三峡库区典型农耕地的氮素淋溶与评价
三峡库区典型农业小流域土壤系统氮磷收支研究
第33卷第5期西南大学学报(自然科学版)2011年5月Vol133No15Journal of Southw est U niv ersity(N atural Science Edition)May2011文章编号:1673-9868(2011)05-0095-07三峡库区典型农业小流域土壤系统氮磷收支研究何仁江1,2,江韬1,2,木志坚1,2,3,倪九派1,2,魏世强1,2,3,谢德体1,211西南大学资源环境学院,重庆400716;21西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;31重庆市农业资源与环境研究重点实验室,重庆400716摘要:利用三峡库区涪陵段王家沟小流域的农业生产活动调查数据,计算分析了流域农田土壤系统在一个完整的种植年内的氮磷收支状况及循环特征.结果表明,流域农田土壤氮磷平均收入(以纯氮或纯磷计)分别为816和115kg/(hm2#a),支出分别为462和32kg/(hm2#a),盈余量分别为354和83kg/(hm2#a).化肥、作物秸秆还田和人畜排泄物及生活污水是农田土壤系统氮磷的主要输入源,它们对氮素总收入的贡献率分别为7213%,1417%和811%,对磷素总收入的贡献率分别为8219%,912%和714%.作物收获是流域农田土壤系统氮磷输出的主要途径,分别占氮磷总支出的4612%和9810%.径流输出分别占氮磷输出的315%和210%,氮磷化肥径流流失分别占其投入的217%和017%.在研究流域内的三种主要农业土地利用系统中,榨菜对流域农田土壤氮磷平衡的影响最大,其对氮磷盈余的贡献率分别为6119%和7919%;其次为玉米,对氮磷盈余的贡献率分别为3218%和1919%;水稻对氮磷平衡的贡献率分别为513%和012%.因此,合理配施各种来源的肥料、降低旱作系统(榨菜和玉米)土壤的氮磷盈余量是减少流域农业活动对环境不利影响的关键.关键词:农业小流域;三峡库区;氮;磷;平衡中图分类号:X832文献标志码:A氮磷是农业生产系统的必需养分,其在土壤中的平衡状况影响着作物产量,并决定着流域氮磷向水体迁移的潜力[1].通过农田生态系统氮磷平衡的测算,可以为农业决策者及农民提供关于土壤)农业行为)环境影响之间的基本信息,为防治面源污染等环境问题提供基础依据[2].朱波等对以小麦)玉米)甘薯系统为主的川中丘陵区典型农业流域氮素收支的估算表明,农田氮素的积累依赖于化肥,并与当地的水质密切相关[3].林彬等对以传统种植及柑桔、茶叶等系统为主的秭归县张家冲流域农户氮素利用与平衡的调查也发现,化肥的不合理施用是流域面源污染的主要来源;合理调配不同类型农户氮素供应,减少流域外的食品饲料输入和降低农田化肥的施用量,将有利于改善流域水体质量[4].但是在以牛、马等养殖为主的北海道农业流域中畜禽粪便是农田土壤氮素的主要输入来源及影响水体硝酸盐含量的重要因素[5].这表明农业流域的氮磷循环与流域内的土地利用类型、种植养殖结构等有密切关系.三峡水库自2003年6月开始蓄水后,局部区域水体富营养化频繁发生,部分支流甚至发生了严重的/水华0现象[6],表明库区水环境安全已面临着富营养化的重大现实威胁[7].随着国家对库区及长江上游流*收稿日期:2010-11-18基金项目:国家科技支撑计划项目(2007BAD87B10).作者简介:何仁江(1982-),男,四川成都人,硕士研究生,主要从事水环境保护研究.通信作者:木志坚,副教授,硕士生导师.域点源污染治理力度的加大,可以预期面源污染对库区水环境质量的影响会变得更为突出[8].水库蓄水及移民的后靠安置,使水库周边人地矛盾更加突出,迫使农民利用增加肥料投入等措施提高粮食产量,并通过改变土地利用(如增种、改种经济效益较高的蔬菜作物)等方式提高经济收入[9].因此,需要迫切了解库区典型农田生态系统的氮磷循环特征,为合理施肥和降低农业流域输出过量氮磷而造成的面源污染提供理论依据.为此,本研究调查分析了三峡库区涪陵段一个以玉米/水稻)榨菜系统为主的农业小流域土壤的氮磷收支状况,以期促进库区农田养分的科学管理并降低面源污染的风险.1 材料与方法111 研究流域概况研究选择的王家沟小流域地处重庆市涪陵区珍溪镇东部,位居长江北岸(29b 54c N,107b 30c E),距涪陵城区40km,距重庆主城区170km.气候属亚热带季风气候,年均气温为2211e ,年均降水量920mm,其中5-7月份降雨量占全年的70%左右.地形为典型丘陵地,海拔153~307m,地势从北到南逐渐降低并延伸至长江.丘陵顶部多为旱地,并伴有少量次生林或未利用荒地,中部主要为土坎或石坎梯田,底部地势平坦、以水田为主.土壤为侏罗系蓬莱镇组棕紫色砂泥岩相发育的棕紫泥,土壤pH 值为516~815,养分除钾含量较高外,其余有机质、全量、有效养分含量均为中等,但微量元素含量低,属中度缺乏.流域内分布有自然村落,无工矿企业,农业主产水稻、玉米和榨菜,以人工耕作方式为主,微型机械耕作为辅,因此整个流域构成了具有多种土地利用格局的典型人工农业生态系统.玉米和水稻一般分别在4月和5月上旬栽种,8月中旬收获.秋冬季所有农地都种植榨菜,一般于10月初移栽幼苗,次年2月底收获.所研究的流域除南部紧邻长江岸边有一水流汇出口外,其余均被山脊所包围,可认为是一/封闭0的集水区.如图1所示.图1 研究区域地理位置及土地利用类型112 土地利用和农业生产调查与资料收集于2010年3月对流域内所有住户逐户访问调查,收集了一个完整的种植年内的资料:包括农作物种类与产量,农户耕作面积,化肥种类与施用量,家畜种类与数量,人口数量及构成,农作物产量,农作物秸秆处理情况和农药使用情况等.96西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb 1sw u 1cn 第33卷土地利用结构通过项目组绘制的1m 数字高程模型和Ar cGIS 的H ydrolog y tools 对流域水文信息进行分析,通过现场踏勘结合1B 1000土地利用现状图的判读获得.113 氮磷收支循环计算方法11311 氮磷收入估算农田土壤系统氮磷的输入来源包括化肥、秸秆还田、人畜排泄粪尿及家庭生活污水(统称为粪尿水,下同)、农药喷洒及大气沉降氮和生物固氮.化肥氮磷输入量为单位农田面积施用氮磷量与作物种植面积(表1)的乘积.作物秸秆还田氮磷量为作物秸秆单位面积产量、栽种面积、秸秆还田率(表1)和氮磷含量(表2)的乘积.直接还田的水稻和玉米秸秆作为榨菜系统的氮磷收入;就地还田的榨菜秸秆(即榨菜叶)分别作为水稻和玉米系统的氮磷收入.水稻、玉米氮磷含量实测平均值及榨菜氮磷含量[10]列于表2.生活污水氮磷量为流域成人数、日污水量、氮磷含量与全年天数的乘积.流域有495人,以20%常年在外打工,再乘85%换算成成人数,日污水量取50L/d,氮、磷含量分别取155mg /L [11],产生的污水进入粪便池,最终施入农田系统.人畜粪尿氮磷为各物种数量、各物种年排放系数乘积的总和,参考Xing 等[12]提供的,人、猪、牛、家禽排泄氮和磷含量取值分别为4,8,42,0116kg /a 和0152,0154,1212,0134kg/a.由于水稻不施粪尿水,故将水稻/玉米种植期间产生的粪尿水当作玉米地的氮磷输入源.农药氮磷输入量为单位面积喷洒数量、作物面积、氮磷含量的乘积.流域内草甘膦除草剂平均用量为6211瓶/hm 2,草甘膦规格为800g/瓶的10%的水剂,化学式C 3H 8NO 5P #CH 3H 9N,分子量为228,氮、磷含量分别为1212%,1316%,其他农药用量很少,忽略不计.生物固氮量为固氮系数、土地利用面积(表1)的乘积,参考Liu 等[13]提供的参数,水田和旱地作物的固氮系数分别为30,15kg /(hm 2#a),水稻、玉米、榨菜系统分别按照半年计算固氮量.大气总沉降氮为农田土壤系统面积、沉降系数的乘积,以林彬等[4]在三峡库区研究的结果为基础,取大气总沉降氮约为21kg /(hm 2#a).表1 王家沟小流域种植业生产活动情况土地利用方式面积/hm 2单位面积施氮量/(kg #hm -2)单位面积施磷量/(kg #hm -2)单位面积经济产量/(kg #hm -2)单位面积秸秆产量/(kg #hm -2)秸秆输出系数/%秸秆还田率/%水稻171711713700585953070玉米471923030610586403070榨菜6516390704294028627100注:经济产量指水稻、玉米籽粒干质量和榨菜块茎鲜质量;秸秆产量指水稻、玉米秸秆干质量和榨菜叶鲜质量.11312 氮磷支出估算农田土壤系统的氮磷输出途径包括作物收获、径流排放及氮素反硝化与氨挥发损失.随收获的作物籽粒(食用部分)和秸秆而输出的氮磷量分别为各作物单位面积产量、栽种面积、输出系数(表1)和氮磷含量(表2)的乘积.径流输出为在2009年3月到2010年3月期间流域水流汇出口的氮磷排放量.对流域汇水口每隔24d 采水1次,总氮和总磷浓度分别采用碱性过硫酸钾消煮(120e ,30m in))比色法测定,流量根据测定的流速和水位(6526-51型流速/水位测量仪,澳大利亚)计算,氮磷排放负荷根据下式计算:L c =Eni =1(C i Q i +C i+1Q i+1)2d其中,L c 为径流氮磷的累积排放负荷,C i 和Q i 分别为第i 次取样所测得的氮磷浓度和日径流量,d 为连续两次采样的间隔天数(在本研究中,由于径流采样时间间隔较长,可能漏掉某些时段或高或低的径流氮磷浓度和径流量,从而可能对径流氮磷排放负荷的估算产生一定的影响,今后将在雨季适当增加采样频率),n 为采样总次数.氮素反硝化损失量为输入农田系统的肥料氮与反硝化损失率的乘积,参考Xing 等[12]的研究结果取反硝化损失率为15%.农田氨挥发氮量为进入农田系统的肥料氮与氨挥发率的乘积,参考Bar -r y 等[14]的结果取氨挥发率为15%(此流域土壤pH 值成弱碱性,故氨挥发率取较大值).农田氮磷输入量97第5期 何仁江,等:三峡库区典型农业小流域土壤系统氮磷收支研究98西南大学学报(自然科学版)http://xbbjb1sw u1cn第33卷减去氮磷输出量即为农田氮磷盈余量.2结果与分析211土地利用与农业生产情况王家沟小流域总面积7213hm2,其中旱地面积4719hm2,稻田面积1717hm2,旱地春秋两季分别栽种玉米和榨菜,稻田春秋两季分别栽种水稻和榨菜.林地和居民点等其他土地利用类型所占面积相对较少,故把此农田流域土壤系统划为水稻、玉米、榨菜三个子系统进行氮磷收支估算.春夏季水稻、玉米的生长期为4-8月,秋冬季榨菜生长期为10月至次年2月,且每年土地利用和生产方式稳定,故分别从4-9月和10月至次年3月两个半年期计算.2010年3月调查显示,2010年该流域共有出(存)栏生猪323头,牛1头,家禽531只(其中鸡476只,鸭49只,鹅6只).表2各作物氮磷养分平均含量作物类型含氮量/%含磷量/%作物类型含氮量/%含磷量/%水稻籽粒11150127玉米秸秆11040110水稻秸秆01420104榨菜茎(食用部分)01280103玉米籽粒11390131榨菜叶(还田部分)01260102注:水稻、玉米为干样品测定,榨菜为鲜样品测定.212王家沟小流域氮素收支状况王家沟小流域农田土壤系统氮素收支计算结果列于表3.全流域农田土壤系统氮素总收入为53522kg,其中榨菜、玉米、水稻三个子系统分别占5918%,3310%和712%.榨菜、玉米和水稻土壤系统的平均收入分别为488,368和218kg/hm2,整个流域农田土壤的平均收入则为816kg/(hm2#a).化肥施用是流域农田氮素的最大输入项,占总收入的7213%,平均收入为590kg/(hm2#a),榨菜、玉米和水稻土壤系统平均收入分别为390,230,117kg/hm2.榨菜系统面积大,对氮肥需求量大,榨菜收割后,其叶全部还田,直接增加土壤氮素养分,为下季作物生长提供丰富的肥料,故水稻、玉米作物用肥量较低.其次,秸秆还田对农田氮素收入的贡献,其贡献率为1417%,平均输入为120kg/(hm2#a),榨菜、玉米、水稻土壤系统的平均收入分别为45,75和75kg/hm2.再就是粪尿水对农田系统氮素输入的贡献,其贡献率为811%,平均收入为66kg/(hm2#a).该流域的粪尿水施用量虽然略低于长江三角洲粪尿水的平均施用量(84kg/(hm2#a))[15],但仍然是全国平均粪尿水施用量的3倍[11],这主要跟当地农业生产传统和牲畜养殖结构密切相关.然而,与化肥、秸秆还田及人畜粪尿水相比,生物固氮、大气沉降和农药施用对农田氮收入的影响很小,三者总贡献率不足5%.农田土壤系统氮支出为30312kg,其中榨菜、玉米、水稻三个子系统分别占5813%,3311%和816%,榨菜、玉米和水稻土壤系统的平均输出分别为269,209和148kg/hm2.整个农田系统氮素平均支出为462kg/(hm2#a).作物收获是流域农田氮素的最大输出项,占总支出的4612%,平均输出213kg/(hm2#a),榨菜、玉米和水稻土壤系统平均输出分别118,99和85kg/hm2.农田土壤系统径流输出为1051kg,占农田系统氮素支出的315%,平均输出为16kg/(hm2#a).榨菜、水稻/玉米系统分别输出为11,5kg/hm2,这主要跟榨菜季节施用化肥量大,径流输出氮素浓度较水稻/玉米季节大,而且榨菜季节土地潮湿,有持续的径流有关.整个农田土壤系统化肥氮素径流流失占其投入的217%.农田土壤系统氮盈余为23210kg,其中榨菜、玉米、水稻三个子系统分别占6119%,3218%和513%.榨菜、玉米、水稻三个系统的平均盈余分别为219,159和70kg/hm2.榨菜、玉米、水稻三个系统的农田氮素盈亏率(指单位耕地上的氮素盈亏量占单位耕地上的氮素支出量的比率)分别为8112%,7519%和4715%,参照农田氮素盈亏率的划分标准[16]其分别为重度过量,重度过量和中度过量,这主要与榨菜、玉米生长期间施用的化肥量明显高于水稻生长期间施用的化肥量有关.整个农田土壤系统平均盈余为354kg/(hm2#a),比川中丘陵典型小流域的氮盈余6618kg/(hm 2#a)5倍还多[3],这主要与在秋冬季节,三峡库区小流域栽种榨菜,施用化肥量大,榨菜叶还田率高,而川中小流域栽种小麦和甘薯,施用化肥量少,秸秆还田率较低有关.整个农田土壤系统氮的盈亏率为7616%,属于重度过量,表明该地区土壤对氮的滞留作用非常强,在暴雨季节,将对这里的水环境造成潜在的威胁.表3 王家沟小流域农田土壤系统氮素收支项 目农田土壤子系统/kg水稻系统玉米系统榨菜系统总和/kg 收入化肥2073110172558438685粪尿水/217021704340农药5152040生物固氮2663596251250大气沉降1865036891378秸秆还田1322375929417842小计3850176433202953522支出作物收获15034756774614005反硝化509251546047628氨挥发509251546047628径流输出3337181051小计2611100291767230312平衡123976141435723210 注:径流输出统计以水稻/玉米,榨菜两个混合子系统统计,其氮支出小计和氮平衡以水稻和玉米系统的面积比例进行统计,磷统计表4同.213 王家沟小流域磷素收支王家沟小流域农田土壤系统磷素收支结果列于表4.全流域农田土壤系统磷素总收入为7552kg,其中榨菜、玉米、水稻三个子系统分别占6816%,2618%和416%.榨菜、玉米、水稻土壤系统磷平均收入分别为79,42和19kg/hm 2,整个流域农田土壤的平均收入则为115kg/(hm 2#a).化肥施用是流域农田磷素的最大输入项,占总收入的8219%,平均收入为95kg/(hm 2#a),榨菜、玉米、水稻土壤系统平均收入分别70,30和13kg/hm 2.其次是秸秆还田对磷素输入的贡献,其贡献率912%,平均收入为11kg/(hm 2#a),榨菜、玉米、水稻土壤系统平均收入分别为4,6和6kg/hm 2.这主要与榨菜大面积栽种密切相关.再是粪尿水对磷素收入的贡献,其贡献率为714%,平均收入为8kg/(hm 2#a).化肥施用、秸秆还田、粪尿水构成农田系统磷收入的主体.农田土壤系统磷支出为2082kg,其中榨菜、玉米、水稻三个子系统分别占3912%,4419%和1519%.榨菜、玉米和水稻土壤系统的平均支出分别为12,19和19kg/hm 2.整个农田系统磷素平均支出为32kg /(hm 2#a).作物收获是流域农田磷素的最大输出项,占总支出的9810%,平均输出31kg/(hm 2#a).榨菜、玉米和水稻土壤系统平均输出分别为12,19和19kg/hm 2.农田土壤系统径流输出为42kg,占农田系统磷素支出的210%,则整个农田土壤系统化肥磷素径流流失占其投入的017%.农田土壤系统磷盈余为5470kg,其中榨菜、玉米、水稻三个子系统分别占7919%,1919%和012%.榨菜、玉米、水稻土壤系统的平均盈余分别为67,23和1kg /hm 2,榨菜、玉米、水稻三个系统的农田氮素盈亏率分别为535%,117%和316%,参照农田氮素盈亏率的划分标准[16]其分别为重度过量,重度过量和合理.整个农田系统磷素平均盈余为83kg/(hm 2#a),其盈亏率为262%,比氮的盈余率高,属于重度过量.因而控制土壤磷的流失首先要控制土壤磷的积累,土壤对磷的强固定作用而带来的土壤磷的富集大大增加了土壤磷流失的可能性,应尽可能让投入的磷素转化为生物产出,减少农田磷素的盈余.99第5期 何仁江,等:三峡库区典型农业小流域土壤系统氮磷收支研究表4王家沟小流域农田土壤系统磷素收支项目农田土壤子系统/kg水稻系统玉米系统榨菜系统总和/kg收入化肥230143745926259粪尿水027*******农药6162244秸秆还田108293292693小计344202451847552支出作物收获3299257862040径流输出123042小计3329348162082平衡121090436854703结论流域农田土壤氮磷平均收入(以纯氮或纯磷计)分别为816和115kg/(hm2#a),支出分别为462和32kg/(hm2#a),盈余量分别为354和83kg kg/(hm2#a).化肥、作物秸秆还田和粪尿水是农田土壤系统氮磷的主要输入源.作物收获是流域农田土壤系统氮磷输出的主要途径,肥料反硝化和氨的挥发也是氮素重要输出途径,径流输出分别占整个农田土壤系统氮磷输出的315%和210%,整个农田土壤系统的化肥氮磷径流流失分别占其投入的217%和017%.在研究流域内的三种主要农业土地利用系统中,榨菜对流域农田土壤氮磷平衡的影响最大;其次为玉米,水稻的贡献率最低.合理配施各种来源的肥料、降低旱作系统(榨菜和玉米)土壤的氮磷盈余量是减少流域农业活动对环境不利影响的关键.参考文献:[1]H AT A NO R,SH IN A NO T,ZH EN G T G,et al.N itr og en Budg et s and Env ir onmental Capacit y in F arm Sy stems in aL arg e-Scale Kar st Region,Southern China[J].Nutr ient Cy cling in Ag ro eco systems,2002,63:139-149.[2]梁新强,顾新新,李华,等.土壤氮磷平衡在评价区域氮磷损失中的应用[J].环境科学与技术,2007,30(3):50-51.[3]朱波,彭奎,谢红梅.川中丘陵区典型小流域农田生态系统氮素收支探析[J].中国生态农业学报,2006,14(1):108-111.[4]林彬,冯明磊,胡荣桂,等.三峡库区小流域农户氮循环和排放特征[J].环境科学,2010,31(3):632-638.[5]W OL I K P,NA GU M A T,H A T A N O R.N itr og en Cycling wit h Respect to Envir onmental Lo ad in Farm Systems inSouthwest China[J].Nutr ient Cy cling in Ag reco sy stems,2002,63:175-184.[6]李永建,李斗国,王德蕊.