寧夏引黃灌區(qū)稻田氮磷流失特征初探

寧夏引黃灌區(qū)稻田氮磷流失特征初探

張學(xué)軍（寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所）Tel:086-951-6886770Fax:086-68867602010、12、06~07第八屆海峽兩岸土壤肥料學(xué)術(shù)研討會現(xiàn)在是1頁\一共有30頁\編輯于星期三前言材料與方法結(jié)果與討論結(jié)論

報告提綱現(xiàn)在是2頁\一共有30頁\編輯于星期三北部引黃灌區(qū)寧夏概況1.前言中部干旱風(fēng)沙區(qū)南部黃土丘陵區(qū)現(xiàn)在是3頁\一共有30頁\編輯于星期三該區(qū)有2000多年的灌溉歷史，得黃河灌溉之利，該區(qū)水、土、光、熱等農(nóng)業(yè)自然資源組合極佳，素有“塞上江南”之譽，是寧夏和全國的農(nóng)業(yè)精華之地，主產(chǎn)糧食作物有小麥、玉米、水稻，也非常適合瓜果蔬菜的種植。北部引黃灌區(qū)現(xiàn)在是4頁\一共有30頁\編輯于星期三1.1研究背景寧夏引黃灌區(qū)素有“塞上江南”之稱，灌區(qū)糧食產(chǎn)量占自治區(qū)80%以上，其中水稻有100萬畝?，F(xiàn)在是5頁\一共有30頁\編輯于星期三

化肥超量使用已成為水體污染的隱患

按寧夏農(nóng)作物播種面積109.9萬公頃計算，化肥的平均施用量為790.7kg/hm2，在引黃灌區(qū)的化肥平均施用量是全區(qū)水平的1倍，其中氮肥平均施用量高達928.7kg/hm2

。

（2005年寧夏統(tǒng)計年簽）現(xiàn)在是6頁\一共有30頁\編輯于星期三

1、立項背景及意義化肥施用量大，有效利用率低，面源污染嚴(yán)重，一定程度上也影響著黃河水的水質(zhì)?，F(xiàn)在是7頁\一共有30頁\編輯于星期三

農(nóng)業(yè)非點源污染是導(dǎo)致當(dāng)今世界水質(zhì)惡化的主要原因，從農(nóng)田到地表水的氮磷流失在急劇增加。農(nóng)田氮磷流失是引起水體富營養(yǎng)化的重要原因，流失過程受農(nóng)田作物類型、種植制度、排灌水方式、施肥等因素的影響。目前在黃河流域氮磷污染方面已有很多研究，但這些研究只局限于黃河水監(jiān)測和灌溉期間某一階段氮磷流失狀況，而對作物整個灌溉期間，農(nóng)田氮磷流失及特征研究目前尚未見報道?，F(xiàn)在是8頁\一共有30頁\編輯于星期三

本研究在寧夏引黃灌區(qū)中選擇具有代表性的相對封閉的稻旱區(qū)域作為試驗監(jiān)測區(qū)，在灌溉期間對監(jiān)測區(qū)內(nèi)的灌、排水水量以及代表性指標(biāo)(TN、NH4+-N、NO3--N、TP、DP、DIP、PP)進行連續(xù)監(jiān)測分析，并結(jié)合試驗監(jiān)測區(qū)當(dāng)?shù)赝寥捞匦?、耕作制度和施肥情況，分析寧夏引黃灌區(qū)灌溉期間氮磷流失變化特點及影響因素，為寧夏引黃灌區(qū)的非點源污染管理和控制提供科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)在是9頁\一共有30頁\編輯于星期三2.1試驗監(jiān)測區(qū)概況

