摘要
氮是农作物生产必需的营养元素，然而过量的氮素使用是造成地下环境氮污染的最主要因素。本研究以典型农业区—关中盆地为研究对象，根据地下水补径排条件和区域地貌类型选取典型剖面，利用野外调研、样品测试和qPCR扩增等技术手段探究典型剖面“三氮”的空间分布规律和主要驱动力，并结合包气带二维水分和溶质运移耦合数值模型揭示关中盆地典型剖面“三氮”的迁移转化机制，预测变化条件下典型剖面包气带中“三氮”转化模式，为区域土壤和地下水氮污染防治提供科学依据。主要结论如下： （1）揭示了不同地貌类型包气带环境参数的空间分布特征。剖面Ⅰ黄土台塬浅层包气带岩性以粉土、黏壤土为主，冲积平原浅层包气带以黏壤土、粗砂为主，岩性分布在垂向上结构单一；剖面Ⅱ黄土台塬和冲积平原包气带岩性结构在垂向上分布不均匀，由粉土和黏壤土交替构成。两个剖面包气带均为弱碱环境且优势矿物为石英和粘土。水平方向上，TOC和Fe2+含量呈现剖面Ⅰgt;剖面Ⅱ的趋势。垂直方向上，黄土台塬TOC含量高于冲积平原，Fe2+含量在剖面Ⅰ包气带中存在冲积平原gt;黄土台塬，在剖面Ⅱ包气带中存在相反的趋势。包气带土壤中微生物优势菌属均为反硝化功能菌，微生物的nitrate_reduct ion（硝酸盐还原功能）丰度较高。 （2）揭示了“三氮”分布规律，识别了其主控因素。垂直方向上，“三氮”整体呈现随土壤深度增加而含量降低的趋势，其中黄土台塬的NO3--N表现为表层快速下降深层缓慢下降，而冲积平原NO3--N为表层缓慢下降深层快速下降。水平方向上，沿地下水径流方向，NH4+-N和NO3--N含量总体呈升高趋势，NO2--N含量基本不变。电导率、包气带岩性、TOC、Fe2+和微生物群落是包气带“三氮”分布差异的主要驱动力。 （3）构建了典型剖面的包气带“三氮”运移模型。模拟结果显示，在黄土介质中，“三氮”均不会向下迁移到潜水面，在砂质粘土介质中，NH4+-N和NO2--N均累积于浅层，NO3--N会向下迁移到潜水面，在粘质砂土介质中NH4+-N累积于浅层，NO2--N和N O3--N会向下迁移到潜水面，对区域地下水质量产生一定影响。不同岩性介质中“三氮”总体迁移规律相同，但运移速度、累积深度等会存在差异。垂向上，黄土、砂质粘土和粘质砂土介质中NH4+-N和NO2--N含量均随着深度增加而降低，NO3--N在黄土和砂质粘土介质中随深度增加呈现先增加后降低的趋势，在粘质砂土介质中随深度增加呈现波动式变化的趋势。水平方向上，沿地下水流向包气带中“三氮”含量均存在升高的趋势，运移距离在10m以内。 （4）预测了不同耕作方式下包气带的“三氮”迁移转化规律。增加施肥量会使氮素的累计淋失通量和反硝化作用脱氮通量增加，不改变“三氮”垂向迁移转化规律，但会使浅层土壤中“三氮”含量增加，促进NO2--N和NO3--N向潜水面迁移，并增加NO3--N水平迁移的距离（4.87m），增加氮素污染的风险；提高化肥利用率会降低氮素的累计淋失通量和反硝化作用脱氮通量，使浅层土壤中“三氮”含量减小，阻滞NO2--N和NO3--N向潜水面迁移，并缩短NO2--N水平迁移的距离（2.45m）；提升灌溉水有效利用系数会降低包气带中氮素累计淋失量，增加反硝化作用脱氮通量，减缓“三氮”向下迁移，使包气带中氮含量增加，但对“三氮”的水平迁移无明显影响。
NETL