我國農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀及對策分析非點源污染

1、一、農(nóng)業(yè)非點源污染的定義及其貢獻(xiàn)一、農(nóng)業(yè)非點源污染的定義及其貢獻(xiàn) 1. 相關(guān)概念及定義相關(guān)概念及定義 點源污染點源污染（Point Source Pollution）是指集中由排污口排入水體的污染）是指集中由排污口排入水體的污染 源。又分為固定的點污染源源。又分為固定的點污染源(如工廠、礦山、醫(yī)院、居民點、廢渣堆等如工廠、礦山、醫(yī)院、居民點、廢渣堆等)和和 移動的點污染源移動的點污染源(如輪船、汽車、飛機(jī)、火車等如輪船、汽車、飛機(jī)、火車等)。 面源污染面源污染（Diffuse Source Pollution），是指溶解和固體的污染物從非），是指溶解和固體的污染物從非 特定地點，在降水或融雪的

2、沖刷作用下，通過徑流過程而匯入受納水體特定地點，在降水或融雪的沖刷作用下，通過徑流過程而匯入受納水體 （包括河流、湖泊、水庫和海灣等），從而引起水體有機(jī)污染或富營養(yǎng)（包括河流、湖泊、水庫和海灣等），從而引起水體有機(jī)污染或富營養(yǎng) 化或有毒有害等其他形式的污染。化或有毒有害等其他形式的污染。 又稱為又稱為非點源污染非點源污染(Non-point Source Pollution)，應(yīng)該更準(zhǔn)確，因為與，應(yīng)該更準(zhǔn)確，因為與 點源相對的，進(jìn)入受納水體的過程是三維，也可以稱為點源相對的，進(jìn)入受納水體的過程是三維，也可以稱為體源污染體源污染 （Tridimension Pollution）。）。 線源污染線

3、源污染（Linear Source Pollution）, 是呈線狀分布的污染源。如輸油是呈線狀分布的污染源。如輸油 管道、污水溝道以及公路、鐵路的交通工具所排放的污染物。管道、污水溝道以及公路、鐵路的交通工具所排放的污染物。 農(nóng)業(yè)非點源污染農(nóng)業(yè)非點源污染（ANPSP）是）是 指從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的農(nóng)地或指從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的農(nóng)地或 場地的泥沙、營養(yǎng)鹽、農(nóng)藥及其場地的泥沙、營養(yǎng)鹽、農(nóng)藥及其 它污染物，在降水或灌溉過程中，它污染物，在降水或灌溉過程中， 通過地表徑流、壤中流、排水和通過地表徑流、壤中流、排水和 地下滲漏，進(jìn)入水體而形成的污地下滲漏，進(jìn)入水體而形成的污 染。染。 非點源污染可以分為

4、城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)非點源污染兩大類非點源污染可以分為城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)非點源污染兩大類 城鎮(zhèn)非點源污染城鎮(zhèn)非點源污染是指在降水的條件下，雨水和徑流沖刷城鎮(zhèn)地面，污染是指在降水的條件下，雨水和徑流沖刷城鎮(zhèn)地面，污染 通過匯流過程或排水系統(tǒng)的傳輸，使受納水體水質(zhì)污染。通過匯流過程或排水系統(tǒng)的傳輸，使受納水體水質(zhì)污染。 特別是在暴雨初期，由于降雨徑流將城鎮(zhèn)地表的、沉積在下水管網(wǎng)的特別是在暴雨初期，由于降雨徑流將城鎮(zhèn)地表的、沉積在下水管網(wǎng)的 污染物，在短時間內(nèi)，突發(fā)性沖刷匯入受納水體，而引起水體污染。污染物，在短時間內(nèi)，突發(fā)性沖刷匯入受納水體，而引起水體污染。 2. 農(nóng)業(yè)非點源污染的主要污染物農(nóng)業(yè)非點源污染的主要污染

5、物 氮、磷、氮、磷、農(nóng)藥（有機(jī)氯、有機(jī)磷）、農(nóng)藥（有機(jī)氯、有機(jī)磷）、沉積物、沉積物、抗生素等抗生素等. 污染物具有溶解性污染物具有溶解性：氮（氨氮、銨氮、：氮（氨氮、銨氮、 硝態(tài)氮、有機(jī)氮）、磷（無機(jī)磷和有機(jī)磷）、硝態(tài)氮、有機(jī)氮）、磷（無機(jī)磷和有機(jī)磷）、 農(nóng)藥等可溶于水，其主要以水為載體，通過農(nóng)藥等可溶于水，其主要以水為載體，通過 徑流、淋溶、下滲和側(cè)滲等途徑進(jìn)入地表水徑流、淋溶、下滲和側(cè)滲等途徑進(jìn)入地表水 和地下水，從而對水體造成污染。和地下水，從而對水體造成污染。 污染物能被土壤顆粒吸附污染物能被土壤顆粒吸附：氮（氨氮、：氮（氨氮、 銨氮、硝態(tài)氮、有機(jī)氮）、磷（無機(jī)磷和有銨氮、硝態(tài)氮、有機(jī)

