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中国环境科学 2024年

作者：李莉张盼赵志伟张赛龚星许庭浩广东工业大学土木与交通学院重庆大学环境与生态学院

珊瑚海岛包气带中氮磷的迁移转化直接影响海岛地下水质量和土壤结构.通过XRD和SEM分析，明确了珊瑚海岛珊瑚砂特殊的CaCO3物相成分和多孔形貌特征.采用静态吸附实验明确了珊瑚砂对N、P的吸附机理;通过短期连续降雨和长期间歇降雨模拟柱... 详细信息

珊瑚海岛包气带中氮磷的迁移转化直接影响海岛地下水质量和土壤结构.通过XRD和SEM分析，明确了珊瑚海岛珊瑚砂特殊的CaCO3物相成分和多孔形貌特征.采用静态吸附实验明确了珊瑚砂对N、P的吸附机理;通过短期连续降雨和长期间歇降雨模拟柱实验分别研究了N、P在珊瑚砂中的运移机制和不同深度剖面N的转化和P的累积规律.结果表明，珊瑚砂对NH4+和DIP的平均吸附量为192 mg/kg和2051.75 mg/kg，吸附模型分别符合可逆线性吸附和Freundlich等温吸附模型;NH4+的运移机制可由线性平衡CDE模型解释，低浓度DIP的运移过程符合含衰减项的双点位化学非平衡模型;而高浓度DIP的运移过程无法由模型拟合，结合pH值推测了其与CaCO3发生的溶解沉淀平衡反应.长期降雨条件下，结合微生物分析得出土壤中存在N2→NH4+→NO2-→NO3-→N2/DON的氮转化路径，存在地下水氮污染的风险，而DIP则以非溶解态磷形式被固定，其长期累积可能对土壤结构不利.简言之， N、P在珊瑚海岛包气带中的迁移、转化、累积方面具有特殊性，明确其规律可为海岛生态建设中的环境风险控制提供科学依据.

关键词：珊瑚砂静态吸附氮磷运移 Hydrus-1D 微生物

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夏填闲作物种植对集约化设施土壤氮磷养分及相关性状影响研究

夏填闲作物种植对集约化设施土壤氮磷养分及相关性状影响研究

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作者：裴志强天津农学院

学位级别：硕士

集约化设施菜田氮磷素积累日益增加,导致设施土壤质量退化、氮磷环境风险增大。为减轻设施土壤氮磷素积累,本研究在设施菜田休闲期选用短时期内生物量大、深根系的鲜食糯玉米和饲用甜高粱为供试材料,分别设计了3个不同种植密度,进行了... 详细信息

