典型农业灌区土壤铵态氮吸附/解吸规律研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wang840911
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随着农业施肥量的不断增多,地下水氮素污染日益严重,对人类生存环境和身体健康造成严重威胁。铵态氮作为氮污染的主要污染物之一,近年来对于其吸附/解吸影响因素的研究主要着眼于土壤理化性质方面,对于地下水离子属性影响的研究较少。因此,本文针对人民胜利渠灌区水资源供需矛盾急剧增大及地下水污染加剧等问题,基于2018年9月灌区土壤及地下水理化性质实测数据,采用野外监测、室内试验和模型模拟相结合的方法,开展在地下水灌溉下三类主要土壤(粉土、粉壤土、沙壤土)的铵态氮吸附/解吸机理的研究,对于提高氮肥利用率及预防治理地下水铵态氮污染具有一定的理论意义与应用价值。主要研究内容和结论如下:(1)开展吸附/解吸动力学与热力学实验,通过Origin拟合技术与数理统计方法,分析铵态氮吸附/解吸的动力学与热力学模型特征,得出灌区铵态氮吸附/解吸的变化规律。该灌区铵态氮吸附/解吸动力学过程符合非线性准二级动力学模型,且表现出“快吸附-慢解吸”的关系。铵态氮吸附/解吸热力学过程符合Freundlich、Langmuir、Temkin三种常见等温吸附模型。对于吸附过程,吸附容量程度常数kf值(Freundlich模型)与粘粒、粉粒呈正相关,与沙粒呈负相关;理论最大吸附量km值(Langmuir模型)与粘粒、粉粒呈正相关,与沙粒呈负相关;平衡常数K值(Temkin模型)与理论最大吸附量、实际最大吸附量均呈显著正相关。对于解吸过程,吸附容量程度常数kf值与沙粒呈负相关;理论最大解吸量km值与沙粒呈正相关;平衡常数K值与理论最大解吸量、实际最大解吸量均呈显著正相关。(2)通过SPSS软件与线性回归方法,分析不同土壤铵态氮的最大吸附/解吸量、等温模型参数及影响因素的相关性和偏相关性,揭示影响灌区吸附/解吸过程的主要因素。对于最大吸附量,粉土和粉壤土的影响较高,其次为沙壤土,最大吸附量与土壤中粘粒、粉粒含量呈正相关;对于最大解吸量,沙壤土的影响较高,其次为粉土和粉壤土。灌区土壤对铵态氮的吸附量明显高于解吸量,最大吸附量是解吸量的1.819.5倍。吸附模型参数与地下水Mn2+的相关性较最为显著。解吸模型参数与地下水Fe2+、Fe3+、Mn2+的相关性较高,与Mn2+的相关性最为显著。(3)通过分析地下水离子含量的实测数据,模拟地下水灌溉条件下不同浓度Mn2+、Fe3+、Fe2+对铵态氮吸附/解吸过程的影响,得出各因素对铵态氮吸附/解吸过程的影响机理。对于浓度为50 mg/L NH4+溶液,低浓度(0.5mg/L)Fe2+促进吸附,对粉壤土的促进作用较明显;高浓度(10mg/L)Fe2+既有促进作用也有抑制作用,对粉土的抑制作用明显,对粉壤土的促进作用明显。低浓度(0.5mg/L)Fe3+主要表现为促进吸附,对粉壤土的促进作用较明显;高浓度(10mg/L)Fe3+主要表现为抑制吸附,对粉土、沙壤土的抑制作用明显。低浓度、中浓度(0.2mg/L、0.8mg/L)Mn2+主要表现为促进吸附,高浓度(10mg/L)Mn2+主要表现为抑制吸附;随着Mn2+浓度的升高吸附量与粉粒、沙粒的相关性下降。通过吸附量变化率得出,对于各高浓度(10mg/L)离子其吸附强度由强到弱依次为Mn2+、Fe3+、Fe2+
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