6、氮）、磷（無機(jī)磷和有 機(jī)磷）、農(nóng)藥等被土壤顆粒物吸附，通過土機(jī)磷）、農(nóng)藥等被土壤顆粒物吸附，通過土 壤流失隨徑流遷移至水體，污染水體。通常，壤流失隨徑流遷移至水體，污染水體。通常， 土壤對無機(jī)磷酸鹽吸附能力較強(qiáng)。土壤對無機(jī)磷酸鹽吸附能力較強(qiáng)。 部分污染物具有揮發(fā)性部分污染物具有揮發(fā)性：氨氮、農(nóng)藥等：氨氮、農(nóng)藥等 具有揮發(fā)性，可通過揮發(fā)進(jìn)入大氣，隨后通具有揮發(fā)性，可通過揮發(fā)進(jìn)入大氣，隨后通 過干濕沉降進(jìn)入水體，從而對水體造成污染。過干濕沉降進(jìn)入水體，從而對水體造成污染。 3. 農(nóng)業(yè)非點源污染的特征農(nóng)業(yè)非點源污染的特征 隨機(jī)性：隨機(jī)性：非點源污染受降雨以及降雨形成徑流或者排水的過程支配，非點源污染

7、受降雨以及降雨形成徑流或者排水的過程支配， 而降雨徑流具有隨機(jī)性，所以由此產(chǎn)生的非點源污染從時空上都具有隨而降雨徑流具有隨機(jī)性，所以由此產(chǎn)生的非點源污染從時空上都具有隨 機(jī)性。機(jī)性。 廣泛性：廣泛性：非點源污染的產(chǎn)生可能是多源區(qū)的，只要在含有污染物的地非點源污染的產(chǎn)生可能是多源區(qū)的，只要在含有污染物的地 表和地下存在徑流產(chǎn)流和匯流過程，就會發(fā)生污染。表和地下存在徑流產(chǎn)流和匯流過程，就會發(fā)生污染。 潛伏性：潛伏性：污染物輸入后，在降水或灌溉有限時或者土壤固持能力未達(dá)污染物輸入后，在降水或灌溉有限時或者土壤固持能力未達(dá) 到飽和的時，所致非點源污染低，而在發(fā)生暴雨徑流或隨著污染物的增到飽和的時，所致

8、非點源污染低，而在發(fā)生暴雨徑流或隨著污染物的增 加，非點源污染的貢獻(xiàn)就會顯著提高。加，非點源污染的貢獻(xiàn)就會顯著提高。 滯后性：滯后性：污染物的輸入與流失或遷移過程之間存在明顯的時間。污染物的輸入與流失或遷移過程之間存在明顯的時間。 非線性非線性：非點源污染負(fù)荷隨著污染物的輸入量增加而增加，但在很多：非點源污染負(fù)荷隨著污染物的輸入量增加而增加，但在很多 情況下兩者之間不是線性關(guān)系。情況下兩者之間不是線性關(guān)系。 非點源污染的研究和控制難度大非點源污染的研究和控制難度大 3. 農(nóng)業(yè)非點源污染的特征農(nóng)業(yè)非點源污染的特征 區(qū)域氣候特點、降水造成農(nóng)業(yè)非點源污染發(fā)生環(huán)境條件迥異區(qū)域氣候特點、降水造成農(nóng)業(yè)非點

9、源污染發(fā)生環(huán)境條件迥異 氣候類型南北差異顯著，干濕變化東西差別明顯氣候類型南北差異顯著，干濕變化東西差別明顯 3. 農(nóng)業(yè)非點源污染的特征農(nóng)業(yè)非點源污染的特征 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)及傳統(tǒng)種植區(qū)化肥使用量偏大，畜禽養(yǎng)殖多集中在中東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)及傳統(tǒng)種植區(qū)化肥使用量偏大，畜禽養(yǎng)殖多集中在中東部地區(qū) 種養(yǎng)強(qiáng)度區(qū)域分布不均種養(yǎng)強(qiáng)度區(qū)域分布不均 楊勝天等，楊勝天等，2006 Sun et al., 2012 European Union USA，2013 /waters/ir/ http:/www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/wise_

