参数。构建了水盐搬迁区域模仿模型,结果表明未来50年间通州区和大兴区再生水灌溉包气带底端土壤ECe平均值是0.70和0.85 dS m-1,别离是地下水灌溉的1.40和1.09倍。提出了5个危险目标,构建了区域评价模型,发现通州区和大兴区再生水灌溉盐分对地下水的污染危险别离是地下水灌溉的1.06和1.08倍,而通州区地下水和再生水灌溉的污染危险别离是大兴区的1.75和1.72倍。长时间再生水灌溉需求一起考虑再生水中的盐分含量以及包气带结构特性。(4)室内原状土柱添加K15NO3或(15NH4)2SO4并在不同含水率下培育216 h后,不同处理N2O累积排放量为3.78~36.30 mgNm-2,氮肥N2O丢失占氮肥总量的0.14%~2.44%,氮肥残留占氮肥总量的10.16%~26.95%。与地下水比较,再生水灌溉土壤在40% WFPS时N2O排放量明显添加了10.98%,在60% WFPS时氮肥残留明显添加了20.95%。灌水水质类型和土壤含水率对氮肥N2O丢失具有明显交互效果,灌水水质类型和氮肥类型对氮肥残留也具有明显交互效果,再生水灌溉在特定条件下影响了土壤N2O排放和氮肥转化。氮肥类型和含水率是影响N2O排放量和氮肥转化的2个重要要素。再生水滴灌时操控土壤含水率在41%和60% WFPS之间(最佳含水率为45.5% WFPS)并施用KNO3能削减N2O排放和氮肥N2O丢失,添加土壤氮肥残留。(5)室内展开了20 d的碳矿化实验和14周的氮矿化实验,不同处理碳和氮矿化量的平均值别离为73.50~91.37 mg kg-1和52.65~64.04 mg kg-1。与地下水比较,再生水灌溉处理没有明显添加土壤中DOC、DON、有机碳和有机氮的含量,而土壤碳和氮的矿化量别离只添加了3.33%和1.01%。与不施氮肥土壤比较,施尿素、硫酸铵和缓释肥土壤碳和氮的矿化量别离明显添加了14.14%-21.22%和15.81%~22.16%;去DOM后土壤碳和氮的矿化量别离明显降低了9.B3%和14.83%,氮肥和DOM是土壤碳和氮矿化的重要影响要素。(6)归纳考虑地下水和再生水灌溉对土壤-地下水-温室气体的影响效应,主张北京和其他相似半湿润气候区域长时间再生水灌溉时挑选滴灌灌溉,施用NO3-形状氮肥,单季施氮量小于150kg N hm-2,并操控土壤含水率在41%和60% WFPS之间。
【学位颁发单位】:我国农业大学
【学位等级】:博士
【学位颁发年份】:2016
【分类号】:S153;S274

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