三峡工程Ò期蓄水对支流富营养化的影响[J].西南农业大学学报,2005,27(4):474-478.[7]张晟,李崇明,付永川,等.三峡水库成库后支流库湾营养状态及营养盐输出[J].环境科学,2008,29(1):8-12.[8]魏复盛,张建辉,何立环,等.三峡库区水污染防治的关键在源头控制与削减[J].中国工程科学,2008,11(2):4-9.[9]LIU S M,ZHAN G J,CHEN H T.Nutr ients in the Chang jiang and its tributaries[J].Biogeochemistr y,2003,62:1-18.[10]张远蓉,王帅.水稻)榨菜轮作体系中施肥研究[J].西南师范大学学报,2008,33(2):69-73.[11]许书军.三峡库区农业非点源污染源调查分析及过程评价[D].重庆:西南农业大学,2005.[12]XI NG G X,Z HU Z L.Reg ional N itr og en Budgets for China and its M ajor W atersheds[J].Bio geochemistr y,2002,57/58:405-427.[13]L IU C,W AT AN A BE M,WA N G Q.Changes in N itr og en Budgets and N it rog en U se Efficiency in the Ag ro ecosystemsof the Chang jiang Riv er Basin Bet ween1980and2000[J].Nutr ient Cy cling in Ag r oecosystems,2008,80:19-37. [14]BARR Y D,GO OR AH OO D,G OSS M J.Estimatio n of N itr ate Concent ratio ns in G ro undwater U sing a Who le F arm N-i 100西南大学学报(自然科学版)http://xbbjb1sw u1cn第33卷tro gen Budg et [J].Journal o f Env iro nmental Quality,1993(22):767-775.[15]邓美华,谢迎新,熊正琴,等.长江三角洲氮收支的估算及其环境影响[J].环境科学学报,2007,27(10):1709-1716.[16]U H L EN G ,T V EIT N ES S.Effect o f Lo ng term Cro p Ro tations Fert ilizer s F arm M anur e and Str aw on Crop Pr oductiv ity[J].N ro w J A gr ic Sci,1995,9:143-161.Nitrogen and Phosphorus Balance for the Soil Systems in a Typical Small Agricultural Watershed in the Three -Gorges Reservoir AreaH E Ren -jiang 1,2, JIA NG T ao 1,2, M U Zh-i jian 1,2,3,N I Jiu -pai 1,2, WEI Sh-i qiang 1,2,3, XIE De -ti1,211Schoo l of Re sourc es a nd Enviro n me nt ,So uth w est Unive rsity ,Chong qing 400716,China ;21Ke y La bo ra tory of MOE for Eco-e nvironme nts in Thre e-Gorg es Re servo ir Re g ion,Southwe st Univ ersity ,Cho ngqing 400715,China ;31Cho ngqing Ke y La bo ratory of Ag ricultura l Resourc es a nd Env iro nme nt R e sea rch,Cho ng qing 400716,ChinaAbstract:T he balance and cycling characteristics o f nitrog en and phosphorus for Wang jiago u sm all w ater -shed of Fulin district in Three -Gorg es Reservo ir reg ion w ere analyzed based on the inv estig ation data of ag -r icultural activities and mo nitoring data of runoff N and P loss during a complete cropping y ear.The aver -ag e input and output of N and P (by w eight of elemental N or P)fo r the cr opped so ils in the w atershed w as816and 115kg/ha #a and 462and 32kg /ha #a,respectiv ely ,thus r esulting in a surplus of 354and 83kg/ha #a,respectively.Chemical fertilizer,crop straw returning and application of animal manure and dom es -tic w astes w ere the m ajo r input sources of N and P fo r the cropped soils,contributing 7213%,1417%and 811%of the total N input,and 8219%,912%and 714%o f the total P input,respectively.T he harvest of cro p economic pr oducts w as the major output so urces of N and P from the cropped soils,acco unting fo r 4612%of the to tal N output and 9810%of the total P output.In contrast,runoff loss acco unted for o nly 315%o f the total N output and 210%o f the total P o utput.T he rates o f chemical fer tilizer loss through runoff w ere 217%for N and 017%for P.Among the three m ajo r ag ricultur al land uses in the study w ater -shed,tuber mustard system had the lar gest effect on the balance of N and P of the cr opped so ils,contr ibu -ting 6119%of the surplus N and 7919%of the surplus P;follow ed by the m aize sy stem w ith a contr ibu -tion o f 3218%and 1919%to the surplus N and P,r espectively;the r ice system contributed only 513%and 012%to the surplus N and P,respectively.T her efore,a full account and rational application of fertilizers fro m various sources to reduce the sur plus o f N and P in upland cr opped soils (especially for tuber m ustard and maize system s)is the key to m itig ate the adverse effect of agricultural activities o n environmental qua-l ity in the study w atershed.Key words:small ag riculture w atershed;Three Gorg es reserv oir area;nitrogen;phosphorus;balance责任编辑 陈绍兰101第5期 何仁江,等:三峡库区典型农业小流域土壤系统氮磷收支研究。
三峡库区不同植被对土壤碳氮磷生态化学计量学特征的影响_贾国梅
2016 年
在大多数情况下，其相似性比差异性更显著，土壤碳 氮磷比值有显著的稳定性，三者的比值为 186∶13∶1。 本研究中，土壤碳氮比（C ／ N）为 6．45～7．18（图 2），表 明三峡库区不同植被的土壤碳氮比低于中国土壤 碳 氮 比 的 平 均 值 范 围 （10～12） ， ［14］ 土 壤 矿 化 作 用 较 强。 虽然土壤碳氮含量在不同植被覆盖下有差异， 但是土壤碳氮比却无显著差异，这意味着三峡库区 土壤碳氮比存在相对的一致性，不受植被变化的影 响。 此研究结果与 Tian 等［5］、Cleveland 等 和 ［13］ 王维 奇等 的 ［15］ 研究结果一致，不同生态 系统土壤碳 氮比 具有内稳态特征，这主要是由于碳氮元素之间具有 极显著的正相关性（表 1），而且对环境变化的响应 几乎是同步的 。 ［13］ 同时由于碳氮是细胞的结构性成 分，积累和消耗过程存在相对固定的比值 。 ［16］
收 稿 日 期 ：2015－07－29 基 金 项 目 ：三 峡 库 区 生 态 环 境 教 育 部 工 程 研 究 中 心 课 题 （KF2013－09 ）；三 峡 大 学 预 研 基 金 项 目 （Hy1406） 作 者 简 介 ：贾 国 梅 （1965－），女 ，甘 肃 永 登 人 ，教 授 ，博 士 ，主 要 从 事 土 壤 生 态 学 研 究 ，（电 话 ）13669075216 （电 子 信 箱 ）jjjgm＠126．com 。
碳和全氮含量之间无显著差异，菜地的全磷含量最大，其次是橘树地，柏树地最小。 3 种植被覆盖的土壤
碳氮比之间无显著差异，但是柏树地的土壤碳磷比最大，其次是橘树地，菜地的最小；土壤氮磷比是柏树
地显著大于橘树地和菜地，而菜地和橘树地之间无显著差异。 表明三峡库区土壤碳氮偶联反应，而氮磷
三峡库区不同植被覆盖对土壤氮的影响
三峡库区不同植被覆盖对土壤氮的影响摘要：不同植被类型影响着土壤养分的积累、分布与循环，而土壤氮素是植被生长的重要限制性元素。
通过分析宜昌点军区3种植被类型（柏树地、橘树地、菜地）覆盖下土壤氮素的变化情况，研究了不同植被对土壤氮素各形态的影响。
结果表明，土壤全氮、硝态氮和微生物氮都是柏树地显著大于菜地和橘树地，而菜地和橘树地之间无显著性的差异；土壤矿化氮和微生物氮/全氮的变化顺序是柏树地>橘树地>菜地。
说明不同植被覆盖对土壤氮有显著的影响，柏树地更有利于土壤氮的积累，氮的有效性也最高，由此认为柏树长期生长有益于土壤氮的改善。
关键词：土壤氮；全氮；微生物氮；矿化氮；铵态氮；硝态氮中图分类号：S153.6+1；Q948 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）16-4113-04DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.16.010土壤氮素是影响植物生长的重要元素之一。
植物生长吸收的氮约50%来自土壤的供应[1]，氮素与植物的光合作用[2]和呼吸作用[3-6]密切相关，在植物生命活动中占有重要地位。
氮素在土壤中能以多种含氮化合物形式存在，土壤氮素的化学形态及其转化制约着植物对氮素的吸收，直接影响着植物的生长发育，因此，有关各种形态的含氮化合物在土壤中变化规律的研究倍受关注。
三峡库区由于水土流失等生态问题的影响导致土壤氮含量明显不足，致使库区植物生产力和生态系统稳定性下降，而退耕还林对于缓解水土流失有着明显效果。
植被对土壤的影响表现在植物根系对土壤的挤压、穿插和分割作用、死亡根系和枯枝落叶产生的有机质及根际分泌物对土壤性质的影响等[7]。
不同的植被类型可能影响土壤氮素的分配及循环，从而影响到整个生态系统的稳定性和可持续性。
因此，研究农田退耕后不同植被土壤中氮素的变化特征，对于三峡库区调整植被种类、改良土壤质量以及对生态区植被恢复等具有一定的参考价值。
三峡水库小江回水区不同TNTP水平下氮素形态分布和循环特点
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(4): 509-517. E-mail: jlakes@©2009 by Journal of Lake Sciences三峡水库小江回水区不同TN/TP水平下氮素形态分布和循环特点∗李哲, 郭劲松∗∗, 方芳, 张超, 盛金萍, 周红(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室, 重庆 400045)摘 要:TN/TP的变化是水中浮游植物营养结构特点的重要反映. 对2007年3月至2008年3月三峡水库小江回水区的TN、TP和TN/TP的跟踪观测结果进行总结, 发现小江回水区TN平均浓度为1553±43μg/L, TP平均浓度为61.7±2.7μg/L. 二者季节变化过程相似, 但季节差异明显: 2007年春季保持较低水平, 在春末夏初出现较大幅度的增加, 并在夏季达到全年的较高水平, 入秋后TN、TP浓度逐渐下降, 但入冬后继续缓慢上升. 研究期间TN/TP平均值为30.6±1.4, 总体表现为磷素限制, 且季节变化不显著. TN与TP显著正相关, 说明氮、磷输入和输出的途径大体相同. TP的波动是调控该水域TN/TP的主要因素. 对不同TN/TP 水平下各形态氮素和TP、TN/TP的相关性分析发现, 当TN/TP≤22时, TN是调控水体营养结构特点的主要因素, 生物固氮作用有可能发生以调节TN/TP、消纳水中相对丰足的TP. 当22 < TN/TP < 32时, 通过对NO3--N的利用、摄取以实现对氮素有机合成的生态过程较为明显. 而当TN/TP≥32时, 较低的TP含量水平可能使氮素的有机合成过程受到抑制, NH4+-N有可能是影响该状态下氮素循环的关键因子. 研究认为, 强降雨和强径流过程往往使回水区段营养物输入强度加大但同期水动力条件却不适宜浮游植物的生长, 使得在TN/TP≤22水平下, 虽TP大量输入但不适宜的水动力条件在一定程度上抑制了氮素的有机合成, NH4+-N/NO3--N则下降, 而在较高的TN/TP水平下, 水动力条件改善为浮游植物生长创造了相对稳定的物理环境, 并加速了对无机氮素的生物利用, 使TON含量及其在TN中所占比重均有所提高而NO3--N含量及其比重则明显下降.关键词: 三峡水库; 小江回水区; TN/TP; 氮素形态组成; 循环特点; 水动力条件Potential impact of TN/TP ratio on the cycling of nitrogen in Xiaojiang backwater area, Three Gorges ReservoirLI Zhe, GUO Jinsong, FANG Fang, ZHANG Chao, SHENG Jinping & ZHOU Hong(Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment of Chongqing University, Ministry of Education, Chongqing 400045, P.R.China)Abstract:TN/TP ratio represents the nutrients structure for phytoplankton in aquatic ecosystem. Observed data of TN, TP and TN/TP ratio from March 2007 to March 2008 in Xiaojiang backwater area in Three Gorges Reservoir were summarized in the paper. It was found that mean value of TN is1553±43μg/L, while that of TP was 61.7±2.7μg/L. Although both TN and TP showed remarkable seasonal variability, their variations were approximately the same. Generally, they were low in early spring while suffered a sharp increase in the late spring and reached a maximum level in the summer due to the frequent storm. Concentrations of both TN and TP decreased in the autumn while increased again in the late winter. Average ratio of TN/TP was 30.6±1.4 and indicated a phosphorus-limitation in the XBA generally. The significant positive correlation between TN and TP indicated that both nutrients might have the same importing and exporting approaches to the water area. TP was major nutrient that controls TN/TP level. When TN/TP≤22, nitrogen is control factor and the relatively intensive TP input can result in the decrease of TN/TP ratio. Nitrogen fixation might occur to overcome the surplus phosphorus in water column. When 22＜TN/TP＜32, TP manipulated nutrients that controlled the∗中国科学院西部行动计划项目(KZCX2-XB2-07-02)和重庆市重大科技专项(CSTC2006BA7030)联合资助.2008-11-11收稿;2008-12-15收修改稿. 李哲, 男, 1981年生, 博士研究生; E-mail: Lizhe1981@.