10、wfd. 4. 農(nóng)業(yè)非點源污染的貢獻(xiàn)農(nóng)業(yè)非點源污染的貢獻(xiàn) 4. 農(nóng)業(yè)非點源污染的貢獻(xiàn)農(nóng)業(yè)非點源污染的貢獻(xiàn) 2007年第一次全國污染源普查結(jié)果顯示，我國農(nóng)業(yè)非點源污染對水體年第一次全國污染源普查結(jié)果顯示，我國農(nóng)業(yè)非點源污染對水體 COD、TN、TP的貢獻(xiàn)率分別為的貢獻(xiàn)率分別為43.7%、57.2%、67.4% ? Mueller et al. (2012) Nature 490: 254-257. 全球單位面積氮肥施用量分布全球單位面積氮肥施用量分布 我國的非點源污染治理壓力大我國的非點源污染治理壓力大 化肥施用量（化肥施用量（ Mt/yr） 糧食總產(chǎn)量（糧食總產(chǎn)量（M t） 化肥施用強(qiáng)度（化肥

11、施用強(qiáng)度（kg/ha） 糧食單產(chǎn)（糧食單產(chǎn)（kg/ha） 我國與發(fā)達(dá)國家的化肥使用與糧食生產(chǎn)對比我國與發(fā)達(dá)國家的化肥使用與糧食生產(chǎn)對比 農(nóng)業(yè)過分依賴化肥投入農(nóng)業(yè)過分依賴化肥投入 國家國家/地區(qū)地區(qū) 玉米玉米小麥小麥水稻水稻 輸入輸入輸出輸出利用率利用率輸入輸入輸出輸出利用率利用率輸入輸入輸出輸出利用率利用率 非洲非洲493178814589583967 亞洲（中亞洲（中 國除外）國除外） 115524814850401576241 中國中國2728330290933233610531 歐洲歐洲172110681871045716110364 拉丁美洲拉丁美洲191573121064351457

12、053 北美洲北美洲20914670119594929512141 大洋洲大洋洲2631014738338977147191 全球全球171795415965501877041 2010年全球各地玉米、小面、水稻種植的氮肥輸入、輸出和利用率年全球各地玉米、小面、水稻種植的氮肥輸入、輸出和利用率 農(nóng)業(yè)養(yǎng)分利用率低農(nóng)業(yè)養(yǎng)分利用率低 (Wu et al., 2018, PNAS) 分散性種植模式降低化肥利用率分散性種植模式降低化肥利用率 （Ju et al., 2016, Global Environmental Change） 化肥氮磷化肥氮磷 6000萬噸萬噸/年年 氮磷排放氮磷排放2300萬噸

13、萬噸 地下水地下水環(huán)境遷移環(huán)境遷移 大型水體污染大型水體污染 飼料飼料3.0億噸億噸/年年 農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)性問題農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)性問題（種（種- -養(yǎng)養(yǎng)- -加分離，循環(huán)利用措施缺位）加分離，循環(huán)利用措施缺位） 我國主要畜禽養(yǎng)殖糞便的還田率目前只有我國主要畜禽養(yǎng)殖糞便的還田率目前只有50%左右，剩余的可能直接或間左右，剩余的可能直接或間 接的進(jìn)入環(huán)境。接的進(jìn)入環(huán)境。 我國主要畜禽糞便資源量和養(yǎng)分含量我國主要畜禽糞便資源量和養(yǎng)分含量 畜禽養(yǎng)殖糞便循環(huán)利用率低畜禽養(yǎng)殖糞便循環(huán)利用率低 5. 農(nóng)業(yè)非點源污染研究的總體發(fā)展趨勢農(nóng)業(yè)非點源污染研究的總體發(fā)展趨勢 截止截止2016年，年，Web of Science核核

14、 心集關(guān)于農(nóng)業(yè)非點源污染的文獻(xiàn)心集關(guān)于農(nóng)業(yè)非點源污染的文獻(xiàn) 共計共計2478篇篇 上世紀(jì)上世紀(jì)90年代初開始文獻(xiàn)數(shù)量年代初開始文獻(xiàn)數(shù)量 快速增加快速增加 截止截止2016年年Web of Science核心集核心集 關(guān)于農(nóng)業(yè)非點源污染文獻(xiàn)數(shù)量關(guān)于農(nóng)業(yè)非點源污染文獻(xiàn)數(shù)量 1991 檢索數(shù)據(jù)庫：檢索數(shù)據(jù)庫：Web of Science核心集核心集 檢索主題：檢索主題： Agricultural non-point source Pollution；Agricultural non-point pollution；Agricultural non-point source; Agricultural

