紫色土区小流域不同土地利用类型非点源氮迁移特征

通过对紫色土区小流域旱地、居民点氮迁移过程的野外监测,研究紫色土区旱地、居民点氮流失特征.结果表明,地表径流是居民点氮迁移的主要途径,而旱地氮素主要通过壤中流迁移.次降雨事件中居民点氮迁移浓度、负荷变化显著,总氮(TN)、颗粒态氮(PN)、铵氮(AN)迁移呈现显著的“初始冲刷效应”,初期25.0％的径流量携带了37.0％的TN负荷、60.0％的PN负荷和36.0％的AN负荷,而旱地径流中氮浓度、负荷变化较小.居民点氮流失与降雨量密切相关,旱地氮流失则集中在施肥后初期降水事件.旱地、居民点是紫色土区小流域氮流失的主要“源”,其中旱地、居民点径流中TN年内浓度分别为16.43,14.68 mg/L,TN年内流失负荷分别为41.18,222.05 kg/hm2.     

施肥对北京山区农田地表氮磷流失的影响——以密云水库流域为例

农田非点源污染是最普遍的非点源污染类型之一,直接威胁北京市密云水库的水质状况;施用化肥是农田非点源污染物的主要来源.以北京市山区的农田化肥施用现状为基础,紧邻密云水库布设径流试验小区,种植当地的主要作物——夏玉米,设置常规(施肥)和对照(不施肥)2种处理,分析天然降雨条件下,施肥对农田地表氮和磷流失的影响.结果表明:施肥显著提高地表径流中氨态氮的浓度,但对径流硝态氮、总氮、可溶磷和总磷的影响有限;附着于泥沙上的颗粒态磷质量分数因施肥显著增加,但颗粒态氮质量分数仅在底肥施用后的首次产流中,表现出较大差异;泥沙是地表径流中氮和磷流失的主要载体,试验期间常规和对照小区,氮随泥沙流失负荷分别占氮流失总量的58.6％和53.6％,磷随泥沙流失负荷占比分别为97.2％和96.5％.研究结果可为密云水库流域农业生产管理和非点源污染治理提供参考.     

自然降雨条件下农田地表径流氮素流失特征研究

为探讨自然降雨条件下,农田地表径流及氮素的流失特征,以澄江尖山河流域典型坡地为研究对象,采用标准径流小区和微型试验小区的研究方法,对农田地表径流及径流中氮素流失进行了分析研究.结果表明:降雨量和降雨强度是产生地表径流的主要原因,雨季应做好坡地的保护工作;地表径流中氮素流失的最高浓度可达到30.72mg/L;农田地表径流中可溶态氮素的流失形态主要为硝态氮和铵态氮,硝态氮流失浓度约占全氮的4%～28%,而氨态氮流失浓度约占全氮的1%～8%;地表径流中氮素累积流失负荷在0.45～1.18 kg/hm2,而流失系数仅为0.10%～0.12%.     

紫色土区不同植物篱模式控制坡耕地氮素流失效应

为优选紫色土区控制农田氮磷等养分流失的复合农林模式,利用野外径流小区试验,结合室内分析与数理统计法研究了植物篱模式控制紫色土区坡耕地氮素流失效应。结果表明,植物篱模式减少了坡耕地总氮及各形态氮流失负荷,就总氮而言,20°坡耕地紫穗槐与香根草模式下年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低92.4%、90.0%;13°坡耕地紫花苜蓿与蓑草模式的年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低88.7%、83.9%。径流与泥沙流失量的减少与径流氮浓度的降低是植物篱控制坡耕地氮素流失的主要机制。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿与蓑草植物篱模式可作为西南紫色丘陵区农业非点源氮素污染的源头控制技术,特别是20°以上坡耕地推广与实施灌木类植物篱模式,能长期有效地控制农田盈余氮素流失。     

