农田排水沟渠系统对磷面源污染的控制

排水沟渠是农业区重要的水利工程,其排水功能更是农业安全生产的重要保障,然而农田排水沟渠的生态功能未得到足够重视。随着农业面源污染研究的深入,农田排水沟渠在控制磷面源污染上的作用日益引起人们的关注。针对农业面源磷污染控制问题,简要归纳总结了农田沟渠系统对磷面源污染的迁移转化机理及影响因素,并在此基础上,探讨了排水沟渠控制磷污染的措施,以期为农业面源污染控制和管理提供参考。     

恢复湿地可降低农业排水中氮、磷浓度

农地人工排水是下游河水中氮、磷等营养的主要来源。近几年来 ,湿地被广泛地用于解决来自农业、工业、采矿业污染物引起的水质下降等问题。在美国马里兰、伊利诺斯、衣阿华试验表明 :湿地吸收了 6 8%的氮、43%的磷。湿地与流域汇水面积之比较大时 ,或水在湿地中保留时间较长 (至少 1～ 2周 )时 ,湿地对营养的吸收率较大。同时湿地与河岸缓冲林带结合能更有效地改善水质。     

不同土地利用方式对长三角水源地氮磷流失的影响

太湖流域是我国长江三角洲地区最重要的水源地之一,受到水源地土地利用方式的影响,面源污染依然严重。为了控制氮磷流失,研究以长三角重要水源地安吉赋石水库集水区为研究区,通过野外径流观测探究了不同立地下的氮磷流失特征。结果表明：(1)该地区经济林TN平均流失浓度最大,为3.21 mg/L。TP平均流失浓度表现为经济林(0.13 mg/L)>白茶(0.09 mg/L)>自然地(0.07 mg/L)=次生林(0.07 mg/L)。次生林地能够有效减少氮磷流失。(2)降雨强度和降雨量是影响该地区氮素流失的主要降雨因素。(3)硝态氮和溶解态磷分别是该区氮磷流失的主要形态。(4)氮素污染是影响水质的关键因素,因此在面源污染治理过程中要加强对氮素流失的控制。综上,通过优化水源地土地利用方式,营建结构合理的水源防护林,有助于改善水源地环境,保障饮用水安全。     

洞庭湖红壤坡地减氮控磷对玉米产量和径流氮磷的影响

坡地氮磷流失是洞庭湖农业面源污染的重要来源。以湖南省湘阴县红壤坡耕地土壤为研究对象,通过田间小区试验,探讨玉米减量施肥对产量、化肥利用率和氮磷流失量的影响。结果表明,NP常规施肥量在减少20%范围内对玉米产量没有十分显著的影响,但达到30%时玉米表现减产。减量施肥不仅一定程度提高NP化肥肥效和肥料利用率,而且降低土壤NP流失量。氮的径流量减少了12.54%～28.68%,磷减少了1.3%～30.1%。在各种减量施肥处理中,以控释肥减氮处理效果最佳,有效减少农业面源污染。     

千岛湖流域坡地利用结构对径流氮、磷流失量的影响

通过对千岛湖流域典型坡地各种坡地利用方式降雨径流中总氮 (TN)、可溶氮 (DN)、总磷 (TP)和可溶磷(DP)浓度的监测 ,发现不同坡地利用方式中总氮和总磷浓度变异较大 ,总体说来 ,甘薯地和园地等有人工耕种的坡地流失浓度最大 ,草地和林地等受人工影响干扰少的坡地流失浓度相对较少 ,陡坡林地流失浓度大于缓坡林地。平均 DN/ TN值和 DP/ TP值变化不大 :分别为 0 .4 5和 0 .2 2左右。在不同利用方式下 ,日降雨量与氮、磷浓度的相关性均达到 95 %的显著性水平     