試驗監(jiān)測區(qū)位于寧夏引黃灌區(qū)青銅峽灌區(qū)的銀川市靈武良種繁育場，具有代表性，監(jiān)測面積116hm2。灌區(qū)干旱少雨，作物灌溉期為每年5月-9月，基本沒有超過降水量在50mm以上的天然降水，幾乎沒有徑流產(chǎn)生，這一時期灌溉頻繁、施肥量高，隨這一時期灌溉水產(chǎn)生的徑流或側(cè)滲漏等作用所產(chǎn)生的水，均進入排水渠匯入總排干溝進入黃河，因此，根據(jù)這一生產(chǎn)特點，灌溉期間5-9月份是引黃地區(qū)非點源污染的重點研究對象。

2.材料與方法現(xiàn)在是10頁\一共有30頁\編輯于星期三現(xiàn)在是11頁\一共有30頁\編輯于星期三

2006年試驗監(jiān)測區(qū)在灌溉六支渠進水渠口處設(shè)置一個監(jiān)測點A，在排水支溝的出水口設(shè)置一個監(jiān)測點B。2007年按照稻旱區(qū)，在排水支溝稻旱交匯處增加了3個監(jiān)測點，分別為C、D、E，其中C點為稻區(qū)與旱田交匯處，D點是旱田與稻區(qū)交匯處，E點為稻區(qū)與旱田交匯處。圖1寧夏引黃灌區(qū)灌排水試驗監(jiān)測區(qū)示意圖現(xiàn)在是12頁\一共有30頁\編輯于星期三每天定時定點觀測，流速測定采用ACM100-D流速儀測定，水位測定采用STS8370自動水位計數(shù)儀測定。流量（m3/天）=橫截面積{渠（溝）寬×水位}×流速m3/小時×24小時2.3試驗監(jiān)測區(qū)土樣采集方法

試驗監(jiān)測區(qū)作物種植前采集基礎(chǔ)土樣，采用網(wǎng)格取樣法，按照200m×200m樣方取樣，0-30cm層次，每個樣點均為5個點的混合樣，合計33個土樣；每個采樣點均用GPS定位。

2.2試驗監(jiān)測區(qū)內(nèi)水的流量監(jiān)測、水樣的采集方法現(xiàn)在是13頁\一共有30頁\編輯于星期三2.2試驗監(jiān)測區(qū)內(nèi)水的流量監(jiān)測、水樣的采集方法現(xiàn)在是14頁\一共有30頁\編輯于星期三3.結(jié)果與討論3.1試驗監(jiān)測區(qū)土壤氮、磷養(yǎng)分含量，灌水和支溝中氮、磷各組分含量動態(tài)變化

表1試驗監(jiān)測區(qū)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況（0-20cm）（2006年）測

試項

目土壤質(zhì)地pH全鹽TSalt有機質(zhì)OM全氮TN全磷TP全鉀TK硝態(tài)氮NO3-N銨態(tài)氮NH4-N堿解氮AcN速效磷OlsenPg?kg-1mg?kg-1樣

品數(shù)33平

均砂壤土8.101.7313.20.800.9628.6231.120.9375.1222.68最

大值8.393.2917.91.010.9635.455.61.690.1449.25最

小值7.650.7510.00.620.3218.79.70.365.379.61標(biāo)

準(zhǔn)差0.180.571.740.110.143.7513.510.336.548.44

該試驗監(jiān)測區(qū)土壤肥力水平較高，尤其是土壤速效氮磷養(yǎng)分含量較高，存在潛在流失的可能性?，F(xiàn)在是15頁\一共有30頁\編輯于星期三圖2灌溉期間灌溉水（A點）總氮(TN)、銨氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)濃度動態(tài)變化NO3--N4.1-9.9%

稻區(qū)灌溉水氮磷含量明顯高于稻旱區(qū)，稻區(qū)與稻旱區(qū)兩年的灌溉水氮磷組分動態(tài)變化差異不大，總氮變化呈現(xiàn)前期5月～6月初較高，中期6月初～7月中旬比較平緩，后期7月下旬～8月下旬又有兩個高峰期，硝態(tài)氮的動態(tài)變化與總氮一致。TN2.44-9.57mg·L-1NH4+-N27.7-44.6%現(xiàn)在是16頁\一共有30頁\編輯于星期三圖3灌溉水（A點）總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)、顆粒磷(PP)溶解性無機磷(DIP)濃度動態(tài)變化