15、 nonpoint source Pollution； Agricultural nonpoint pollution； Agricultural nonpoint source 部分國家和地區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染文獻(xiàn)數(shù)量部分國家和地區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染文獻(xiàn)數(shù)量 在在64個國家個國家/地區(qū)中，發(fā)表論文：地區(qū)中，發(fā)表論文： - 美國最多，超過總量的美國最多，超過總量的50% - 中國，約占總量的中國，約占總量的20% - 加拿大、德國約占總量的加拿大、德國約占總量的10% 5. 農(nóng)業(yè)非點源污染研究的總體發(fā)展趨勢農(nóng)業(yè)非點源污染研究的總體發(fā)展趨勢 1976年首次發(fā)表關(guān)于農(nóng)業(yè)非點源污染的文章（年首次發(fā)表關(guān)于農(nóng)業(yè)

16、非點源污染的文章（2篇）篇） - Nonpoint source pollution from agricultural runoff 發(fā)表于發(fā)表于Journal of the Environmental Engineering Division-ASCE - Economic trade-offs to limit nonpoint sources of agricultural pollution發(fā)表于發(fā)表于Water Air and Soil Pollution 發(fā)表的主要期刊發(fā)表的主要期刊 發(fā)表論文的主要關(guān)鍵詞發(fā)表論文的主要關(guān)鍵詞 最高引的最高引的5篇論文篇論文 5. 農(nóng)業(yè)非點源污染研

17、究的總體發(fā)展趨勢農(nóng)業(yè)非點源污染研究的總體發(fā)展趨勢 涉及的學(xué)科門類涉及的學(xué)科門類 二、農(nóng)業(yè)非點源污染過程及其影響因素二、農(nóng)業(yè)非點源污染過程及其影響因素 1. 農(nóng)地農(nóng)地/農(nóng)場氮磷的收支平衡農(nóng)場氮磷的收支平衡 三種農(nóng)地三種農(nóng)地/農(nóng)場的氮磷收支平衡估算方法農(nóng)場的氮磷收支平衡估算方法 農(nóng)場界面（農(nóng)場界面（a）、土壤界面（）、土壤界面（b）、土壤系統(tǒng)（）、土壤系統(tǒng)（c）氮磷平衡示意圖）氮磷平衡示意圖 農(nóng)場界面的氮磷收支平衡估算方法農(nóng)場界面的氮磷收支平衡估算方法 土壤界面的氮磷收支平衡估算方法土壤界面的氮磷收支平衡估算方法 土壤系統(tǒng)的氮磷收支平衡估算方法土壤系統(tǒng)的氮磷收支平衡估算方法 Surplus N=（

18、化肥（化肥+飼料飼料+有機(jī)肥有機(jī)肥+幼崽幼崽+草墊草墊+生物固氮生物固氮+大氣沉降）大氣沉降）-（牛奶（牛奶/蛋蛋+動物動物 產(chǎn)品產(chǎn)品+畜禽糞便畜禽糞便+飼料用作物）飼料用作物） ()+ (losses：反硝化：反硝化+氨揮發(fā)氨揮發(fā)+流失流失) Surplus P=（化肥（化肥+飼料飼料+有機(jī)肥有機(jī)肥+幼崽幼崽+草墊草墊+大氣沉降）大氣沉降）-（牛奶（牛奶/蛋蛋+動物產(chǎn)品動物產(chǎn)品+畜禽畜禽 糞便糞便+飼料用作物）飼料用作物） ()+ (losses：流失：流失) Surplus N=（化肥（化肥+有機(jī)肥有機(jī)肥+生物固氮生物固氮+作物殘留作物殘留+大氣沉降大氣沉降+作物種子作物種子+灌溉水）灌溉

