太湖地区两种典型水稻土中氮、磷迁移转化的研究

太湖地区两种典型水稻土中氮、磷迁移转化的研究

沃 飞1，陈效民1，*，方 堃1，吴华山1，2，蒋金当1

（1 南京农业大学，资源与环境科学学院，南京，210095；2 扬州市土壤肥料站，扬州，225002）

E-mail：wf4152001@https://www.wendangku.net/doc/f12608989.html,

摘要：本文研究了水饱和状态下，铵态氮（NH4+-N）和速效磷（AP）在太湖地区两种主要水稻土－宜兴白土和常熟王庄黄泥土的原状土和扰动土中的迁移转化情况。结果表明，土壤的饱和导水率、粘粒含量对于铵态氮和速效磷的出流影响很大。在原状土土柱的出流中，白土滤液中NH4+-N、硝态氮（NO3--N）和速效磷浓度峰值出现的时间比黄泥土早，峰面比黄泥土窄，拖尾的时间比黄泥土短。速效磷在土壤中迁移及淋移都比NH4+-N弱，且黄泥土对磷的固定作用强于白土。在本试验NH4+-N的加入情况下，原状土土柱出流的NH4+-N如果进入地下水会造成地下水污染；NO3--N在黄泥土中的积累作用比白土强，出流的NO3--N含量较高；出流的NO2--N含量很低，不会造成地下水的NO2--N污染。土壤中的NH4+-N和速效磷可以通过大孔隙向下运移，并且随着深度的变化呈现降低的趋势。NO3--N在白土中的分布比较平缓。在扰动土的试验中，粘粒含量越低，饱和导水率越高，NO3--N的穿透曲线的峰值越高，峰面越窄。黄泥土的粘粒含量远高于白土，滞留作用较强，对NO3--N的穿透影响较大。本文结果可以为太湖地区地下水环境污染防治、农田水肥管理和防止水体富营养化提供依据。

关键词：太湖地区；典型水稻土；氮、磷；迁移转化

1.引言

施肥是农业增产的重要措施。随着农业的持续发展和集约化程度的不断提高，氮、磷肥的施用量近年来呈逐年上升的趋势。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥品种，但是在我国，氮肥的利用率一般只有40%左右[1]。过量地施用氮肥,不仅导致肥料利用率下降，而且未能被作物吸收利用的那部分氮素都不同程度的对环境产生现实的或潜在的污染。氮肥中的氮素基本都是以NH4+-N的形式存在，虽然土壤对NH4+-N有很强的吸附作用，但NH4+-N可转化为不易被土壤所吸附的NO3--N，从而引起湖泊、河流和地下水的污染。磷肥在农业生产上的重要性不亚于氮。但在现代农业生产中磷的投入量高于作物收获的带出量，使耕层土壤处于富磷状态。虽然磷是一个化学性质十分活跃的元素，可以和多种元素进行化学反应，土壤对其有一定的吸附作用，但在降水和灌溉的作用下，磷会通过大孔隙下渗进入水体，对环境造成污染[2]。因此，科学合理的施肥无论是对于农业生产还是环境保护都具有重要的意义。

本试验选择了太湖地区两种典型水稻土（宜兴白土和常熟黄泥土）作为研究对象，利用田间采集的原状土柱以及人工模拟装填的扰动土柱，加入一定量的NH4+-N和速效磷混合溶液经淋洗，研究氮、磷在土壤中的迁移和转化规律。不同类型土壤中氮、磷转化率有很大的差别[3]，所以经研究可以得出不同类型土壤原状土和扰动土对铵态氮的转化规律及其影响因素，分析大孔隙对于氮、磷迁移的影响，并对比研究太湖地区不同水稻土中氮、磷转化和穿透状况，从而为太湖地区地下水环境污染防治、科学管理农田水肥管理、保护研究区生态环境和防止水体富营养化提供科学依据。

基金项目：国家自然科学基金项目（40371055）和高等学校博士学科点专项科研基金（20030307018）资助

作者简介：沃 飞（1981－），男，江苏宿迁人，硕士生在读，从事水环境保护和水土资源利用管理的研究；

*通讯作者：陈效民，博士，教授，博士生导师，从事水土资源利用管理与土壤物理方面的研究。

2.材料与方法

2.1研究区的选择

本研究选择了太湖地区两种典型水稻土－宜兴白土和常熟王庄黄泥土。宜兴白土属于渗育型水稻土亚类渗潮泥田土属，地下水位低，滞水性能强，下渗能力弱；王庄黄泥土属于潴育型水稻土亚类黄泥土土属，土体厚，保水保肥能力强，通体质地均匀，为壤质粘土[4，5]。两种土的基本性质等见表1。

表1 供试土壤的基本性质

Table 1 Basic properties of the soil profiles

类型 土层

(cm)

容重

(g?kg-1)

原状土饱和导

水率(10-4cm?s-1)

扰动土饱和导

水率(10-4cm?s-1)

粘粒

(g?kg-1)

粉砂粒

(g?kg-1)

砂粒

(g?kg-1)

0-12 1.33 9.04 3.31 186.1 472.2 341.7

12-20 1.40 7.34 2.5 192.6 545.0 262.4

20-29 1.60 5.84 1.35 249.3 262.8 487.9

29-55 1.48 5.24 1.13 276.7 508.3 215.0 白土

55-100 1.49 5.16 0.76 418.4 145.6 436.0

0-15 1.12 11.62 2.92 310.7 390.7 298.6

15-25 1.23 8.1 2.38 299.2 399.7 301.1

25-65 1.42 6.22 0.74 445.7 350.4 203.9 黄泥土

65-100 1.39 6.04 1.33 349.4 349.5 271.1 2.2试验方法

2.2.1原状土土柱试验

采取原状土柱的容器为内径12.8cm、长85cm、管壁厚0.7cm的PVC硬质管材，PVC 管的一端打磨成刀口。选择未经耕翻过的地块，将PVC管沿着事先挖好的剖面轻轻敲入土壤中，避免挤压，采集原状土样。土柱运回实验室后先用去离子水浸泡至饱和，然后再用蠕动泵泵入去离子水淋洗至滤液中检测不出氮、磷为止。淋洗的时候在土柱顶层均匀的覆盖约

2cm厚的石英砂，防止淋洗的时破坏土柱的表层土壤，也可以使得溶液均匀地渗入土壤。土柱下方放置一个承接漏斗，里面充满石英砂。淋洗完成后，一次性加入浓度100mg?L-1（以

N和P计)的NH4Cl和KH2PO4混合溶液100ml，待混合液渗透完毕后再用蠕动泵泵入去离子水进行淋洗，按照流量定时收集渗漏下来的滤液，测定其中铵态氮、硝态氮、亚硝态氮和速效磷的浓度。淋洗完成后，将土柱每隔4cm共分10层，测定各层中铵态氮、速效磷、硝态氮和亚硝态氮的含量。试验时间为2006年4月至5月。

2.2.2扰动土土柱模拟试验

按自然发生层次采样,见表1，土样风干后磨碎，通过20目的筛子混匀。模拟土柱为内径9.2cm，高30cm的透明PVC管，土样装填高度为10cm。先在PVC管底部装入1cm厚的石英砂作为反滤层，再将扰动土样按实地测得土壤容重换算、称重后填装入模拟土柱，并在土柱的表面也覆上一层1cm厚的石英砂。用马氏瓶控制水头高度，通过各个高度的水压注水,使水从下往上渗透，排除土柱里空气。土柱饱和之后再用蠕动泵泵入去离子水充分淋洗。淋洗完成后，控制蠕动泵流速泵入浓度100mg?L-1（以N计)的NH4Cl溶液100ml。等到混合液渗透完毕后再泵入去离子水进行淋洗，定时收集渗漏下来的滤液，测定硝态氮的含量。 2.2.3分析方法