自然降雨条件下农田地表产流及氮磷流失规律研究

基于淮北平原自然降雨条件下2个连续汛期观测的降雨-径流试验数据,分析不同试验处理下农田地表产流规律和氮磷浓度及其构成,探讨地表径流氮磷浓度和流失量的时间变化过程及其分布差异。结果表明,当地农田地表径流氮磷浓度构成分别以颗粒态氮和可溶性磷为主,而可溶性氮中又以溶解性有机氮为主,且硝态氮是农田地表径流无机氮流失的主要成分。汛初7月不同土地利用方式下农田地表径流量及铵态氮、硝态氮、可溶性氮磷和颗粒态氮磷的浓度及流失量间的差异相对较小,但8月期间的差异却明显增加,低秆高密度作物种植模式下的相应流失量最低。在淮北平原夏季种植黄豆、棉花等矮秆高密度作物,可起到有效减少地表径流氮磷流失量的作用,减缓因农业非点源污染对地表水体富营养化产生的潜在威胁。     

太湖水网地区原位模拟降雨条件下不同农田类型氮素流失特征研究

为探索太湖流域水网地区农田土壤氮素通过地表径流与耕层渗漏的流失特征及其影响因素,在浙江省嘉兴市、上海市的松江县和青浦县,选择稻田、种植年限短的菜地、种植年限长的菜地3种类型农田,采用原位模拟降雨,研究渗漏与地表径流方式下的农田氮素流失量、流失形态特征,以及土壤养分含量对氮素流失的影响。结果表明,3种农田在地表径流方式下农田总氮流失量差异不显著;渗漏方式下种植年限长的菜地和种植年限短的菜地总氮流失量差异也不显著。渗漏方式下总氮流失量显著高于地表径流方式。农田0—5、0—20 cm土壤硝态氮含量分别为31.24~72.9和33.21~71.1 mg/kg时,与渗漏液硝态氮、水溶性总氮、总氮的流失量、流失浓度呈极显著正相关。     

红壤坡地氮的径流输出通量及形态组成

为研究自然降雨条件下红壤坡地氮素输出特征,于2015年5月—2016年5月采用野外大型土壤水分渗漏试验装置,对赣北第四纪红壤坡地植草覆盖、干草覆盖和裸露对照3种处理的地表径流和壤中流中不同形态氮素的输出开展了试验观测。结果表明:(1)在侵蚀不明显的第四纪红壤坡地,TN(总氮)、DIN(溶解态无机氮)、DON(溶解态有机氮)和PN(悬涂泥沙颗粒态氮)主要随105cm壤中流输出,占径流输出总通量的71%,而随地表径流和30cm、60cm壤中流输出通量分别为23%和6%;(2)氮素随壤中流输出主要以溶解态(DTN(溶解态总氮)占TN比例为54.8%~86.9%)为主,DTN又以无机态(DIN占DTN比例为57.8%~97.1%)尤其是NO3--N(硝态氮)为主。氮素随地表径流输出的主要形态则随处理措施的不同而不同;(3)保留草被覆盖可以较好地削减氮素径流流失,而采取干草覆盖有增大氮素径流流失尤其是深层损失的风险。     

基于“源”、“汇”过程的农业非点源污染模型构建及应用

根据农业非点源污染产移特点, 将农业非点源污染模型分为田间产污的“源”模块以及模拟污染物在排水沟渠中运移的“汇”模块, 其中“源”模块又包括农田灌溉(降水)排水子模块及农田灌溉(降水)排水中污染物浓度计算子模块。应用DRAINMOD模型模拟田间尺度的灌溉(降水)排水, 同时将农田的施肥和灌溉过程“合成”作为田间污染物浓度的脉冲输入, 以逆高斯分布作为综合作用函数, 建立农田尺度的灌溉排水污染物浓度估算模型, 二者结合构成农业非点源污染田间产污模块; 应用一维水动力学基本方程和非保守性污染物迁移方程, 建立农业非点源污染物沟渠“汇”模块。并以黄河上游青铜峡灌区为例进行了示例应用, 依据典型田块以及排水沟渠农业非点源污染监测试验资料, 结合灌区作物种植结构, 计算了2008年5~9月青铜峡灌区输出污染负荷, 结果为盐分470 099 t、总磷98.17 t、总氮3 593 t、硝态氮2 122 t、氨态氮426 t。通过示例验证, 表明所建模型具有较好的模拟效果, 可进一步推广应用。     