19、水）-（作（作 物吸收）物吸收） ()+ (losses：反硝化：反硝化+氨揮發(fā)氨揮發(fā)+流失流失) Surplus P=（化肥（化肥+有機(jī)肥有機(jī)肥+作物殘留作物殘留+大氣沉降大氣沉降+作物種子作物種子+灌溉水）灌溉水）-（作物吸收）（作物吸收） ()+ (losses：流失：流失) Budget N=化肥化肥+有機(jī)肥有機(jī)肥+生物固氮生物固氮+作物殘留作物殘留+大氣沉降大氣沉降+作物種子作物種子+灌溉水灌溉水+ ()-(作作 物吸收物吸收+反硝化反硝化+氨揮發(fā)氨揮發(fā)+流失流失) 0 Budget P=化肥化肥+有機(jī)肥有機(jī)肥+作物殘留作物殘留+大氣沉降大氣沉降+作物種子作物種子+灌溉水灌溉水+ (

20、)-(作物吸收作物吸收+流流 失失) 0 氮磷收支平衡估算的時空尺度效應(yīng)氮磷收支平衡估算的時空尺度效應(yīng) Mark A. Sutton 114:4177-4182 Nitrogen and phosphorus budgets in urban watersheds 流域氮磷收支平衡估算方法流域氮磷收支平衡估算方法NANI和和NAPI 大氣沉降磷大氣沉降磷化肥磷施用化肥磷施用洗滌劑磷洗滌劑磷凈食物和飼料凈食物和飼料 輸入輸入 人類消費磷人類消費磷畜禽消費磷畜禽消費磷作物產(chǎn)品磷作物產(chǎn)品磷畜禽產(chǎn)品磷畜禽產(chǎn)品磷 + + + + + - - - - + + + + + 氮氧化物沉降氮氧化物沉降化肥氮施用

21、化肥氮施用農(nóng)田系統(tǒng)固氮農(nóng)田系統(tǒng)固氮凈食物和飼料凈食物和飼料 輸入輸入 人類消費氮人類消費氮畜禽消費氮畜禽消費氮作物產(chǎn)品氮作物產(chǎn)品氮畜禽產(chǎn)品氮畜禽產(chǎn)品氮 + + + + + - - - - + + + 凈人為氮輸入凈人為氮輸入 (Net Anthropogenic Nitrogen Input，NANI) + + 凈人為磷輸入凈人為磷輸入 (Net Anthropogenic Phosphorus Inputs，NAPI) 種子種子 種子種子 全球流域尺度全球流域尺度NANI（ Billen et al., 2017 ） NANI高的流域集中了全球高的流域集中了全球84%的的NANI，但面積僅占

22、了，但面積僅占了43% Groundwater 化肥化肥 48% 農(nóng)業(yè)生物固氮農(nóng)業(yè)生物固氮 5% 大氣沉降大氣沉降 39% 地下水地下水 凈食物飼料凈食物飼料 輸入輸入8% 河流河流 反硝化反硝化 作物作物 人類人類 畜禽畜禽 種子種子 1% 林地林地 木材輸出木材輸出 非收獲性植物非收獲性植物 吸收吸收14% 反硝化反硝化47% (36.4-48.2% agricultural land + 10-35% river system) 持留持留25% 河流輸出河流輸出13% 永安溪流域永安溪流域31年累計年累計NANI (475,750 t N) 土壤土壤 濕地濕地 非收獲性植物吸非收獲性植物

23、吸 收和反硝化收和反硝化61% 點源點源+非點非點 源源 點源點源+非點非點 源源 非點源非點源 (Chen et al., 2014; Envrion Sci Technol; Water Resour Res; Chen et al., 2016, Agr Ecosyst Environ) Groundwater 化肥化肥 72% 非食物性磷非食物性磷 輸入輸入5% 大氣沉降大氣沉降 4% 地下水地下水 凈食物飼料凈食物飼料 輸入輸入18% 河流河流 作物作物 人類人類 畜禽畜禽 種子種子 8）會降低硝化菌的活性）會降低硝化菌的活性 2.1 硝化過程及其影響因素硝化過程及其影響因素 4）土

24、壤溫度：土壤溫度升高促進(jìn)硝化速率）土壤溫度：土壤溫度升高促進(jìn)硝化速率 當(dāng)土壤溫度高于當(dāng)土壤溫度高于23C時，硝化作用就不受溫度的控制時，硝化作用就不受溫度的控制 不同土壤溫度下歸一化硝化速率不同土壤溫度下歸一化硝化速率 Western Fertilizer Handbook, 2012 2.1 硝化過程及其影響因素硝化過程及其影響因素 5）土壤濕度：土壤濕度過高或者過低都會抑制硝化作用）土壤濕度：土壤濕度過高或者過低都會抑制硝化作用 超過超過60%的土壤空隙充水，硝化過程停止（左圖）的土壤空隙充水，硝化過程停止（左圖） 土壤水分降低，導(dǎo)致土壤溶液中鹽分濃度增加，降低硝土壤水分降低，導(dǎo)致土壤溶液