硝态氮：紫外分光光度法；铵态氮：纳氏试剂分光光度法；速效磷：钼酸铵分光光度法；

亚硝态氮：N–(1–萘基)–乙二胺光度法[6]。供试土壤的基本性质测定见参考文献[7]。 3.结果与讨论

3.1原状土氮、磷的迁移转化

预处理后的土柱一次性加入100mg?L-1的NH4Cl和KH2PO4混合溶液100ml，并且按每次50ml接样。开始时接样的时间间隔较短，每隔半小时接样一次，而到后来随着淋洗出来的量明显降低时，接样时间间隔可延长至一个小时或者一个小时以上。原状土由于保持了土体原来的结构，土壤孔隙特别是大孔隙没有被破坏，因此淋洗液渗漏的速度也比较快，并且能测定出淋洗出的氮、磷。白土和黄泥土原状土柱淋洗的出流液中铵态氮、硝态氮、亚硝态氮和速效磷的浓度随时间变化曲线见图1～4。

图1 原状土滤液中铵态氮浓度的时间变化图2 原状土滤液中硝态氮浓度的时间变化Fig.1 Temporal variation of NH4+-N Fig.2 Temporal variation of NO3--N

in original soil filtrate

in original soil filtrate

in original soil filtrate in original soil filtrate

3.1.1原状土中铵态氮的迁移

由于NH4+-N带正电荷，所以土壤颗粒对NH4+-N有较强的吸附作用，一定程度上减轻了氮素对地下水的污染。在加入混合液2小时后，白土出流的铵态氮浓度就达到最高值，为2.52mg?L-1；加入混合液6小时后黄泥土出流的铵态氮达到最高值，为3.71mg?L-1，见图1。铵态氮浓度达到峰值以后，随着时间的延长急剧下降，当浓度下降至接近于0时，保持该状态，形成拖尾现象。白土和黄泥土出流的铵态氮拖尾时间分别达20和40小时左右。在出流过程中，滤液中的铵态氮主要通过土壤孔隙流失。随着时间延长，滤液中的铵态氮含量迅速下降，白土滤液45小时后基本上检测不出铵态氮；黄泥土的滤液在52小时后基本上检测不

出铵态氮。

滤液中能够检测出铵态氮，且在很短的时间就达到一个峰值，这是因为原状土柱中存在着大量的孔隙，铵态氮可以通过大孔隙向下迁移。铵态氮在白土中的迁移比黄泥土快，峰值宽度比黄泥土窄，拖尾的时间比黄泥土短。这一方面说明铵态氮在白土土柱中的穿透情况优于黄泥土；另一方面，原状土饱和导水率以及粘粒含量对流速、出流时间、峰值、峰宽等都存在影响。因为土壤质地越粘重，孔隙越细小，不动水体含量就越高，优先水流不明显，导致溶质的运移速度变小，穿透曲线则趋于平缓[8]。一般越是粘重的土壤其持水性越高、保肥能力亦越强,导水能力却较低。白土各层的饱和导水率明显地高于对应的黄泥土各层，粘粒含量明显的低于黄泥土（表1）。白土和黄泥土滤液中铵态氮的最高值都远远超过了国家《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93）规定V类地下水铵态氮的限值（0.5mg?L-1），因此铵态氮可以通过大孔隙污染地下水，特别是在地下水水位比较高的地区，应该引起重视。

3.1.2原状土中铵态氮的转化

铵态氮加入土壤后，大部分被土壤胶体吸附后通过土壤的硝化作用转化为硝态氮。硝态氮很少被土壤颗粒所吸持，主要以溶质的形式存在于土壤溶液中，因此很容易向地下水渗透、积累，造成地下水的硝态氮污染。硝态氮大量存在于饱和的土层中，是引起地下水污染的重要因素[8]。有鉴于此，随着输入环境中铵态氮的增加，硝态氮在地下水中可以逐渐积累，并且达到很高的数值。在本试验进行26小时后，白土出流的硝态氮达到最高值，为1.41mg?L-1；37小时后黄泥土出流的硝态氮达到浓度最高值，为6.37mg?L-1，见图2。通过表1可知，就40cm高度的土柱而言，白土的饱和导水率比对应层次的黄泥土高，粘粒含量比黄泥土低。在饱和状态下，饱和导水率越高，粘粒含量越低，对溶质的阻滞作用越弱，越有利于溶质的出流。黄泥土硝态氮的峰值分布比白土宽，拖尾时间长就说明了这个原因。白土出流的硝态氮峰值低于黄泥土，说明黄泥土中硝态氮出现了积累。

硝化过程中会还产生亚硝态氮。白土在加入混合液8小时后亚硝态氮达到峰值，为0.013mg?L-1；黄泥土在加入混合液10小时后亚硝态氮达到峰值，为0.014mg?L-1，见图3。亚硝态氮浓度峰值很接近，变化趋势也较为一致，这是由于滤液中亚硝态氮含量较低的缘故。国家《地下水环境质量标准》规定II类和ΙΙΙ类地下水中亚硝态氮浓度的限值分别为0.01mg?L-1和0.02mg?L-1，而滤液中亚硝态氮浓度的最高值介于II类和ΙΙΙ类的限值之间，可见在该施氮情况下，不会造成两地地下水亚硝态氮的污染。黄泥土亚硝态氮峰值出现较白土晚，同样说明了黄泥土的滞留作用较强。

3.1.3原状土中速效磷的迁移

土壤中的磷可分为无机磷和有机磷两大类。土壤中大部分有机磷以高分子形态存在，有效性不高。土壤中无机磷则是以吸附态和钙、铁、铝等磷酸盐类为主。但是如果土壤中磷含量过高，土壤胶体吸附的磷可被解吸进入土壤溶液，也可以沿着土壤孔隙或裂隙进入地下水，导致地下水中磷浓度增高，发生地下水中磷污染[9，10]。在本试验加入混合液2小时后，白土出流的速效磷浓度就达到最高值，达3.81mg?L-1；在加入混合液4小时后，黄泥土出流的速效磷浓度达到峰值，为1.74mg?L-1；白土和黄泥土中速效磷的穿透曲线同样存在着拖尾现象，拖尾时间分别为30和60小时左右，见图4。随着时间的延长，滤液中的磷含量迅速下降，

白土和黄泥土滤液分别在试验进行的50小时和70小时后基本上就检测不出速效磷。速效磷的穿透情况同样说明速效磷主要是通过原状土壤中大孔隙流失的。

速效磷在白土和黄泥土中的迁移情况和铵态氮较为相似，也是白土土柱中速效磷的迁移速度比黄泥土要快，峰值宽度比黄泥土窄，而且“拖尾”的时间比黄泥土短，其原因和影响铵态氮穿透的原因一样。与铵态氮穿透状况不同的是，白土滤液中速效磷的峰值也比黄泥土大，这是由于黄泥土中含有较多的铁、铝化合物，容易与磷形成各种难溶的磷酸铁和磷酸铝类化合物[11]所致。

3.1.4原状土中铵态氮和速效磷迁移的比较

通过比较图1和4还可以发现，白土和黄泥土铵态氮浓度峰值的跨度都比磷大，说明对磷的固定作用强于铵态氮，也即磷的淋洗作用比铵态氮弱。这也和两种土壤的实际情况一致，白土中的钙离子，黄泥土中的铁、铝化合物[11]对磷起了固定作用，所以淋洗过程中不断有少量的磷淋出，磷的拖尾时间比铵态氮明显。总体而言，黄泥土对磷的固定作用大于白土。

3.2原状土中氮、磷经淋洗后在土壤中的分布状况

土柱淋洗完成后，对土柱每隔4cm共分10层取样，测定其中速效磷、铵态氮和硝态氮的含量，从而确定氮、磷在淋洗后土柱中的分布情况，其结果见图5～7。

图5 铵态氮在土柱中不同深度的分布图图6 速效磷在土柱中不同深度的分布

Fig.5 Variation of NH4+-N in soil columns Fig6.Variation of available P in soil columns

with different depth with different depth

从图5，图6可以发现，铵态氮和速效磷主要分布在0－16cm的上层土壤中，并且随着深度的变化而呈现降低趋势。虽然铵态氮和速效磷容易被土壤胶体吸附，却并非土壤的最上层的铵态氮和速效磷含量最高。白土和黄泥土中铵态氮最高值分别在16cm和8cm处，达13.27mg?kg-1和8.52mg?kg-1；白土和黄泥土中磷含量最高值分别在12cm和8cm处，达到9.38mg?kg-1和10.72mg?kg-1。这既表明速效磷和铵态氮主要被吸附在土壤的表层，又说明氮、磷通过大孔隙向下运移。比较两种土壤，白土中铵态氮和速效磷含量的最高值出现的深度都比黄泥土深，而且在16cm以下，白土中速效磷和铵态氮含量总体上高于黄泥土，这说明土壤的饱和导水率、粘粒含量、硝化能力以及大孔隙优势流情况影响了土壤中溶质的运移和穿透。总体而言，磷和铵态氮在白土中的运移情况优于黄泥土，这和本文前面的结论是一致的。

