三峡库区典型农业小流域氮磷径流排放及淋溶流失

发布时间：2017-06-03 20:23

  本文关键词：三峡库区典型农业小流域氮磷径流排放及淋溶流失，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三峡水库的水质与库区及长江下游水环境安全及生态经济建设息息相关。库区农业土地利用与肥料大量施用导致的农业面源污染被认为是影响库区水质的关键因素。库区的农业面源污染有较多的发生条件、较广泛的污染物来源和较大的潜在负荷。了解库区农业流域面源污染发生的强度与特点可为制定防控措施提供重要的科学依据。本研究以三峡库区涪陵段一个地形封闭的典型农业小流域—王家沟小流域为监测对象,根据地形与水系分布特点将该流域划分为两个子集水域A和B,在每个子集水域径流汇水口进行每日一次、为期两年的高频采样及水质分析,以把握径流氮磷的排放规律并估算其排放负荷。集水域A中稻田部分零散,而集水域B中稻田则成片分布在集水域下端,这样也有助于对比分析稻田空间分布格局对径流氮磷排放的影响。同时,利用混合离子交换树脂填埋吸附法对流域内不同桑(树)—作(物)系统下坡耕地土壤氮磷的垂直渗漏淋失进行了为期一年的定量监测研究。主要研究结果如下：1.流域地表径流氮磷浓度动态变化特征第一个水稻/玉米-榨菜轮作年(2012年3月21日～2013年3月20日,以下称第一年)集水域A和B汇水口径流中TN浓度分别在0.39-28.58mg/L和0.28～20.41mg/L之间变化,均值为7.39 mg/L和4.92 mg/L；N03--N的浓度变化范围分别为0.06-26.19mg/L和0.05-17.35mg/L,均值为4.82mg/L和3.20mg/L；NH4+-N的浓度变化范围分别为0-1.68mg/L和0～2.01mg/L,均值为0.43 mg/L和0.38mg/L。第二个水稻/玉米-榨菜轮作年(2013年3月21日～2014年3月20日,以下称第二年)集水域A和B汇水口径流中TN浓度分别在0.92-32.18mg/L和0.86-28.90mg/L之间变化,均值为12.30 mg/L和6.78 mg/L；N03--N的浓度变化范围分别为0-22.63mg/L和0-19.84mg/L,均值为8.95 mg/L和4.27mg/L；NH4+-N的浓度变化范围分别为0-2.02mg/L和0-1.40mg/L,均值为0.79mg/L和0.36mg/L。集水域A汇水口径流中TN和N03--N的浓度均值分别比集水域B高48%-81%和39%～109%。第一年集水域A和B汇水口径流中TP浓度变化范围分别为0-2.19mg/L和0-0.88mg/L,均值为0.17mg/L和0.06 mg/L。第二年集水域A和B汇水口径流中TP浓度变化范围分别为0-0.93mg/L和0～1.02mg/L,均值为0.13 mg/L和0.06mg/L。集水域A汇水口径流中TP浓度均值高出集水域B约2-3倍。每年4～5月份(水稻/玉米种植初期)和10～11月份(榨菜种植初期),由于受当地农田施肥活动的影响,集水域A和B汇水口径流中TN和NO3--N浓度有所上升。9月初期即水稻/玉米收获后,也监测到一个短暂的氮素浓度高峰,这可能与夏季伏旱期间土壤有机质矿化后积累了较多的无机氮有关。此外,在第二年的2～3月,两个集水域汇水口径流中TN的浓度均较高,这与第一年有所不同,可能是由于该时期降雨量较上一年同期相比有所减少,径流量随之减少,浓缩和富集作用导致汇水口径流中TN浓度显著升高。两个集水域汇水口径流中TP浓度仅在4～5月份(水稻/玉米种植初期)出现了较为明显的峰值,其余时间波动并不显著。2.流域地表径流氮磷排放负荷第一年集水域A汇水口径流中TN、NO3-　-N和NH4+-N的排放负荷分别为16.10kg/hm2、11.55 kg/hm2和0.007 kg/hm2;集水域B分别为5.21 kg/hm2,3.60 kg/hm2和0.007 kg/hm2。第二年集水域A汇水口径流中TN、NO3--N和NH4+-N的排放负荷分别为17.81kg/hm2、13.37kg/hm2和0.11 kg/hm2;集水域B分别为7.33kg/hm2、 4.84kg/hm2和0.05kg/hm2。从不同集水域来看,集水域A汇水口径流中TN和NO3--N的排放负荷均明显高于集水域B。 NO--N对TN输出的贡献率为60%～81%,故氮素输出以NO3--N为主。第一年集水域A和B汇水口径流中TP的排放负荷分别为0.21 kg/hm2和0.08kg/hm2;第二年集水域A和B汇水口径流中TP的排放负荷分别为0.24 kg/hm2和0.07 kg/hm2。集水域A汇水口径流中TP的排放负荷明显高于集水域B。第一年全流域径流TN和TP的排放负荷分别为8.60kg/hm2和0.12kg/hm2;第二年全流域径流TN和TP的排放负荷分别为10.59 kg/hm2和0.12 kg/hm2。第二年全流域径流量(1221 m3/hm2)比第一年(1024 m3/hm2)高17%,TN的排放负荷也为前者高于后者23%,而TP的排放负荷年际之间无差异。