集约化设施菜田氮磷素积累日益增加,导致设施土壤质量退化、氮磷环境风险增大。为减轻设施土壤氮磷素积累,本研究在设施菜田休闲期选用短时期内生物量大、深根系的鲜食糯玉米和饲用甜高粱为供试材料,分别设计了3个不同种植密度,进行了两年田间试验,即2018年揭膜设施菜田设计糯玉米6.75(WCD1)、10.50(WCD2)、13.50(WCD3)万株/hm,饲用甜高粱10.50(FSS1)、15.00(FSS2)、21.00(FSS3)万株/hm六个处理;2019年揭膜设施菜田设计空闲处理(FS)、糯玉米6.75(WCDⅠ)、10.50(WCDⅡ)、13.50(WCDⅢ)万株/hm,饲用甜高粱10.50(FSSⅣ)、15.00(FSSⅤ)、21.00(FSSⅥ)万株/hm七个处理和未揭膜设施菜田设计空闲处理(FS)、10.50(FSSⅠ)、15.00(FSSⅡ)、21.00(FSSⅢ)、26.25(FSSⅣ)万株/hm,来研究不同处理对填闲作物生长、氮磷吸收量、设施土壤氮磷含量变化、土壤脲酶和磷酸酶活性以及后茬作物生长初期土壤氮磷含量等的影响。主要结果如下:(1)两种填闲作物适当增加种植密度会促进植株株高增加,但会抑制茎粗增大,对叶绿素没有显著影响。揭膜设施菜田两种填闲作物生物量和氮磷吸收量均随种植密度增大呈现先增后减趋势,其中糯玉米和饲用甜高粱种植密度分别在10.50、15.00万株/hm时有最高的生物量和氮磷吸收量。填闲糯玉米氮磷吸收量分别为227.4835.18 kg/hm、65.7428.80 kg/hm,且氮磷吸收主要集中在地上部,分别占总吸氮磷量的93.3%、92.5%以上;饲用甜高粱氮磷吸收量分别为280.8265.70 kg/hm、95.2450.23 kg/hm,且氮磷吸收也集中在地上部,分别占总吸氮磷量的89.8%、87.7%以上。未揭膜设施菜田增加填闲饲用甜高粱种植密度能显著增加总生物量,但会降低植株根生物量,其中FSSⅡ和FSSⅣ处理有较高的生物量和吸氮量,吸氮量分别为232.74kg/hm、258.40kg/hm,且没有显著差异。各处理吸磷量为62.969.36kg/hm,没有显著差异。(2)揭膜设施菜田种植填闲作物能有效降低设施土壤表层全氮和总磷含量,填闲糯玉米平均降低率分别达21.4%、11.0%,饲用甜高粱平均降低率分别达21.3%、5.0%,FS处理降低土壤全氮和总磷含量分别为34.8%、3.4%,则填闲作物可以阻控和降低设施菜田土壤氮磷素。未揭膜设施菜田夏季休闲和种植填闲饲用甜高粱均能显著降低土壤表层全氮含量,且FSSⅡ、FSSⅢ、FSSⅣ处理全氮含量显著低于FS处理,且较基础样降低了19.5%2.1%。各处理也能降低土壤表层总磷含量,其中FSSⅢ、FSSⅣ处理较基础样和FS处理均有显著降低,降低率分别为12.6%、12.8%;揭膜设施土壤休闲期间各土层硝态氮和水溶性磷淋洗严重。填闲作物种植能显著降低设施土壤00cm、300cm土层硝态氮含量,填闲糯玉米分别降低54.0%0.5%、38.0%0.4%,填闲饲用甜高粱分别降低80.1%0.3%、46.7%1.2%,糯玉米种植密度为10.50、13.50万株/hm和饲用甜高粱10.50、15.00万株/hm时也能显著降低600cm土层硝态氮含量。未揭膜FS处理00、300、600cm土层硝态氮含量较基础样均有显著增加,分别增加了225.0%、27.5%、19.2%。填闲处理分别增加了-0.8%3.4%、-32.6%4.7%、-36.1%6.8%,其中FSSⅡ处理对各土层硝态氮降低效果最好,其次是FSSⅠ处理。FSSⅡ、FSSⅢ、FSSⅣ处理较FS处理能降低设施土壤300、600cm土层的有效磷含量,降低率分别为8.1%%0.1%、30.5%5.1%,水溶性磷含量降低率分别为-9.4%9.5%、45.7%0.9%。揭膜设施菜田种植填闲作物能有效降低和控制设施土壤Ca-P含量,并促进磷素转化。未揭膜设施菜田休闲时期,能增加土壤Al-P、Fe-P、O-P含量,显著降低Ca-P含量,但种植填闲作物能降低Al-P、Fe-P和O-P含量,并FSSⅠ、FSSⅡ和FSSⅢ处理能增加Ca-P含量,有利于活化土壤难溶性磷。(3)种植填闲作物可以降低后茬作物生长初期氮素的供给能力,降低后茬初期设施土壤各土层硝态氮淋洗风险。饲用甜高粱能较好地控制后茬西兰花生长初期土壤各土层水溶性磷含量。(4)种植填闲作物较基础样可以提高土壤pH值,且饲用甜高粱各处理显著高于FS处理。种植填闲作物可以有效降低设施土壤水溶性盐总量,且可以降低后茬西兰花生长初期水溶性盐总量,其中WCD1、WCD2、WCD3、FSS4、FSS5、FSSⅤ、FSSⅥ处理对设施土壤水溶性盐总量降低较明显。种植填闲作物能增加土壤微生物量碳和DOC含量,促进土壤微生物的繁殖和活动,有利于提高土壤质量,其中WCDⅡ、WCDⅢ

关键词：填闲作物养分吸收设施土壤氮磷运移环境效应

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旱直播栽培方式下硅调理剂施用对土壤理化性状和水稻产量影响研究

旱直播栽培方式下硅调理剂施用对土壤理化性状和水稻产量影响研究

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作者：轧宗杰天津农学院

学位级别：硕士

水稻属于喜硅作物,硅对水稻的发育生长有着不可替代的作用,天津地区属于缺水型城市且大部分农业耕地属于盐碱地,故本试验选用水稻旱直播的栽培方式通过添加硅调理剂并设置不同的施用量来探究其对土壤性状、氮磷运移及稻谷产量的变化规律... 详细信息