虽然硝态氮在土壤中易于移动，但也不是在最下层中含量最高，而是主要存在于土柱的

中下层。相对于黄泥土来说，硝态氮在白土中的分布比较平缓。而黄泥土在32cm处出现了一个峰值，达22.89mg?kg-1，见图7。硝态氮是随着土壤溶液向下运移的，之所以在黄泥土中滞留较多，与影响铵态氮出流的原因一样。黄泥土中硝态氮的峰值远高于白土，是由硝态氮在黄泥土中的滞留积累引起的。

图7 硝态氮在土柱中不同深度的分布

Fig.7 Variation of NO3--N in soil columns with different depth

3.3扰动土中铵态氮的转化

为了对比铵态氮的转化情况，进行了扰动土试验。由于扰动土的土壤结构已经完全破坏，不存在大孔隙，结构紧密，溶质运移主要是在毛管中进行。因此，在扰动土试验中，滤液中检测不出铵态氮和速效磷，主要是铵态氮经硝化作用后产生的硝态氮。图8，9分别是两种供试扰动土第一层和第二层硝态氮浓度随时间变化的穿透曲线。由于原状土柱为40cm的上层土壤，所以扰动土只选择第一层和第二层作为研究对象，每隔2个小时接样一次。

图8 白土扰动土滤液中硝态氮浓度的时间变化图9 黄泥土扰动土滤液中硝态氮浓度的时间变化Fig.8 Temporal variation of NO-3-N in disturbed Fig.9 Temporal variation of NO-3-N in disturbed White soil filtrate of first and second layer Huangni soil filtrate of first and second layer

白土扰动土第一层出流的硝态氮含量的峰值出现在34小时后，达20.13mg?L-1，第二层出流的硝态氮含量的峰值出现在72小时后，达12.29mg?L-1，硝态氮浓度峰值出现的时间明显比原状土的晚。白土原状土60小时后滤液中硝态氮含量很低，而扰动土滤液中硝态氮在60小时后含量仍较高，且第一层的高于第二层的。同样的，黄泥土扰动土第一层出流的硝态氮峰值为16.27mg?L-1，第二层为19.36mg?L-1，远高于原状土，拖尾时间远比原状土长，

见图8，9。

在水分饱和的条件下,由于硝态氮带有负电荷不易被土壤颗粒所吸附,它在垂直运移过程中主要受重力势和土壤中粘粒含量的影响[12]。这是由于粘粒对水分的吸持能力较强，加之小孔隙的机械阻力，减少了水分的下渗及其溶质的迁移，从而影响到溶质出峰时间的早晚、迁移速度的快慢以及淋溶的多少[13]。峰值以及峰值出现时间体现了硝化作用的快慢、程度以及粘粒对溶质存在的滞留作用。原状土出流的硝态氮峰值很低，而且达到平衡的时间较快，这主要是由于部分铵态氮从大孔隙中流失，使转化为硝态氮的铵态氮减少，且其滞留能力较弱，这也使得出流的硝态氮峰值较早出现，早早进入拖尾阶段。白土第一层的粘粒含量低于第二层，而饱和导水率却高于第二层，因此白土扰动土第一层的峰值比第二层高，分布窄，第二层峰值低，分布宽。黄泥土扰动土第一层和第二层硝态氮随时间的变化和白土相反，第二层的峰值比第一层高，分布窄，第一层峰值低，分布宽。这是因为黄泥土第二层的粘粒含量高于第一层，这和白土相反。这都说明在扰动土试验中，由于黄泥土的粘粒含量远高于白土，对溶质的滞留作用较强，粘粒含量对黄泥土中硝态氮的出流影响远大于白土。

4.结论

⑴土壤的饱和导水率、粘粒含量对于溶质的出流影响很大。由于白土的饱和导水率大于黄泥土，粘粒含量低于黄泥土，所以在原状土土柱的出流中，白土滤液中铵态氮、硝态氮和速效磷浓度峰值出现的时间比黄泥土早，峰宽比黄泥土窄，拖尾的时间比黄泥土短。

⑵速效磷在土壤中迁移及淋移都比铵态氮弱，黄泥土对磷的固定作用强于白土。本试验所采用的土柱出流的铵态氮浓度超过国家《地下水环境质量标准》（GB /T14848-93）规定的V类地下水铵态氮限值，如果进入地下水会造成地下水污染。

⑶硝态氮在黄泥土的积累作用比白土强，出流的硝态氮含量较高。出流液中亚硝态氮浓度的最高值介于国家《地下水环境质量标准》规定的II类和ΙΙΙ类地下水亚硝态氮限值之间，可见在目前的施氮情况下，不会造成两种土壤地下水中亚硝态氮的污染。

⑷铵态氮和速效磷可以通过大孔隙向下运移，所以铵态氮和速效磷的最高含量不是在供试土壤的最上层。白土和黄泥土中磷含量最高值是在12cm和8cm处，铵态氮最高值分别在16cm和8cm处，并且随着深度的变化呈现降低趋势。硝态氮主要存在土柱的中下层。相对于黄泥土来说，硝态氮在白土中的分布比较平缓。

⑸粘粒含量越低，饱和导水率越高，硝态氮的穿透曲线的峰值越高，分布越窄。在扰动土的分析中，白土第一层的峰值比第二层高，分布窄，第二层峰值低，分布宽。黄泥土第一层和第二层粘粒含量和饱和导水率分布和白土相反，所以黄泥土是扰动土第二层的峰值比第一层高，分布窄，第一层峰值低，分布宽。黄泥土的粘粒含量远高于白土，对溶质的滞留作用较强，对铵态氮和速效磷出流的影响比白土大。

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Study on Transference and Transformation of Nitrogen and Phosphorus in Two Typical Paddy Soils in Tai-Lake Region WO Fei1，CHEN Xiao-min1,*，Fang Kun1，WU Hua-shan1, 2，Jiang Jin-dang1 (1 College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing

210095，2 Soil and Fertilizer Station of Yangzhou, Yangzhou 225002)

Abstract

In this paper, tow typical paddy soil, White soil in Yixing and Huangni soil in Wangzhuang, Changshu city, were selected to study the transference and transformation of ammonium nitrogen (NH4+-N) and available phosphorus (AP) in water saturated original and disturbed soil columns.

The results showed that there was markedly influence of soil saturated hydraulic conductivity and soil clay content to NH4+-N and AP transference. During the experimentation of solute flow into original soil, the flow of NH4+-N, NO3--N and AP in White soil was faster than it in Huangni soil.

The peak value area and durative time of their breakthrough curve in White soil were less than that in Huangni soil. It also showed that effect of transference and leaching of AP was worse than NH4+-N in soil. The AP fastness effect of Huangni soil was stronger than that of White soil. In this experimentation, concentration of NH4+-N filtering from original soil column exceeded the limit value types V (0.5 mg?L-1) of groundwater which prescribed by quality standard for groundwater of China (GB /T14848-93).It would pollute groundwater through filtering, especially in some places with high groundwater table. Accumulation of NO3--N in Huangni soil was stronger than it in White soil. Therefore, concentration of NO3--N filtering from Huangni original soil column was higher. Concentration of NO2--N was very low in filtrate. NH4+-N and AP can transfer to bottom layer through macropore. Variation of NO3--N in White soil column was gentler. During the experimentation of disturbed soil, breakthrough curve of NO3--N showed that when clay content was lower and soil saturated hydraulic conductivity was higher, peak values of breakthrough curve was higher and peak area was narrower. Clay content of Huangni soil was higher than that of White soil. So resort effect of Huangni soil to NO3--N was stronger than it of White soil. These results can be provided to prevention of groundwater pollution and eutrophication, scientific farm fertilization and protection of environment in Tai-lake region.