三峡库区农桑配置对地表氮磷流失的影响

为优化三峡库区紫色土旱坡地农桑配置方式,提高库区水土保持效果和生态环境效益,本试验通过采用三带等高桑+等高耕作、三带等高桑+交叉耕作、两带等高桑+等高耕作、两带等高桑+交叉耕作、传统等高耕作等5种处理研究了不同农桑配置方式对旱坡地地表氮磷流失的阻抗效果。结果表明,农桑配置方式能够显著阻抗地表径流和氮磷流失,但不同配置方式间存在显著性差异;三带等高桑+交叉耕作方式较其他方式能更显著地降低地表径流中全氮(磷)、可溶性氮(磷)、颗粒态氮(磷)的流失和氮(磷)年流失负荷量,地表径流中氮、磷流失分别以可溶性氮(约50.1%~60.2%)和颗粒态磷(约54.9%~59.6%)为主,并且硝态氮的年流失负荷(约0.19~0.27kg hm-2 a-1)高于铵态氮(约0.12~0.17 kg hm-2 a-1)。综上可知,三带等高桑+交叉耕作对地表径流和氮、磷流失的阻抗效果更显著,最符合三峡库区旱坡地开发利用的生态保护理念。     

不同农业种植方式对土壤中硝态氮淋失的影响研究

农田氮素损失是造成农业非点源污染的主要原因之一,其中由于大量施用氮肥引起的土壤氮素淋溶损失又是农田氮素损失的重要途径。针对农业不同种植条件下氮素损失控制难题,本文通过田间试验研究集约化种植和常规种植两种土地利用方式下,土壤硝态氮迁移特征及动态变化规律,来评估不同农业种植方式对地下水污染的潜在风险。结果表明:集约化种植区施肥量和灌溉量较大,硝态氮的淋失浓度明显大于常规种植园,土壤硝态氮浓度随时间和空间变化也最为显著。集约化种植区的地下水污染程度远远大于常规种植区,集约化种植葡萄园地下水中的硝态氮含量平均值11.2mg/L,是常规种植区平均值1.35 mg/L的8倍,集约化种植区过量施肥增大了土壤硝态氮的淋失风险,对生态环境构成了潜在的污染威胁。研究结果可为农业集约化种植区防治农业非点源污染和优化田间管理措施提供科学依据。     

果园生草对氮素表层累积及径流损失的影响

为了正确认识生草覆盖对果园面源污染的防控作用和推进生态果园建设,采用模拟试验的方法,研究了果园生草覆盖、生草刈割和清耕3种管理措施对氮素表层累积及其流失特性的影响。结果表明:鼠茅草大量腐解时期(9月)生草覆盖处理土壤表层(0—1cm)矿质氮含量分别是生草刈割和清耕处理的2.6倍和4.5倍,与此同时,果园生草覆盖处理径流液中矿质氮浓度相比刈割和清耕处理分别提高42.6%和20.9%;与清耕相比,生草覆盖使降雨地表径流量显著降低88.3%~98.7%,渗漏量增加42.1%~97.6%。综合3次降雨,生草覆盖使矿质氮的径流损失比清耕降低90%,并且增加深层(25cm)渗漏89.6%。综上可见,虽然果园生草覆盖增加快速降解时期矿质态氮表层累积数量,但减少径流水损失效果显著,进而明显减少氮素径流损失,提高果园土壤的保水保肥能力,对解决坡地果园面源污染问题意义重大。     

紫色土退化旱地的肥力恢复与重建

常规耕作的水土流失造成紫色土坡耕地土层浅薄化、土壤养分贫瘠化、土壤干旱化及土壤结构劣化等土壤肥力退化问题。 1 984～ 1 996年长期田间试验结果表明 ,聚土免耕通过垄沟网状结构可保持水土 ,其多年平均径流与土壤侵蚀模数分别为 65 7.7m3hm- 2 和5 30 .0tkm- 2 ,而常规耕作的相应值分别为 1 75 4 .0m3hm- 2 和 31 2 2 .0tkm- 2 ,通过聚土与改土结合 ,聚土免耕活土层厚度平均增加 1 1 .8cm ,聚土免耕耕作技术还通过垄沟强化培肥降低土壤容重 ,增加土壤有机质及N、P、K含量 ,改善土壤理化性状 ,恢复土壤肥力。聚土免耕作物产量比平作高 1 5 %～ 30 %。 1 996～ 1 998年秸秆覆盖实验结果表明 ,秸秆覆盖增加土壤有机质和养分含量 ,改善并维持土壤结构。聚土免耕与秸秆覆盖结合有利于土壤养分活化、土壤结构形成与维护 ,是紫色土退化旱地肥力恢复与重建的关键技术。     

