红壤丘陵区农业小流域浅层地下水硝酸盐污染来源动态及产生机理

本研究依托千烟洲生态站，选择松塘小流域为研究对象，利用野外长期定位监测技术，结合化学分析和双稳定同位素示踪技术，确定农林复合小流域浅层地下水、地表水NO3-来源、季节动态。依托红壤稻田1998年建成施肥控制试验，利用负压法采集土壤溶液，研究化肥、有机肥、秸秆还田不同施肥方式以及化肥高、中、低施肥水平对土壤淋失氮素形态、含量、季节动态的影响。结果表明：农田生态系统水体NO3-污染显著高于森林等其他生态系统水体污染，综述已有数据，发现我国粪肥及污水δ15Nnitrate为3 ‰ ~ 17 ‰，土壤中δ15Nnitrate为3 ‰ ~ 8 ‰，大气降水中δ15Nnitrate为 – 9 ‰ ~ 9 ‰，化肥中δ15Nnitrate为 – 2 ‰ ~ 4 ‰。在松塘小流域内，大气湿沉降中NO3-含量平均为1.23 mg N L-1, 氨态氮 （NH4+-N）含量平均为0.99 mg N L-1；NO3-沉降通量为0.15-1.45 kg N ha-1 month-1，NH4+沉降通量为0.07 ~ 1.32 kg N ha-1 month-1；全年NO3-沉降通量为8.2 kg N ha-1 year-1，NH4+沉降通量为5.11 kg N ha-1 year-1。千烟洲松塘小流域受人类活动影响较小水体中，δ15Nnitrate值变化范围为5.6 ‰ ~ 10.7 ‰，δ18Onitrate值变化范围为1.2 ‰ ~ 6.6 ‰，表明NO3-主要来源于植物或土壤有机物质分解。在鱼塘、稻田浅层地下水、饮用水井中，δ15Nnitrate值变化范围为11.7 ‰～ 29.4 ‰，δ18Onitrate值变化范围为0.1 ‰～13.6 ‰，表明NO3-主要来源于有机肥和污水。在水稻的整个生长过程中，施用猪粪在水稻返青期与分蘖期土壤中氮素淋失最严重。施用猪粪增加了土壤中细菌、真菌、放线菌量，增加了土壤中β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性，促进了有机氮矿化产生无机氮。研究结果表明，该小流域菜地、鱼塘中施用鸡粪、猪粪等有机肥对附近农户的饮用水带来明显NO3-污染，而在稻田淹水情况下，由于发生明显的反硝化作用，施肥对地下水NO3-污染风险不大。由于南方菜地、鱼塘距离饮用水井较近，建议未来谨慎使用有机肥，并考虑将饮用水井远离该两种利用类型区域，并将饮用水井加深，从而减少NO3-污染。