Key words: Tai-lake region; typical paddy soils; nitrogen and phosphorus; transference and transformation;

062.湖泊氮磷赋存形态和分布研究进展

湖泊氮磷赋存形态和分布研究进展 许萌萌1，2张毅敏2高月香2彭福全2汪龙眠2吴晗2，3 (1.河海大学环境学院，南京210098，2.环境保护部南京环境科学研究所，南京210042，3. 常州大学环境与安全工程学院213164） 摘要：湖泊水体和沉积物中氮磷等营养盐的生物地球化学循环直接影响着湖泊的富营养化。所以全面了解氮磷等营养盐的含量分布特征及其来源，为湖泊富营养化的成因及氮磷迁移转化提供了科学的依据。目前，很多研究学者采用了野外采样、实验室分析和收集文献资料相结合的方法，研究了氮磷营养盐的形态含量及分布差异。 关键词：湖泊氮磷赋存形态分布特征 Advances in chemical speciation and distribution of nitrogen and phosphorus in lakes Xumeng Meng1,2Zhang Yimin2,Gao Yue Xiang2,Peng Fu Quan2,Wang Long Mian2,Wu Han2,3 Environment Department of Hohai University,Nanjing210098,2.Nanjing Institute of Environmental Sciences of,Ministry of Environmental Protection,Nanjing210042,3.Environmental and Safety Engineering Department of Changzhou University213164) Abstract:The biogeochemical cycles of nitrogen and phosphorus in the lake water and sediment directly affect the eutrophication of the lake.Therefore,a comprehensive understanding of the content distribution and source of nitrogen and phosphorus can provide a scientific basis for the cause of eutrophication and the migration and transformation of nitrogen and phosphorus.Currently,many researchers using a field sampling, laboratory analysis and the collection method of combining literature studied the content and distribution differences of morphology of nitrogen and phosphorus. Keywords:Lakes Nitrogen and phosphorus Chemical speciation Distribution characteristics 随着社会和经济发展，人为活动导致的湖泊污染已经成为当今世界面临的一个严重的环境问题，尤其是浅水湖泊的富营养化日益成为各国的主要环境问题。工农业废水大量排放，湖泊流域的水体及沉积物的污染问题日益突出，养殖水体尤为严重。水体氮磷营养盐含量过高易引发自身及外部水域的富营养化，严重时导致赤潮或水华频发。 沉积物承载着湖泊营养物质循环的中心环节，一方面对上覆水体起到净化水质的作用，另一方面又不断向上覆水释放营养盐发挥着营养源作用。沉积物氮磷主要来源于水体中颗粒有机物的沉降积累。水体中的氮磷进入沉积物都是要经过“沉降-降解-堆积”的3个阶段，自上而下呈现逐渐变小的趋势。但是由于各个地方物质来源组成、水动力环境、生物化学条件及生物种群等不同，使其含量在垂直分布变化上产生波动，从而反映出不同区环境的不同变化。上覆水的氮磷进入到沉积物中后，会发生明显的形态转化和再迁移作用，其“活性”取决于氮磷在沉积物中的形态[1]。当外源负荷受到控制后，沉积物作为内源污染源，其氮磷还可通过间隙水和上覆水进行物理、生物化学交换[2]。因此了解沉积物中的氮磷赋存和分布对防治富营养化，控制内负荷具有重要意义。养殖水域氮磷的赋存形态分布比较复杂，相关的研究很少。由于过量的污染物的排放，在低水位时期会超过洞庭湖湖自身净化的能力而对栖息于湖内的生物造成严重影响并危害到其生存[3]。 根据国内外调查研究的相关文献资料，湖泊流域的氮磷形态研究不仅仅局限在湖泊中，湖泊

草型湖泊叶绿素a浓度时空分布特征及其与氮磷浓度关系

草型湖泊叶绿素a 浓度时空分布特征 及其与氮磷浓度关系 * 冯伟莹 1，2 张生 1 王圣瑞 2 焦立新 2 王利明 1 崔凤丽 1 付绪金 1 杨芳 1 （1．内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特010018；2．环境基准与风险评估国家重点实验室/ 中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京100012） 摘要：采用2006—2010年5—10月份乌梁素海监测数据，对叶绿素a 浓度的时空分布特征及其与总氮、总磷浓度相关关系进行了分析。结果表明：乌梁素海叶绿素a 浓度具有明显的时空分布差异性：在时间上，呈现出明显的季节性变化，5、6、9、10月份叶绿素a 浓度较高，7、8月份叶绿素a 浓度偏低，秋季≈春季＞夏季，最高值出现在2007年9月，均 值为9.01mg /m 3， 最低值出现在2010年7月，均值为1.80mg /m 3；在空间上，南北部叶绿素a 浓度以7.78mg /m 3为界， 呈现北部区＞南部区的趋势。通过叶绿素a 与总氮、总磷浓度相关性分析得出，2006年5月叶绿素a 与总氮、总磷（r =0.7450、0.7596）、2008年5月叶绿素a 与总磷（r =0.5421）、2010年5月叶绿素a 与总氮（r =0.5089）存在较好的相关性。 关键词：线性回归方程；相关性；时空差异 DOI ：10.7617/j.issn.1000－8942.2013.04.032 SPACE-TIME DISTRIBUTION OF CHLOROPHYLL-a AND ITS RELATIONSHIP WITH TN AND TP CONCENTRATIONS IN PLANT TYPE LAKE Feng Weiying 1， 2 Zhang Sheng 1Wang Shengrui 2Jiao Lixin 2Wang Liming 1Cui Fengli 1Fu Xujin 1Yang Fang 1 （1．College of Water Conservancy and Civil Engineering ，Inner Mongolia Agricultural University ，Hohhot 010018，China ；2．State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment ，Research Center of Lake Eco-Environment ，Chinese Research Academy of Environmental Sciences ，State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control ， Beijing 100012，China ） Abstract ：Based on the monitoring data from May to October in 2006—2010，the spatial-temporal distribution of chlorophyll-a concentrations and its relationship with and TN and TP concentrations were analyzed．The results showed that chlorophyll-a concentrations significantly change with both time and space ，being timely higher in May ，June ，September and October ，lower in July and August ，concentrations in spring and autumn were higher than those in summer ，the maximum value occurred in september ，2007with an average of 9.01mg /m 3，and the minimum value in July ，2010with an average of 1.80mg /m 3；and spatially they were decreasing from the north to the south ，with the border of 7.78mg /m 3．The correlation between chlorophyll-a with TN ，TP demonstrated evidently in May of 2006（r =0.7450，0.7596），the correlation between chlorophyll-a with TP demonstrated evidently in May of 2008（r =0.5421），the correlation between chlorophyll-a with TN demonstrated evidently in May of 2010（r =0.5089）． Keywords ：linear regression equation ；correlation ；spatial-temporal change *国家自然科学基金项目（51269016，51269017，U1202235，41103070）；内蒙古自治区重大科技项目（20091408）。 0引言 湖泊富营养化是由于过量的营养物输入湖泊，导 致藻类等浮游植物大量繁殖，水质变坏，进而引起湖泊生态系统的一系列变化［1］ 。叶绿素a 最能表现水体富 营养化状态进程，也是浮游植物现存量的重要指标之 一 ［2］ 。近两年，虞英杰［3］ 等提出了一种基于微粒群

土壤中氮素转化过程及植物吸收方式(土壤部分初稿)说课材料

土壤中氮素转化过程及植物吸收方式(土壤 部分初稿)