江川灌区旱田改水田加剧水体氮磷污染

黑龙江省江川灌区实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。该文在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,建立了模型所需的空间数据库和属性数据库,并运用实测资料对模型参数进行了率定。最后,设置了不同的情景,在耕地面积不变的情况下,改变水田比例为现状的70%、50%,从而研究农业非点源污染输出变化。研究表明:水田面积为70%和50%的情况下,月平均径流深比现状减少20.95、41.37 mm,总氮负荷减少27.84、48.16 t/a,总磷负荷减少1.66、2.89 t/a,说明旱田改水田将会对水环境产生不利影响。通过情景模拟发现,减少施肥量和节水灌溉均可以在一定程度上控制污染物输出,施肥量减少50%后,总氮输出减少25.23%,总磷减少16.32%。在实际生产生活中,为保证粮食产量,可以通过改变施肥方式或设置人工湿地等方法减少农业面源污染。     

绿肥覆盖对紫色土坡耕地柑橘园氮磷流失的阻控效应研究

为探明紫色土坡耕地不同绿肥覆盖对柑橘园径流和养分流失的阻控效应,在田间径流小区设置黑麦草(Lolium perenne L.)、光叶苕子(Vicia villosa Roth var.)、二月兰(Orychophragmus violaceus)和清耕对照4个处理,定量监测了在自然降雨条件下不同处理的径流及氮磷养分流失量。结果表明,与清耕对照相比,周年内绿肥覆盖可显著降低8.7%~27.0%的地表径流量、30.1%~50.6%总氮流失量和32.4%~62.9%总磷流失量。绿肥覆盖对径流和养分的阻控效应在不同品种间存在差异,整体表现为黑麦草>光叶苕子>二月兰。与清耕对照相比,黑麦草覆盖使径流中总氮、可溶性氮、硝态氮和铵态氮的流失总量分别减少50.6%,47.0%,49.5%和48.1%;总磷、可溶性磷和磷酸盐流失总量分别减少62.9%,62.6%和62.6%。此外,绿肥覆盖对不同形态养分的阻控效应也有所不同,其径流液中以可溶性氮和颗粒态磷的流失占比最大,分别占总氮和总磷的59.6%~67.0%和68.6%~71.8%。综上,绿肥覆盖栽培能有效降低紫色土坡耕地柑橘园径流及氮磷的流失,其中以覆盖栽培黑麦草和光叶苕子较好。研究结果为紫色土坡耕地柑橘园水土保育和面源污染防治提供了依据。     

植被缓冲带在水源地面源污染治理中的作用

在山地丘陵区遭遇高强度降雨时,常常发生水土流失;水流携带泥沙下泄,过量施入农田的肥料、农药等化学物质随之进入河流、水库、湖泊等地表水和地下水水体,进而造成水体富营养化等面源污染,危害水源地安全。为梳理植被缓冲带能够控制水土流失、阻控污染物移动、解决水源地面源污染问题,明确该项技术措施减少和治理水源地面源污染的机制,为水源地面源污染防治和水环境改善提供参考。在概括介绍植被缓冲带的类型、功能的基础上,对该项技术措施减少和治理水源地面源污染的机制进行讨论。植被缓冲带治理水源地面源污染的机制主要有:①植物在生长过程中自身对氮磷等物质的吸收;②利用植被固结土壤,减少水土流失;③植被覆盖、拦蓄能够延长径流在地面的停留时间而增加水分入渗、减少氮磷等物质随地表径流流失;④植物根系参与土壤中多种物理、化学和生物过程,加速碳、氮、磷等物质的形态转化。针对水源地面源污染特点和植被缓冲带的建设技术及其应用要点,提出相关建议,并对今后该技术的发展进行了展望。     