25、中鹽分濃度增加，降低硝 化菌的活性（右圖）化菌的活性（右圖） 2.1 硝化過程及其影響因素硝化過程及其影響因素 6）生物炭）生物炭 生物炭的增加能促進(jìn)土壤潛在硝化速率，但是并不成線性相關(guān)生物炭的增加能促進(jìn)土壤潛在硝化速率，但是并不成線性相關(guān) CK：空白對照：空白對照 AP：種植苜蓿：種植苜蓿 AP+1.5B：苜蓿：苜蓿+1.5%生物炭生物炭 AP+3.0B：苜蓿：苜蓿+3.05%生物炭生物炭 AP+6.0B：苜蓿：苜蓿+6.0%生物炭生物炭 （Zhang et al., 2017） 2.2 反硝化過程及其影響因素反硝化過程及其影響因素 反硝化作用對土壤氮循環(huán)過程的影響反硝化作用對土壤氮循環(huán)過程

26、的影響：將土壤中的硝態(tài)氮還原為：將土壤中的硝態(tài)氮還原為N2O或或 N2，離開土壤，使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的，離開土壤，使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-減少，消除減少，消除 因硝酸積累對生物的毒害作用，使氮元素重新回到大氣中。因硝酸積累對生物的毒害作用，使氮元素重新回到大氣中。 總的反硝化過程的方程式表示總的反硝化過程的方程式表示 2 NO3- + 10 e- + 12 H+ N2+ 6 H2O, G = 333 kJ/mol 包括以下四個還原反應(yīng)包括以下四個還原反應(yīng) 硝酸鹽（硝酸鹽（NO3-）還原為亞硝酸鹽（還原為亞硝酸鹽（NO2-） 2 NO3-+ 4 H+ + 4 e-

27、 2 NO2-+ 2 H2O 亞硝酸鹽（亞硝酸鹽（NO2-）還原為一氧化氮（還原為一氧化氮（NO） 2 NO2-+ 4 H+ + 2 e- 2 NO + 2 H2O 一氧化氮（一氧化氮（NO）還原為一氧化二氮（還原為一氧化二氮（N2O） 2 NO + 2 H+ + 2 e- N2O + H2O 一氧化二氮（一氧化二氮（N2O）還原為氮氣（還原為氮氣（N2） N2O + 2 H+ + 2 e- N2 + H2O 2.2 反硝化過程及其影響因素反硝化過程及其影響因素 反硝化作用的影響因素反硝化作用的影響因素 1）碳源）碳源 土壤中碳源含量（特別是可溶性有機(jī)碳含量）會制土壤中碳源含量（特別是可溶性有

28、機(jī)碳含量）會制 約著異養(yǎng)反硝化作用過程。因為反硝化細(xì)菌大多為異約著異養(yǎng)反硝化作用過程。因為反硝化細(xì)菌大多為異 養(yǎng)細(xì)菌，養(yǎng)細(xì)菌，C/N比提高，比提高，要消耗部分要消耗部分NO3-作為氮源，作作為氮源，作 為（反硝化作用）電子受體的為（反硝化作用）電子受體的NO3-相對減少，因此相對減少，因此 還原產(chǎn)生的還原產(chǎn)生的N2O量降低。量降低。 Cayuela et al., 2013 添加不同類型的生物炭后土壤添加不同類型的生物炭后土壤N2O排放量的變化排放量的變化 2.2 反硝化過程及其影響因素反硝化過程及其影響因素 土壤粘粒含量越高，通氣條件越差，土壤粘粒含量越高，通氣條件越差， 氧氣含量越低，有利

29、于反硝化氧氣含量越低，有利于反硝化 砂礫砂礫沙土沙土壤土壤土 砂礫砂礫沙土沙土壤土壤土 Xiong et al., 2015 土壤質(zhì)地和反硝化的關(guān)系土壤質(zhì)地和反硝化的關(guān)系 壤土的反硝化作用是壤土的反硝化作用是 沙土和砂礫的沙土和砂礫的3.29倍和倍和 12.84倍倍 土壤通氣條件及水分含量對反硝化的影響土壤通氣條件及水分含量對反硝化的影響 2）土壤理化性狀）土壤理化性狀 2.2 反硝化過程及其影響因素反硝化過程及其影響因素 土壤緊實度及厭氧條件對反硝化的影響土壤緊實度及厭氧條件對反硝化的影響 （Li et al., 2014） 土壤越緊實，反硝化作用土壤越緊實，反硝化作用 越強(qiáng)烈越強(qiáng)烈 - 壓