土壤中氮素转化过程及植物吸收方式 我国耕地土壤全氮含量为0.04～0.35％之间，且土壤有机质含量呈正相关。其氮素来源包括：生物固氮、降水、农业灌溉和施肥等，而目前肥料是农田土壤氮肥的主要来源。下面就从土壤中氮素的主要表现形态和转化过程等进行详细的介绍： （一）土壤中氮素的主要形态 水溶性速效氮源 < 全氮的5% 包括游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物等有机氮水解性缓效氮源占50～70% 包括蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类(>98%) 非水解性难利用占30～50% 包括杂环态氮、缩胺类 离子态土壤溶液中 无机氮吸附态土壤胶体吸附 (1～2％) 固定态 2：1型粘土矿物固定 注明：其中无机氮包括：铵态氮(NH4+ — N)、硝态氮(NO3-— N)、亚硝态氮(NO2- — N)三种主要形态。 一般情况下，土壤中存在的主要是有机态氮，占土壤总氮的90~98%。

（二）土壤中氮素的转化过程 1.有机态氮的转化 土壤中的有机态氮是较复杂的有机化合物，必须要经过各种矿化过程，变为易溶的形态，才能发挥作物营养的功能。它的矿化量和矿化速率就成为决定土壤供氮能力的极其重要的因素。土壤有机氮的矿化过程是包括许多过程在内的复杂过程。 ①水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐步分解为各种氨基酸。 ②氨化过程氨基酸在多种微生物作用下分解成氨的过程称为氨化过程。如： RCH2OH＋NH3＋CO2＋能量—水解—→ RCHNH2COOH＋H2O RCHOHCOOH＋NH3＋能量—氧化—→ RCHNH2COOH＋O2 RCOOH＋NH3＋CO2＋能量——还原—→RCHNH2COOH＋H2 由此可见，氨化作用可在多种多样条件下进行。无论水田、旱田，只要微生物活动旺盛，氨化作用都可以进行。

4.1污染物在土壤中的迁移转化

第四章土壤环境化学——污染物在土壤中的迁移转化 本节内容要点：土壤污染源、主要污染物，氮和磷的污染及其迁移转化，土壤的重金属污染及其迁移转化，土壤的农药污染及其迁移转化，土壤中温室气体的释放、吸收及传输等。 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象即为土壤污染。土壤与水体和大气环境有诸多不同，它在位置上较水体和大气相对稳定，污染物易于集聚，故有人认为土壤是污染物的“汇”。 污染物可通过各种途径进入土壤。若进入污染物的量在土壤自净能力范围内，仍可维持正常生态循环。土壤污染与净化是两个相互对立又同时存在的过程。如果人类活动产生的污染物进入土壤的数量与速度超过净化速度，造成污染物在土壤中持续累积，表现出不良的生态效应和环境效应，最终导致土壤正常功能的失调，土壤质量下降，影响作物的生长发育，作物的产量和质量下降，即发生了土壤污染。土壤污染可从以下两个方面来判别：(1)地下水是否受到污染；(2)作物生长是否受到影响。 土壤受到污染后，不仅会影响植物生长，同时会影响土壤内部生物群的变化与物质的转化，即产生不良的生态效应。土壤污染物会随地表径流而进入河、湖，当这种径流中的污染物浓度较高时，会污染地表水。例如，土壤中过多的N、P，一些有机磷农药和部分有机氯农药、酚和氰的淋溶迁移常造成地表水污染。因此，污染物进入土壤后有可能对地表水、地下水造成次生污染。土壤污染物还可通过土壤植物系统，经由食物链最终影响人类的健康。如日本的“痛痛病”就是土壤污染间接危害人类健康的一个典型例子。 1）土壤污染源 土壤污染源可分为人为污染源和自然污染源。 人为污染源：土壤污染物主要是工业和城市的废水和固体废物、农药和化肥、牲畜排泄物、生物残体及大气沉降物等。污水灌溉或污泥作为肥料使用，常使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染。工业及城市固体废弃物任意堆放，引起其中有害物的淋溶、释放，也可导致土壤及地下水的污染。现代农业大量使用农药和化肥，也可造成土壤污染。例如，六六六、DDT等有机氯杀虫剂能在土壤中长期残留，并在生物体内富集；氮、磷等化学肥料，凡未被植物吸收

土壤中的氮素及其转化

土壤中的氮素及其转化 1.土壤中氮素的来源和含量 1.1 来源 ①施入土壤中的化学氮肥和有机肥料；②动植物残体的归还；③生物固氮； ④雷电降雨带来的NO3—N。 1.2 含量 我国耕地土壤全氮含量为0.04%~0.35%之间，与土壤有机质含量呈正相关。 2. 土壤中氮素的形态 3. 土壤中氮素的转化 3.1 有机氮的矿化作用 定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。 过程：有机氮氨基酸NH4＋-N＋有机酸 结果：生成NH4＋-N（使土壤中有机态的氮有效化）

3.2 土壤粘土矿物对NH4＋的固定 定义：①吸附固定（土壤胶体吸附）：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷而引起的对NH4＋的吸附作用 ②晶格固定（粘土矿物固定）：NH4＋进入2:1型膨胀性粘土矿物的晶层间而被固定的作用 过程： 结果：减缓NH4＋的供应程度（优点？缺点？） 3.3氨的挥发 定义：在中性或碱性条件下，土壤中的NH4＋转化为NH3而挥发的过程 过程： 结果：造成氮素损失 3.4硝化作用 定义：通气良好条件下，土壤中的NH4＋在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象 过程： 结果：形成NO3--N 利：为喜硝植物提供氮素 弊：易随水流失和发生反硝化作用 3.5无机氮的生物固定 定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被植物体或者微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。 过程： 结果：减缓氮的供应，可减少氮素的损失 3.6反硝化作用

定义：嫌气条件下，土壤中的硝态氮在反硝化细菌作用下还原为气态氮从土壤中逸失的现象 过程： 结果：造成氮素的气态挥发损失，并污染大气 3.7硝酸盐的淋洗损失 NO3-不能被土壤胶体吸附，过多的硝态氮容易随降水或灌溉水流失。 结果：氮素损失，并污染水体 4. 小结：土壤有效氮增加和减少的途径 增加途径：①施肥(有机肥、化肥)；②氨化作用；③硝化作用(喜硝作物)；④生物固氮；⑤雷电降雨 降低途径：①植物吸收带走；②氨的挥发损失；③硝化作用(喜铵作物)；④反硝化作用；⑤硝酸盐淋失；⑥生物和吸附固定(暂时) 氮肥的种类、性质和施用 氮肥的种类很多，根据氮肥中氮素的形态，常用的氮肥一般可分为三大类。 ①铵态氮肥，如氨水、硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等；②硝态氮肥，如硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾等；③酰胺态氮肥，如尿素。另外还有一类不同于以上的是长效氮肥（缓释/控释氮肥），如合成有机肥料（脲甲醛，脲乙醛等）和包膜肥料等。 1.铵态氮肥 共同性质：①易溶于水，易被作物吸收；②易被土壤胶体吸附和固定；③可发生硝化作用；④碱性环境中氨易挥发。

土壤中氮和磷的存在形态和特点

土壤养分含量以及存在形态和特点 土壤形态 一、根据在土壤中存在的化学形态分为 （1）水溶态养分：土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物。 （2）代换态养分：是水溶态养分的来源之一。 （3）矿物态养分：大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的（对植物有效）。 （4）有机态养分：矿质化过程的难易强度不同。 二、氮的形态与转化 1、氮的形态：（全氮含量0.02%——0.3%） （1）无机态氮：铵离子和硝酸根离子，在土壤中的数量变化很大，1—50mg/kg （2）有机态氮：A、腐殖质和核蛋白，大约占全氮的90%，植物不能利用； B、简单的蛋白质，容易发生矿质化过程； C、氨基酸和酰胺类，是无机态氮的主要来源。 （3）气态氮： 2、氮的转化： 有机态氮的矿质化过程：氨化作用、硝化作用和反硝化作用； 铵的固定：包括2：1型的粘土矿物（依利石、蒙脱石等）对铵离子的吸附；和 微生物吸收、同化为有机态氮两种形式。 土壤是作物氮素营养的主要来源，土壤中的氮素包括无机态氮和有机态氮两大类，其中95%以上为有机态氮，主要包括腐殖质、蛋白质、氨基酸等。小分 子的氨基酸可直接被植物吸收，有机态氮必须经过矿化作用转化为铵，才能被作物吸收，属于缓效氮。 土壤全氮中无机态氮含量不到 5%，主要是铵和硝酸盐，亚硝酸盐、氨、氮气和氮氧化物等很少。大部分铵态氮和硝态氮容易被作物直接吸收利用，属于速效氮。无机态氮包括存在于土壤溶液中的硝酸根和吸附在土壤颗粒上的铵离子，作物都能直接吸收。土壤对硝酸根的吸附很弱，所以硝酸根非常容易随水流失。在还原条件下，硝酸根在微生物的作用下可以还原为气态氮而逸出土壤，即反硝化脱氮。部分铵离子可以被粘土矿物固定而难以被作物吸收，而在碱性土壤中非常容易以氨的形式挥发掉。土壤腐殖质的合成过程中，也会利用大量无机氮素，由于腐殖质分解很慢，这些氮素的有效性很低。 三、磷的形态与转化 1、形态（土壤全磷0.01%——0.2%） （1）有机态磷：核蛋白、卵磷脂和植酸盐等，占全磷总量的15%——80%； （2）无机磷：（占全磷20%—85%） 根据溶解度分为三类 A、水溶性磷： 一般是碱金属的各种磷酸盐和碱土金属一代磷酸盐，数量仅为0.01—— 1mg/kg。在土壤中不稳定，易被植物吸收或变成难溶态。

