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论文基于野外大型排水采集器(渗漏池,lysimeter)研究中亚热带地区红壤旱地在连续4年施用有机氮肥的过程中,有机源氮素的转化和渗漏过程,分析影响有机源氮素渗漏的影响因素,在应用水氮管理模型( WNMM)模拟有机源氮素的转化和迁移过程的基础上,基于硝酸盐污染的风险评价了红壤旱地有机肥的最大施用量。
试验于2002年4月至今在江西省余江县中科院红壤生态试验站进行。渗漏池的规格为2m长×2 m宽×1.3 m深,土壤为第四纪红粘土发育的红壤,试验使用的有机肥为养殖场的猪粪,作物为一季玉米连作。试验设置4种处理:空白处理CK(0kg N/ha/a)、低量有机肥处理ON1(150 kg N/ha/a)、高量有机肥处理ON2(600 kg N/ha/a)、高量有机肥+石灰处理ON2L(600 kg N/ha/a+3000 kg/ha)(其中石灰每3年施用1次)。
试验结果表明,高肥条件下(ON2与ON2L)表层土壤有机氮含量逐年显著增长:低肥条件下( ON1)土壤有机氮在施肥3年后有显著增长;在高肥条件下施用石灰并不导致表层土壤无机氮含量的显著差异。
渗漏液中氮素形态以硝态氮为主,占81.6%~85.9%:有机氮浓度平均在0.80mg/L~1.36 mg/L,施肥的影响较小。四年中CK与ON1之间、ON2与ON2L之间硝态氮的浓度无显著差异。低量连续施肥对渗漏液中硝态氮浓度的增加作用不大,ON1处理后渗漏液硝态氮浓度平均为3.80 mg/L,4年间增幅不大(0,4 mg/L~6.7 mg/L);而高量连续施肥条件下渗漏液中硝态氮浓度逐年增加,ON2处理中年平均浓度由第1年的1.8 mg/L增加到第4年的15.5 mg/L。施肥量、降雨、作物吸收以及pH都是影响硝态氮浓度的重要因素。受降雨的影响,硝态氮的淋失量主要集中在4~6月和次年的2~3月。
应用WNMM模型对红壤旱地排水量、土壤剖面含水量、硝态氮淋失量、作物产量、土壤表层铵态氮及硝态氮含量实测数据的验证表明,WNMM可以较准确地模拟中亚热带红壤旱地水分和氮素的循环过程。4年内模拟的日排水量与实测值极显著相关,CK、ON1和ON2三个处理的相关系数均>0.5:模拟的月排水量与实测值相关系数>0.8:试验周期总排水量的相对误差基本都控制在5%左右。同排水量相似,WNMM模拟的硝态氮的月淋失量与实测值的显著相关系数(r2>0.8)要高于日硝态氮淋失量(r2>0.5)。
虽然低量有机肥处理对地下水环境是安全的,但不能满足作物的正常生长。为了解决产量和地下水安全的矛盾,应用WNMM模型分析了红壤旱地的适宜有机肥施用量。以第四年渗漏液中硝态氮的平均浓度<10 mg/L、模拟产量与模拟的最高产量相差<5%为标准,红壤旱地连续施用有机肥(猪粪)的最大施N量为450 kg N/ha/a。