遼河流域土壤氨氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律探討

李卓

（錦州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，遼寧 錦州 121001）

1 引言

氮元素是土壤中植物及農(nóng)作物所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是植物生長(zhǎng)最重要的養(yǎng)分限制因子，但由于天然降水和不適當(dāng)?shù)墓喔刃纬傻牡乇韽搅鳎瑢⑥r(nóng)田氮素、磷素轉(zhuǎn)移帶入到地表水體，不但造成土壤氮、磷的大量流失，還造成了河道的水體中營(yíng)養(yǎng)元素過高，藻類的大量繁殖形成富營(yíng)養(yǎng)化。因此，深入研究氮素在耕作層土壤環(huán)境體系中的行為去向，對(duì)提高氮肥利用率、減少水體富營(yíng)養(yǎng)化具有十分重要的意義。

遼河全長(zhǎng)1430km，流域面積22.94萬km2，主要流經(jīng)內(nèi)蒙古、遼寧兩省區(qū)。東、西遼河在遼寧省昌圖縣福德店附近匯合后始稱遼河。遼河地區(qū)主要的土壤類型為山地暗灰色森林土、黑鈣土型沙土、栗鈣土及褐色土。本論文是針對(duì)該流域內(nèi)的砂土的研究，所以選擇林地土、草地土、水田土和菜地土等多種典型的土地利用類型的風(fēng)沙土進(jìn)行土壤樣品的采集。

2 氮素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理

農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的遷移機(jī)制是模擬、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、治理的基礎(chǔ)，其遷移過程包括降雨徑流過程、土壤侵蝕過程、地表溶質(zhì)溶出過程和地表溶質(zhì)滲漏過程。這4個(gè)過程相互聯(lián)系相互作用。其遷移方式按形態(tài)劃分主要有以下兩種:①懸浮態(tài)流失，即污染物結(jié)合在懸浮顆粒上隨土壤流失進(jìn)入水體；②淋溶流失，即水溶性較強(qiáng)的污染物被淋溶而進(jìn)入徑流。遷移途徑主要包括氮素隨水在坡面土壤的養(yǎng)分流失、土壤剖面淋溶和壤中溶質(zhì)運(yùn)移等過程在量和形態(tài)上的變化。

NH4＋的遷移主要機(jī)理是擴(kuò)散。對(duì)不同擴(kuò)散時(shí)間、不同距離的NH4＋濃度變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果表明NH4HCO3粒肥施入土體中，其離子呈球形擴(kuò)散。而NO3－—N主要以質(zhì)流方式遷移。最典型的描述土壤硝態(tài)氮淋洗過程的確定性模型是對(duì)流—擴(kuò)散模型。因土壤帶負(fù)電荷，對(duì)NO3－—N的吸附甚微，故NO3－易遭受雨水或灌溉水淋洗而進(jìn)入地下水或通過徑流、侵蝕等匯入地表水中。而土壤顆粒和土壤膠體對(duì)NH4＋具有很強(qiáng)的吸附作用，使得大部分可交換態(tài)銨得以保存在土壤中，但在特定的條件下也可能存在質(zhì)流或在土壤剖面中隨水下滲而遷移。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 吸附試驗(yàn)

（1）將每個(gè)樣品稱取50g各10份于50mL注射器中，分別加入含氨量為100mg／L、200mg／L、300mg／L、400mg／L、500mg／L、600mg／L、700mg／L、800mg／L、900mg／L、1000mg／L的 NH4CL溶液500mL放入淋溶瓶中，通過醫(yī)用的軟管對(duì)土壤樣品做動(dòng)態(tài)的吸附實(shí)驗(yàn)，直到使土壤中的銨態(tài)氮飽和停止滴定，根據(jù)淋溶液的濃度來判斷是否達(dá)到飽和，并測(cè)定出土壤的最大吸附量。

（2）氨氮的滴定液用氯化銨來制備，制備成10000mg／L的標(biāo)準(zhǔn)貯藏液。

（3）濾出液用納氏試劑比色法來測(cè)定。

3.2 淋溶試驗(yàn)

淋溶試驗(yàn)是將上述的加入NH4CL標(biāo)準(zhǔn)液的土柱，繼續(xù)滴入去離子水（注意控制流速要保持一致），并且檢測(cè)其淋溶液中氨氮的含量，到淋溶液中氨氮的含量很少的時(shí)候，停止滴入去離子水，計(jì)算出淋溶液中氨氮的總的含量，其氨氮的含量測(cè)定與吸附試驗(yàn)的氨氮的測(cè)定方法一致。

3.3 其他輔助試驗(yàn)

（1）比重計(jì)法測(cè)定風(fēng)沙土的顆粒組成。

（2）重鉻酸鉀法測(cè)定風(fēng)沙土的有機(jī)質(zhì)含量。

3.4 等溫吸附曲線的繪制

Langmuir方程可表示為:

利用Langmuir吸附方程土壤的吸附過程進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，Langmuir吸附方程對(duì)該吸附過程擬合有較好的相關(guān)性，r值可達(dá)0.99以上。該吸附過程可用Langmuir吸附方程來描述。

4 結(jié)果及討論

4.1 不同類型風(fēng)沙土的等溫吸附曲線結(jié)果及分析

風(fēng)沙土分為固定風(fēng)沙土、流動(dòng)風(fēng)沙土和半流動(dòng)風(fēng)沙土。

4.2 不同土壤樣品進(jìn)行飽和吸附量的計(jì)算結(jié)果

對(duì)不同土壤樣品進(jìn)行了飽和吸附量的計(jì)算，結(jié)果見表1。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）耕地吸附氨氮的能力要比喬木林地和灌木林地所吸附的氨氮量高，吸附氨氮的能力比較強(qiáng)。

（2）耕地吸附氨氮的效果明顯要比流動(dòng)和半流動(dòng)的吸附量大得多，和土壤的顆粒組成成負(fù)相關(guān)，流動(dòng)沙的土壤顆粒較大所以相對(duì)的比表面積較小吸附的能力自然不會(huì)很強(qiáng)，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，流動(dòng)砂土顆粒較大，密度大所以同等質(zhì)量的土柱，流動(dòng)沙土和半流動(dòng)砂土的土柱的空隙也很大，且要比農(nóng)耕地和林地等細(xì)顆粒土壤的土柱短一些，更加縮短了標(biāo)準(zhǔn)液在土柱中的吸附時(shí)間。

（3）植被覆蓋率高一些有機(jī)質(zhì)的含量要大些，有機(jī)質(zhì)的含量是影響土壤吸附氨氮的另一個(gè)原因，流動(dòng)和半流動(dòng)的沙土的植被覆蓋得較少，所以對(duì)于氨氮的吸附量較小。

表1 不同土壤樣品進(jìn)行飽和吸附量的計(jì)算結(jié)果

［1］宋達(dá)泉.張革純.遼河流域及其毗鄰地區(qū)的土壤類型及水土保持問題［J］.遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，1963（4）.

［2］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

［3］魯如坤.土壤—植物營(yíng)養(yǎng)學(xué):原理和施肥［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998.