模拟稻田生态系统对农村污水中磷的消纳

通过模拟试验研究了垄作、平作以及在不同施肥水平下,稻田生态系统对农村污水中磷的消纳效果.结果表明:TDP(总水溶性磷)浓度为2.0 mg/L的污水加入1 d后,稻田田面水中DRP(溶解态活性磷)和TDP浓度分别降低了22%～36%和6%～27%;3 d后,DRP和TDP浓度分别降低了73%～89%和53%～66%.各处理田面水中DOP(溶解态有机磷)浓度在污水加入后均迅速上升,3 d后达到峰值0.21～0.30 mg/L;7 d后DOP浓度平均降至0.11 mg/L.田面水中磷素的形态特征,在水稻生长发育前期.田面水中TDP主要以DRP形式存在,在水稻生长发育中期DRP和DOP的含量基本相同;在水稻生长发育后期DRP的百分含量又有升高的趋势.各处理田面水中CODcr,BOD5在污水加入后均迅速上升,3 d后达到峰值(CODcr为64.2～90.0 mg/L,BOD5为2.09～2.76 mg/L),7 d后CODcr,BOD5降至较低水平(CODcr平均为35.0 mg/L,BOD5平均为0.76 mg/L)并保持较长时间,但是在水稻生长发育后期CODcr有上升的趋势.相关分析表明田面水中DOP与BOD5之间存在良好的线性关系,达到极显著水平.     

基于SWAT模型的流域土地利用格局变化对面源污染的影响

近年来随着流域经济社会的快速发展,密云水库流域的土地利用格局也发生了明显的改变,作为影响流域非点源污染输出的主要因素,探讨土地利用格局的演变对非点源污染的影响对有效控制非点源污染具有重要的意义。该文以密云水库上游流域为研究区,从土地利用变化与污染过程相互作用的角度出发,开展流域非点源污染过程对土地利用变化的响应研究。基于流域1995年、2000年、2005年3期的土地利用数据,基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,模拟评价流域非点源污染负荷分布特征,并应用景观格局指数、典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)和通径分析等方法,从全流域和三级保护区等多空间尺度,量化分析流域土地利用及其格局时空变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明流域的非点源负荷与土地利用格局间存在着密切的联系。格局指数能累积解释流域非点源污染负荷变化的56.3%。污染负荷受土地利用格局的破碎度和形状的影响较大。通径分析的结果表明,耕地、林地面积比例、形状指数和斑块密度是影响研究区非点源污染负荷输出的主要因子,其中形状指数和耕地面积比例对TN、TP负荷的解释能力要明显高于其他指标。从空间尺度上看,各格局因子与非点源污染负荷的关系具有尺度效应,随着空间尺度的递增,格局对负荷的解释程度降低,在较小的尺度范围内,尤其是一级保护区的解释能力最高,达到62.9%,表明离水库越近的区域应是非点源防治高度重视的区域。     

基于最小累积阻力模型的三峡库区耕地面源污染源-汇风险识别

耕地所引起的农业面源污染是三峡库区主要生态环境问题之一。该文设置距离长江干流0～20、20～40、40～60和60～80 km 的缓冲区,对库区耕地源景观划分4个等级,依据耕地面源污染过程,在获取地形、地貌、气象、水文、土壤和植被等方面的主要自然影响因子的基础上,构建影响耕地面源污染的阻力基面,借助最小累计阻力模型测算不同等级源景观阻力面,并通过自然断点法对阻力面进行5个等级的源-汇风险分级（极低风险区、低风险区、中风险区、高风险区和极高风险区）,以此识别影响库区耕地面源污染的源-汇风险格局,结果表明：①库区一级源耕地占总耕地面积的50%以上,越向外围延伸耕地分布空间越小,且重庆库区的分布多于湖北库区,旱地的分布多于水田;②在耕地源景观所处的缓冲区范围内,阻力面偏小,并围绕源景观向外呈现不断增大的趋势,且水田源景观阻力面大于旱地源景观;③受空间距离的影响,阻力面的空间特征表现为高值区空间范围明显小于低值区;④库区耕地面源污染源-汇风险格局特征表现为高风险趋势,极高风险区（21706.13 km2）>中风险区（16257.75 km2）>极低风险区（10311.6 km2）>高风险区（7464.65 km2）>低风险区（2221.61 km2）;⑤高风险区主要集中于库区平行岭谷区,而低风险区主要分散在距离长江干流偏远的秦巴山区和武陵山区;⑥研究结果有助于从影响面源污染的阻力面角度评价由耕地所产生面源污染的风险程度及等级,为科学防范和治理农业面源污染提供决策依据。     