∗∗通讯作者; E-mail: Guo0768@.J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(4) 510TN/TP ratio. It was also anticipated that the organic anabolism loop from nitrate to PON might be the dominant process in nitrogen organic anabolism. When TN/TP≥32, low TP would considerably prohibit the organic anabolism process, while ammonia might become the potential significant factor that impacted on the pattern of nitrogen cycling. It was suggested that due to the relatively short hydraulic retention time in XBA, nitrogen cycling would not be influenced by TP but also impacted by the hydrodynamic condition. Intensive nutrients loadings that increased TP were due to the relatively heavy precipitation and surface runoff in XBA, followed by the unstable physical living environment for planktonic communities, while the decrease of TP indicated the feasible living environment, stimulated the organic anabolism process of nitrogen.Keywords: Three Gorges Reservoir; Xiaojiang backwater area; TN/TP ratio; forms of nitrogen; characteristic of nitrogen cycling; hydrodynamic condition氮、磷是浮游植物生长的关键生源要素. 在水体富营养化过程中, 氮、磷等营养物的大量输入与积累是造成水体生产力水平迅速提高的主要原因[1], 但由于不同浮游植物生长所需营养物比例关系各不相同[2-3], 氮、磷要素相对丰度(TN/TP)的季节变化将改变水中营养物限制性特征[4], 成为调控浮游植物生长交替的关键因素之一[2-4]. Downing认为, TN/TP在很大程度上表征了湖泊受纳氮、磷输入负荷的比例关系, 反映了营养物输入对湖泊营养结构的影响, 湖泊营养水平随TN/TP的降低而提高[5]. Quriós进一步分析了水相中NH4+-N同NO3--N相对丰度变化与TN/TP的潜在联系, 强调NH4+-N/NO3--N随水体营养水平的提高而升高[6-7]. 近年来, 越来越多的研究已不满足于仅停留在对水体氮、磷限制性特点的定性评判上[8-9], 虽然Reynold强调TN/TP的变化对浮游植物群落演替的调节并不显著[10], 但作为湖泊营养物限制性特征的反映, 大量调查发现, TN/TP的变化在影响浮游植物生长的同时[11], 也将显著改变生源要素在水相中的形态分布与循环过程[6-7].三峡成库后, 库区次级河流回水区段的富营养化问题颇受关切. 近年来围绕着库区次级河流回水区段浮游植物群落组成与季节变化特点展开了大量的调查与研究[12-13], 对水动力条件下的富营养化发生发展特点进行了分析探讨[14-15]. 有观点认为三峡库区次级河流回水区段水体普遍受磷素的限制[16], 但在这一独特的过渡型生态系统中, TN/TP同浮游植物生长和生源要素赋存形态及其循环过程的潜在联系尚不明晰. 对太湖、巢湖、东湖等长江中下游地区浅水湖泊群的研究结果认为上覆水体中浮游植物的繁盛加速了对表层水体磷素的生物利用, 并促进沉积层磷素的释放, 进而造成了水体TN/TP的下降[17-18]. 但物理背景完全不同的三峡库区次级河流回水区段, 没有浅水湖泊自然演进过程形成的营养物丰厚的沉积层以满足浮游植物生长对营养物的需求; 水文条件上受人工调蓄和天然河道径流过程交叉影响, 同浅水湖泊亦有天壤之别. 因此, 浅水湖泊中TN/TP对氮、磷循环的影响机制还很难于合理阐释三峡库区次级河流回水区段的水华现象.笔者所在课题组自2006年底开始, 在三峡库区较典型的小江流域回水区段对水体富营养状态及过程进行了持续跟踪研究. 文献[19]对2007年3月至2008年3月氮素赋存形态与季节变化过程进行了分析. 本文将着重探讨该时期小江回水区TN/TP的季节变化过程, 结合氮素赋存形态与季节变化特点, 分析该水域各形态氮素同TP、TN/TP的相互关系, 对不同TN/TP水平下小江回水区氮素形态组成和循环特点进行初步研究.1 研究区域与研究方法1.1 研究区域与采样方案小江流域(图1), 介于北纬30°49′-31°42′, 东经107°56′-108°54′之间, 流域面积5172.5km2, 下游河口距三峡大坝247km, 是三峡库区中段、北岸流域面积最大的次级河流. 三峡水库蓄水至156m后, 小江回水区延伸至开县渠口镇境内, 长约60km. 但考虑回水区末端受到156-145m水位涨落的影响, 本研究选择145m以下的永久回水区: 养鹿乡至小江河口, 约40km河段作为研究区域(图2). 为全面反映小江回水区河段水力条件, 并综合考虑沿岸场镇排污的影响, 笔者在小江回水区段共布置5个采样断面, 分别为: 渠马渡口(N31°07′50.8″, E108°37′13.9″)、高阳平湖(N31°5′48.2″, E108°40′20.1″)、黄石镇(N31°00′29.4″, E108°42′39.5″)、双江大桥(N30°56′51.1″, E108°41′37.5″)和小江河口(N30°57′03.8″, E108°39′30.6″). 各断面李 哲等: 三峡水库小江回水区不同TN/TP 水平下氮素形态分布和循环特点511采样点均位于河道深弘线处, 每月2次采集水深0.5m 、1m 、2m 、3m 、5m 、8m 处共6个测点的水样, 采样时间控制在采样当日09:30至16:30. 除现场测试指标外, 对上述不同深度水样进行等量混合, 混合后水样于48h 内完成所有指标的分析测试工作.1.2 测试分析与数据处理方法测试指标包括: 氨氮(NH 4+-N)、硝态氮(NO 3--N)、亚硝态氮(NO 2--N)、溶解性凯氏氮(DKN)、总凯氏氮(TKN). 其中, TKN 为混合水样直接进行消解、测试, 其余指标的测试水样均预先通过0.45μm 纤维滤膜抽滤处理. 另外, TKN 包括总有机氮(TON)、溶解态形式存在的NH 4+-N [20], 也包含了可能吸附于无机颗粒或胶体表面的颗粒态氨氮(PNH 3)[1], 但由于PNH 3吸附量有限且易受水质理化特征的干扰[1,21], 本研究对水相中的PNH 3不予考虑[21]. 根据文献[21], 本研究中各形态氮素的计算关系式如下:溶解态有机氮(DON)=DKN -NH 4+-N; 溶解态无机氮(DIN)=NH 4+-N+NO 3--N+NO 2--N; 颗粒态有机氮(PON)=TKN -DKN; 总有机氮(TON)=DON+PON; 总氮(TN)=DIN+DON+PON.所有指标的分析测试方法参考文献[20]进行. 各采样断面测试结果录入SPSS 进行统计分析. 为使相关性分析和回归分析稳定, 减少分析误差, 本研究将变量进行对数化处理, 并采用局部加权回归方法(LOESS 拟合, 核函数为Tricube)对各次采样数据进行回归平滑, 说明数据序列的总体变化特点. 本研究选择2007年3月-2008年3月期间采集的5个断面总共125个数据样本进行分析. 根据全年气温、水温变化情况并参照重庆地区季节变化规律[22], 对研究期间季节变化进行定性划分为: 春季3-5月上旬; 夏季5月中旬-9月中旬; 秋季9月下旬-11月下旬; 冬季12月-次年2月. 2 结果分析2.1 回水区氮、磷浓度的季节变化过程2007年3月至2008年3月, 小江回水区TN 的平均浓度为1553±43μg/L, 变化范围为664-3239μg/L. TP 平均浓度为61.7±2.7μg/L, 变化范围为12.0-191.0μg/L(表1). TN 、TP 的季节变化过程类似(图3), 但季节差异明显. 2007年春季, 小江回水区TN 、TP 均保持在相对较低水平, 期间TN 、TP 平均值分别为1098±60μg/L 、57.0±7.8μg/L. 受入春后首场强降雨影响, 4月初TN 、TP 普遍增加, 其中TP 的增幅尤为显著. 在5月蓝藻水华期间, TP 浓度没有明显升高, 但TN 浓度却受蓝藻生物固氮的影响显著提高[27]. 进入夏季后, TN 、TP 逐渐上升, 夏季TN 、TP 均值分别为1693±79μg/L 、62.3±5.2μg/L. 夏末TN 、TP 水平普遍下降, 但入秋后二者均开始缓慢升高, 在2008年2月、3月间达到全年的最高水平, 2008年3月TN 、TP 平均值分别达到2217±192μg/L, 89.5±15.4μg/L. 根据Wetzel 提供的湖泊、水库营养状态划分标准[1], 研图1 小江流域水系Fig.1 Drainage system of Xiaojiang watershed图2 养鹿-小江河口回水区段采样点分布 Fig.2 Sketch map of Xiaojiang backwater areaJ. Lake Sci .(湖泊科学), 2009, 21(4)512 究期间小江回水区96.0%的TN 样本和90.4%的TP 样本超过中营养状态的浓度界限(TN ≥753μg/L, TP ≥26.7μg/L), 而34.0%的TN 样本和22.6%的TP 样本高于富营养状态的相应浓度值(TN ≥1875μg/L, TP ≥84.4μg/L), 小江回水区总体上处于中-富营养状态.表1 小江回水区TN 、TP 和TN/TP 统计结果*Tab.1 Results for the concentration level of TN, TP and TN/TP in Xiaojiang backwater area全年(n =125) 春季(n =35) 夏季(n =35) 秋季(n =25) 冬季(n =30)均值 1552±43 1417±110 1693±79 1386±55 1686±58 变化范围 644-3239 644-3239 659-2671 1014-2089 1087-2302TN (μg/L) S.D. 484 651 468 274 315 均值 61.7±2.7 66.3±7.4 62.3±5.2 47.6±2.7 67.3±2.8 变化范围 12.0-191.0 12.0-191.0 22.0-129.0 29.0-82.0 44.0-92.0TP (μg/L) S.D. 30.5 43.7 31.1 13.4 15.4均值 30.6±1.4 33.9±4.2 31.5±2.0 30.3±1.4 26.2±1.3变化范围 6.8-87.3 6.8-87.3 13.5-61.5 19.1-52.8 12.7-40.8TN/TP S.D. 15.3 24.7 11.7 6.9 7.0* n 为样本数.2.2 氮、磷相对丰度的季节变化过程 研究期间, 小江回水区TN/TP 平均值为30.6±1.4(表1), 变化范围为6.8-87.3. 2007年3月, 小江回水区TN/TP 保持在全年最高水平(图4), 但4月TN/TP 陡然下降至全年最低水平, 4月末回水区各采样断面TN/TP 平均仅为8.8. 此后回水区TN/TP 逐渐回升, 在7月末、8月初虽略有下降, 但入秋后TN/TP 均基本保持在20-40之间. 统计检验表明小江回水区TN/TP 全年季节间差异并不明显, 但春季TN/TP 的变幅却是各季节最大的. 根据Guildford 等提出的水中营养物限制性分类标准[8]: TN/TP ≥50(摩尔比, 换算成质量比约为22.6)为磷限制状态, 而TN/TP ≤20(摩尔比, 换算成质量比约为9.0)为氮限制状态, 研究期间70.4%的TN/TP 处于磷限制状态, 仅3.2%的数据样本处于氮限制状态. 虽然研究期间小江回水区总体处于磷限制状态, 但氮限制状态的存在表明研究期间营养物限制状态交替的情况可能存在, 并有可能对浮游植物生长和群落演替产生影响.3 讨论参照Guildford 的营养物限制性标准[8], 将研究期间小江回水区TN/TP 划分为以下三个水平: TN/TP ≤22(质量比, 下同)、22＜TN/TP ＜32和TN/TP ≥32. 表2提供了在上述状态下各形态氮素以及TP 的平均浓度和变化范围, 图5反映了不同TN/TP 水平下的氮素组成情况.图3 小江回水区TN 、TP 浓度季节变化过程 Fig.3 Scatter dots of the variation of total nitrogen and total phosphorus李 哲等: 三峡水库小江回水区不同TN/TP 水平下氮素形态分布和循环特点513研究期间, 小江回水区TN 与TP 呈显著正相关关系(表3), 表明小江回水区氮、磷输入和输出的途径大致相同. 由于磷素属典型的沉积型循环[23], 除城镇生活污水与工业废水外, 水相中TP 最主要来源是流域矿质颗粒的随流输移和陆源输入[21], TP 含量的高低反映了该水域营养物输入负荷强度的大小[5,24]. 研究期间, TN/TP 与TN 无明显统计关系, 但同TP 总体呈较强的负相关关系, 其log-log 线性模型斜率为-0.725, LOESS 拟合近似于3次多项式的曲线形式(图6), 同Downing 、Quriós 等的研究结果一致[5-6], 说明磷素的波动是调控小江回水区TN/TP 的主要影响因素[5]. 另外, NH 4+-N 同TP 和TN/TP 无显著相关性, 而NO 3--N 与TP 显著正相关但同TN/TP 显著负相关(表3), 且NO 3--N 为水相中氮素的主要赋存形态, 说明NO 3--N 是小江回水区氮素输入的主要形式, 且和TP 的输入途径可能相同.当TN/TP ≤22时, 水相中TP 含量明显高于其余两种TN/TP 水平下的TP 含量(表2), 说明该状态下营养物输入负荷较高. 较高的TP 浓度是使该状态下TN/TP 保持在较低水平的主要原因[5]. 研究发现该状态下TN/TP 同TP 无显著统计关系, 但TN 同TN/TP 显著正相关(图7), TN 的增加或减少是改变TN/TP 的关键, 表明在营养物输入强度较大的情况下, TP 相对丰足使TN 成为影响小江回水区营养结构特点的主要因素, 该状态下系统将有可能通过自身的生物固氮作用刺激TN 含量的增加, 调节TN/TP 以消纳相对过量的TP [4,11,24], 研究期间在TN/TP ≤22时出现了固氮型蓝藻的生长证实了上述推断[27], 同时Smith 亦认为TN/TP ≤22是固氮型蓝藻占优势的主要标志[24].表2 不同TN/TP 水平下各形态氮素和TP 的平均浓度与变化范围*Tab.2 Mean value and range of TP and different forms of nitrogen under different TN/TP ratiosTN/TP ≤22(n 36) 22＜TN/TP ＜32(n 46) TN/TP ≥32(n =43) 均值 92.6±4.5 60.5±3.1 37.1±2.4TP 变化范围 41.0-191.0 27.0-130.0 12.0-75.0均值 1476±87 1616±74 1550±66TN 变化范围 644-2671 659-3239 748-2592 均值 297±33 289±26 325±39NH 4+-N 变化范围 78-902 15-737 34-1036 均值 793±50 724±44 613±37NO 3--N 变化范围 213-1344 18-1606 40-1087 均值 25.4±2.5 17.9±2.9 20.5±2.6NO 2--N 变化范围 2-55 0.0-116.0 0.0-77.0均值 184±29 342±39 274±45DON 变化范围 9-639 5-1207 0-1045均值 177±27 242±35 317±49PON 变化范围 6-798 13-1063 8-1523* 单位为μg/L, n 为样本数.图5 不同TN/TP 水平下氮素组成情况 Fig.5 Composition of TN under different TN/TP ratio 图4 小江回水区TN/TP 的季节变化情况Fig.4 Scatter dot of the variation of TN/TP ratioJ. Lake Sci .(湖泊科学), 2009, 21(4) 514表3 研究期间小江回水区不同TN/TP 水平下各形态氮素同TP 、TN/TP 的相关系数矩阵Tab.3 Martix of correlation coefficients among different forms of nitrogen, TP and TN/TP ratios全年数据 NH 4+-N NO 3--N NO 2--N DON PON TN TP 4+NO 3--N - 1.000 NO 2--N - - 1.000DON - - - 1.000 PON - - - - 1.000 TN 0.453** 0.453* - 0.461**0.416** 1.000 TP - 0.445** -0.226* - - 0.464** 1.000 TN/TP - -0.219*-0.192* - - - -0.813* TN/TP ≤22 NH 4+-N NO 3--N NO 2--N DON PON TNTP NH 4+-N 1.000 NO 3--N - 1.000 NO 2--N -0.434** -0.437** 1.000 DON - 0.398*-0.348* 1.000 PON - - - - 1.000 TN 0.703** 0.749** -0.414* 0.543**0.506** 1.000 TP - 0.390*- - - 0.479** 1.000 TN/TP 0.580** 0.402* -0.544**0.337* 0.451** 0.594** - 22＜TN/TP ＜32 NH 4+-N NO 3--N NO 2--N DON PON TN TP 4+NO 3--N - 1.000 NO 2--N- - 1.000 DON - - - 1.000 PON - 0.416** 0.295* - 1.000 TN 0.380** 0.560**- 0.387**0.629** 1.000 TP 0.303* 0.551** - 0.370* 0.612** 0.938** 1.000 TN/TP - - - - - - -0.442**TN/TP ≥32 NH 4+-N NO 3--N NO 2--N DON PON TN TP NH 4+-N 1.000 NO 3--N - 1.000 NO 2--N - - 1.000 DON - - - 1.000 PON - - - - 1.000 TN 0.399** - - 0.459**0.460** 1.000 TP 0.436** - - 0.351**0.468** 0.861** 1.000 TN/TP -0.296*- - - -0.362* -0.416** -0.788*** 显著性水平为0.05; **显著性水平为0.01; “-”表示无显著相关性.图6 TP 和TN/TP 的log-log 相关关系Fig.6 Scatter dot of the TP -TN/TP log-log relationship图7TN 和TN/TP 的log-log 相关关系 Fig.7 Scatter dot of the TN -TN/TP log-log relationship李 哲等: 三峡水库小江回水区不同TN/TP 水平下氮素形态分布和循环特点515当22＜TN/TP ＜32时, TN 和TP 高度正相关, 相关系数达到0.983(表3), 但TN 同TN/TP无显著相关性而TP 同TN/TP 呈显著负相关,说明该状态下TP 取代TN 成为调控水体营养结构特点的主要因素. NH 4+-N 、NO 3--N 、DON 和PON 与TN 均有显著正相关关系, 但对相关系数的比较发现, 该状态下NO 3--N 和PON 的增加对TN 增加的贡献较大. 