三峡地区小流域氮循环及其对水体氮含量的影响

发布时间：2020-09-30 10:57

　　 氮是自然界中普遍存在的一种元素,也是重要的生源要素。随着人类活动的不断加剧,氮的生物化学循环受到了严重干扰。化学肥料的广泛施用,加速了氮在农田内的积累,进而影响到自然水体。世界各国正在探寻提高氮利用率和减少损失以缓解环境压力的途径。从小流域尺度上对三峡地区氮循环及其氮素在水体中的含量和迁移进行研究,对加强水资源管理、改善流域生态环境和保持可持续发展有重要的意义。 本研究运用多学科知识,结合实地调查、定位监测、小区实验和故障树风险评价等方法和手段,探讨了流域农户氮循环特征,揭示了氮在地表径流、大气沉降、淋失等环节的含量规律和变异特征。初步明确了流域氮流失的主要原因,并针对性地提出了氮流失控制的建议和对策。得出的主要研究结果如下： 1.流域农户氮循环 从流域“农户”的角度出发,研究小流域农户氮循环特征,结果表明：养殖型农户氮负荷主要是包括畜禽废弃物在内的生活排放氮,种植型农户氮负荷的主要来源是农田盈余氮。在氮循环的输入和输出环节中,对流域水环境构成潜在威胁的依次为农田盈余氮和生活排放氮。如果没有良好的防控措施,这些环节不仅会造成严重的氮流失,还会威胁到区域水环境质量。 2.流域水体氮含量及机理 1)小流域水体中可溶性硅、氮含量均高于三峡库区,可溶性磷含量则较低；但从营养盐含量水平分析,在气候条件适宜的情况下该流域水体有发生“水华”的潜在风险。2)NO3-N(硝态氮)是基流水体中氮的主要赋存形态,其含量表现出冬季秋季夏季春季的季节性变化特征,且含量有随径流流量减少逐步增加的趋势。土地利用类型对水体NO3--N含量有明显的影响。3)在流域尺度上降雨是氮输出的主要控制因子,80%以上的氮输出负荷发生在4～9月份的雨季。控制降雨径流中的氮对减少流域氮输出有重要的意义。4)不同农作方式和种植方式对流域水土和氮流失有重要的影响。梯田和坡篱两种农作措施相对于坡地和撂荒地有更好的水土保持功能。而不同种植方式对氮素流失的影响具有较大的差异,种柑比种粮和种茶明显地减少了水土和氮素的流失。综合考虑本区域的经济和环境因素,坡篱农作方式结合种柑是该区域防治氮流失的最佳耕作措施,具有实际推广价值。5)耕地坡度也是氮素流失过程中一个不容忽视的因素。在新翻耕地中,水土和氮流失随着坡度的增加呈现出不断增大的趋势。因此,选择合理的农田坡度及适当的耕作方式和时机也是防止氮流失的重要措施。6)不同尺度施氮量对水体氮含量有一定的影响。研究发现200 m范围内施氮量与水体中氮含量相关性最好。在以划分子流域方式的研究中采用单位面积平均施氮量、在划分作用区方式的研究中采用作用区总施氮量能够更好地反映流域内施氮量与水体氮含量的关系。 3.流域氮沉降 该区域雨水中氮含量一般在1.5·2.5 mg·L-1,超出了水体富营养化的阈值,尤其是在干季；氮沉降量超出了脆弱陆地生态系统氮沉降量的临界值。在研究区内湿沉降量是主要的氮沉降方式,占到总沉降量的70%以上,NO3--N是主要赋存形态。 4.流域土壤氮淋溶 在自然降雨条件下对五种不同农业利用土壤NO3--N淋溶的研究表明,随土壤深度增加NO3--N淋溶量呈现不断减少的趋势,但浓度却随深度的增加而增加,所以,在60 cm处淋失量仍保持在一个较高的水平。另外,施肥季节是NO3--N淋溶量最大的时期,掌握施肥量和施肥时机是能否有效控制NO3--N淋溶的关键。NO3--N淋溶量大小顺序为：种粮地种柑地林地,因此,适当调节用地结构能够有效地减少土壤NO3--N淋溶。 5.流域氮流失风险评价 采用故障树分析方法,对张家冲流域氮流失风险进行了定量与定性评价,得出该流域氮流失风险概率为0.41,存在较大的流失风险,造成氮流失的主要因素有农田氮盈余、生活污水排放和畜禽养殖等。利用最佳管理模式的调整结果表明,减少氮肥施用量、增加植被覆盖、建立坡篱和植被隔离带等措施可以有效地降低氮流失发生的几率。 在三峡地区,氮流失一般伴随着高施肥量、高降雨量和高径流量。因此,提高氮肥利用率；根据水体氮流失的季节性变化,选择适当措施适时拦截、阻断氮的流失；建立污染监测的长效机制,加大农村面源污染防控预测等将对三峡地区氮污染的防治和三峡库区水质保护具有重要的意义。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2010
【中图分类】：S181
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 氮循环与氮污染
        1.2.1 氮循环