太湖旱地非点源污染定量化研究

采用田间试验方法,研究了太湖地区旱地氮磷向水体排放的年负荷。结果表明,太湖流域典型旱地氮磷向水体迁移的年负荷分别为12.66,4.05 kg/hm2,分别约占年施肥量的5.6%和4.1%。示范区内旱地氮磷向水体迁移的年总量为3.86 t和1.24 t。NO3-—N和PN是氮流失的主要形式,应重点控制NO3-—N和PN的流失;而PP是磷流失的主要形式,占总磷的76%,是控制的重点。氮磷向水体迁移具有明显的季节特征,夏季和秋季为氮磷高负荷季节,6—11月占全年氮磷输出总量的83.4%和79.8%。在当前的非点源污染治理中,应采取有力措施控制农田养分流失。     

晋江流域非点源氮磷负荷及污染源解析

计算流域非点源氮磷负荷并以此开展源解析对于水体污染控制具有重要意义。基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过调查及小区试验获取模型参数,建立晋江流域非点源氮磷污染负荷模型;利用SLURP模型和输出系数模型分别核算流域内不同景观类型土地输出径流和农村污染溶解态氮磷负荷,利用修正的USLE土壤侵蚀通用方程核算吸附态氮磷负荷,并进行污染源解析。结果表明:晋江流域非点源氮负荷为12298.95t/a,大部分为溶解态氮,占到了94.13%,主要来自畜禽养殖、农田径流和农村生活污水,其源贡献率分别为31.72%、26.38%和17.44%;非点源磷负荷为667.04t/a,溶解态磷和吸附态磷对流域总磷负荷贡献比例相当,分别为56.73%和43.27%,主要来自土壤侵蚀、农田径流和农村生活污水,其贡献率分别为43.27%、21.10%和12.25%。总体分析表明,土壤侵蚀、农田径流和畜禽养殖是影响晋江流域非点源氮磷负荷的主要污染源,亟待优先控制。     

自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响

本文通过野外径流小区观测试验,开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙和氮磷流失影响的研究。试验结果表明,秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间,秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少30.47%和22.88%,表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比,秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失总量分别降低27.42%和32.29%,但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形态,颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。     

反坡水平阶水土保持效益观测

 在昆明市松华坝水源区牧羊河中游坡耕地布设反坡水平阶与对照径流小区,观测2种径流小区的径流量、泥沙量、总氮及总磷输出浓度和输出量。结果表明:与对照相比,反坡水平阶径流量减少34.14%、土壤流失量减少57.17%、总氮和总磷输出量分别减少33.32%和33.82%。坡耕地修反坡水平阶起到了较明显的保水、保土、保肥作用,对控制面源污染物具有重要意义。     

菌根与间作对紫色土-水界面氮流失的削减效应

揭示土著丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与间作对紫色土-水界面各形态氮流失的削减效应,可为保护水环境、减缓紫色土坡耕地氮流失带来的农业面源污染提供理论依据。通过自然降雨条件下的径流模拟试验,设置不同种植模式(单作玉米、玉米/大豆间作、单作大豆)和不同菌根处理(抑菌、未抑菌),在雨季不同时间采集7次径流和侧渗水样,分析比较各不同处理下径流及侧渗各氮形态变化迁移特征。研究结果表明,侧渗即壤中流为紫色土-水界面氮素流失的主要途径,硝态氮为紫色土-水界面氮素流失的主要形态。随取样时间后延,径流总氮、硝态氮浓度均呈现出波浪式上升的趋势,而铵态氮浓度整体表现出先上升再下降的趋势;侧渗总氮浓度趋势则呈现先下降后上升再下降的趋势,硝态氮浓度整体表现出下降后趋于平缓的趋势,铵态氮浓度则表现出先上升后下降并趋于平缓的趋势。所有复合处理中,未抑菌—间作处理的径流、侧渗及总流失量中总氮、铵态氮浓度均最低,且其径流、总流失量中硝态氮浓度也明显低于其他处理。在未抑菌处理下,与单作玉米、单作大豆处理相比,间作处理使径流和侧渗总氮浓度分别下降约13.4%、20.3%和56.5%、48.7%,总流失量中总氮浓度分别下降约50.1%和43.5%;使径流和总流失量中的硝态氮浓度分别降低约10.0%、16.7%和51.3%、42.9%;并使径流和总流失量中铵态氮浓度分别显著降低约10.5%、26.0%和21.7%、30.2%,侧渗铵态氮浓度也相应降低约29.6%和33.7%。可见土著菌根真菌与玉米/大豆间作体系对协同削减紫色土-水界面氮素的流失表现出了较大的潜力。