水稻属于喜硅作物,硅对水稻的发育生长有着不可替代的作用,天津地区属于缺水型城市且大部分农业耕地属于盐碱地,故本试验选用水稻旱直播的栽培方式通过添加硅调理剂并设置不同的施用量来探究其对土壤性状、氮磷运移及稻谷产量的变化规律,以及比较旱直播栽培方式与常规移栽方式下施用硅调理剂对产量、氮磷养分运移、盐分离子运移、养分吸收情况的影响。本文以锦稻201为试验材料,选用大田试验的方式,通过硅调理剂全部基施的方法,硅调理剂分别按0、45、90、135 kgSiO/hm四种施用量来进行试验,然后分别在水稻关键生育时期收集并测定各层土壤指标,并在水稻成熟时进行水稻样品的收集,来进行稻谷产量比较。研究结果如下:(1)添加硅调理剂可以显著改善土壤物理性状,改良土体结构。添加不同施用量的硅调理剂之后,可以发现在水稻成熟期时,土壤容重范围在1.35-1.38 g/cm,较空白处理下的1.44 g/cm有显著改善效果,降低率在4.44%-6.35%。施用量为135 kg/hm时对水稻成熟期的田间持水量以及表层土壤中通过粒径分布表征的分形维数改善最为显著。(2)添加硅调理剂对表层土壤的化学性状改善效果同样具有积极作用。成熟期时,当施用量为135 kg/hm时土壤的有效硅含量较不施用处理相比显著增加20.90%。土壤全硅表现与土壤有效硅含量无明显关系,表现为施用量为90 kg/hm时土壤全硅含量增加最为显著,含量为616.18g/kg。施用量为135 kg/hm的处理对原本处于碱性土壤的pH值改善效果最显著,但同时这种处理也会提高其土壤含盐量。添加硅调理剂对全氮数值影响没有达到显著影响,135 kg/hm时能显著提高土壤碳氮比以及有机质和硝态氮的数值,分别较空白处理增加19.53%、32.25%以及164.74%。铵态氮表现则为施用量为90 kg/hm时对含量提高最为显著。在对土壤磷素指标的影响上来看,在低施用量的45kg/hm时,其含量增加最为显著,该处理下的具体表现为:总磷较空白处理提高9.97%,有效磷较空白处理含量提高24.87%,水溶性磷含量较空白处理提升43%,无机磷形态分级中Ca2-p、Ca8-p、Al-p、Ca10-p也均为施用量为45kg/hm的处理含量最高,Fe-p的表现为施用硅调理剂可以显著增加其含量,但与施用量之间没有显著关系,同时当施用量为45、90 kg/hm时降低了土壤Ca10-p含量占比,转而提高Ca8-p和Fe-p含量占比,促进石灰性土壤中非有效磷源转换为缓效磷源。(3)同样施加硅调理剂之后也会影响着土壤的生物性状。可以看出,当施用量为135kg/hm时对土壤中脲酶活性、土壤微生物量碳、氮含量提升最多,分别增加了74.26%、88.59%和29.02%。对土壤碱性磷酸酶表现出在45 kg/hm和135 kg/hm的施用量时活性提升显著,分别提升21.30%和19.42%。(4)添加硅调理剂还会影响土壤离子及氮磷养分的运移,通过分析水稻成熟期较孕穗期时各层次土样状况可以得出,氮磷运移方面表现为施用135 kg/hm硅材料对土壤中硝态氮运移抑制明显;90 kg/hm、135 kg/hm两种施用量,可以有效防止有效磷往深层运移。在旱直播栽培方式下与常规移栽栽培两种方式下均表现出,施硅调理剂较不施硅调理剂的处理,显著增加生物量、产量、硅养分吸收量以及抑制磷素往深层方向运移的效果,但存在着施用硅调理剂会加剧盐分离子往深层转移的现象;另一方面通过两种栽培方式的比较,相同硅处理下旱直播栽培的氮吸收量较少,但是在氮、磷养分运移、盐分离子运移上的运移程度要小于常规移栽栽培方式,而且在经济效应上表现较为突出。综合全文来看,在旱直播栽培方式下添加硅调理剂可以显著改善土壤结构,利于养分转化,效果最好的是中、高量的施用量,对土壤理化性状的改善和水稻产量的提高有积极方向的作用,并且与此同时还可以降低土壤养分往深层运移的风险。此外旱直播栽培方式在产量、总生物量上与常规移栽栽培无明显差异,而且较常规移栽栽培相比,在氮、磷养分迁移风险及经济效益方面表现更为突出。

关键词：旱直播栽培硅调理剂土壤性状水稻产量氮磷运移

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冬小麦、夏玉米复种下土壤调理剂对土壤理化性状及作物生长影响研究

冬小麦、夏玉米复种下土壤调理剂对土壤理化性状及作物生长影响研...