农田氮_磷向水体迁移原因及对策

农田氮、磷向水体迁移原因及对策 段 亮1,2,段增强2,夏四清1 (11同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092;21中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室,南京 210008) 摘 要:农田氮、磷向水体迁移,不仅造成化肥的利用率低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化。综合评述了农田氮、磷向水体迁移的原因及其控制方面的国内外研究进展。氮、磷肥的过量施用和施用比例不合理是导致农田氮、磷向水体迁移的主要原因;氮、磷向水体迁移量受土壤质地、施肥种类、降雨条件等因素影响;相应措施如优化土地利用、合理施肥和处理农田径流等均可有效地降低农田氮、磷向水体迁移风险。在当前的非点源污染治理中,应采取有力措施控制农田养分流失。关键词:氮、磷流失;非点源污染;水体富营养化;土地利用管理 中图分类号:S14311;S14312;X131 文献标识码:A 文章编号:1673-6257(2007)04-0006-06 收稿日期:2006-05-15 基金项目:国家/十五0重大科技攻关专项(863)(2002AA601012)。作者简介:段亮(1983-),男,安徽巢湖人,同济大学环境工程专业博士研究生,主要从事水污染控制方面的研究。段增强为通讯作者。 水体富营养化是当今世界的水污染难题,已成为世人关注的主要环境问题之一,为解决这一难题,各国都在控制营养物质的来源(主要是氮、磷)上投入了大量的人力、财力。然而,水体富营养化的影响因素很多,其营养物质的来源也十分复杂,在发达国家,最初的治理重点是放在城市污水等点源污染上,但取得的成效却非常有限,水体中营养物质富集而导致的富营养化现象却并未因此而有显著的减少。大量的研究结果表明,富营养化现象的发生与农田土壤中的氮、磷等养分的流失有着十分密切的关系[1-4] 。因此,控制农田氮、磷流失 已日益受到人们的重视。1 氮、磷向水体迁移的原因111 肥料的过量施用 由于过量施用化肥,目前土壤氮、磷盈余量(各种途径的输入量-各种途径的输出量)在不断增加,而肥料的利用率一直得不到提高,我国肥料平均利用率较发达国家低10%左右,其中氮肥为30%~35%,磷肥仅有10%~20%[5]。氮、磷的大量盈余必然导致化肥向水体流失量的显著增加。盈余的氮、磷除流失到农田生态系统,造成大气和水 环境污染之外,一部分积累在土壤中,使农田土壤的养分盈余不断提高,这又将进一步导致农田生态系统营养盐流失量的增加。以太湖为例,太湖流域是我国农业发达地区之一,农业集约化程度较高,是高投入、高产出区,如江苏苏南,全区面积仅占全国的014%,而化肥使用量占全国的113%[6]。据农业部统计资料计算[7] ,我国目前化肥的年使用量达4124万t,按播种面积计算,单位面积化肥使用量为400kg/hm 2,远远超过发达国家为防止化肥对水体造成污染而设置的225kg/hm 2的上限。而在江苏、浙江、上海和环太湖的一些县、市,化肥的使用量高达500kg/hm 2,氮、磷素过剩,流入太湖,导致水体富营养化。 作物对磷肥的利用率较低,长期过量地施用磷肥,常导致农田耕层土壤处于富磷状态,从而通过径流等途径向水体迁移[8]。有研究资料报道[9],在太湖流域的锡山和常熟两地水稻土上,施用不同用量的磷肥,当季径流中携带的总磷(TP)和颗粒磷(PP)都随着磷肥用量的增加而增加,磷负荷量(P load)也相应增大(表1)。江苏省农学和环境科学家建议[10]:为控制农业非点源污染,单季晚稻适宜施氮肥量135~180kg/hm 2。中国科学院朱兆良院士[11] 等研究了苏南太湖流域稻、麦的适宜施氮量:单季晚稻102~195kg/hm 2,小麦为120kg/hm 2。可见,目前太湖流域内平均施肥水平已超过专家建议的适宜施肥量,大量氮、磷流失进入水体,既浪费了资源,又造成了水污染。 ) 6)

氮在地下水中迁移转化规律

氮在地下水系统中的迁移转化挤数学模型 摘要：近年来，我国部分地区地下水硝酸盐污染态势十分严峻，特别是集约化种植区由于施用大量氮肥导致的硝酸盐污染更为严重。为控制污染，应掌握地下水硝酸盐污染的空间变异规律与分布特征。采用地统计学方法.结果表明，不同区域地下水硝态氮含量存在一定的差异，存在明显的趋势效应以及变异性，且含量随地下水深度增加而减少。通过相关性分析，获得与地下水硝态氮含量相关性最高的两个因子（土壤有机质含量和全氮含量），并作为协克里金（Cokriging）插值方法中的协同因子，地下水硝酸盐污染进行插值。经比较分析，协克里金法比普通克里金法（OrdinaryKriging）的精度高，减少了80％的平均误差。协克里金法空间插值结果表明，空间分布规律表现在从西南到东北逐渐升高的方向性效应，而地下水硝态氮含量较高的区域主要分布在潍坊、青岛、烟台种植区，如青岛的平度、莱西，潍坊的寿光等农业较发达的种植区。 关键词：地下水硝酸盐污染；空间变异；地统计；协克里金法 Abstract：In recent years, groundwater nitrate pollution in some regions of China is very serious. Especially，nitrate pollution in intensive cultivation areas is more serious for the application of a large number of nitrogen fertilizer. The objective of this preliminary research is to investigate the potential of application geo statistical method to explore spatial variability of groundwater nitrate pollution in Shandong intensive farming regions in China. Detailed sample data of groundwater nitrate nitrogen were collected in 175 farming sites representing the typical cropping systems in the study area. Semi-variole of the geo-statistical method was used to analyze the groundwater nitrate nitrogen spatial variability based on the 175 sample sites data. The results indicated that there was an obvious variability and trend effect that gradually increasing from the southwest to the northeast. Furthermore, the concentration decreased with the increase in the depth of groundwater. For obtaining the spatial variation of groundwater nitrate nitrogen in the whole study area, cokriging method was utilized to interpolate the groundwater nitrate nitrogen pollution with two synergy factors（e.g. soil organic matter content and total nitrogen content）which were the most obvious relevant with groundwater nitrate nitrogen concentration. Compared with ordinary cringing method, cokriging method achieved higher precision with a decrease of 80% of the average error. Cokriging spatial interpolation results showed that areas with higher nitrate nitrogen concentration in groundwater mainly distributed in Weifang, Qingdao, and Yantai intensive farming regions, due to the excessive use of nitrogen fertilizer in these regions. The result suggested that the cokriging spatial interpolation was an effective approach of obtaining the groundwater nitrate nitrogen spatial variability in intensive farming regions. The possible reasons for the

农田氮_磷的流失与水体富营养化(精)