監(jiān)測區(qū)稻區(qū)與稻旱區(qū)灌溉水氮磷含量差異大，但灌溉期間動態(tài)變化一致，在灌溉水氮組分中以硝態(tài)氮為主，磷組分中以顆粒磷為主。這些數(shù)據(jù)說明由于寧夏引黃灌區(qū)黃河水受年際、季節(jié)與氣候以及上游泥沙含量的影響，造成灌溉水年際間氮磷養(yǎng)分有所差異。TP0.53-2.81mg·L-1DTP8.7-45.3%PP54.7-91.35%現(xiàn)在是17頁\一共有30頁\編輯于星期三圖4試驗監(jiān)測區(qū)灌溉期間支溝（B點）總氮(TN)、銨氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)濃度動態(tài)變化TN0.22-8.22mg·L-1NO3--N39.5%-70.2%

NH4+-N3.1%-18.0%

稻區(qū)支溝中的氮組分動態(tài)變化與稻旱區(qū)相比差異較大；兩年的支溝排水中的硝態(tài)氮動態(tài)變化與總氮變化一致?，F(xiàn)在是18頁\一共有30頁\編輯于星期三圖5試驗監(jiān)測區(qū)灌溉期間支溝（B點）總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)、溶解性無機磷(DIP)濃度動態(tài)變化TP0.012-0.921mg?L-1

稻區(qū)支溝中的磷組分動態(tài)變化與稻旱區(qū)相比差異較大；兩年中支溝排水中磷組分中顆粒磷與溶解性總磷動態(tài)變化一致，均為前期顆粒磷含量較高，中后期較低，可溶磷與之相反?，F(xiàn)在是19頁\一共有30頁\編輯于星期三以上數(shù)據(jù)說明灌溉前期幾個高峰期，2006年稻區(qū)灌溉期間支溝水中氮磷組分動態(tài)變化差異大，在5月中旬、5月下旬和6月中旬三次氮磷高峰期，正是水稻基施肥、第一次、第二次追肥后的三個時期，造成監(jiān)測區(qū)支溝中氮磷含量升高。2007年稻旱區(qū)，在4月下旬、5月中旬和6月中旬、7月中旬四次氮磷高峰期，也正是小麥套玉米、水稻基施肥、水稻追肥、玉米追肥后的時期，從而造成監(jiān)測區(qū)支溝中氮磷含量升高。這進一步證明施肥也是造成氮磷流失的主要因素。現(xiàn)在是20頁\一共有30頁\編輯于星期三結(jié)合圖2、3灌溉水氮磷動態(tài)數(shù)據(jù)說明，后期支溝中氮磷動態(tài)變化與灌溉水氮磷養(yǎng)分比較一致，表明支溝中后期氮磷流失嚴(yán)重與灌溉水中養(yǎng)分含量有一定關(guān)系。這是由于引黃地區(qū)特殊的地理特性和常年漫灌所造成的過高地下水位，導(dǎo)致了灌溉水不能完全被土壤所滲透，加之灌溉期間用水量較大，相當(dāng)一部分的灌溉退水?dāng)y帶著土壤中殘留的大量污染物排入支溝渠中，從而造成在作物灌溉后期也存在支溝氮磷含量較高。現(xiàn)在是21頁\一共有30頁\編輯于星期三圖6試驗監(jiān)測區(qū)稻旱區(qū)支溝稻旱交匯處全氮動態(tài)變化（2007年）在作物灌溉期間，支溝中總氮高峰期都在各種作物基追施氮肥的后期，進一步證明施肥是造成農(nóng)田氮素流失主要原因，稻區(qū)的氮流失明顯要高于稻旱輪作區(qū)?，F(xiàn)在是22頁\一共有30頁\編輯于星期三本試驗監(jiān)測區(qū)動態(tài)變化數(shù)據(jù)均超過水體富營養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)，而且均在作物施肥后10天后表現(xiàn)出一個高峰期,這足以說明施肥造成支溝中氮磷富營養(yǎng)化程度加重的主要因素，而且稻區(qū)污染大于稻旱區(qū)；在稻旱區(qū)支溝的監(jiān)測點中下游B點與C、D、E點相比氮素的含量都較低，下游污染有逐漸減弱趨勢，由于支溝中植被茂密有可能吸收氮磷，攔截氮磷的流失，形成類此構(gòu)建“稻田圈”隔離農(nóng)田氮磷流失的功能，本地區(qū)是否存在該現(xiàn)象，還有待于進一步研究?，F(xiàn)在是23頁\一共有30頁\編輯于星期三3.2主要作物肥料投入及支渠灌溉水、支溝總量及其氮磷組分變化種植方式作物名稱種植面積(hm2）樣本數(shù)(戶)作物施肥量kg?hm-2肥料種類施肥量基施量追施量2006年稻田水