        1.2.2 氮污染及生态学意义
        1.2.3 农业生态系统氮循环
    1.3 农业面源氮污染
        1.3.1 农业面源氮迁移转化
        1.3.2 农业面源氮污染的研究方法和手段
        1.3.3 农业面源氮污染的定量化研究
        1.3.4 农业面源氮污染的调控对策
    1.4 选题意义
    1.5 研究目的
    1.6 研究内容
    1.7 技术路线
第二章 研究区概况
    2.1 宝塔河流域
        2.1.1 地形地貌
        2.1.2 地质与土壤
        2.1.3 水文气候
        2.1.4 植被
        2.1.5 水土流失
    2.2 张家冲流域
    2.3 曲溪流域
        2.3.1 地形地貌
        2.3.2 地质和土壤
        2.3.3 气候特征
        2.3.4 植被
第三章 小流域农户氮循环特征研究
    引言
    3.1 研究区域与研究方法
        3.1.1 研究区概况
        3.1.2 实地调查与资料收集
        3.1.3 氮估算
    3.2 结果与分析
        3.2.1 农户氮输入与输出
        3.2.2 不同类型农户氮负荷特征
        3.2.3 小流域氮收支模式
    3.3 讨论
    3.4 小结
第四章 流域水体可溶性硅、氮和磷的研究
    引言
    4.1 材料与方法
        4.1.1 研究区域概况
        4.1.2 采样与调查
        4.1.3 水样分析
        4.1.4 数据处理
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 DSi含量特征
        4.2.2 DIN含量特征
        4.2.3 DP含量特征
        4.2.4 水体Si、N、P含量比例及意义
    4.3 小结
3
--N含量特征及其影响因素研究'>第五章 基流水体NO3
--N含量特征及其影响因素研究
    引言
    5.1 材料和方法
        5.1.1 研究区概况
        5.1.2 水样采集与分析
        5.1.3 土地利用数据来源
        5.1.4 气象和水文数据来源
        5.1.5 数据处理及统计
    5.2 结果与分析
3
--N含量特征'>        5.2.1 基流水体NO3
--N含量特征
3
--N含量与环境因素之间的关系'>        5.2.2 基流NO3
--N含量与环境因素之间的关系
3
--N含量的影响'>        5.2.3 流量和降雨量对水体NO3
--N含量的影响
    5.3 讨论
3
--N含量'>        5.3.1 水体NO3
--N含量
3
--N含量的关系'>        5.3.2 土地利用与水体NO3
--N含量的关系
3
--N含量的关系'>        5.3.3 流量、降雨量与水体NO3
--N含量的关系
3
--N含量机理探讨'>        5.3.4 水体NO3
--N含量机理探讨
    5.4 小结
第六章 小流域径流氮素输出负荷研究
    引言
    6.1 实验设计与方法
        6.1.1 实验区概况
        6.1.2 实验设计
        6.1.3 径流量和氮输出负荷计算
    6.2 结果与分析
        6.2.1 降雨和径流量特征
        6.2.2 径流氮含量变化
        6.2.3 氮素输出量负荷的动态变化
    6.3 讨论
    6.4 小结
第七章 坡耕地不同利用方式氮流失研究
    引言
    7.1 实验设计与方法
        7.1.1 实验区概况
        7.1.2 实验小区
        7.1.3 采样方法
        7.1.4 测定方法
    7.2 结果与分析
        7.2.1 土壤的基本性质
        7.2.2 研究期间降雨特征
        7.2.3 径流量和产沙量
        7.2.4 径流氮的形态及含量
        7.2.5 不同小区氮流失量变化规律
    7.3 小结