农田氮、磷的流失与水体富营养化① 司友斌王慎强陈怀满② (中国科学院南京土壤研究所南京210008 摘要农田氮、磷的流失,不仅造成化肥的利用率降低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化。本文讨论了农田氮磷流失对水体富营养化的贡献、农田氮磷流失途径及影响因素,提出了减少农田氮磷流失、控制水体富营养化的措施。 关键词农田氮素;农田磷素;淋溶作用;水体富营养化 肥料提供了植物生长必需的营养元素,对保持作物高产稳产起了重要的作用,但是由施肥不当或过量施肥带来的环境污染问题也越来越突出,其中农田氮磷流失引起的水体富营养化问题目前已受到人们的普遍关注。 1水体富营养化的表现及形成原因 水体富营养化通常是指湖泊、水库和海湾等封闭性或半封闭性的水体,以及某些滞留(流速<1米/分钟河流水体内的氮、磷和碳等营养元素的富集,导致某些特征性藻类(主要是蓝藻、绿藻等的异常增殖,致使水体透明度下降,溶解氧降低,水生生物随之大批死亡,水味变得腥臭难闻。引起水体富营养化起关键作用的元素是氮和磷。研究表明,对于湖泊、水库等封闭性水域,当水体内无机态总氮含量大于 0.2mg/L,PO3-4-P的浓度达到0.02mg/ L时,就有可能引起藻华(Algae Bloms现象的发生。 据对我国25个湖泊的调查,水体全氮无一例外超过了富营养化指标,全磷只有2个湖泊(大理洱海和新疆博斯腾湖低于0.02mg/L的临界指标,其余92%的湖泊皆超过了这个标准,比国际上一般标准高出10倍或10倍以上(表1。 表1我国25个湖泊中的全N全P浓度(mg/L及所占比例[1]

全N全P <0.2>1.0>2.0>5.0<0.02>0.1>0.2>0.5 湖泊数 %0 21 84 13 52 5 20 2 8 16 64 12 48 6 24

土壤中氮的形态和转化

土壤中氮的形态和转化 徐斌 一、土壤中氮的形态 土壤中的氮素形态分无机态及有机态两大类，但以有机态为主，按其溶解度大小和水解难易分为3类：第一，水溶性有机氮；第二，水解性有机氮；第三，非水解性有机态氮；它们在一般酸碱处理下不能水解，但可在各种微生物的作用下逐渐分解矿化。 土壤无机态氮很少，一般表土不超过全氮的1％－2％。土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮。它们都是水溶性的，都能直接为植物吸收利用。铵态氮为阳离子，能为土壤胶体所吸收成为交换性阳离子，但也有一部分在进入粘粒矿物晶架结构中后，被闭蓄于晶层间的孔穴内成为固定态铵。 1.有机态氮 按其溶解度大小和水解难易分为3类： 第一、水溶性有机氮一般不超过全氮的5％。它们主要是一些游离的氨基酸、胺盐及酰胺类化合物，分散在土壤溶液中，很 容易水解，释放出离子，是植物速效性氮源。 第二、水解性有机氮占全氮总量的50％－70％。主要是蛋白质多肽和氨基糖等化合物。用酸碱等处理时能水解成为较简单 的易溶性化合物。 第三、非水解性有机态氮占全氮的30％－50％。它们在一般酸碱处理下不能水解，但可在各种微生物的作用下逐渐分解矿化。 2．无机态氮

土壤无机态氮很少，一般表土不超过全氮的1％－2％。土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮及亚硝态氮。它们都是水溶性的，都能直接为植物吸收利用。 第一，硝态氮土壤中硝态氮主要来源于施人土壤中的硝态氮肥和微生物的硝化产物。 第二，铵态氮土壤中的铵态氮又分为三种，铵态氮为阳离子，能为土壤胶体所吸收成为交换性阳离子，但也有一部分在进入粘粒矿物晶架结构中后，被闭蓄于晶层间的孔穴内成为固定态铵。 第三，亚硝态氮土壤中的亚硝态氮是硝化作用的中间产物。二、土壤中氮的转化 土壤氮素形态较多，各种形态的氮素处于动态变化之中，不同形态的氮素互相转化，对于有效氮的供应强度和容量有重要意义。 1.有机态氮的转化 土壤中的有机态氮是较复杂的有机化合物，必须要经过各种矿化过程，变为易溶的形态，才能发挥作物营养的功能。它的矿化量和矿化速率就成为决定土壤供氮能力的极其重要的因素。土壤有机氮的矿化过程是包括许多过程在内的复杂过程。 ①水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐步分解为各种氨基酸。 ②氨化过程氨基酸在多种微生物作用下分解成氨的过程称为氨化过程。如： RCH2OH＋NH3＋CO2＋能量—水解—→ RCHNH2 COOH＋H2O RCHOHCOOH＋NH3＋能量—氧化—→ RCHNH2COOH＋O2 RCOOH＋NH3＋CO2＋能量——还原—→RCHNH2 COOH＋H2

永定河怀来段氮磷时空分布及迁移规律研究

永定河怀来段氮磷时空分布及迁移规律研究为永定河怀来段水质提标,使八号桥国控断面达到III类水质要求,对永定河怀来段进行水质评价,确定水质污染程度,摸清氮磷的时空分布特征和水质变化规律,是该河段污染源控制、建设官厅水库上游国家级生态保护工程的前提。本文选取永定河怀来段作为研究对象,针对河流富营养化问题进行了为期一年的水质监测,明确永定河怀来段的氮磷时空分布特征,采用综合水质标识指数评价法,对该河段不同时期水质污染特征进行综合评价;运用主成分分析法确定该河段主要污染因子;用聚类分析法确定各个采样点空间分布特征;采用氮磷比和富营养化综合指数评估水体富营养化程度,探索永定河怀来段氮、磷污染现状,分析水体氮、磷营养盐结构时空变化规律,解析富营养化风险,以期揭示该河段的水质指标的时空变化特征;使用QUAL2k模型进行污染物迁移转化模拟,并且提出优化方案,使八号桥国控断面能够达到Ⅲ类水体要求,以期对永定河入库污染负荷削减提供参考依据。 永定河怀来段水体整体较差,TN均值为10.60 mg/L,ON和 NO₃^--N为TN的主要的存在形式;TP的均值为0.64 mg/L,SRP占TP的44.85%;春季灌溉回水使永定河干流氮磷的含量显著增加,尤其是ON增加明显。永定河怀来段综合水质标识指数为5.722,为Ⅴ类水体。 永定河怀来段水体污染物主要是氮磷营养盐和耗氧型有机物。永定河怀来段平水期和丰水期表现为磷为限制性营养元素（氮磷比>30,）,而枯水期水质适合藻类生长（7<氮磷比<30）,但由于北方枯水期为冬季,温度较低,爆发水华的可能性较低。 永定河怀来段水体时空变化大多数处在“富”营养化阶段。永定河怀来段干