同时, PON 同NO 3--N 亦有显著正相关关系, 而同NH 4+-N 无明显相关性.由于磷限制状态下水相中氮素最主要的合成途径为NO 3--N →PON 和NH 4+-N →PON [1], 相比之下, 研究认为该状态下系统通过对NO 3--N 的摄取、利用以合成有机氮素的生态过程更为明显.当TN/TP ≥32时, 小江回水区水相中TP含量保持在较低水平(表2)[24], 使TN/TP 相对较高. 相关性分析发现TN 和TP 保持较强的正相关关系, 相关系数为0.861(表3). 虽然各形态氮素之间相关关系不明显, 但TN 和TP 均与DON 、PON 和NH 4+-N 显著正相关, 且DON 、PON 同TN 、TP 的相关性大于NH 4+-N(表3), 说明该状态下TP 含量同有机氮含量关系紧密. 而PON 与TN/TP 有显著负相关关系, 说明该状态下水中PON 含量下降同TN/TP 升高或TP 含量下降有关, 据此推测该状态下TN/TP 升高有使PON 含量减少的趋势, 反映出浮游植物利用无机氮素合成PON 的过程将有可能受到抑制. 结合该状态下NH 4+-N 同TN 、TP 显著正相关, 同TN/TP 显著负相关, 研究认为NH 4+-N 可能是影响该状态下上述氮素合成和循环过程的关键因子.作为湖泊营养结构的关键表征, TN/TP 变化将明显改变湖泊生境. 对不同类型湖泊的大量调查发现, TN/TP 的降低是湖泊营养水平提高的标志[5-6], 而伴随TN/TP 的降低, NH 4+-N/NO 3--N 随TN/TP 的降低而增加[6], 湖泊水体将从氧化性环境向还原性环境转变[7,25], 同时氮素循环强度亦明显提高[1], DON/PON 将随湖泊营养程度的加重而降低[1]. 但在本研究中, 小江回水区NH 4+-N/NO 3--N 随TN/TP 的增加而升高, 而DON/PON 则相应地呈现出下降的趋势(图8). 另外, 当22＜TN/TP ＜32和TN/TP ≥32时TON(DON+PON)含量及其在TN 中所占比重相当, 且均大于TN/TP ≤22水平下的相应值, 同时PON 含量及其在TN 中所占比重在TN/TP ≥32水平下最高, 而在TN/TP ≤22水平下最低. 可以看出, 小江回水区氮素形态组成(NH 4+-N/NO 3--N 和DON/PON)随TN/TP 升高或降低而发生的变化均未表现出湖泊已有研究中所反映出的特点[1,6].根据前述分析并结合野外实地观测经验, 研究发现该区域河道型水库的独特物理背景和水动力条件在一定程度上支配着TP 的季节变化过程. 研究期间, 小江回水区TP 和作为磷素主要赋存形态的颗粒态磷(PP)同径流、降雨量均有显著的正相关关系. 换句话说, 强降雨和强径流过程在很大程度上带来了高强度的营养物输入, 使回水区TP 含量有明显升高. 由于河道型水库水体更新周期远小于湖泊(据笔者计算小江回水区145m 水位下夏季洪水季节水体更新周期仅20d 左右, 而156m 水位下冬季枯水季节更新周期为80-90d), 较强的降雨和径流过程却有可能使回水区水体更新周期过快而不适宜浮游生物生长. 因此, 在TN/TP ≤22水平下, TP 大量输入的同时, 不适宜的水动力条件有可能在一定程度上抑制了氮素的有机合成, 使得该状态下DON 、PON 含量以及它们在TN 中所占比重为比其余两种TN/TP 水平下的相应值低, 而NO 3--N 含量及其在TN 中所占比重为最高, NH 4+-N/NO 3--N 则下降. 但伴随强降雨和强径流过程的终结, TP 含量下降但TN/TP 却有所升高, 水动力条件趋于改善为浮游植物生长创造了相对稳定的物理环境, 并加速了对无机氮素的生物利用, 使得在TN/TP ≥32和22＜TN/TP ＜32水平下, DON 、PON 含量及其在TN 中所占比重均较TN/TP ≤22时的相应值高, NO 3--N 含量及其在TN 中所占比重则明显下降. 但目前的研究暂无法解释以下两个现象:图8 不同TN/TP 下主要氮素形态相对丰度变化情况Fig.8 Varation of relative abundance of major forms ofnitrogen under different TN/TP ratioJ. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(4) 516(1)当TN/TP≤22时, 较强的强降雨和径流过程使TP含量增加, NO3--N含量亦明显增加, 回水区中无机氮(DIN)较为丰富. 虽然生物固氮作用的发生被认为是为了消纳该状态下系统中相对丰足的TP, 但从氮素形态组成上看, 该状态下并不存在无机氮的相对不足而迫使蓝藻通过固氮作用满足自身生长的物质条件[26], 这同生物固氮研究中的普遍认识[26]有一定矛盾. 同时, 该状态下NO2--N同各形态氮素和TN均显著负相关, 且DON与NO3--N有显著的正相关关系, 研究推测生物固氮的产生可能同无机氮素的生物可利用性密切相关, 并将很可能改变该状态下的氮素循环模式, 但由于缺乏更多的信息, 目前尚难以就上述问题作进一步阐释.(2)当TN/TP≥32时, 虽然研究认为NH4+-N对该状态的氮素循环有明显影响, 但NH4+-N在氮素合成环和分解环中所扮演的角色并不明晰. 另外, 该状态下TN同TN/TP有显著的负相关关系(表3、图7), 表明除TP影响TN/TP的变化外, TN含量的改变亦同水体磷限制程度的变化有密切联系. 但目前的研究仍无法揭示其潜在的生态机制.4 结论研究期间, 小江回水区TN的平均浓度为1553±43μg/L, TP平均浓度为61.7±2.7μg/L, 回水区总体处于中-富营养状态. TN、TP的季节变化过程类似, 但季节差异明显, 其基本变化过程是: 2007年春季保持相对较低水平, 受入春后暴雨的影响在春末夏初出现较大幅度的增加, 在夏季达到全年的较高水平, 入秋后TN、TP浓度逐渐下降, 但入冬后继续缓慢上升. 研究期间, TN/TP平均为30.6±1.4, 表现为磷素限制, 全年季节变化并不明显, 但在春季变幅较大. 该水域氮、磷输入、输出的途径大致相同, TP的波动是调控小江回水区TN/TP的主要影响因素.当TN/TP≤22时, TN是影响小江回水区营养结构特点的主要因素, 生物固氮作用有可能发生以调节TN/TP, 消纳相对丰足的TP. 当22＜TN/TP＜32时, TP取代TN成为调控TN/TP的主要因素, 系统通过对NO3--N的摄取、利用以合成有机氮素的生态过程较明显. 当TN/TP≥32时, TP含量保持在较低水平, TP和TN/TP对有机氮含量影响显著. 研究推测TN/TP的升高有使氮素有机合成受到抑制的潜势, NH4+-N 有可能是影响TN/TP≥32水平下氮素合成和循环过程的关键因子.小江回水区过渡型生态系统的独特物理背景使得不同TN/TP水平下氮素形态组成和循环过程带上了水动力的烙印: 强降雨和强径流过程使回水区段营养物输入强度加大, 水中TP含量提高但水动力条件却不适宜浮游植物的生长, 有机氮含量及其在TN中所占比重随TP含量的升高和TN/TP的下降而下降. 但伴随强降雨和强径流过程的终结, TP含量下降但TN/TP却有所升高, 水动力条件趋于改善为浮游植物生长创造了相对稳定的物理环境, 加速了对无机氮的生物利用, 使TON含量及其在TN中所占比重升高, NO3--N含量及其在TN中所占比重则明显下降. 但是目前的研究上尚未能就TN/TP≤22时生物固氮作用的产生机制以及TN/TP≥32水平下TN对TN/TP的调控作用等现象做进一步的阐释.5 参考文献[1]Wetzel RG. Limnology: Lakes and river ecosystems. CA: Academic Press, 2001: 207-210.[2]Tilman D. Resource competition between planktonic algae: An experimental and theoretical approach. Ecology, 1977, 58(2):338-348.[3]宋玉芝, 秦伯强, 高光. 氮及氮磷比对附着藻类及浮游藻类的影响. 湖泊科学, 2007, 19(2): 125-130.[4]Smith VH. The nitrogen and phosphorus dependence of algal biomass in lakes: An empirical and theoretical analysis. Limnol &Oceanogr, 1982, 27(6): 1101-1112.[5]Downing JA, McCauley E. The Nitrogen: Phosphorus Relationship in Lakes. Limnol & Oceanogr, 1992, 37(5): 936-945.[6]Quirós R. The relationship between nitrate and ammonia concentrations in the pelagic zone of lakes. Limnetica, 2003, 22(1-2):37-50.[7]Quirós R. The nitrogen to phosphorus ratio for lakes: A cause or a consequence of aquatic biology? In: Fernandez AC, ChalarGM eds. El Agua en Iberoamerica: De la Limnología a la Gestión en Sudamerica. Programa Iberoamericano de Ciencia y李哲等: 三峡水库小江回水区不同TN/TP水平下氮素形态分布和循环特点517Tecnologia para el Desarrollo (CYTED). Buenos Aires, Argentina, 2003: 11-26.[8]Guildford SJ, Hecky RE. Total nitrogen, total phosphorus, and nutrient limitation in lakes and oceans: Is there a commonrelationship? Limnol & Oceanogr, 2000, 45(6): 1213-1223.[9]Håkanson L, Bryhn AC, Hytteborn JK. On the issue of limiting nutrient and prediction of cyanobacteria in aquatic systems. SciTotal Enviro, 2007, 379: 89-108.[10]Reynolds CS. What factors influence the species composition of phytoplankton in lakes of different trophic status?Hydrobiologia, 1998, 369/370: 11-26.[11]Smith VH. Low nitrogen to phosphorus ratios favor dominance by blue-green algae in lake phytoplankton. Science, 1983, 211:669-671.[12]胡建林, 刘国祥, 胡征宇等. 三峡库区重庆段主要支流春季浮游植物调查. 水生生物学报, 2006, 30(1): 116-119.[13]邓文娜, 余育和, 冯伟松等. 三峡库区浮游生物群落结构与DNA多态性比较分析. 湖泊科学, 2007, 19(3): 333-339.[14]富国. 湖库富营养化敏感分级水动力概率参数研究. 环境科学研究, 2005, 18(6): 80-84.[15]郑丙辉, 张远, 富国等. 三峡水库营养状态评价标准研究. 环境科学学报, 2006, 26(6): 1022-1030.[16]张晟, 李崇明, 付永川等. 三峡水库成库后支流库湾营养状态及营养盐输出. 环境科学, 2008, 29(1): 7-12.[17]吴世凯, 谢平, 王松波等. 长江中下游地区浅水湖群中无机氮和TN/TP变化的模式及生物调控机制. 中国科学(D辑),Ⅱ-120.2005, 35(增刊): 111[18]Xie L, Xie P, Li S et al. The low TN:TP ratio, a cause or a result of Microcystis blooms? Wat Res, 2003, 37: 2073-2080.[19]李哲, 郭劲松, 方芳等. 三峡小江回水区氮素形态组成与季节变化特点. 环境科学, 2009, 30(6): 28-34.[20]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水监测分析方法(第四版). 北京: 中国环境科学出版社,1997: 243-285.[21]Allan JD, Castillo MM. Stream ecology: structure and function of running waters 2nd Edition. NL: Springer Press, 2007:256-264.[22]重庆气象网. 重庆市气候与气象灾害. 2007. /service/cqweather.htm#one.[23]Odum EP著, 孙儒泳, 钱国桢等译. 生态学基础. 北京: 人民教育出版社, 1981: 83-100.[24]Havens KE, James RT, East TL et al. N:P ratios, light limitation, and cyanobacterial dominance in a subtrophical lake impactedby non-point source nutrient pollution. Enviro Pollut, 2003, 122: 379-390.[25]Stumm W, Morgan JJ. Aquatic chemistry: chemical equlibria and rates in nature waters(3rd ed). NY: John Wiley & Sons. 1996:927-932.[26]Howarth RW, Marino R, Cole JJ. Fixation in freshwater, estuarine, and marine ecosystems. 2. biogeochemical controls. Limnol& Oceanogr, 1988, 33(4 part2): 688-701.[27]李哲, 方芳, 郭劲松等. 三峡小江回水区段2007年春季水华与营养盐特征. 湖泊科学, 2009, 21(1): 36-44.。
三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究
三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究随着工业化进程的加快和农业生产的不断发展，我国水环境受到了严重污染的威胁，尤其是氮、磷和农药等非点源污染物的排放对水体质量造成了不可忽视的影响。
三峡库区作为我国重要的水库之一，其水资源的保护和管理显得尤为重要。
了解污染物的迁移转化规律，对于科学制定水资源的保护和治理策略具有重要意义。
因此，本研究对三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋进行了深入研究。
研究发现，在三峡库区，氮、磷和农药等污染物主要通过降雨和径流的方式输入水体，受到季节性变化的影响较为明显。
在降雨过程中，降雨初始阶段的冲刷效应较大，降雨强度越大，冲刷效应越明显。
而随着降雨的持续，土壤中的污染物逐渐耗尽，降雨后期的污染物输入量明显减少。
在径流过程中，水体的流速和流量是影响污染物迁移转化的重要因素。
较快的流速可以带走更多的污染物，较大的流量可以扩大污染物的传播范围。
因此，在降雨和径流过程中，水动力条件对于污染物迁移转化具有重要影响。
另外，土壤对于污染物的保持和过滤作用也是不可忽视的。
研究发现，三峡库区的土壤富含有机质，其具有较强的保水和保持污染物的能力。
土壤中的有机质和矿物质可以吸附污染物，使其滞留在土壤层中，形成潜在的污染物库。
另外，土壤中的微生物还可以分解和吸收部分污染物，缓解水体中污染物的浓度。
因此，保护和改善土壤的质量对于减少污染物的输入具有重要作用。
针对三峡库区的水资源保护和治理问题，本研究提出了一些可行的建议。
首先，加强对氮、磷和农药等污染物排放的监管力度，严格控制农业和工业生产中的污染源。
其次，加大对土壤质量的改良和保护力度，通过增加有机质的含量和改善土壤结构，提高土壤的保水和保持污染物的能力。
此外，还应加强对水文过程的监测和预测能力，及时掌握污染物随水流的迁移情况，以便制定科学的治理措施。
近10年来三峡消落带土壤氮、磷时空分布特征研究
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ａｒｅａꎻ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｚｏｎｅꎻ ｎｉｔｒｏｇｅｎꎻ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
水库消落带是指因水库蓄水、泄洪或季节性水位
竣工ꎬ是国内最大的水利枢纽工程. 三峡库区消落带
. 三峡水库的周期性水位调控使库区高低水位
Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｗａｔｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ Ｚｏｎｅ ｉｎ Ｌａｓｔ Ｄｅｃａｄｅ
ＬＩ Ｓｈａｎｚｅ １ ꎬ ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ １ꎬ２ ꎬ ＷＡＮＧ Ｙｕｃｈｕｎ １∗ ꎬ ＨＵ Ｍｉｎｇｍｉｎｇ １ ꎬ ＬÜ Ｙｉｎｇ １ ꎬ ＯＵＹＡＮＧ Ｗｅｉ ２ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｈｕｉ １ꎬ３ ꎬ
系统中重要的“ 源” 与“ 汇” ꎬ具有重要的地球化学循
环意义. 目前ꎬ许多学者开展了针对三峡库区消落带
包含湖北段消落带和重庆段消落带. 消落带高程差高
土[１５] . 根据三峡库区水位调度计划ꎬ每年 ４ 月末水位
ｐａｉｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｉｓｋｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｗ( ＴＰ ) ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐｓｔｒｅａｍ ａｒｅａꎬ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｉｓｋｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｏｉｌ
ｅｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｎ￣ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｏｕｔｐｕｔ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｗ( ＴＮ) ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ａｒｅａ.
ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｙｃｌｅｓ. Ｄａｔａｂａｓｅ ｏｆ ＣＮＫＩ ａｎｄ Ｗｅｂ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｎ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ
三峡库区紫色土养分调查及评价
±壤有机质畲量用重铬酸钾容 量法，金氮用凯氏法，速效磷用０５ ． ｍＯ ／ 氮Ａ Ｃ ｊ ｌＬ Ｈ Ｏ 浸提一钼锑抗 比色 法，速效钾用ｌ ｏ／氮ＨＯ ￣ ｌ ｍ Ｌ ４Ａ 浸提一
火焰光魔法 。
收穑日期；２ ＝ ９０ Ｏ００＝９ 萋 金 顼 冒 ； 重 庆 审 教 羹 科 研 资 助 目 （Ｊ ｌ ｉ ） ７ ｌ ；童魔量蛱学院青年舞助项 目 ０ Ｓ
３ 培 论与讨 论
万州匡紫色±圭壤养分状况不 容 乐观 ，耕作±壤的有机质 ，有效磷 ， 全氮含量总体上处手缺乏水平ｌ速 效Ｋ 含量 处予 中等 水平 。圭 要原国在 于施肥 结构不合理 ，突 出表现在有视
２ ， ４速效磷和速效钾舍 量分析评价
速效 养分的含量水平 与人 为施肥
活动有关，也爱圭壤性质的影响。结
１０６ § ｌ目 Ｏ） ２ ０ ｘ ｙ 舻Ｏ
遍偏低，看灰性紫色±的碱解氮处手 较缺水平 ，其他２ 类圭壤的含量均低 手６ ，处手‘ 的水平 圭壤供氮 ０ ｇ ‘ 缺” 能力偏低的原国可能有－①圭壤有机 质含量较低，导致全氮含量的偏低， 限制了无效氮向有效氮的转化Ｉ② 目 前的栽培密度较夫，复种指数较高， 单位霹积产量夫幅增加，所消耗养分 增加Ｉ③虽然无机速效氮月施用量有 巴
土壤养分调查一方 面可 以了解土
壤养 分的数量 ，另一方面 可以揭示土
２ 结果与分析
壤养 分与 自然地理 、社会 经济 以及土 壤 内部环境变化 的关系和 规律 。掌握 土壤 的养 分状况 。就可 以为主 壤肥力
评价 、± 地利用规划 、施肥 指导和产
２１ 土壤 养分含量分级指标 。
三峡库 区紫色土养分调查及评价
石 汝 杰
（ 重庆三峡学院生物系，重庆 万州 ４ ４ ０） ００ ０
三峡库区氮、磷面源污染负荷模拟及水质评价
三峡库区氮、磷面源污染负荷模拟及水质评价一、本文概述本文旨在深入研究和探讨三峡库区氮、磷面源污染负荷的模拟及其水质评价。
三峡库区作为中国重要的水电枢纽和生态环境敏感区，其水质状况直接关系到库区生态安全及下游地区的水资源利用。
氮、磷作为水体富营养化的主要营养元素，其过量排放已成为库区水质恶化的重要原因。
对三峡库区氮、磷面源污染负荷进行准确模拟和科学评价，对于制定合理的污染防治措施、保障库区水环境安全具有重要的理论和实践意义。
本文首先回顾了国内外关于面源污染负荷模拟和水质评价的研究现状，分析了当前研究中存在的问题和不足。
在此基础上，结合三峡库区的实际情况，建立了氮、磷面源污染负荷的模拟模型，并对模型的参数进行了校准和验证。
采用多种水质评价方法，对库区水质进行了全面、系统的评价。
通过对三峡库区氮、磷面源污染负荷的模拟和水质评价，本文揭示了库区氮、磷污染的空间分布特征、污染来源及主要影响因素，为库区水环境管理和污染防治提供了科学依据。
本文也为类似地区的水质评价和污染防治提供了参考和借鉴。
二、三峡库区氮、磷面源污染负荷模拟三峡库区作为中国重要的水资源储备区，其水质状况直接关系到长江中下游地区乃至全国的生态安全和经济发展。
氮、磷作为水体富营养化的主要诱发因子，其面源污染负荷的模拟与评估对于三峡库区的水质管理具有重要意义。
为了科学、准确地模拟三峡库区氮、磷面源污染负荷，本研究采用了先进的流域模型，结合库区实际地理、气候、土地利用等数据，构建了精细化的面源污染负荷模拟系统。
该系统能够综合考虑降雨径流、土地利用、农业活动、畜禽养殖等多种因素，对库区内的氮、磷面源污染负荷进行动态模拟。
在模拟过程中，我们采用了多种数据处理技术和分析方法，如空间插值、回归分析、敏感性分析等，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
同时，我们还充分考虑了库区内的社会经济因素，如人口分布、农业产业结构等，以确保模拟结果能够真实反映库区的实际情况。
三峡库区消落带土壤氮磷钾、pH值和有机质变化
变 幅为 １７ ％ ～９ ５ ％ 。 ．３ ．８
关 键 词 ： 消 落 带 ；土壤 氮磷 钾 ；ｐ 值 ；有 机 质 ； 化 ；三 峡 库 区 Ｈ 变
中 图分 类 号 ：Ｘ ７ ． １ １４ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ １— ４ ８ ２ １ ） ３— ０ ７—０ １０ ７ ８ （０ ２ ０ ０ ０ ４
４ Ｗ ｓ ａ ｏ ｎｙＢ ｒ ｕｏ ｏｅｔ Ｗｕｈ ｎ４ ４ ０ ） ． ｕ ｈ ｎＣ ｕ ｔ ｕ ｅ Ｆ ｒ ｒ ａ ｆ ｓ ｙ ｓａ ０ ７０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｓ ｔｎ ｏ ｉ ｒ ｇ ｔ ｎｅ ｔｉ ｈ ｄ ｌ ｎ ｈ ｌ ｗ ｗ ｔｒａｅ （ ｌｔｄ —１ ２ ｍ ） ｉ ｈｅ ｏｇｓ ｓｒ ｃ ： ｅｔ ｇ ｍ ｎｔ ｉ ｒ ｓｃ ｎ ｔｅ ｍｉｄｅａ ｄ ｓａｌ ａｅ ｒａ ａｔｕ ｅ １ ６ ｉ ｏｎ ａ ｏ ｉ ５ ７ ｎ Ｔ ｒｅ Ｇ ｒｅ
三峡库区土壤重金属元素含量分析及污染评价
2010年第12期（总第250期）吉 林 农 业JILIN AGRICULTURALNO.12，2010（CumulativetyNO.250）0引言近些年，由于工业“三废”的排放和矿山的开采，同时伴随着污水灌溉、污泥农用和施含有重金属元素的肥料和使用农药等，我国土壤重金属污染越来越严重。
重金属在土壤中一般不易随水淋失，不能被土壤微生物分解，相反生物体可以富集重金属，通过食物链传递危害人类健康旧。
更为严重的是，土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，进入土壤的重金属元素，但当其积累量超过土壤承受能力或土壤容量时，就会对作物和人体产生危害，从而导致严重的生态问题[1]。
三峡库区总面积5.42万km2，其中主要是山地，其次是丘陵，平地很少。
三峡库区由于直接大面积淹水，水土流失严重，和其他地方相比较，更容易形成重金属的污染[2]。
1实验材料与方法采样点布置在1:5万地形图上，以1km2采样大格，在三峡库区三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺4个区域内，各采集160个土壤样品，每个采样点采集4处0-20cm厚的新鲜岩土，混合后按四分法取得1 kg样品。
所有样品置于样品袋内带回实验室登记编号，然后风干、磨细、过筛、混匀。
2结果与分析2.1土壤重金属含量及分布特征根据实验室测定的结果，分别计算出三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺土壤中8种重金属元素的含量总平均值如表所示，见表1。
表1 各地区重金属元素平均含量采样区域重金属元素平均含量（mg/kg）As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn 三汇 5.30 0.2868.5121.30 0.03731.1526.3180.18白石铺 5.680.2768.6724.11 0.05530.6525.9682.94响水滩 5.580.3167.3220.87 0.04330.6925.1882.65石宝寨 5.50 0.2969.0924.03 0.04931.1325.8585.18三峡库区背景值5.8350.13478.0325.00 0.04629.4723.8869.88由表1可知，各地区的总平均值中，重金属元素砷（As）、铬（Cr）、铜(Cu)低于三峡库区重金属背景值，汞（Hg）和背景值相当，镍（Ni）和铅（Pb）含量略高于背景值，而隔（Cd）和锌（Zn）含量明显高于背景值。
三峡库区氮、磷面源污染负荷模拟及水质评价
三峡库区氮、磷面源污染负荷模拟及水质评价水体污染导致水质下降已成为环境污染的全球性问题,且面源污染是水环境污染和引发水体富营养化的主要原因之一,是影响和制约国家和地区全面发展的关键问题。
三峡库区作为一特殊的地理区域,高农业化肥施用量和严重水土流失、大坝建设后的回水效应、库区的移民大开发建设等使得库区流域的水环境安全形势严峻。
尽管国家及区域层面在水土保持和水质保护方面有大量投入,但在库区地形起伏大、化肥（农药）施用量增加、大型工程扰动等胁迫下,使得面源污染问题特别是农业氮、磷污染问题一直存在于三峡库区建设发展过程中,这已经成为水库安全运营和经济发展所必须面对的关键“瓶颈”问题。
因此,开展三峡库区这一大尺度空间范围的氮、磷面源污染负荷模拟及其水质评价对三峡库区生态文明建设有重要的理论和现实意义。
本研究基于三峡库区这一特定区域,以面源污染负荷模拟、“源/汇”景观格局与水质评价为主线,结合库区自然环境的空间差异,对已有面源污染负荷模拟模型、“源/汇”格局识别方法和水质评价模型进行改进与修正,构建了泥沙输移比模型、修正了输出系数模型和景观阻/动力成本模型,为库区面源污染负荷模拟、“源/汇”格局与水质评价提供了新的研究思路和方法。
首先,重点考虑泥沙输移比,通过构建影响泥沙输移的动力和阻力系数的大尺度区域泥沙输移比模型,并应用已有的土壤侵蚀模型、泥沙负荷模型和吸附态氮、磷污染负荷模型,估算了1990-2010年间五期（1990、1995、2000、2005和2010年）库区泥沙负荷和吸附态氮磷污染负荷;同时在Johnes输出系数模型基础上,引入产污和截污系数,改进已有的土地利用输出系数,构建改进型输出系数模型,估算了库区20年间五期不同土地利用下的溶解态氮、磷污染负荷,并进行空间模拟、动态分析和结果验证。
其次,从影响面源污染过程的阻/动力着手,依据成本距离模型,融合各景观要素并考虑景观单元与子流域出水口的距离因素,建立影响面源污染“源/汇”格局的景观阻/动力成本模型,并将其应用于三峡库区面源污染的景观阻/动力评价和“源/汇”格局识别研究中。
三峡水库消落区典型草本植物氮、磷养分计量特征
种草本植物一鬼 针草（ Ｂ ｉ ｄ ｅ ｎ ｓ ｐ ｉ ｌ ｏ ｓ ａ ） 、 苍耳 （ Ｘ ａ ｎ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ｕ ｍ） 、 水蓼 （ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｇ ｏ ｎ ｕ ｍ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｉ ｐ ｅ ｒ ） 、 藜（ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｏ ｐ ｏ ｄ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｂ ｕ ｍ） 长势
Ｓ ｃ ｉ ． （ 湖 泊科 学） ， ２ ０ １ ６ ， ２ ８ （ ４ ） ： ８ ０ ２ ． ８ １ １
Ｄ０Ｉ １ ０．１ ８３ ０ ７ ／２ ０１ ６． ０ ４１ ３
＠２ ０ １ ６ ｂ ｙ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆＬ ａ ｋ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
ｈ ｅ ｒ ｂ ｐ ｌ ｎｔ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｅ ｓ（ Ｂ ｉ ｄ ｅ ｎ ｓ ｐ ｉ ｌ ｏ ｓ ａ， Ｘ ａ ｎ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ｕ ｍ， Ｐ ｏ ｌ ｙ ｇ ｏ ｎ ｕ ｍ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｉ ｐ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｏ ｐ ｏ ｄ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｂ ｕ ｍ）ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｚ ｉ ｇ ｕ ｉ ｗ ａ －
关键词 ： 消落 区； 氮； 磷； 氮磷 比； 氮限制 ； 根茎 比； 三峡水库
பைடு நூலகம்
Ｎｉ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ｏ ｒ ｕ ｓ ｓ ｔ ｏ ｉ ｃ ｈ ｉ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｈ ｅ ｒ ｂ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ － ｆ ｌ ｕ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ － ｚ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ Ｇｏ ｒ ｇ ｅ ｓ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ
三峡库区不同碳铵用量紫色土氮素淋溶试验研究
态 氮 、 溶 性 总 氮 （ Ｎ） 可 ＴＤ 的淋 溶 特 征 。结 果 表 明 ， 滤 液 中氨 氮 的含 量 差 异 不 大 ， ０ ３ ～ ２８ 淋 在 ． ４ ． ６ｍｇ・Ｌ 之 间 ， 不 同施 肥 量 处 理 组 之 间 氨氮 淋 溶 量 差 异 均 无 显 著 性 （ Ｐ＞ ０ ０ ） 淋 滤 液 中硝 态 氮 含 量 在 ０ ２ ～ ３ ． ５ｍｇ・Ｌ 之 ．５ 。 ． ７ ６ ２ 间 ， 氮 量 超 过 １ ０ｋ ｈ 施 ０ ｇ・ ｍ～ ， 肥 处 理 与 空 白 处 理 差 异 显 著 （ 施 Ｐ＜Ｏ ０ ） ． ５ 。氮 肥 用 量 显 著 影 响 了 淋 滤 液 中 ＴＤ 的 Ｎ 含量 ， 滤液 中 Ｔ 淋 ＤＮ 浓 度 变 化 范 围 １３ ￣ ４ ． １ｍ ． ８ ０ ８ ｇ・Ｌ ， 溶 总 量 为 ４ ． ９ ２ １ ２ ｇ ・ｈ 与 施 肥 量 呈 淋 ３４ ～ ５． ０ｋ Ｎ ｍ－ ，
（ ｌｅ ｅｏ ｂ ｎ Ｃｏ ｓｒ ｃｉｎ ８ Ｃｏｌｇ ｆＵｒ ａ ｎ ｔｕ ｔ ＬＥｎｖｒ ｍｅ ａ ｇｎ ｅｉ ｏ ｉｏｎ ｎｔｌＥｎ ｉｅ ｒｎｇ，Ｃｈ ｎｇ ｉ ｎｖ ｒ ｉ ｏ ｑｎｇＵ ｉｅｓｔ ｙ，Ｃｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ５，Ｃｈｉ ） ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ ４ ｎａ
三 峡 库 区不 同碳 铵 用 量 紫 色 土 氮 素 淋 溶试 验研 究
孙 军益 ， 方 芳 ， 劲 松 ， 郭 李 哲 ， 志伟 孙
（ 庆大学城市建设与环境工程学 院， 庆 ４０４） 重 重 ０ ０ ５ 摘 要 ： 用 室 内土 柱 的方 法 ， 碳 铵 作 为 基 肥 ， 次 性 表 施 于 土 柱 ， 究 了不 同 施 肥 量 下 紫 色 土 中氨 态 氮 、 采 将 一 研 硝
关 键 词 ： 色 土 ； 铵 ； 素 ； 溶 紫 碳 氮 淋
峡山水库流域表层土壤氮磷淋溶特征及释放预测
峡山水库流域表层土壤氮磷淋溶特征及释放预测作者：王晴孙增兵钱淑君杨丽原刘恩峰郭志谦来源：《安徽农业科学》2024年第08期摘要以峽山水库流域表层土壤为研究对象，采用室内土柱淋溶法模拟不同淋溶量下总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）的淋出情况，并预测氮磷释放量。
结果表明，在不同土地利用方式下，该区域的TN、TP、NH3-N含量总体上来说耕地大于林地，但并不存在显著差异。
TN、TP、NH3-N淋溶浓度与其在土壤中总量均呈现显著正相关。
