作者:张甘霖等 来源:《环境科学与技术》 发布时间:2020/10/19 10:49:09
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网纹红土亟须“拆弹”

 

农业生产中大量施用氮肥会导致氮素残留在土壤中,遇到强降雨,这些残留的氮素就以硝态氮的形态进入地下水,从而对环境和人造成伤害。

近日,中科院南京土壤所研究员张甘霖团队在发现和表征亚热带红壤地区深层氮素积累的基础上,进一步厘清了典型红壤关键带内硝态氮渗入地下水的过程和机理,相关研究在《环境科学与技术》上发表。

“硝态氮下渗过程中,会受到土壤的'抵挡',但随着时间的推移,'氮素大军'不断集结、队伍不断壮大,像一颗不断填充炸药的'定时炸弹',高悬在地下水之上,随时都有引爆的风险。”该论文第一作者杨顺华告诉《中国科学报》,“过去认为红壤硝化作用弱,加之淋溶作用强,很少在土体富集,但最近我们发现情况并非这样。”

研究发现,红壤关键带中硝态氮主要分布在网纹红土层中,网纹红土中的硝态氮储量占累积层的81%,两者厚度的重合比例也高达79%。

随机森林分析结果表明,土壤pH值是预测硝态氮浓度变化的最重要因素,其次为土壤黏粒含量。相对于均质红土层和半风化层,网纹红土层的pH值更低、黏粒含量更高。pH值降低会增加土壤颗粒表面的正电荷数量,从而使土壤颗粒有了更强的吸附负电荷的能力;黏粒的增加则导致土壤通气孔隙减少,进一步堵塞了硝态氮向下迁移的通道。就这样,化学吸附大行其道、物理通道遭遇封堵,形成了硝态氮累积层。

通过分析果园和旱地的硝态氮累积层,研究人员发现,随着种植年限的增加,累积层的厚度不断加大,其硝态氮的浓度和储量也逐渐增大。这说明土壤抵抗硝态氮进攻的压力正逐渐增大。如果土壤的环境容量达到极限,“氮素大军”将突破网纹红土层的防线,进入地下水。

“网纹红土的阻挡能力强,从而延缓了硝态氮向下移动。砂性土壤水分下渗则更快。所以理论上讲,同等情况下,砂性土壤应该更危险。”杨顺华认为,地下水硝酸盐污染受很多因素影响,比如地下水位深度等,但网纹红土中更易大量积累,突然爆发。

“防治地下水污染,可以分别从地上地下两方面入手。在农田区域可以加强施肥管理,按照作物需求精细化施肥,提高作物对化肥利用效率,使肥料得到充分利用,不向下进入地下水。”杨顺华说,“对于已经残留在土壤深处的土壤,可以引入深根植物,再吸收利用一部分深部的硝态氮。此外还可以辅助用一些修复措施,将硝态氮转化成无害的氮气。拆掉这颗‘定时炸弹’。”(来源:中国科学报 张双虎)

相关论文信息:https://dx.doi.org/10.1021/acs.est.0c04204

 
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