水库周边保护林凋落物对地表径流和氮磷养分流失的影响

发布时间：2017-05-01 14:02

  本文关键词：水库周边保护林凋落物对地表径流和氮磷养分流失的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国南方地区水库水质氮磷浓度偏高,是一个非常普遍的问题。位于浙江曹娥江流域的汤浦水库,水质总体优良,但营养物浓度偏高,尤其是总氮浓度远超国家水质标准。有学者认为汤浦水库的富营养化问题与水库周边林地积累的大量凋落物分解释放的营养物质有关。林地对于水土保持的积极作用已经为大量的研究结果所证实；而保护林的凋落物分解对水库水质的影响问题则尚不清楚,特别是在凋落物的累积量很大时,为了保护水质是否需要进行保护林下凋落物的清理,是一个水库水质管理实践中需要回答的实际问题。本研究在汤浦水库周边选择典型林地进行了不同凋落物覆盖量的对比试验,主要目的就是为了搞清楚汤浦水库周边林地大量凋落物对地表径流、土壤侵蚀TN、TP流失以及自身分解释放的氮、磷等物质等对水库水质的综合影响。试验设置了无凋落物覆盖,自然状态下30%凋落物覆盖,自然状态下60%凋落物覆盖,自然状态下凋落物覆盖(即100%凋落物覆盖处理)和自然状态下150%凋落物覆盖等5个径流小区,监测小区内的地表径流和土壤侵蚀、以及总氮总磷等营养物质的流失量,每个处理均设一个重复；同时在小区附近设置了凋落物分解监测点。试验时间从2014年7月至2015年6月,通过对实验结果的分析得出以下主要研究结果：1.不同凋落物的覆盖度处理对小区径流量有着明显的影响,小区径流量随着凋落物的增加而呈现下降的趋势。从无凋落物覆盖的小区到自然状态下150%枯落物覆盖的小区总径流量依次为1023.64±290.48,917.66±304.49,825.85±357.51,709.17±304.11,535.99±286.85L,折合成单位面积为1.28×103,1.15×103,1.03×103,8.86×102,6.70 x 102m3·ha-1·a-1,无凋落物覆盖的小区产生的径流量最大,而凋落物覆盖量越大径流量越小,径流量(L)与凋落物覆盖量(g)的统计线性关系为：y=-320.1x+1020,R2=0.998,P0.01)。2.林地小区径流中附、TP流失总量数据分析表明,不同凋落物覆盖度对林地小区径流TN、TP流失总量随着凋落物覆盖度的增加而呈现下降的趋势；径流TN流失量最大的是无凋落物覆盖的小区,达到了1627.76mg,折合成单位面积为2.03kg·ha-1·a-1。而径流TN流失量最小的为自然状态下150%凋落物覆盖的小区,为1216.70mg,折合成单位面积为1.52kg·ba-1·a-1;林地小区径流TP流失量最大的是自然状态下30%凋落物覆盖的小区,达到了229.45mg,折合成单位面积为0.29kg·ha-1·a-1,而径流TP流失量最小的为自然状态下150%凋落物覆盖的小区,为166.16mg,折合成单位面积为0.21kg·ha-1·a-1。林地小区径流中TN、TP流失量(mg)与凋落物覆盖量(g)的统计关系分别为y氟 =1669e-0.18x,(R2=0.835,0.01P0.05)和y磷=-9.815x2-22.28x+216.1,R2=0.711, 0.01P0.05).3.对土壤侵蚀的监测表明,林地土壤侵蚀量随着凋落物的增加而呈现明显下降,林地表面有无凋落物对林地土壤侵蚀量有非常明显的影响,而随着凋落物的增加,这种影响也明显加强,但影响作用的增强速率却呈明显下降。每小区土壤侵蚀量(g)与凋落物覆盖量(g)的分段统计关系为y(0%x30%)=-805.1x+ 390.5,y(30%x150)=-44.43x+166.83。无凋落物覆盖的小区土壤侵蚀量最大,达到了390.5±155.42g,土壤模数为488±194 kg·ha-1·a-1。而最小为自然状态下150%凋落物覆盖的小区,仅为100.65±14.35g,折合成单位面积是126±18 kg·ha-1·a-1。林地小区因土壤侵蚀模数而造成的营养物流失量也随着枯落物的增加而明显的下降。因土壤侵蚀模数而造成的TN流失量从无凋落物覆盖的小区到自然状态下150%凋落物覆盖的小区依次为：124.96,35.75,34.22,25.97,22.14mg,折合成单位面积分别为0.156,0.045,0.043,0.032,0.028kg·ha-1·a-1；TP流失量依次为：163.42,44.64,28.82,45.54,22.50mg,折合成单位面积分别为0.204,0.056,0.036,0.057,0.028kg·ha-1·a-1。试验结果说明凋落物的存在可以有效的防止了因降雨过程而造成的土壤侵蚀和土壤养分流失,且这种作用会随着凋落物的增加而变得越来越强。4.对林地小区凋落物分解的监测表明,凋落物从2014年7月最初放置时的10g至2015年6月分解为5.75g,分解率为42.5%。随着凋落物的增加,因分解而释放的氮、磷总量也相应着增加。从无凋落物覆盖的小区到自然状态下150%凋落物覆盖的小区,凋落物分解释放TN量分别为：0,2558,5116,8527,12790mg,折合成单位面积为0,3.2,6.4,10.66,16kg·ha-1·a-1；TP量分别为：0g,77,154,256,384mg,折合成单位面积为0,0.096,0.192,0.32,0.48kg·ha-1·a-1。通过OLSON模型对凋落物分解进行模拟的结果表明,汤浦水库周边林地凋落物半分解时间为1.253年,分解95%所需时间为5.417年。根据凋落物每季度的分解量和年分解总量,可计算出各个季节的分解量的占比,春夏秋冬四季凋落物分解量的占比分别为：31.8%,37.2%,19.5%,11.5%。林地枯落物分解速率春夏季明显高于秋冬季,分解速率从高到低依次为夏季,春季,秋季,冬季。5.综上所述,虽然随着凋落物覆盖量的增加的确会造成分解释放的营养物质氮、磷增多,然而地表径流和土壤侵蚀流失的氮、磷总量却在显著的减少。所以试验结果可以初步说明随着凋落物的增加,不会加重水库富营养化。主要原因可能包括几个方面,首先是凋落物的增加造成了小区径流量的减少,从而减少了由径流所引起的营养物流失；其次,由于凋落物分解的一部分营养物被土壤吸收,从而减少了营养物的流失；第三由于表面凋落物的覆盖,减少了雨水和土壤的直接接触,从而减少了土壤侵蚀量。小区TN、TP总流失量(mg)与凋落物覆盖量(g)的统计关系为y*= 1755.e-0.21x, R2= 0.895,0.01P0.05); y磷= 327.2e-0.41x, R2= 0.868,0.01P0.05)。TN总流失量最大的为无凋落物覆盖的小区,达到了1752.72mg,折合成单位面积为2.19kg·ha-1·a-1,而自然状态下150%凋落物覆盖的小区TN总流失量最小,1238.84mg,折合成单位面积为1.55kg·ha-19·a-1。TP总流失量最大的为无凋落物覆盖的小区,达到了368.17mg,折合成单位面积为0.46kg·ha-1·a-1,而自然状态下150%凋落物覆盖的小区TP总流失量最小,仅为188.65mg,折合成单位面积为0.24kg·ha-1·a-1.试验结果说明凋落物对防止林地TN、TP流失有着非常重要的作用,且随着凋落物的增加,林地TN、TP总流失量越少。
【关键词】：富营养化 凋落物 分解 水土流失
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S714
【目录】：