淋溶液中TN浓度随淋溶量的增加而逐渐降低，这表明土壤对TN的吸附能力较差，易随降雨渗透发生损失；TP 和NH3-N浓度随淋溶量的增加无明显变化规律，且其淋溶强度均小于TN。
在一定淋溶量条件下，氮磷淋出浓度与淋溶液体积呈指数相关，氮磷淋溶浓度随淋溶量的增加经过拟合得到峡山水库流域表层土壤营养盐的淋溶函数C=C0eKV。
通过确定性数学模型模拟计算出采样点TN、TP、NH3-N的年均释放浓度均值分别为23.00、4.33、4.49 mg/L，其中TN和TP年均释放浓度综合营养状态指数均超过水体重度富营养化标准，很可能通过径流等过程导致水体中氮磷富集。
关键词峡山水库；表层土壤；氮磷；淋溶特征；释放预测中图分类号 X143 文献标识码 A文章编号 0517-6611（2024）08-0058-08doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.015Characteristics and Release Prediction of Surface Soil Nitrogen and Phosphorus Leaching in Xiashan Reservoir BasinWANG Qing1，SUN Zeng-bing2，QIAN Shu-jun2 et al（1.School of Water Conservancy and Environment，University of Jinan，Jinan，Shandong 250022; 2.Shandong Provincial No.4 Institute of Geological and Mineral Survey，Weifang，Shandong 261021）Abstract The surface soil of Xiashan Reservoir Basin was taken as the research object，and the leaching situation of total nitrogen （TN），total phosphorus （TP） and ammonia nitrogen（NH3-N） under different leaching amounts was simulated by indoor soil column leaching method，and the release amount of nitrogen and phosphorus was predicted.The results showed that the TN，TP and NH3-N contents of cultivated land in this region were higher than those of forest land under different land use modes，but there was no significant difference.The leaching concentration of TN，TP and NH3-N showed significant positive correlation with the total amount in the soil.The concentration of TN in leaching solution decreased gradually with the increase of leaching amount，which indicated that the adsorption capacity of soil for TN was poor，and it was easy to lose with rainfall infiltration.TP and NH3-N did not change significantly with the increase of leaching amount，and their leaching intensity was lower than TN.Under the condition of a certain leaching amount，the leaching concentration of nitrogen and phosphorus was exponentially correlated with the volume of leaching solution.The leaching function of surface soil nutrients in Xiashan Reservoir Basin could be obtained by fitting the leaching concentration of nitrogen and phosphorus with the increase of leaching amount：C=C0eKV.The average annual release concentrations of TN，TP and NH3-N at the sampling points were simulated and calculated by the deterministic mathematical model to be 23.00，4.33 and 4.49 mg/L，respectively.The comprehensive nutritional status index of TN and TP annual release concentrations exceeded the standard for severe eutrophication in water body，which may lead to nitrogen and phosphorus enrichment in water through processes such as runoff.Key words Xiashan Reservoir;Surface soil;Nitrogen and phosphorus;Leaching characteristics;Release prediction小流域范围内的农业面源污染与生产生活息息相关［1］，氮磷是造成农业面源污染的重要元素，农田土壤中的氮磷进入地表及水体的主要途径有地表径流、侵蚀和淋溶。
三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究
三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究引言在现代农业生产过程中，农业源污染成为一个全球性的环境问题，其中包括了氮、磷以及农药等非点源污染物。
在中国，三峡库区作为我国重要的农业区域，长期受到氮、磷和农药的非点源污染的威胁。
因此，研究三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋，对于保护水资源和改善环境质量具有重要意义。
一、研究区域简介三峡库区地处长江中下游，地势起伏，水系发达，是我国重要的农业区域之一。
该地区以水稻种植为主，农业活动频繁，造成氮、磷和农药等非点源污染物的排放。
二、氮、磷和农药非点源污染物的迁移转化1. 氮磷非点源污染物的迁移转化三峡库区的氮磷非点源污染物主要来自农田的施肥和农药使用。
随着降雨的增加，土壤中的氮磷会随着水流进入河流。
同时，氮磷也会通过土壤的沉积和吸附作用逐渐蓄积。
2. 农药非点源污染物的迁移转化农药的使用是三峡库区农业生产过程中普遍存在的现象。
农药对于农田的生产起到了重要的保护作用，但当农药进入水体中后，就会对水体生态系统造成危害。
农药在水体中的迁移转化主要是通过水流将农药带入河流，同时也会经过水的蒸发与沉积作用。
三、影响因素分析1. 水文过程水文过程是影响氮、磷和农药非点源污染物迁移转化的重要因素。
降雨的多少和频率会直接影响农田中的氮磷和农药的迁移量和速度。
2. 土壤类型不同类型的土壤对氮、磷和农药的吸附和沉降能力不同。
在三峡库区，碱性土壤和红壤的吸附能力较差，会增加氮、磷和农药迁移至水体的风险。
3. 农业活动农业活动是导致氮、磷和农药非点源污染的主要原因。
施肥和农药的过度使用会导致污染物在土壤中积累，并随水流进入河流。
四、归趋研究通过研究氮、磷和农药非点源污染物的迁移转化，可以得出污染物在水体中的归趋。
在三峡库区，氮、磷和农药会随着水流进入河流，对水体生态系统造成危害。
因此，加强农田管理，合理施肥和农药使用，是减少污染物迁移转化的重要措施。
三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究
三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究三峡库区典型区域氮、磷和农药非点源污染物随水文过程的迁移转化及其归趋研究引言三峡库区是中国最大的淡水库之一，其庞大的面积和复杂的地形使得该地区的水文过程变得异常重要。
然而，随着农业和城市化的发展，该地区也面临着氮、磷和农药等非点源污染物的问题。
本研究旨在通过研究三峡库区典型区域的氮、磷和农药非点源污染物的迁移转化及其归趋，揭示水文过程对于该区域的污染物分布和输送的影响，为制定有效的水资源管理和环境保护政策提供科学依据。
一、水文过程对氮、磷和农药的迁移转化的影响水文过程是非点源污染物迁移转化的重要驱动力，包括降雨、径流、滞留和蒸发等各个环节。
在降雨过程中，降雨强度和频次直接影响了土壤表面的产流过程，进而对氮、磷和农药等污染物的迁移和转化产生重要影响。
而在径流过程中，水流速度和流量也对污染物的迁移具有重要影响。
在滞留和蒸发过程中，污染物的浓度会随着土壤水分的变化而发生变化，进而影响其输送和归趋。
二、氮、磷和农药非点源污染物的迁移转化及其归趋机制1. 氮、磷和农药的迁移转化机制氮、磷和农药在水环境中的迁移转化主要有生物地球化学过程和地球化学过程两个方面。
在生物地球化学过程中，细菌和藻类通过生长和代谢过程将氮和磷转化为有机形态，并进一步作为生态系统的营养源进行循环。
而农药则可以通过生物降解和光解等方式分解为无害的物质。
地球化学过程主要包括氮磷的吸附和解吸、沉积和溶解等物理过程。
2. 氮、磷和农药的归趋机制氮、磷和农药在水环境中的归趋受到多个因素的影响，包括水力输送、水下沉积、生物摄取和气体交换等。
其中，水力输送决定了污染物在水体中的分布和浓度。
水下沉积是污染物在水体中的沉积过程，通过富集作用改变了污染物的分布。
生物摄取是生态系统中污染物的重要去除过程，部分氮、磷和农药会被水生生物吸收并存储在体内。
气体交换则是指污染物在水体和大气之间的相互转移过程。
三峡库区典型支流沉积物重金属污染特征及评价分析
三峡库区典型支流沉积物重金属污染特征及评价分析大型水利工程对生态环境具有直接的影响，也是近年来国内外关注的焦点，由于我国三峡库区水环境中的重金属所具备的化学特性较为繁杂，直接关系到生态效应。
目前，这也是水利、环境与生态领域着重研究的课题。
由于金属主要是通过沉淀或者共沉淀的形式向底质进行迁移，导致大部分金属都会集中在底质的沉积物中。
文章结合现阶段三峡库区典型支流沉积物重金属污染的实际情况，依据其污染特征，展开详细评价分析。
标签：三峡库区;重金属污染;污染评价;潜在生态风险;无机污染物在经济的带动下，生态环境面临着巨大的威胁，水环境逐渐发生改变，水中的沉积物会不断向水体释放重金属，造成二次污染的情况。
水体中的沉积物作为水环境中造成重金属污染的主要原因，其污染特征以及情况也是衡量水体质量的主要因素，因此，在评价水环境质量时，要将重点放在水体沉积物上，采取科学有效的方案将污染情况降到最低。
1 三峡库区典型支流沉积物重金属污染特征1.1 水环境化呈扩散系数变化三峡水库的水环境变化，主要是在水力学的作用下，呈扩散系数变化。
在三峡水库蓄水运行阶段，各个库段断面的水力研究成果详细研究见表1。
结合各项数据分析结果，可以看出，三峡水库蓄水在运行过程中，呈平均流速的只有同江段流速的十分之一。
在预测后分析，是在库段流速的急速中开始呈现递减趋势。
在建库后，重庆寸滩的污染程度会提升36.4%-157%;长寿段会提升至109%-159%;涪陵段会提升至136%-159%;万县段会提升至45%-134%。
1.2 汞、铬、铜的含量较高依据表2数据分析得知，三峡水库在运作的100年期间，重金属含量最高的物质即汞、铬、铜，其中，汞的接纳总量已经远超越松花江接纳总量的65%。
然而，从径流量的数据分析得知，三峡水库的径流量高于松花江的径流量，其中，流速、比降、扩散系数也趋于相似。
但是，在三峡水库中，上游支流所能够承受的重金属污染物成分会远远高于重庆下游。
三峡库区消落带土壤有机质和全氮含量分布特征
三峡库区消落带土壤有机质和全氮含量分布特征郭劲松;黄轩民;张彬;方芳;付川【摘要】The distribution characteristics of organic matter( OM) and total nitrogen(TN) in the soils of water-level-fluctuating zone( WLFZ) of Three Gorges Reservoir were studied during the non-flooded period, while the correlation among the soil physical-chemical characteristics, OM and TN contents was also be analyzed. OM and TN contents in the soils of WLFZ were both fairly low, were 10. 70 ±4. 03 and 0. 84 ±0. 39 mg/g, respectively; however, they followed the normal distribution. The lower C/N ra-tio of the soils of WLFZ suggested possibility of releasing of inorganic nitrogen from soil in the WLFZ to overlying water in the flood period. Compared with other study areas, the OM and TN contents were at the low level. The variation coefficients of OM and TN contents of the soil samples of WLFZ were on the low side by comparison with those in control zone. That is why the differences of OM and TN contents among difference WLFZ of study areas could be reduced by cyclic drying and wetting of WLFZ periodically. Correlation analysis showed that pH, oxidation-reduction potential(ORP) , TN was significantly and positively correlated with OM. The result indicated that organic nitrogen was the main nitrogen compositions in soils of WLFZ of the study area. Soil C/N ratio was negatively correlated with TN, but insignificantly correlated with OM, suggesting that soil C/N ratio was mainly determined by the content of TN.%在三峡库区消落带落干期间(2010年4月),对库区巫山-重庆主城区段消落带土壤有机质(OM)和全氮(TN)含量分布及与土壤理化性质的相关性进行了调查研究结果表明该区域消落带土壤OM和TN 含量均较低,分别为10.70±4.03和0.84±0.39 mg/g,且服从正态分布.