30、實土壤釋放的壓實土壤釋放的N2O中有中有 96%來自反硝化來自反硝化 - 未壓實土壤釋放的未壓實土壤釋放的N2O中中 只有只有36%來自反硝化來自反硝化 - 壓實土壤的反硝化速率壓實土壤的反硝化速率 約為未壓實土壤的約為未壓實土壤的700倍倍 厭氧環(huán)境促進(jìn)反硝化厭氧環(huán)境促進(jìn)反硝化 2.2 反硝化過程及其影響因素反硝化過程及其影響因素 反硝化作用的影響因素反硝化作用的影響因素 3）地形特征）地形特征 土壤反硝化作用與離河距離、海拔、坡度等形成特征成反比，其中與土壤反硝化作用與離河距離、海拔、坡度等形成特征成反比，其中與 海拔的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到海拔的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到1%的顯著性水平的顯著性水平 反硝化

31、參數(shù)反硝化參數(shù)離河距離離河距離海拔海拔坡度坡度 未修正反硝化作用未修正反硝化作用0.210.54*0.26 反硝化潛力反硝化潛力0.190.51*0.24 Xiong et al., 2015 全球玉米、水稻和小麥生產(chǎn)系統(tǒng)中收獲物中全球玉米、水稻和小麥生產(chǎn)系統(tǒng)中收獲物中50年（年（1961-2010年）年） 氮來源的總量氮來源的總量(Tg)（Ladha 有機(jī)磷有機(jī)磷 的礦化速率也與的礦化速率也與C/P 及有機(jī)磷含量之間顯著相關(guān)。及有機(jī)磷含量之間顯著相關(guān)。 3.1 磷的礦化作用及影響因素磷的礦化作用及影響因素 3.1 磷的礦化作用及影響因素磷的礦化作用及影響因素 TreatmentTime (d

32、) Cumulative gross P mineralization (mg P kg1) Daily gross P mineralization (mg P kg1 d1) Daily net P mineralization (mg P kg1 d1) NK 148 1249.7 12.620.3 7.5 363 1521.6 5.28.9 3.6 560 2112.2 4.24.6 3.0 865 168.2 2.02.7 1.0 2267 333.1 1.51.0 1.1 3267 162.1 0.50.6 0.4 NPK 110 410.3 4.52.8 3.0 317 35.8

33、 1.12.0 1.4 524 44.9 0.81.8 0.3 825 163.1 2.10.9 1.8 2244 72.0 0.30.8 0.2 3253 71.7 0.20.5 0.3 Significance level (p) Treatment0.0000.0000.000 Day0.0030.0000.000 Treatment day0.3330.0000.000 未施用無機(jī)磷肥的土壤，無論是累計總礦化磷量還是日總礦化磷量和日凈礦化未施用無機(jī)磷肥的土壤，無論是累計總礦化磷量還是日總礦化磷量和日凈礦化 磷量都高于施用無機(jī)磷肥的土壤（磷量都高于施用無機(jī)磷肥的土壤（Bneman et

34、al., 2012）。）。 影響因素影響因素 4) 農(nóng)田管理措施農(nóng)田管理措施 耕作耕作 耕作易破壞土壤粒級結(jié)構(gòu)，改變土壤通氣狀況，有利于微生物活動，促耕作易破壞土壤粒級結(jié)構(gòu)，改變土壤通氣狀況，有利于微生物活動，促 進(jìn)了土壤中的氣體的流通和有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，影響土壤有機(jī)磷的含量，進(jìn)了土壤中的氣體的流通和有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，影響土壤有機(jī)磷的含量， 其礦化量也隨之改變；其礦化量也隨之改變； 一般來說，耕作土壤有機(jī)磷含量比荒地的少。一般來說，耕作土壤有機(jī)磷含量比荒地的少。 有機(jī)物料、肥料和有機(jī)酸的輸入有機(jī)物料、肥料和有機(jī)酸的輸入 有機(jī)物料為微生物提供了豐富的碳源和礦物質(zhì)，提高微生物和磷酸酶的有機(jī)物料為微生物提供

