稻田氮、磷损失与过程监测方法研究进展(3)

3氮磷淋溶流失监测

3.1 监测方法

淋溶是由于降水的天然下渗或人工灌溉使表层土壤中一些矿物盐类或有机物质溶解并转移到下层土壤中的过程。目前,监测农田氮磷淋溶污染的方法主要有土壤溶液提取法、渗漏池实验法和同位素示踪法。

土壤溶液提取法指根据负压原理,用某一类定点溶液提取器收集田间某一深度土壤淋溶液,测定土壤溶液实际养分浓度。目前,运用最多的主要有排水采集器法和吸力杯测渗计法。排水采集器法可以直接测定淋失的养分浓度和体积,但其安装复杂，维护困难,不仅会对原状土壤产生较大扰动,而且可能产生边际优先流,影响淋溶水的形成。吸力杯测渗计法安装操作方便,对原状土壤的破坏性较小,但是只能测定淋溶液养分浓度,淋溶液体积需要根据气象数据利用水分平衡原理或者根据当地淋溶水淋溶速率进行估算。

渗漏池实验法用于监测超过作物根系利用深度的土壤剖面中的氮磷进入地下水体的情况。实际操作中首先在选定地点挖出一定深度的方形坑,开挖时尽量分层保存挖出的土壤,用水泥等建筑材料建立渗漏池,并留出不同深度的采样孔,分层回填土壤,待土壤性质稳定后开展渗漏监测。渗漏池监测可以研究不同深度渗漏流失情况,但是由于只能监测点位,难以反映区域氮磷流失负荷。

同位素示踪法具有准确、安全和不干扰自然的特性,被广泛运用于监测氮磷的吸收、转化和分配状况。张惠采用15N示踪法研究黄河上游灌区稻田系统氮肥去向和稻田氮素平衡,发现当季残留在土壤中的大部分肥料氮富集在深度为0~30cm的耕层。谢学俭等运用32P标记方法研究稻季施肥后磷的垂直迁移,结果表明磷在施入水田后大部分滞留在0~5cm表层土中,32P浓度随土层深度增加而降低。由于Br-化学性质稳定,土壤中微生物不参与Br-转化,应用Br-作为标记物更能反映土壤氮磷淋溶流失潜力。

3.2 监测指标

土壤颗粒和土壤胶体带负电,所以对NH4+-N有强吸附作用,这使得大部分可交换态NH4+-N得以保存在土壤中。但在特定条件下,存在NH4+-N通过质流或水分下渗在土壤中迁移的情况;土壤对NO3--N的吸附甚微,故NO3--N易遭受雨水或灌溉水淋洗而进入地下水或通过径流、侵蚀等汇入地表水中。

氮素淋溶形态以NO3--N为主,NO2--N和NH4+-N占小部分。NH4+-N分布于土壤上层和中层,NO3--N多分布于土壤下层。叶玉适等在杭州余杭区取30cm深度稻田淋溶水样分析发现,该深度水样中各形态氮以NH4+-N为主,占TN的70.1%,NO3--N占13.0%,NO2--N占1.3%。李娟对临安市水稻种植区不同深度淋溶液的分析发现,60cm深度处NH4+-N和NO3--N流失量分别占TN的13.41%~24.34%和34.11%~75.84%。谢育平通过在南通市开展的稻田养分迁移实验发现,NO3--N为该地90cm深度淋溶液中氮素主要形态。

土壤对磷素的固定能力较强,磷在土壤剖面中向下迁移很少,一般移动速度每年不超过0.1mm;土壤施磷100a后磷素仍集中在40mm土层内。除了一些有机土以外,即使在过量施肥的土壤或地下水位较高的砂质土壤中,多数情况下淋溶水中磷浓度仍较低。但是也有学者认为当土壤中磷素达到一定水平时,土壤中较强的磷吸附位就会被占据,从而导致土壤对磷素的吸持能力接近饱和,此时磷素流失量就会随土壤磷素的增加而急剧增加。

土壤磷素淋溶形态分为PP和DP。PP包括含磷矿物、含磷有机质和被吸持在土壤颗粒上的磷,在一定条件下被溶解和吸持。DP包括钼酸盐反应磷(MRP)和可溶性有机磷(DOP)。按照淋溶时间顺序,最先淋溶出土壤的磷是附着在细小土壤颗粒上的PP,其次是DOP。随着水分的增加以及淋溶的延续,更多的MRP被溶解而随水流出土壤。所以PP、DOP和MRP均可能是淋溶磷的主要组成形态。Lü等在洛桑实验站抽取施加过磷酸钙的12块稻田小区65cm深度淋溶水,发现淋溶水中PP占TP的33.8%~87.3%,是淋溶水中磷的最主要组成形态。王小治等利用太湖地区长江岸边砂质渗育性水稻土进行实验,发现各施肥处理90cm处土壤溶液中的磷均以DOP为主,占DP的56%~100%。项大力等利用淋溶池设施研究3个灌溉水平对土壤磷素淋失的影响,结果表明土壤中磷淋失形态均以DP为主,MRP约占DP的50%。

3.3 监测频率

水稻生产活动中,施肥后一段时期内大量氮磷通过淋溶进入环境。现有研究表明,施肥后在没有发生降雨的情况下,稻田淋溶水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度均在10d内达到高峰,然后逐渐下降,淋溶TP和DP浓度变化趋势也相同,均在施肥后7d达到最高值,然后逐渐下降。淋溶水中NO3--N浓度高峰可能出现在施肥后稍迟时间,且浓度变化情况复杂,受硝化条件、水分条件等多种因素影响。施肥后一定时期内淋溶水中各形态氮磷浓度变化幅度较其他时期大。为了解淋溶水中氮磷变化规律,该时期内监测采样频率一般设置为隔天监测,监测时间跨度一般为7~10d。然而,有研究者发现海相沉积物发育土30、60和90cm深度淋溶液中NO3--N浓度均在施肥后10~15d前后升高到峰值,然后逐渐下降。杨梢娜在杭嘉湖平原稻田监测到施基肥14d后淋溶水中NO3--N浓度达到峰值。以上2项研究中NO3--N峰值出现时间滞后,需要延长施肥后氮淋溶流失监测时间。

文章来源：《灌溉排水学报》 网址: http://www.ggpsxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1008/329.html