消落带土壤碳氮比(C/N)较低,推测消落带土壤无机氮在淹水期间存在向上覆水体释放的可能性.在与其它关于土壤OM和TN含量研究的比较中,研究区域内土壤OM和TN含量处于偏低的水平；而在与对照带样品的比较分析中发现,消落带样品的OM和TN 含量变异系数均偏低,因此消落带干湿交替可减小不同区域消落带之间土壤OM和TN含量差异.相关性分析表明,消落带土壤pH、ORP、TN与OM之间呈显著正相关,可见研究范围内消落带土壤氮形态可能主要以有机氮的形式存在于有机质中,而C/N与TN呈负相关,与OM相关性不显著,表明C/N的大小主要取决于TN含量.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2012(024)002【总页数】7页(P213-219)【关键词】消落带;土壤;有机质;全氮;三峡库区【作者】郭劲松;黄轩民;张彬;方芳;付川【作者单位】重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;西华大学能源与环境学院,成都610039;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;重庆三峡学院化学与环境工程学院,重庆404000【正文语种】中文消落带是指江河、湖泊、水库等水体水位因季节性涨落使土地被周期性淹没和出露成陆形成的干湿交替的水陆衔接地带［1］.消落带可以看作淡水湿地的一种，属于一类特殊的湿地生态系统［2-3］，具有敏感而脆弱的生态环境，在淹水期间易与上覆水发生物质交换和能量传递.三峡库区消落带的垂直距离为30 m(水位145～175 m)、面积为348.93 km2.同时，随着水位变化，三峡库区消落带每年有大量土地处于季节性淹没状态和非淹没状态，此时其干湿交替的环境条件以及附近居民的耕作等因素都可能对三峡库区消落带的土壤生态环境及水环境产生各种影响. 有机质(Organic Matter，OM)和全氮(Total Nitrogen，TN)是湿地土壤重要的组成部分，也是湿地生态系统十分重要的生态因子，其含量变化对湿地生态系统的生产力影响非常显著［4］.OM含量是土壤肥力状况的重要指标，并为水体及土壤中的生物活动提供了能源和基质，在维持生物多样性方面起着至关重要的作用［5-6］.氮素则是湿地生态系统中最重要的限制因素之一，也是水体发生富营养化的重要诱导因子，是一种湿地营养水平指示物［7］，而消落带是淡水湿地的一种，具有类似湿地的生态环境特征.目前，有关三峡库区消落带土壤的研究主要集中在重金属含量调查［8］、氮磷形态分布特征［9-11］和氮磷吸附释放规律［12-13］等方面，而关于三峡库区消落带在经历多次反复的淹水-出露后，消落带土壤OM 和TN含量特征的研究较少.本文针对三峡库区巫山-重庆主城区段消落带，于2010年4月对该区域土壤OM 和TN含量进行研究，分析了二者在研究区域中的分布规律和土壤理化特征，及OM、TN和C/N三者的相互联系及土壤中碳、氮的转化，以期为三峡库区消落带土壤OM、TN含量变化和碳氮物质循环提供基础数据与科学依据.三峡库区巫山 -重庆主城区段消落带(28°28'～31°44'N，105°49'～110°12'E)面积约为 306.28 km2，总共涉及22个区县(市)，遍布于长江干流和库区大大小小百余条次级河流.库区地貌类型复杂多样，以山地为主.研究区域地处亚热带季风气候区，具有雨热同季、热量丰富、雨量充沛、空气潮湿、云雾较多等气候特点，多年年均温度18.1℃，最热月均温度28.4℃，最冷月均温度7℃，是全国著名的高温区.年降雨量1087～1400 mm，但季节分配不均，降雨集中在夏季，相对湿度79%～82%［14］.在研究区域内共选择了14个采样点(图1)，贯穿整个三峡库区重庆段消落带，分布于长江干流以及干流南北两侧重要的支流消落带;除此之外，在消落带面积较大的区县，不同土地利用方式和类型的消落带均分布有采样点，具体信息详见表1，共采集样品54个.采样期间(2010年4月)的水位为154 m，所采集的样品分为两部分:1)刚出露的消落带土壤样品(样品数n=41)，淹水历时约7个月，每个采样点按154～175 m的高程区间均匀分成上、中、下3个区段分别采集1份土壤样品，其中，忠县新政村未能采集到下部的土壤样品;2)对照带土壤样品(样品数n=13)，未被库区水体淹没过，在高程175～180 m之间采集1份土壤样品，其中，开县汉丰湖未能采集到土壤样品.采集土样时，使用洛阳铲采集表层土(0～20 cm)，为了使所采样品具有代表性，在1 m范围内采集4～5个不同土样，捡掉砾石、动植物残体等，充分混合后用四分法缩分至1 kg左右，装入聚乙烯袋密封保存带回实验室.样品采集时同时测定各采样点的经纬度、酸碱度(pH)、氧化还原电位(ORP)和含水率.样品经冷冻干燥器低温冷冻干燥处理后，碾磨过100目筛，处理后装入聚乙烯密封袋中，并存储于-20℃冰箱中以备化学分析.土壤有机质(OM)采用重铬酸钾-外加热法进行测定，TN采用凯氏法进行测定.消落带有机物输入输出量的相对大小决定其土壤中有机质含量的变化.土壤中的有机质输入主要依赖于有机残体归还量的多少及有机残体的腐殖化系数，有机质的输出量则主要包括分解和侵蚀损失，受各种生物和非生物条件的控制［15-17］.除此之外，消落带的干湿交替［18］、管理方式及污染物质的输入也同样影响着消落带土壤中有机质含量的分布.OM在研究区域内的含量统计分析结果表明，消落带土壤OM含量平均值为10.70±4.03 mg/g，与对照带土壤OM 含量相比，二者差异性不显著(sig.＞0.05)，但对照带样品的变异系数为57.7%，高于消落带样品(3 7.7%)(表2)，表明消落带干湿交替可减小不同采样点消落带之间土壤O M含量差异.消落带O M含量的频数分布直方图见图2 a.正态性检验显示消落带土壤样品O M含量服从正态分布，表明其分布比较集中.研究区域内，消落带O M含量均值置信度0.9 5 的置信区间为(9.4 2，1 1.9 7)，即有9 5%的可能性认为研究区域内消落带土壤的O M含量均值落在该置信区间内.不同研究区域OM含量表明，本研究区域消落带土壤OM含量处于较低水平，明显低于澎溪河消落带、其他区域湿地和沉积物OM含量(表3).这可能是因为张雷等［19］对澎溪河消落带采样时间为2009年，早于本研究，由于土壤在水中长时间浸泡，OM会逐渐分解，导致其含量降低且分布均匀［9］;而三江平原和梁子湖湿地的土壤主要是沼泽土，含有大量的腐殖质，因此其OM含量相对而言略高;太湖五里湖受人为活动影响较大，富营养化程度严重，且为湖湾，水体动力条件较弱，有利于OM和营养盐的沉积，导致OM含量较高;巢湖富营养化程度相比太湖较弱，且为浅水湖泊，水动力条件较强，不利于OM的积累.而三峡库区消落带土壤较低的OM含量可能与库区的水动力相对较强，不利于OM和营养盐的积累，以及消落带的水土侵蚀导致土壤OM和营养元素的流失有关.氮素的输入和输出量的相对大小决定着土壤中全氮的含量变化.土壤中的氮素主要来源于植物残体的归还量及生物固氮，也有少量来源于大气降水;输出主要是土壤中有机质的分解，分解后大部分被植物吸收利用，部分NH3经过矿化(氨化)、硝化、反硝化作用以及氨挥发等生物过程而重返大气中［25-27］.除此之外，消落带的干湿交替［18］、管理方式及污染物质的输入也同样影响着消落带土壤中全氮含量的分布.消落带土壤TN含量的统计分析表明，研究区域消落带土壤样品TN含量的平均值为0.84±0.39 mg/g，与对照带土壤TN含量相比，二者差异性不显著(sig.＞0.05)，但对照带样品的变异系数为79.1%，高于消落带样品(46.7%)，表明消落带干湿交替可减小不同区域消落带之间土壤TN含量差异(表2).消落带土壤TN含量的频数分布直方图见图2b.正态性检验显示消落带土壤样品TN含量服从正态分布，也表明其分布比较集中.研究区域内，消落带土壤TN含量均值置信度0.95的置信区间为(0.71，0.96)，即可以认为研究区域内消落带土壤的TN含量均值落在该置信区间内的概率为95%.从不同研究区域TN含量的比较可知，库区消落带TN含量处于较低的水平(表3).其中大宁河［9］和澎溪河［20］的采样时间均早于本研究，由于OM和TN的相关性极显著(后文已分析)，二者有相同的输入和输出途径，因此OM的分解可能导致土壤中氮的释放.其他研究区域湿地/沉积物TN含量的大小顺序与OM含量的大小顺序基本一致，但龙感湖TN含量较高.因龙感湖为典型的草型湖泊，大型水草在固定营养盐方面具有重要的作用，所以其TN含量较高，而其他研究区域TN含量高低的原因与OM类似.土壤碳氮比指示土壤生物分解过程中碳和氮转化作用的密切关系.正常耕地的土壤生物在土壤C/N约为25时获得平衡营养.如果C/N高于25，表明土壤中的N含量无法满足微生物的需要，此时N不但不会积累，而且腐败菌类会迅速繁殖，加快OM的分解，并且土壤中的NH+4-N含量不足以产生硝化作用［28］.研究区域内消落带土壤C/N相对较低，变化范围为4.04～22.47(表2)，这意味着土壤中有机碳具有较高的腐殖化程度，有机氮易于矿化，致使消落带土壤无机氮的增加［16］，从而导致研究区域较低的C/N，其均值为8.32±3.86.相比对照带样品的C/N，变化范围为2.53～12.75，库区消落带土壤在经过特有的干湿交替后土壤C/N有所增加，但仍然较低，并且OM的增加程度远远小于TN的减小程度，由此表明消落带土壤无机氮在淹水期间存在向上覆水体释放的可能性.研究区域内ORP 为-49.90 ～63.90 mV，含水率为16.2% ～67.9%，pH 为5.92 ～7.76.其中大部分采样点的pH值大于7，处于中性偏微碱性的范围，且ORP整体上也呈还原性.从研究区域土壤基本理化性质及OM、TN、C/N之间的相关性可以看出，消落带土壤OM与pH值呈显著正相关，与ORP呈显著负相关，表明库区消落带土壤pH值和ORP对土壤OM分布会造成一定的影响(表4).土壤pH值对OM的影响常常通过影响土壤微生物的活动来实现［29］.在中性条件下微生物活性最强，在强碱和强酸条件下其活动受到抑制，从而抑制有机质的分解转化.而研究区域内消落带土壤pH值整体上偏微碱性，这可能是导致pH值对该区域消落带OM分布产生一定影响的原因.土壤ORP的高低表征了其氧化性和还原性，相对于还原条件来说，土壤OM在氧化条件下更易被氧化分解，所以在ORP高时，土壤OM含量相对较低，反之则相对较高.研究区域内土壤OM与TN呈极显著正相关，相关系数r=0.674，表明TN和OM具有相同的消长趋势(表4)，这同以往的研究结果相一致［29-30］.此外，OM和TN呈极显著正相关也表明研究区域内有机氮可能为消落带土壤氮形态主要存在形式之一，在对氮形态的分析中发现有机氮在消落带土壤氮形态中占有较高的比重，为氮素的主要存在形态(另文发表).C/N与OM之间的相关性不显著，而C/N与TN呈极显著负相关，其相关系数r=-0.513，由此表明C/N的变化主要由TN含量决定，该结果与白军红等［16］对内蒙古乌兰泡湿地的研究结果一致. 1)研究区域消落带OM和TN含量均服从正态分布，且其在消落带样品中的变异系数均低于对照带样品，表明消落带干湿交替是影响消落带土壤OM和TN分布的重要因子.与其它区域土壤OM和TN含量的比较表明，库区消落带土壤OM和TN含量处于偏低水平，且与消落带的早期研究成果对比后发现，消落带土壤OM 和TN含量随三峡水库运行时段而有所降低.2)库区消落带土壤C/N介于4.04～22.47之间，相比对照带的C/N较低，表明消落带土壤有机氮容易发生分解矿化生成无机氮，增加其在淹水过程中向上覆水体释放的潜力.3)土壤TN与OM呈极显著正相关，表明消落带土壤TN和OM具有相同的消长趋势;C/N与TN呈极显著负相关，而与OM相关性不显著，表明C/N的大小主要取决于TN含量;土壤pH、ORP与OM的相关性表明pH、ORP是影响OM分布的重要因子.对于消落带土壤的迁移转化机制以及截留和释放尚待进一步定量研究.【相关文献】［1］Wantzen KM，Rothhaupt KO，Cantonati M et al.Ecological effects of water-level fluctuations in lakes:an urgent issue.Hydrobiologia，2008，613(1):1-4.［2］谢德体，范小华.三峡库区消落带生态系统演变与调控.北京:科学出版社，2010:1-3.［3］王学雷，蔡述明，任宪友等.三峡库区湿地生态建设与保护利用.长江流域资源与环境，2004，13(2):149-152.［4］Mitsch WJ，Gosselink JG.Wetlands.New York:Van Nostrand Reinhold Company Inc.，2000:89-125.［5］Franzluebbers AJ.Soil organic matter stratification ratio as an indicator of soil quality.Soil＆ Tillage Research，2002，66(2):95-106.［6］Bilen S，Çelik A，Altlkat S.Effects of strip and full-width tillage on soil carbon IV oxide-carbon(CO2-C)fluxes and on bacterial and fungal populations in sunflower.African Journal of Biotechnology，2010，9(38):6312-6319.［7］白军红，邓伟，朱颜明等.水陆交错带土壤氮素空间分异规律研究——以月亮泡水陆交错带为例.环境科学学报，2002，22(3):343-348.［8］喻菲，张成，张晟等.三峡水库消落区土壤重金属含量及分布特征.西南农业大学学报:自然科学版，2006，28(1):165-168.［9］张雷，秦延文，郑丙辉等.三峡入库河流大宁河回水区浸没土壤及消落带土壤氮形态及分布特征.环境科学，2009，30(10):2884-2890.［10］徐德星，秦延文，张雷等.三峡入库河流大宁河回水区沉积物和消落带土壤磷形态及其分布特征研究.环境科学，2009，30(5):1338-1343.［11］吉芳英，曹琳，林茂等.三峡库区新生消落区沉积物磷形态分析.环境科学研究，2009，22(8):882-886.［12］詹艳慧，王里奥，焦艳静.三峡库区消落带土壤氮素吸附释放规律.重庆大学学报:自然科学版，2006，29(8):10-13.［13］胡刚，王里奥，袁辉等.三峡库区消落带下部区域土壤氮磷释放规律模拟实验研究.长江流域资源与环境，2008，17(5):780-784.［14］唐将，李勇，邓富银等.三峡库区土壤营养元素分布特征研究.土壤学报，2005，42(3):473-478.［15］Brown S，Lenart M，Mo JM et al.Structure and organic matter dynamics of a human-impacted pine forest in a MAB reserve of subtropical China.Biotropica，1995，27(3):276-289.［16］白军红，邓伟，张玉霞.内蒙古乌兰泡湿地环带状植被区土壤有机质及全氮空间分异规律.湖泊科学，2002，14(2):145-151.［17］Wang L，Ouyang H，Peng K et al.Distribution characteristics of SOM and nitrogen on the eastern slope of Gongga Mountain.Journal of Geographical Sciences，2004，14(4):481-487.［18］Fromin N，Pinay G，Montuelle B et al.Impact of seasonal sediment desiccation and rewetting on microbial processes involved in greenhouse gas emissions.Ecohydrol，2010，3:339-348.［19］张雷，秦延文，贾静等.三峡入库河流澎溪河回水区消落带与岸边土壤磷形态及其分布特征研究.