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作者：李晨昱天津农学院

学位级别：硕士

我国北方地区夏玉米-冬小麦复种下农田土壤存在的质地结构不良、养分失衡、盐化、酸化、板结等问题日益突出。本论文基于天津武清区农田,设置不同调理剂施用处理的田间定位试验。通过土壤理化性状、氮磷运移、作物生长产量养分吸收等方... 详细信息

我国北方地区夏玉米-冬小麦复种下农田土壤存在的质地结构不良、养分失衡、盐化、酸化、板结等问题日益突出。本论文基于天津武清区农田,设置不同调理剂施用处理的田间定位试验。通过土壤理化性状、氮磷运移、作物生长产量养分吸收等方面研究,探究其对土壤理化性状及作物生长的影响,以达到提升土壤质量、改善作物生长环境、提高作物产量和促进种植生产与环境协调发展的目标。研究结果如下:生物炭施用处理改善土壤容重状况良好,容重从试验开始时的1.39g/cm,降至试验三茬后的1.20 g/cm。生物炭、生物炭+明矾等处理较空白处理土壤团粒结构含量分别增加5.36%和5.85%。各调理剂处理持水能力均有所增强,生物炭+明矾处理和生物炭处理分别较空白处理提高1.58%、0.33%。生物炭处理土壤阳离子交换量改善效果最好,在第三茬冬小麦收获时达到25.83 cmol(+)/kg。生物炭、生物炭+明矾处理经过三茬种植后土壤表层有机碳含量为13.29g/kg和14.24g/kg,土壤C/N为9.59和10.59。腐植酸、生物炭、硅钙材料处理改善土壤硝态氮、有效磷、水溶性磷状况效果较好。生物炭+明矾处理提高土壤磷酸酶、脲酶活性效果较好。综合来看,生物炭、生物炭+明矾处理对土壤物理、化学和酶性状改善效果相对较好。生物炭、硅钙材料、生物炭+明矾处理均可促进作物生长。其中生物炭和明矾处理有利于作物叶绿素合成,生物炭、生物炭+明矾处理籽粒产量最大,第一茬夏玉米达到11.34×10 kg/hm和10.61×10 kg/hm,第二茬冬小麦为9.20×10 kg/hm和10.28×10 kg/hm,第三茬夏玉米为7.21×10 kg/hm和7.20×10 kg/hm。生物炭+明矾处理有利于生物量的增加和N、P、K素吸收。综合三茬数据分析,生物炭和生物炭+明矾处理对作物生长及养分吸收的改善效果较好。在氮磷运移环境效应与经济效益方面,生物炭、生物炭+明矾处理可降低硝态氮运移。腐植酸、生物炭、明矾、硅钙材料、生物炭+明矾处理降低有效磷和水溶性磷运移效果较好。明矾和硅钙材料处理经过三茬作物种植的总产出效益好,生物炭、生物炭+明矾处理增加效益趋势好。从经济效益来看,经过三茬作物种植后,腐植酸和硅钙材料处理较好,投入产出效益分别为2.82万元/hm和2.91万元/hm。就长期来看,生物炭、生物炭+明矾处理可能会超过前面两个处理,有待长期定位试验进一步研究。通过对土壤调理剂一年半的定位试验表明,生物炭、生物炭+明矾处理对土壤理化和酶性状、作物生长及养分吸收、氮磷运移环境效应、经济效益的提高改善效果好。

关键词：土壤调理剂冬小麦-夏玉米土壤性状作物养分吸收氮磷运移

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再生水灌溉条件下氮磷运移转化实验与数值模拟

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地球科学（中国地质大学学报） 2008年第2期33卷 266-272页

作者：王丽影杨金忠伍靖伟周发超武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析,结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程,土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的... 详细信息

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析,结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程,土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的数学模型模拟了不同污水灌溉方案下土壤及地下水中不同形态氮及磷的变化情况,分析了不同灌溉方案下土壤的氮磷平衡和农田养分平衡状况,结果表明:适度的污水灌溉,硝态氮和无机磷不会淋溶出1.5m土层,不会对地下水造成氮磷污染;施入土壤的铵态氮,由于有较强的吸附性,不易被作物直接吸收,49%转化成硝态氮,作物根系吸收以硝态氮为主,氮肥当季利用率为23.3%;反硝化是进行污水灌溉时旱地土壤氮素的主要损失形式,约占施入氮量的12.6%.

关键词：饱和-非饱和模型氮磷转化氮磷运移数值模拟

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