稻116174N244.5115.5129P2O588.588.50K2O45452007年稻旱區(qū)小

麥52.1188N219112.5148.5P2O560600K2O49.549.5玉

米33.9105N44790357P2O53333K2O49.549.5水

稻3090N244.5117127.5P2O590900K2O4545表2試驗監(jiān)測區(qū)主要作物施肥量調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果N肥全國平均用量為227kg?hm-2

氮肥用量占總量的66.7—88.5%現(xiàn)在是24頁\一共有30頁\編輯于星期三表3試驗監(jiān)測區(qū)灌溉期間支渠灌溉水、支溝支溝總量及其氮磷組分總量的變化項

目支渠灌溉水支溝2006年稻

區(qū)2007年稻旱區(qū)2006年稻

區(qū)2007年稻旱區(qū)總量（萬m3）99.516.4131.2113.7總N(kg)5061.6479.53318.52669.4NH4+-N(kg)339.852.5227.3360.7NO3--N(kg)2078.1284.61525.81233.9無機N*/總N(%)47.870.352.859.7化肥**N(kg)2836233897支溝無機N/化肥N(%)6.24.7總P(kg)1078.8117.9287.1172.3DIP(kg)183.47.768.656.9DOP(kg)104.19.4188.7115.4DIP/總P(%)17.06.523.933.0DOP/總P(%)9.67.965.767.0化肥P2O5(kg)102666944.7支溝DIP/化肥P2O5(%)0.60.8監(jiān)測區(qū)支溝中氮流失嚴(yán)重，磷流失較少，而稻區(qū)氮肥流失高于稻旱區(qū)，施肥是造成支溝氮的污染加重的主要原因，并對黃河水存在潛在的污染威脅?，F(xiàn)在是25頁\一共有30頁\編輯于星期三3.3不同種植結(jié)構(gòu)氮磷污染負荷評價表4試驗監(jiān)測區(qū)不同種植結(jié)構(gòu)氮磷污染負荷評價項

目灌

溉流

失總負荷負荷kg?hm-2kg/116hm22006年稻區(qū)氮5061.63318.51743.115.0磷1078.8287.1791.76.82007年稻旱區(qū)氮479.52669.4磷117.9172.3

試驗監(jiān)測區(qū)稻旱區(qū)灌溉水氮磷養(yǎng)分投入比稻區(qū)減少很多，其中氮減少了90.5%，磷減少了89.1%；稻旱區(qū)支溝氮的流失比稻區(qū)減少了19.6%，磷的流失減少了39.9%；據(jù)研究，水田氮磷負荷量分別為10.2～14.7kgN?hm-2、1.65～2.37kgP?hm-2和1.54～2.21kgP?hm-2，本試驗結(jié)果與其相比氮的流失高出許多，尤其是稻區(qū)?，F(xiàn)在是26頁\一共有30頁\編輯于星期三

4結(jié)論

4.1該試驗監(jiān)測區(qū)土壤肥力水平較高，土壤速效氮磷養(yǎng)分含量較高；稻區(qū)的氮磷流失明顯高