第八章 强降雨对坡地氮流失的影响
    引言
    8.1 实验设计与方法
        8.1.1 实验区概况
        8.1.2 实验小区
        8.1.3 样品的采集和分析
    8.2 结果与分析
        8.2.1 降雨特征
        8.2.2 产流产沙特征
        8.2.3 径流氮流失特征
        8.2.4 氮流失量
    8.3 讨论
    8.4 小结
第九章 首场降雨对不同坡度新翻坡地氮流失影响
    引言
    9.1 实验设计与方法
        9.1.1 实验区概况
        9.1.2 实验小区
        9.1.3 雨样的采集和分析
    9.2 结果与分析
        9.2.1 产流产沙量特征
        9.2.2 氮含量特征
        9.2.3 氮流失量特征
    9.3 讨论
    9.4 小结
第十章 不同尺度施氮量对水体氮含量的影响
    引言
    10.1 方法和材料
        10.1.1 研究区概况
        10.1.2 实验设计
        10.1.3 采样和分析
        10.1.4 施氮量计算
        10.1.5 数据统计
    10.2 结果与分析
        10.2.1 土地利用和施氮量特征
        10.2.2 水体氮素含量特征
        10.2.3 不同尺度施氮量与水体氮含量的关系
    10.3 讨论
    10.4 小结
第十一章 小流域大气氮沉降研究
    引言
    11.1 实验设计与方法
        11.1.1 研究区概况
        11.1.2 研究方法
        11.1.3 样品采集与测定
        11.1.4 氮沉降量计算
        11.1.5 数据分析
    11.2 结果与分析
        11.2.1 降雨量特征
        11.2.2 雨水中氮含量特征
        11.2.3 氮沉降量变化
    11.3 讨论
    11.4 小结
第十二章 不同土地利用类型硝态氮淋溶研究
    引言
    12.1 材料与方法
        12.1.1 研究区概况
        12.1.2 实验设计
        12.1.3 数据观测和水样采集
        12.1.4 水样测定分析
3
--N流失和淋溶量计算'>        12.1.5 NO3
--N流失和淋溶量计算
    12.2 实验结果与分析
        12.2.1 降雨特征
        12.2.2 降雨径流量和淋溶量
3
--N含量'>        12.2.3 径流和淋溶水中NO3
--N含量
3
--N淋溶量特征'>        12.2.4 NO3
--N淋溶量特征
    12.3 讨论
    12.4 小结
第十三章 小流域氮流失风险评价
    引言
    13.1 方法与材料
        13.1.1 评价区域
        13.1.2 实地调查和资料收集
        13.1.3 故障树分析方法
    13.2 结果与分析
        13.2.1 定性评价
        13.2.2 定量评价
        13.2.3 重要度分析
    13.3 讨论
        13.3.1 构建最佳管理措施
        13.3.2 不确定性分析
    13.4 小结
第十四章 结论与展望
    14.1 主要研究结论
        14.1.1 农户氮循环特征
        14.1.2 水体氮含量及流失机理
        14.1.3 流域氮流失风险评价
    14.2 三峡小流域氮流失控制的对策和建议
    14.3 主要创新点
    14.4 研究展望
参考文献
附录
    附录1:参与的课题和参加的学术会议
    附录2:发表的文章
致谢

【引证文献】

相关期刊论文 前1条

1 常兴丽;刘光明;苏永慧;;云蒙湖水质现状与治理措施[J];山东水利;2011年09期

相关硕士学位论文 前2条

1 杨珊珊;城郊区小流域水体氮磷输出特征及其影响因素[D];华中农业大学;2011年

2 王鹏举;基于土地利用结构与景观格局的小流域氮、磷、碳输出特征分析[D];华中农业大学;2012年

本文编号：2830741

boshi