环境科学学报，2011，31(9):1999-2007.［20］郭劲松，贺阳，付川等.三峡库区腹心地带消落区土壤氮磷含量调查.长江流域资源与环境，2010，19(3):311-317.［21］熊汉锋，王运华.梁子湖湿地土壤养分的空间异质性.植物营养与肥料学报，2005，11(5):584-589.［22］迟传德，许信旺，吴新民等.安徽省升金湖湿地土壤有机碳储存及分布.地球与环境，2006，34(3):59-64.［23］石福臣，李瑞利，王绍强等.三江平原典型湿地土壤剖面有机碳及全氮分布与积累特征.应用生态学报，2007，18(7):1425-1431.［24］李军.长江中下游地区浅水湖泊生源要素的生物地球化学循环［学位论文］.贵州:中国科学院地球化学研究所，2005.［25］Delaune RD，Lindau CW，Sulaeman E et al.Nitrification and denitrification estimates in a Louisana Swamp forest soil as assessed by15N isotope dilution and direct gaseous measurements.Water Air and Soil Pollution，1998，106(1/2):150-161.［26］Chen R，Twilley R.A simulation model of organic matter and nutrient accumulation in mangrove wetland soils.Biogeochemistry，1999，44(1):93-118.［27］Arce MI，Gómez R，Vidal-Abarca MR et al.Effects of Phragmites australis growthon nitrogen retention in a temporal stream.Limnetica，2009，28(2):229-242.［28］吕国红，周莉，赵先丽等.芦苇湿地土壤有机碳和全氮含量的垂直分布特征.应用生态学报，2006，17(3):384-389.［29］白军红，邓伟，张玉霞等.洪泛区天然湿地土壤有机质及氮素空间分布特征.环境科学，2002，23(2):77-81.［30］石福臣，李瑞利，王绍强等.三江平原典型湿地土壤剖面有机碳及全氮分布与积累特征.应用生态学报，2007，18(7):1425-1431.。
三峡库区紫色土坡耕地不同桑树-作物配置模式下土壤氮磷的淋溶
三峡库区紫色土坡耕地不同桑树-作物配置模式下土壤氮磷的淋溶尚二凤;史书;林晓;罗柏林;王法;木志坚;倪九派;谢德体【期刊名称】《农业环境科学学报》【年(卷),期】2016(035)008【摘要】利用混合离子交换树脂填埋吸附法对重庆市涪陵区王家沟小流域内4种不同桑树-作物配置模式下的坡地土壤氮磷淋溶量进行了定量化研究。
试验所设置的4个处理分别为横坡农作、横坡农作+三带桑树、横坡农作+四边桑树、横坡农作+等高桑树+四边桑树。
各处理耕作、施肥措施均保持一致，作物种植制度为玉米-榨菜轮作。
结果表明，玉米季各处理土壤总氮（TN）的淋溶量在10.19~11.37 kg·hm-2之间，榨菜季在11.06~12.23 kg·hm-2之间，同一季不同处理间或同一处理不同季间土壤TN的淋溶量差异均不显著（P>0.05）。
硝态氮（NO-3-N）和铵态氮（NH+4-N）对TN年淋溶量的平均贡献率分别为63.9%和36.1%，说明NO-3-N是氮素垂直淋失的主要形式。
同一处理土壤在榨菜季的NO-3-N淋溶量均高于玉米季，NH+4-N则相反；不同处理土壤总磷（TP）年淋溶量范围为0.19~0.21 kg·hm-2，处理间无显著差异（P>0.05）。
不同桑树配置模式对土壤氮磷淋溶拦截效果的差异并不明显，可能是由本试验中的桑树种植年限较短及根系还不发达所致。
【总页数】6页(P1559-1564)【作者】尚二凤;史书;林晓;罗柏林;王法;木志坚;倪九派;谢德体【作者单位】西南大学资源环境学院，重庆 400716;西南大学资源环境学院，重庆 400716;西南大学资源环境学院，重庆 400716;西南大学资源环境学院，重庆400716;西南大学资源环境学院，重庆 400716;西南大学资源环境学院，重庆400716; 重庆市三峡库区农业面源污染控制工程技术研究中心，重庆 400716; 教育部三峡库区生态环境重点实验室，重庆 400715;西南大学资源环境学院，重庆400716; 重庆市三峡库区农业面源污染控制工程技术研究中心，重庆 400716; 教育部三峡库区生态环境重点实验室，重庆 400715;西南大学资源环境学院，重庆400716; 重庆市三峡库区农业面源污染控制工程技术研究中心，重庆 400716; 教育部三峡库区生态环境重点实验室，重庆 400715【正文语种】中文【中图分类】S157.2【相关文献】1.三峡库区紫色土坡耕地氮磷径流特征研究 [J], 李其林;黄昀;官会林;王萍;刘丰祎2.三峡库区紫色土旱坡地桑树配置模式对土壤微生物生物量碳氮的影响 [J], 张洋;倪九派;周川;樊芳玲;谢德体3.紫色土壤中流氮磷淋溶流失特征综述 [J], 吴昊阳4.不同施肥和耕作处理紫色土坡耕地碳、氮、磷流失特征 [J], 杜映妮;李天阳;何丙辉5.紫色土坡耕地施肥水平对土壤侵蚀及氮磷流失影响 [J], 郭甜;何丙辉;姚军;黄巍;谌芸因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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三峡库区典型农耕地的氮素淋溶与评价袁玲;王容萍;黄建国【摘要】试验选择重庆市三峡库区典型、具有代表性的菜地和坡耕地,于2005至2007年将改进后的离子交换树脂吸附装置分别埋人20cm、30cm、40cm深度的土壤中,中雨、大雨之后或按月收集树脂吸附的NO3--N和NH4+-N,连续三年原位定点研究了两种土壤的氮素淋溶状况.结果表明,菜地的氮素淋失量(74.58 kg hm-2a-)高于降雨输入量(56.9 kg hm-2a-1),坡耕地的(46.01kg hm-2a-1)则相反,说明菜地的氮素淋失局部影响当地水环境,农耕地面可能不是区域水体富营养化的主要原因.NO3--N占土壤氮素总淋溶量的90%以上,主要发生在施肥后的第一次中雨、大雨中.此外,NO3-N淋溶量耕作层＞心土层＞底土层,前者远远高于后两者.在整个降雨季节,土壤NO3-N淋溶量前期高,峰值出现在5月份;在雨季后期,土壤NO3--N淋失量很低,故对水体的影响甚小.NO3--N淋溶与土壤碱解氮呈指数正相关.由此可见,三峡库区降低土壤氮素淋溶的主要对象是菜地,有效措施包括控制氮肥用量,降低土壤有效氮库,抑制硝化作用等.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2010(047)004【总页数】10页(P674-683)【关键词】土壤;氮;淋溶;三峡库区【作者】袁玲;王容萍;黄建国【作者单位】西南大学资源环境学院,重庆,400716;西南大学资源环境学院,重庆,400716;广东省科学院生态环境研究所,广州,510000;西南大学资源环境学院,重庆,400716【正文语种】中文【中图分类】S153.6近年来，我国氮肥施用量每年在2400万t左右，居世界第一［1］。
大量施用氮肥造成了一系列的生态环境和农业生产问题，如土壤养分失衡、氮肥利用率下降、地表水富营养化、地下水硝酸盐含量增加等［2-4］。
有人认为，农田面源污染是水体中氮素的主要来源［3-5］，降低农田氮素流失是治理水体富营养化的有效措施。
NO3--N带负电荷，难于被土壤颗粒吸附，易溶于水，是旱地氮素淋溶的主要形态［4-5］。
当土壤对NH4+-N吸附达到饱和时，在下渗水的作用下NH4+-N经土壤中的大孔隙被淋洗出土体［3-4］。
土壤硝酸盐的积累与淋失是土壤质地、降雨、植被、耕作和施肥等多种因素综合作用的结果［4-5］。
在红壤坡耕地上，氮素以泥沙流失为主，有时也有很高的淋溶率［6］。
在质地粘重的土壤上，麦地渗漏损失的氮是地表径流的3倍以上，菜地渗漏损失的氮是地表径流的1.5倍左右［7］。
菜地土壤的硝态氮淋溶容量高达N 95～179kg m-2a-1，占施肥量的26%～53%，并主要发生在施肥后的第一次降雨［7-9］。
在重庆市紫色土坡耕地上，径流主要发生在6月至8月下大雨或暴雨期间，每次大雨造成的径流氮损失变化于N 0.05～0.59 kg hm-2之间，地表径流造成的氮素损失年均 N 0.71～7.69 kg hm-2，占施肥量的少部分［10］。
土壤养分存在巨大的空间变异，研究土壤养分淋溶是一项比较困难的工作。
目前，国内一般利用人工径流场和收集土壤渗出液等方法研究土壤养分流失，所获得的结果可能不同于田间实际情况［2，5，10］。
此外，农田氮素流失受多因素(氮肥用量、降水、灌溉、坡度、质地、种植方式等)的影响，变异很大［5-7，10］，而人工径流场布点及采样有限，代表性较差，所以原位定点研究是揭示典型农地氮素去向的重要方法。
在川中丘陵区，54.5%的地下水NO-3-N含量超过世界卫生组织(WHO)饮用水准则规定的标准10mg L-1，另有27.3%的地下水NO-3-N含量接近这一标准，地下水硝酸盐升高与土壤硝态氮淋溶密切相关［3］。
三峡库区是我国水资源保护的重点地区之一，农地耕作强度大，但尚无农田氮素流失的原位定点观察研究。
本项研究选择重庆市三峡库区比较有代表性的菜地和坡耕地为对象，采用阴阳离子交换树脂原位收集土壤下渗液中的NO3--N和NH4+-N，连续三年定位研究，尝试用大量的观察数据探索田间耕作状态下，土壤氮素淋溶的实际状况。
通过本研究旨为弄清三峡库区典型农耕地氮素淋溶的强度及时空变异，为三峡地区水资源保护和农耕地养分资源管理提供科学依据。
1 材料与方法4月至10月是三峡库区的降雨季节，降雨量占全年的85%以上，而其他月份雨量小，降雨强度低，基本上不形成地表和地下径流，造成氮素淋失的可能性不大。
因此，试验在2005年至2007年的4月至10月进行。
1.1 供试土壤选择重庆市近郊广泛分布、典型且具有代表性的菜地和以种植粮食为主的坡耕地两种土地利用类型。
供试土壤均为灰棕紫泥，母质为侏罗纪紫色砂泥岩，质地中壤，土层厚度均超过60 cm，土壤基本理化性质见表1。
考虑到作物根系主要集中于0～20 cm耕作层，对40 cm以下的土壤养分吸收甚少［7-9］，本项研究将淋溶至40 cm以下的氮素视为淋溶损失。
在试验期间，菜地和坡耕地的种植施肥等与常年相似。
菜地春夏季种植四季豆、辣椒或茄子，秋冬季种植白菜或甘蓝，施用尿素、过磷酸钙、粪水、草木灰等，每年施用纯氮600 kg hm-2，磷(P2O5)300 kg hm-2，钾(K2O)150 kg hm-2。
其中，过磷酸钙和草木灰肥全部做基肥用于春季蔬菜。
氮肥(尿素和粪水)春、冬两季蔬菜各占50%。
2月下旬至3月上旬种植春季蔬菜，基施60%的氮肥;移栽30d后追施20%氮肥;第一、二次采收果实之后各追施氮肥1次，分别占总用量的10%。
在9月下旬种植冬季蔬菜，只施用尿素和粪水，基施70%，移栽30d左右追施剩余的肥料。
坡耕地(坡度13°～15°)种夏玉米，冬植小麦，主要施用尿素、三元复合肥，每年施纯氮300 kg hm-2，磷(P2O5)150 kg hm-2，钾(K2O)75 kg hm-2，两种作物的施肥量相同。
玉米肥球育苗，3月下旬至4月上旬移栽，基施全部磷钾肥和70%氮肥，30 d后追施剩余氮肥。
小麦施肥同于玉米。
表1 供试土壤基本理化性质Table 1 Selected properties of experimentalsoils1)1molL-1NaOH 水解(30℃，24 小时)To hydrolyze with 1molL-1NaOH(30℃，24 h)氨态氮土地利用类型Types pH有机质OM-N(g kg-1全氮Total N碱解氮1)Avail.N*NH+4-N硝态氮NO-3)(μg g-1)菜地Vegetable field 坡耕地Hillside field 6.04 21.76 2.54 147.6 24.47 127.0 6.27 10.23 1.25 55.24 8.81 16.281.2 试验设计土壤下渗液中的氮素收集装置见参照文献［11-12］，在原有基础上稍加改进(图1)。
收集装置的外部是内径×高=100 mm×103 mm的PVC管，两端用501胶水沾结一层尼龙网(孔径约0.5 mm)，中间为两个由尼龙布和阴(阳)离子组成的树脂袋(711型强碱性阴离子交换树脂的吸附量NO3--N ≥50.4 mg g-1和732型强酸性阳离子交换树脂的吸附量NH4+-N≥63 mg g-1，阴离子树脂袋厚度约50 mm;阳离子树脂袋厚度约20 mm，密切接触关闭PVC管壁)，在树脂两边填充清洁的石英砂(砂粒直径约1 mm)，上、下部石英砂的厚度分别约为3 mm和30 mm。
在埋设收集装置时，整体移开上部土壤，再将它们分别埋入20 cm、30 cm、40 cm深度的土壤中，然后将土壤原样复回。
整个埋入过程尽量减少扰动上层土壤，防止改变土壤水文特性，并正常进行田间农事操作，如播种、施肥，除草、病虫害管理等。
1.3 布点取样1.3.1 常规取样将1 000 m2试验地等量划分成5 m×5 m=25 m2的方形网格，每个网格布设一个采样点，每个采样点分层(20 cm、30 cm、40 cm)各安装1个收集装置。
共设40个采样点，120个收集装置。
每月的第1天将收集装置埋入土壤(如遇降雨，顺延1～2d)，置换出前一个月的装置，立即测定树脂中的NO3--N 和NH4+-N。
同步采集耕层土壤，并利用附近的气象站收集天然降雨，用于有关测定。
试验连续进行3a。
1.3.2 典型取样重庆市4月至5月正值追肥季节，降雨较多，氮素淋溶量最大。
为了解降雨对土壤氮素淋溶的影响，在2005年4月至5月每次中雨或大雨之后置换出收集装置，立即测定树脂吸附的NO3--N和NH4+-N。
在此期间共降水229.2 mm，4月降水 18d，5月降水 10 d，大致与正常年份相似。
其中，小雨22 d，中雨3 d(4月3日，15.1 mm;4月18日，12.7 mm;5月24日，21.7 mm)，大雨 3d(4月26日，25.1 mm;5月9日，27.4 mm;5月16日，37.8 mm)，无暴雨。
4月11日和5月3日菜地施用追肥，坡地于5月2日施用追肥。
图1 土壤NO3--N和NH4+-N收集装置示意图Fig.1 Apparatus for collection of NO3--N and NH4+-N in leaching solutions in soils1.4 样品分析测定分别用 0.5 molL-1H2SO4、1 molL-1NaOH 30 mL、25 mL、20 mL、15 mL振荡 30 min，提取阴离子或阳离子交换树脂(150 rmin-1，室温)吸附的NO3--N和NH4+-N，合并提取液，定容至100 mL。
视NO3--N和NH4+-N的浓度高低，吸取一定数量的溶液，调节pH，定容，分别用硝酸根电极法和靛酚蓝比色法测定溶液中的NO3--N和NH4+-N含量。
雨水中的NO3--N和NH4+-N用硝酸根电极和靛酚蓝比色法直接测定;总氮用凯氏定氮法测定。
常规分析土壤有效氮(1 molL-1NaOH水解法)、NO3--N和NH4+-N(1 molL-1KCl提取，硝酸根电极法和靛酚蓝比色法)［13］。
与此同时，分别取50 mL浓度为NO3--N 150 μg mL-1和25 μg mL-1溶液，以及1g阴离子交换树脂，置于三角瓶中，分别振荡 2、5、10、15min(150rmin-1，室温)，然后按照上述方法提取和测定树脂吸附的NO3--N，计算回收率。
在测定NH4+-N的回收率时，则分别加入浓度为NH4+-N 30 μg mL-1L和5μg mL-1溶液，余同NO3--N的测定和计算。
1.5 数据处理单位面积的氮素淋失量参照文献［11-12，14-15］，按以下公式计算:降雨输入土壤的氮素参考文献［16-17］，按下面公式计算:Nin——年降雨输入氮量，指在1年中单位面积各次降雨输入氮量之和(N kg hm-2a-1);i=1，……n，年降雨次数;Pi——第 i次的降雨量(mm);Ci——第i次降雨中氮的浓度(N mg L-1)。