TN的排放负荷为TP的72～88倍,说明王家沟小流域氮素径流流失相对严重,应该重点控制氮素流失造成水体污染。本研究中两个集水域在稻田空间分布格局上存在较大的差异,而稻田湿地系统对径流及径流中氮磷素存在拦截和消纳的作用,因此,稻田空间分布格局的不同可能是最终导致集水域A的径流量和氮磷素排放负荷均显著高于集水域B的重要原因。3.不同桑—作系统下坡耕地土壤氮素渗漏淋失特征不同桑—作系统下坡耕地土壤TN的年淋失量变化范围为21.26～23.45 kg/hm2,均值为22.47kg/hm2。NO3--N的年淋失量在13.45～14.52 kg/hm2之间变化,均值为13.99 kg/hm2,对TN淋失量的贡献率为60%～64%；NH4+-N的年淋失量在7.81-9.24kg/hm2之间变化,均值为8.51 kg/hm2,对TN淋失量的贡献率为36%-40%。不同处理间TN、NO3--N和NH4+-N的年淋失量并无显著差异(P0.05),这说明不同桑树—作物种植方式对坡耕地土壤氮素渗漏淋失的影响效应不明显。从不同作物种植季来看,玉米季的TN、NO3--N和NH4+-N的淋失量分别为10.66 kg/hm2,6.12kg/hm2和4.56kg/hm2;榨菜季分别为11.81 kg/hm2,7.87kg/hm2和3.49kg/hm2。 NO3--N淋失情况与TN一致,均为榨菜季淋失量略高于玉米季,而NH4+-N则相反。4.不同桑—作系统下坡耕地土壤磷素渗漏淋失特征不同桑—作系统下坡耕地土壤TP的年淋失量在0.189-0.209kg/hm2之间变化,均值为0.197 kg/hm2。不同处理间TP的年淋失量并无显著差异(P0.05)。这说明不同桑树—作物种植方式对坡耕地土壤磷素渗漏淋失的影响也不明显。从不同作物季来看,玉米季TP的淋失量为0.096kg/hm2,榨菜季为0.100 kg/hm2,后者高出前者4.2%。不同桑—作系统下坡耕地土壤TN的年淋失量为TP的110.4-124.0倍,说明不同桑—作系统下坡耕地土壤养分渗漏淋失以氮素为主。因此,合理施用氮肥,提高氮肥利用效率是降低氮素淋失、防治流域农业面源污染的关键。
【关键词】：三峡库区 面源污染 氮 磷 地表径流 渗漏淋失
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;X71
【目录】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-14
• 第1章 文献综述14-22
• 1.1 三峡库区水质现状14-15
• 1.2 库区水质污染的主要原因15-16
• 1.2.1 库区城市生活及工业污水排放量大15
• 1.2.2 库区水土流失严重,农业面源污染广泛15-16
• 1.3 农业面源污染研究现状16-22
• 1.3.1 农业面源污染发生机理16-17
• 1.3.2 影响农业面源污染的主要因素17-19
• 1.3.2.1 降雨17
• 1.3.2.2 施肥量17-18
• 1.3.2.3 坡度18
• 1.3.2.4 土地利用18-19
• 1.3.2.5 土壤理化性质19
• 1.3.3 当前研究存在的不足19-22
• 第2章 前言22-26
• 2.1 选题意义和依据22-23
• 2.2 选题目的23
• 2.3 研究内容23
• 2.4 技术路线23-26
• 第3章 材料与方法26-34
• 3.1 研究区域概况26-27
• 3.2 地表径流氮磷排放的监测27-30
• 3.3 不同桑—作系统下坡耕地土壤氮磷渗漏淋失量的测定30-33
• 3.4 数据处理与分析33-34
• 第4章 三峡库区典型农业小流域径流氮磷的排放特征34-44
• 4.1 材料与方法34-35
• 4.2 结果与分析35-42
• 4.2.1 降雨量及流域汇水口径流量35-36
• 4.2.2 流域汇水口径流氮磷浓度的动态变化36-39
• 4.2.2.1 氮素浓度的动态变化36-39
• 4.2.2.2 磷素浓度的动态变化39
• 4.2.3 流域汇水口累积径流量和氮磷排放负荷39-41
• 4.2.4 径流氮磷流失的主要影响因素41-42
• 4.2.4.1 降雨量41
• 4.2.4.2 施肥量41
• 4.2.4.3 土地利用情况41-42
• 4.3 小结42-44
• 第5章 三峡库区农业小流域不同桑-作系统下坡耕地土壤氮磷的渗漏淋失44-50
• 5.1 材料与方法44-45
• 5.2 结果与分析45-49
• 5.2.1 不同桑—作系统下坡耕地土壤氮素的渗漏淋失45-48
• 5.2.2 不同桑—作系统下坡耕地土壤磷素的渗漏淋失48-49
• 5.3 小结49-50
• 第6章 结论与建议50-52
• 6.1 结论50-51
• 6.2 建议51-52
• 参考文献52-58
• 致谢58-60
• 发表论文与参研科研课题60

【参考文献】

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