外源氮素在酸性保护地黑土中的迁移特性研究

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氮素是农作物生长发育所必须的营养元素之一,施入到土壤中的氮肥除被植物吸收利用外,多余的将残留于土壤环境中通过淋溶、径流、氨挥发等多种途径损失,其中氮的化合物尤其是离子态的氮迁移活性较高,已经严重威胁到农田土壤及地下水环境的安全。土壤酸化是土壤退化的重要表现之一,近些年,保护地种植范围持续扩大,为增加作物产量,采用了过量的化学肥料施用及不恰当的种植模式和管理模式,导致保护地种植区土壤酸化日趋严重,酸化的土壤破坏了土壤的团粒结构,使土壤物理性状变差,保肥能力及抗逆能力下降,直接影响了土壤内各物质的迁移能力。因此本文选择酸性保护地黑土作为供试土壤并对其进行碱化处理,探讨酸性黑土及碱化处理后在不同环境条件下对氮素吸附与淋溶规律的影响,揭示氮素在供试土壤中的迁移规律,试验研究结果如下:
  采用批量平衡吸附试验研究了供试土壤在不同环境条件下对氮素吸附规律的影响。(1)氮素在供试土壤中的吸附过程均分为3个阶段,即快速、减速与平衡吸附阶段,土壤的碱化处理对氮素的吸附量影响较大,准二级动力学联合Elovich方程能够描述供试土壤对氮素的吸附动力学特征,准二级动力学表明酸性保护地黑土对氮素的吸附不是单一的吸附过程,而是由多重吸附机理组成的,Elovich是用来描述固相表面化学吸附现象的动力学方程,吸附过程为非均相扩散过程;(2)同一温度条件下,供试土壤对氮素的吸附量随氮素添加量的增加呈现先增加后趋于平衡的趋势,环境温度升高,供试土壤对氮素的吸附量也相应增大,同一试验条件下,碱化处理黑土对氮素的固定作用强于原酸性保护地土壤,热力学参数?G<0,?H>0,?S>0,表明此吸附过程是自发、吸热、无序的过程;(3)当供试土壤有机质含量降低时,与各自原土壤相比对氮素的吸附均有不同程度的降低,酸性黑土的吸附量下降了17.6%,碱化处理黑土的吸附量下降了13.1%,土壤有机质的降低,使得土壤的团粒结构遭到破坏,相应的土壤内团聚体形式的胶结物质也随之减少,因此吸附量降低;(4)当吸附液pH值在3到9范围内时,随着pH值的升高,供试土壤溶液对氮素的吸附量随之升高,土壤碱化处理后增强了对氮素的吸附能力;(5)外源离子的加入将抑制供试土壤对氮素的吸附,并且随外源离子价态的升高,抑制效果增强,当外源离子Na+、Ca2+、Al3+添加浓度为0.1mol?L-1,酸性保护地土壤与未加离子的空白对照相比,土壤对氮素的吸附量相应降低了6.7%、26.2%、34.8%,碱化处理黑土与未加离子的空白对照相比,土壤对氮素的吸附量相应降低了6.1%、10.1%、21.8%;(6)当外源离子强度在0-0.20mol?L-1时,供试土壤对氮素的吸附随外源离子强度的增加其吸附量降低,是因为当土壤水环境溶液以离子强度为主要影响时,吸附则以阳离子交换为主,随离子浓度逐渐增大时,吸附位点被大量阳离子占据,减小了土壤与氮素之间的静电作用,吸附量随之减小。
  采用室内自制原状土淋溶试验研究了供试土壤在不同环境影响因素条件下对氮素淋溶规律的影响。(1)供试土壤中,随淋溶液总淋出体积的增加,淋出液氮素浓度呈现先快速增加,到达峰值后逐步降低的趋势,土壤碱化处理增强了对氮素的固定作用,拖尾抛物线方程y=A+B/v+Cv能够较好地描述供试土壤淋出液中氮素浓度随淋溶液体积变化的动态特征;(2)对供试土壤添加有机物料,在增加了土壤有机质含量的同时能够有效抑制氮素的淋失,其试验结果与吸附试验结果相同;(3)供试土壤均随淋溶液pH的增加氮素总淋出量降低,酸性条件下会促进氮素在土壤中的流失;(4)不同淋溶液类型将影响土壤氮素的总淋失量,供试土壤按氮素总淋失量大小均表现为:表面活性剂(CTAB)>土壤浸提液>蒸馏水;(5)不同施肥量条件下,供试土壤按氮素总淋失量大小均表现为:常规施肥量>减施氮肥20%>减施氮肥40%,相同施肥量处理条件下,酸性保护地土壤的氮素淋失总量大于碱化处理黑土的氮素淋失总量。
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