35、了豐富的碳源和礦物質(zhì)，提高微生物和磷酸酶的 活性，促進(jìn)有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化；活性，促進(jìn)有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化； 土壤中添加葡萄糖丙氨酸能使總磷的礦化速率提高土壤中添加葡萄糖丙氨酸能使總磷的礦化速率提高2031倍，磷酸酶的倍，磷酸酶的 活性提高了活性提高了46 倍。倍。 3.1 磷的礦化作用及影響因素磷的礦化作用及影響因素 影響因素影響因素 4) 農(nóng)田管理措施農(nóng)田管理措施 植被植被 當(dāng)土壤中供給植物所需的磷不足時，植物會在脅迫環(huán)境下分泌一些能夠當(dāng)土壤中供給植物所需的磷不足時，植物會在脅迫環(huán)境下分泌一些能夠 溶解有機(jī)磷的根際沉淀，比如低分子量有機(jī)酸、磷酸酶，從而影響磷溶解有機(jī)磷的根際沉淀，比如低分子量有機(jī)酸、磷酸酶

36、，從而影響磷 酸酶活性，降低土壤中的有機(jī)磷含量；酸酶活性，降低土壤中的有機(jī)磷含量； 栽種燕麥、野豌豆和玉米豇豆輪作，以及三葉草和苜蓿的土壤可以增栽種燕麥、野豌豆和玉米豇豆輪作，以及三葉草和苜蓿的土壤可以增 加有機(jī)磷的含量；加有機(jī)磷的含量； 哥倫比亞熱帶草原土壤中采用草哥倫比亞熱帶草原土壤中采用草-豆輪作可以增加土壤有機(jī)磷含量，種豆輪作可以增加土壤有機(jī)磷含量，種 植水稻則降低土壤有機(jī)磷含量。植水稻則降低土壤有機(jī)磷含量。 3.1 磷的礦化作用及影響因素磷的礦化作用及影響因素 3.2 磷的固定作用及影響因素磷的固定作用及影響因素 定義定義 磷的固定作用是水溶性磷酸鹽與土壤中的鐵、鋁、錳、鈣和粘粒相互

37、磷的固定作用是水溶性磷酸鹽與土壤中的鐵、鋁、錳、鈣和粘粒相互 作用生成難溶性磷酸鹽的過程。作用生成難溶性磷酸鹽的過程。 分類分類 按其反應(yīng)機(jī)理分為吸附作用、同晶置換作用和化學(xué)沉淀作用三類。按其反應(yīng)機(jī)理分為吸附作用、同晶置換作用和化學(xué)沉淀作用三類。 作用作用 一是使水溶性磷酸鹽變?yōu)椴蝗苡谒牧姿猁}；一是使水溶性磷酸鹽變?yōu)椴蝗苡谒牧姿猁}； 二是使磷由有效態(tài)變?yōu)闊o效態(tài)；二是使磷由有效態(tài)變?yōu)闊o效態(tài)； 被固定的磷并非對植物全部無效，其中一部分在一定條件下可以重新被固定的磷并非對植物全部無效，其中一部分在一定條件下可以重新 轉(zhuǎn)化為有效狀態(tài)。轉(zhuǎn)化為有效狀態(tài)。 3.2 磷的固定作用及影響因素磷的固定作用及影

38、響因素 影響因素影響因素 1)土壤土壤pH 土壤土壤pH值影響土壤溶液中值影響土壤溶液中 離子的種類和強(qiáng)度，并對土離子的種類和強(qiáng)度，并對土 壤磷素形態(tài)起決定性作用，壤磷素形態(tài)起決定性作用， 進(jìn)而影響磷素的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)而影響磷素的轉(zhuǎn)化過程 在各種固磷機(jī)制中，土壤在各種固磷機(jī)制中，土壤 pH值是影響固磷作用最為重值是影響固磷作用最為重 要的因素要的因素 謝謝！ 一、農(nóng)業(yè)非點源污染的定義及其貢獻(xiàn)一、農(nóng)業(yè)非點源污染的定義及其貢獻(xiàn) 1. 相關(guān)概念及定義相關(guān)概念及定義 點源污染點源污染（Point Source Pollution）是指集中由排污口排入水體的污染）是指集中由排污口排入水體的污染 源。又分為固定的點污染源源。又分為固定的點污染源(如工廠、礦山、醫(yī)院、居民點、廢渣堆等如工廠、礦山、醫(yī)院、居民點、廢渣堆等)和和 移動的點污染源移動的點污染源(如輪船、汽車、飛機(jī)、火車等如輪船、汽車、飛機(jī)