田路遥，王仕琴，魏守才，刘丙霞，刘彬彬，胡春胜

层状包气带黏土层厚度对硝态氮迁移的影响

田路遥1,2，王仕琴1,2※，魏守才3，刘丙霞1，刘彬彬1，胡春胜1

（1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室，石家庄 050022；2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室，滨州 256600）

层状包气带结构中黏土层对污染物进入地下水具有阻滞作用，黏土层的厚度对硝态氮（NO3--N）在包气带迁移中的淋失、累积以及反硝化作用等具有非常重要的影响，而目前关于这方面的研究还不足。该研究通过设置高度为40 cm、砂土与黏土层厚度比分别为3∶1，1∶1，1∶3的“上粗下细”型以及全黏土型的4组填充土柱，采用稳定浓度的定水头淋滤试验，研究黏土层厚度不同的土柱NO3--N溶液入渗过程、土壤NO3--N淋滤、累积和反硝化特征，进而阐明层状包气带黏土层厚度对NO3--N迁移的影响。结果表明：湿润锋运移深度和累积入渗量与入渗时间的关系在溶液穿越砂黏土层界面前后由非线性趋于线性，累积入渗量随黏土层厚度增加而显著减小（<0.05）；当土柱内黏土层厚度达到40 cm时，其对NO3--N淋滤的阻滞作用明显强于黏土层厚度为10～30 cm的土柱；淋滤试验过程中在砂黏土层界面形成水分滞留层，界面处黏土层中NO3--N和NO2--N累积量均达到峰值，且随着深度的增加，NO3--N和NO2--N累积量降低；黏土层厚度差不小于20 cm的土柱内NO3--N累积量差异显著（<0.05），而40 cm黏土层的土柱反硝化量[（0.15±0.05） g]显著高于黏土层厚度为10～30 cm的土柱（<0.05），说明当黏土层达到一定厚度时（如40 cm），对NO3--N的阻滞作用和反硝化作用具有显著影响，对防止NO3--N淋失进入地下水产生重要作用。该研究可为层状包气带土壤条件下农田施肥管理与地下水保护提供科学依据。

土壤；氮；水分入渗；层状包气带；黏土层厚度；硝态氮迁移；土柱试验

0 引 言

包气带是指地面以下潜水面以上的地带，它是大气水、地表水同地下水进行水分交换的地带，也是地表污染物进入地下的通道[1]。农业生产中过量施用的氮肥主要以硝态氮（NO3--N）形式残留在包气带土壤中，并受到灌溉、降水等水分驱动的作用向下迁移，造成地下水NO3--N浓度升高，是全球范围内普遍关注的农田面源污染问题之一[2]。……