• 致谢7-12
• 摘要12-15
• Abstract15-19
• 第一章 绪论19-31
• 1.1 研究背景及意义19
• 1.2 林地凋落物19-21
• 1.2.1 林地凋落物分解研究历史和发展现状20
• 1.2.2 凋落物分解过程20-21
• 1.2.3 林地凋落物分解的影响因素21
• 1.3 凋落物分解速率及分解模型21-25
• 1.3.1 凋落物分解速率21-22
• 1.3.2 凋落物分解模型22-25
• 1.4 林地地表径流25-26
• 1.4.1 森林水文学国内外研究进展25
• 1.4.2 林地凋落物对地表径流及N、P流失的作用25-26
• 1.5 林地土壤侵蚀26-28
• 1.5.1 土壤侵蚀引起的非点源污染26
• 1.5.2 林地凋落物对水土保持的作用26
• 1.5.3 通用土壤流失方程(USLE)26-28
• 1.6 研究目的、内容及技术路线28-31
• 1.6.1 研究目的28-29
• 1.6.2 研究内容29-30
• 1.6.3 技术路线30-31
• 第二章 研究区概况31-35
• 2.1 汤浦水库流域概况31-33
• 2.2 汤浦水库水源保护区33
• 2.3 汤浦水库水质情况33-35
• 第三章 林地凋落物对林地径流和土壤侵蚀的影响35-53
• 3.1 材料与方法35-38
• 3.1.1 小区设置35-36
• 3.1.2 凋落物分解试验36-37
• 3.1.3 采样方法37
• 3.1.4 分析指标及方法37-38
• 3.2 不同凋落叶覆盖度对林地径流及其水质的影响38-44
• 3.2.1 不同凋落物覆盖度对林地径流流量的影响38-39
• 3.2.2 不同凋落物覆盖度对林地径流TN浓度和流失量的影响39-41
• 3.2.3 不同凋落物覆盖度对林地径流水质TP浓度和流失量的影响41-44
• 3.3 不同凋落物覆盖度对林地土壤侵蚀的影响44-49
• 3.3.1 不同凋落物覆盖度对林地土壤侵蚀量的影响44-45
• 3.3.2 通用土壤流失方程中土壤作物与覆盖因子C的确定45-47
• 3.3.3 不同凋落物覆盖度对土壤侵蚀造成的N、P流失量47-49
• 3.4 不同凋落物覆盖度的试验小区N、P流失总量分析49-51
• 3.5 小结51-53
• 第四章 林地凋落物分解对小区TN、TP流失的影响53-61
• 4.1 林地凋落物分解和养分释放状况53-54
• 4.2 小区凋落物分解总量与小区径流流失氮、磷总量的关系54-57
• 4.2.1 小区凋落物氮分解总量与小区径流流失氮的关系54-55
• 4.2.2 小区凋落物磷分解总量与小区径流流失磷的关系55-57
• 4.3 小区凋落物氮、磷分解总量与小区氮、磷流失总量的关系曲线57-59
• 4.4. 小结59-61
• 第五章 基于OLSON模型的凋落物分解速率模拟分析61-64
• 5.1 运用OLSON模型对林地凋落物分解的模拟分析61
• 5.2 运用OLSON模型对林地凋落物分解季节性差异进行分析61-63
• 5.3 小结63-64
• 第六章 结论与展望64-69
• 6.1 主要结论64-67
• 6.2 特色67
• 6.3 展望67-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间科研成果及获奖情况74

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