读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》

读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》 作者——陈英旭梁新强 前言：本书是陈英旭教授领导的团队对太湖流域水环境近十年来持续研究的成果，从田间中观到区域宏观阐明农田土壤氮磷流失的发生机制和界面过程。估算了区域氮磷流失强度与通量，提出了利用新型硝化抑制剂，生态施肥和生态灌溉等方法圆头阻控氮磷流失的策略和措施建议。 国际上关于农田养分流失提出“最佳管理措施”（BMPs Best Management Practices ）1、农田最佳养分管理，2、农业水土保持技术及其配套措施，3、等高线条带种植技术，4、在水源保护区指定和执行限定性农业生产技术标准。 内容 农业面源污染：泛指污染物从非固定的地点，通过径流汇入受纳水体并引起水体富营养化或其他形式的污染。三大特征：发生具有随机性，排放途径和排放污染物具有不确定性，时空的差异性。研究的核心过程：降雨径流（代表有美国SCS 模型），土壤侵蚀（美国提出的通用土壤流失方程USLE及后来改进的RUSLE），地表溶质溶出（有效混合深度EDI），土壤溶质溶出四个过程。 农业面源研究常用模型：RUSLE CREAMS AGNPS ANSWERS WEPP SWAT 美国农业部农业研究局（US departent of agriculture and agriculture research service USDAARS）在1992年12月正式发行RUSLE（revised universal soil loss equation）RUSLE是一套完整软件，可以测出适用于不同地区不同作物和耕作方式及林地、草地灯土壤侵蚀速率的很小的变化。 农业面源污染主要调控技术：面临的问题，缺乏适合中国农村特色的施肥技术，不合理的田间耕作管理模式。 稻田淹水时期通过降雨径流及排水径流大量流失的氮磷已经成为影响水体环境的一个重要农业面源污染源。研究对杭嘉湖平原的杭州市，湖州市和嘉兴市调查水中典型水生植物浮萍与藻的数量及分布情况，同时以嘉兴双桥农场大田为例，进一步探讨浮萍密度，藻的数量及多样性以及叶绿素a含量对不同施肥量的响应状况。大量研究表明，藻类数量总量与叶绿素a之间有很好的直线正相关关系，可以作为藻类生物量的表征。而叶绿素a含量与浮萍密度之间呈显著的线性负相关，说明浮萍的生长抑制了田面水中藻类的生长于繁殖。 浮萍除了本身吸收大量氮磷外还影响水体硝化和反硝化及氨挥发等主要氮素转化过程,稻田中大量生找的浮萍可加快田面水尿素态氮的水解过程，浮萍可以起到降低氮素流失的潜能作用，浮萍层的存在可明显降低氨挥发损失，同时有利于提高氮素利用率。 硝化作用是在通气条件下由土壤微生物把氨气和某些胺化合物化为硝态氮化合物的过程。SWAT（soil and water assessment tools）主要是模拟和预测不同土地利用类型和多种农业管理措施对流域的水，泥沙，化学物质的长期影响。

土壤中氮和磷的形态提取方案

土壤中氮和磷的形态提取方案 一、磷 磷以无机磷和有机磷两大类形式存在，其中无机磷的存在形式可以进一步分为易交换态磷或弱吸附态磷、铝结合磷、铁结合磷、闭蓄态磷、钙结合磷、原生碎屑磷。也有学者将无机磷分为可溶性磷、铁结合态磷、铝结合态磷、钙结合态磷、闭蓄态磷。由于有机磷分离和鉴定困难，因此许多学者将有机磷看作一个形态。 1、砂质土壤中水溶性磷提取方法的比较 目前，水溶性磷的提取方法和条件还没有统一，常用的提取剂除去离子水外，还有0．01 mol·l-1CaCl的中性盐。用去离子水直接提取时，因电介质浓度太低，提取物经离心后仍可保留较多的细胶体，这些细胶体不能通过普通滤纸过滤而消除，必须采取0．45μm微孔膜过滤才能有效地去除胶体物质，因此，许多研究采用稀溶液来替代去离子水来提取水溶性磷。但当土壤溶液中引入高浓度的钙离子时，溶液中的正磷酸根可与Ca离子作用形成溶解度较低的化合物，这可能会影响土壤水溶性磷的提取效果，而采用稀KCl可能避免这一问题。 用0．02 mol·l-1KCl提取水溶性磷操作方便，提取量与用去离子水提取0．451μm微孔膜过滤的磷接近，是砂质土壤水溶性磷较为理想的提取方法。而用去离子水提取仅过普通滤纸因滤液中残留胶体可使水溶性磷提取量偏高，用0．01 mol·1-1CaCl2提取，因ca2+浓度较高，可抑制土壤磷素的释放，使水溶性磷提取量偏低。 2、磷形态顺序提取分析方法 许多磷形态化学顺序提取法得到了运用。它的原理是利用不同化学浸提剂的特性，将沉积物中各种形态的无机磷加以逐级分离。它的原理是利用不同化学浸提剂的特性，将沉积物中各种形态的无机磷加以逐级分离。是在Tessier等研究结果基础上发展起来的顺序提取方法——BCR顺序提取方法。欧共体标准物质局（BCR，现名欧共体标准测量与检测局）为解决由于不同的学者使用的流程各异、缺乏一致的实验步骤和相关标准物质、世界各地实验室的数据缺乏可比性等问题，欧盟委员会通过建立标准，测量和测试框架发起了一个综合性项目，主要目的是：①设计一个合理的顺序提取流程；②测试内部试验研究中所选用的流程；③鉴

环境保护前沿—干湿交替变化对土壤中磷形态影响及环境意义

Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2012, 2, 15-19 doi:10.4236/aep.2012.22003 Published Online June 2012 (https://www.wendangku.net/doc/f12608989.html,/journal/aep) Influence of Alternative Drying-Wetting on Phosphorus Fractions in Soils with Different Organic Matter Content and Environmental Implications* Linlin Wei1, Gang Xu1,2#, Junna Sun2, Wenjun Xie2, Hongbo Shao1,3# 1Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 2Shandong Provincial Key Laboratory of Eco-Environmental Science for Yellow River Delta (Binzhou University), Binzhou 3Institute of Life Sciences, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao Email: {llwei, #gxu, #hbshao}@https://www.wendangku.net/doc/f12608989.html, Received: Mar. 25th, 2012; revised: Apr. 9th, 2012; accepted: Apr. 12th, 2012 Abstract: In the context of global change, it is of significance to study the effect of alternative drying-wetting on the soil fertility level and the environmental quality of water body. In this study, soil P was fractionated by using a modified Hedley fractionation method to examine the effect of alternative drying-wetting on phosphorus fractions in soils with different organic matter content. The results displayed no significant difference of total phosphorus between the two treatments because the coefficient of variance was less than 10%. However, there is a significant change in the distribu-tion of soil phosphorus fractions: increase the content of labile-P (especially resin-P) and organic-P (NaHCO3-Po, NaOH-Po and Con.Hcl-Po) while decreasing the content of NaOH-Pi and occlude-P. Under the alternative drying and wetting condition, resin-P increased by 121% in the organic soil, while only increasing by 31% in the sterile soil, which indicates a significant effect of alternative of drying and wetting on labile-P in soils with high organic matter content. The study indicates that alternative drying and wetting seemed to drive the phosphorus transformation from the oc-clude-P to labile-P and organic-P. In the context of global change, alternative drying and wetting can increase the con-tent of labile P in the soil to improve crop growth. However, when there is rainfall or irrigation, it may aggravate the loss of soil phosphorus, which will induce the offshore eutrophication and possibly threaten the coastal environmental quality and regional ecological security. Keywords: Phosphorus Fractionation; Drying-Wetting; Climate Change; Organic Soil; Sterile Soil 干湿交替变化对土壤中磷形态影响及环境意义* 魏琳琳1，徐刚1,2#，孙军娜1，谢文军2，邵宏波1,3# 1中国科学院烟台海岸带研究所，烟台 2山东省黄河三角洲生态环境重点实验室(滨州学院)，滨州 3青岛科技大学生命科学研究所，青岛 Email: {llwei, #gxu, #hbshao}@https://www.wendangku.net/doc/f12608989.html, 收稿日期：2012年3月25日；修回日期：2012年4月9日；录用日期：2012年4月12日 摘要：在全球变化的背景下，干湿交替对于土壤肥力水平和水体环境质量，具有重要的研究意义。本研究采用修正Hedley土壤磷素分级方法，研究了干湿交替对不同有机质含量土壤磷形态的影响。研究结果表明，干湿交替对土壤总磷的影响不大，变异系数C.V% < 10%。干湿交替极大的改变了土壤中磷形态的分布：显著提高了土壤有效磷(尤其是树脂磷)和有机磷(NaHCO3-Po，NaOH-Po和Con.HCl-Po)的含量，同时降低了土壤中NaOH-Pi 和闭蓄态磷的含量。在干湿交替条件下，有机土中树脂磷提高了121%，而贫瘠土中树脂磷仅提高了31%，这说明干湿交替对有机质含量高的土壤活性磷影响更为显著。该研究表明干湿交替促进了土壤中磷由闭蓄态磷向活*基金项目：山东省黄河三角洲生态环境重点实验室开放基金(2009KFJJ05)，国家自然科学基金(41001137；41171216)，中国科学院百人计划和中国科学院创新团队国际合作伙伴计划，烟台市科技发展计划重大项目(20102450；2011016)。 #通讯作者。