水文过程中灌区农田非点源氮的归趋研究进展.pdfVIP

第2l卷第6期 水科学进展 V01．21．No．6 2010年11月 INWATERSCIENCE Nov．．2010 ADV’ANCES 水文过程中灌区农田非点源氮的归趋研究进展 孔莉莉，张展羽，朱 磊 (河海大学水利水电学院．江苏南京210098) 摘要：天然降雨径流是灌区农田非点源氮污染形成的主要动力因素，研究降雨径流中农田氮素的流失规律及模拟 方法对中国灌区非点源氮的综合治理具有重要意义。从农田氮素流失机理、影响因素以及预测方法等几个方面概 述了水文过程中灌区农田非点源氮素归趋的研究进展，其中着重分析了水文过程中农田氮素流失预测的“黑箱” 法、“解剖”法的优缺点和适用范围；并在此基础上，提出了中国开展灌区农田非点源氮污染研究的重点，包括典 型研究单元选择、尺度界定以及不同水文路径中农田氮素流失的耦合模拟等。 关键词：水文过程；灌区；农田；氮素；归趋 文献标志码：A 中图分类号：X50l；S143．1；G353．11 灌区是农业生产活动剧烈而又相对集中的粮食生产基地。近年来，为提高灌区的产出能力，人们不断加 大氮肥施用水平，却因未能把握适时、适量等最佳施肥管理方法，导致农田氮肥流失严重，进而加剧下游水 体的富营养化，灌区非点源氮污染问题凸显严峻。而农田作为灌区的组成单元，是灌区非点源氮污染防治的 关键所在。目前，国内外对农田氮素流失的过程机制、输出负荷模拟以及防控措施的研究已较为丰富，并逐 步从农田小区尺度扩大到灌区尺度乃至整个流域尺度；时间尺度上也多选择对场次降雨径流过程(包括人工 模拟降雨或天然降雨)、农田灌溉排水过程以及长时间序列的日常常规监测，然而众多研究指出降雨径流是 农田非点源氮输出的主要驱动力与载体，尤其是强降雨事件引起的农田土壤氮素流失不容忽视。本文以天然 降雨条件为论述前提，详细阐述降雨径流过程中农田氮素水土界面的时空归趋机理以及众多客观因素对氮素 流失负荷的协同影响，并系统总结农田氮素流失量的主要预测方法，研究将进一步深化认识降雨对农田氮素 流失的贡献效应，为保护中国灌区农田生态环境及防控天然降雨造成的灌区非点源氮污染提供科学依据。 1 水文过程中农田氮素的归趋机理 水文过程通常是指降雨入渗、产流及汇流3个阶段，而氮素归趋主要包括氮的物理运移(可溶态氮与颗 粒态氮的溶出、搬运、沉淀机制)和化学、生物降解转化(氮的挥发、硝化、反硝化等机制)等一系列的环境行 为…。二者相互关联、共同作用使得氮素在农田小区及灌区尺度上进行着动态分配。单就农田尺度而言， 降雨条件下氮素的空间归趋途径主要有坡面径流、淋溶及地下排水，同时伴随着氮素的各种生物化学转化 过程。 1．1 坡面径流 降雨过程中，到达地面的雨水首先经历土壤入渗，当土壤下渗能力小于降雨强度时，产生坡面径流；与 此同时，土壤表层氮在雨滴打击及径流冲刷作用下，不断向坡面径流传递和迁移。氮素向坡面径流传递的机 收稿日期：2010-01·21 基金项目：国家自然科学基金资助项目；教育部博士点基金资助项目(200802940006) 作者简介：孔莉莉(1981一)，女，山东枣庄人，博士研究生，主要从事农业水土工程与水土环境研究。 E—mail：walily6ll@126．com 通信作者：张展羽，E-mail：zhanyu@hhu．edu．cn 854 水科学进展 第21卷 制主要体现在：表层土壤氮素的溶出、解吸以及浓度梯度作用下氮素在表层土壤溶液与坡面径流间的对流、 扩散‘21。进入坡面径流的氮素形式也一般有两种，一是溶解态形式，直接随水相迁移；另一种是吸附态形 式，随径流中泥沙相的搬运而流失∞1。相同的降雨条件下，对于不同的土地利用方式，其坡面径流氮的主 要输出形态差别较大。研究指出，旱地坡面径流中颗粒态氮是氮的主要输出形态，而水田则以溶解态氮输出 为主。4…；此外，李恒鹏等‘3。还对比分析了暴雨过程中地表径流与壤中流的氮素流失特