不同土地利用方式下紫色土磷吸附-解吸动力学特征

[目的]研究川东紫色丘陵区旱耕地、林地、果园、荒草地、茶园、水稻田6种土地利用方式下土壤磷吸附与解吸特征及其影响因素,以期为四川低山丘陵区不同土地利用方式下紫色土磷潜在流失风险评估提供理论依据。[方法]采取研究区内6种土地利用方式下的0—20cm土层土壤样品,通过土壤磷吸附解吸试验,计算土壤磷吸附—解吸参数,测定土壤相关理化指标,利用主成分分析和旋转因子分析法评估土壤磷素流失风险及其主要影响因子。[结果]土壤pH值,有机质,水溶性磷,速效磷,全磷,CaCO3,有效锌是影响磷吸附的重要因子,主因素分析得出速效磷、全磷、CaCO3有效锌对紫色土吸附磷能力贡献率分别为86.9%,89.2%,89.4%,96.9%。通过因子分析法分析土壤磷吸附解吸参数,得出可用最大吸磷量Qm,最大缓冲量MBC,易解吸磷RDP,拟合吸附量与解吸量的相关关系式中的截距值b这4个参数来综合预测紫色土磷素流失风险。[结论]研究区域6种土地利用方式下,果园与旱耕地土壤磷素流失风险较大,水稻田及茶园磷素流失风险较低。     

亚热带典型农林混合流域河岸带景观格局对河流磷输出的影响

为进一步明确流域河岸带景观尺度范围差异性及对河流磷(P)输出的影响,量化解析河岸带尺度下景观与河流P之间的关系。以亚热带典型农林混合流域为研究对象,基于长期水文、水质监测数据,利用冗余分析明确不同河岸带尺度景观格局特征与不同水文季节河流P浓度的关系,并采用变点分析量化导致丰水期、平枯水期河流P浓度突变的核心景观指数的阈值范围。结果表明:(1)河岸带景观格局对河流P浓度的影响具有显著的空间尺度性特征,300,400 m分别是影响丰水期和平枯水期河流磷浓度变化的关键临界尺度。(2)河岸带居民地斑块最大斑块面积指数(LPI_居)和农田斑块分散指数(SPLIT_农)分别是影响平枯水期和丰水期河流磷浓度的核心景观格局特征指数,当SPLIT_农＞15.76~23.83,LPI_居＜28.8%~36.5%时,能够降低河流P浓度的突变概率。研究结果可为以缓解P面源污染为目标的土地利用和景观规划提供重要理论依据。     

三峡库区坡耕地磷素流失特征分析

Eutrophication in the Three Gorges Reservoir has become a serious issue, and phosphorus (P) is the nutrient thought to be primarily responsible although there are few studies about P loss from the mostly sloping farmlands of the area. This work investigated the amounts and forms of P loss from 9 farmlands with the slopes of 4°, 9°, and 17° in a small watershed, Wangjiagou in Fuling District, Chongqing of China. The slope of the relationship between runoff and rainfall increased with field slope; i.e., there was a significant interaction between the effects of rainfall and field slope on water export. For sediment export by surface runoff, there was no interaction between field slope and rainfall, and the intercept of the relationship between rainfall and sediment loss was significantly different for the 3 slopes. The main P loss was from sediments, regardless of slope. In the runoff water, particulate P was the largest P fraction, and its loss was greatest from the steepest land and least from the flattest. The release of total P and available P from sediments followed the same trend. The P loss during May to July in Wangjiagou was more than 60% of the annual total.     

三峡库区典型流域硝态氮输出特征及归因分析

为研究流域硝态氮来源、输出特征及驱动因素,应用SWAT模型对三峡库区梅溪河和大宁河流域径流和硝态氮负荷进行模拟,进而解析流域水文过程及硝态氮来源,并基于随机森林模型量化了不同影响因素（气候、土地利用、土壤类型、地形）对径流和硝态氮负荷的影响程度。结果表明：（1）不同土地利用类型间硝态氮负荷差异显著,年负荷强度表现为园地（20.41 kg/hm²）>旱地（12.51 kg/hm²）>水田（10.31 kg/hm²）>建设用地（7.09 kg/hm²）>林地（0.62 kg/hm²）>草地（0.46 kg/hm²）,旱地是梅溪河（80%）和大宁河流域（67%）硝态氮输出的主要来源;（2）梅溪河和大宁河流域基流系数分别为67%和62%,基流是硝态氮主要运移途径,分别贡献68%和60%的硝态氮输出;（3）径流分配和硝态氮输出具有明显季节变异性,旱季基流对2个流域径流和硝态氮的贡献均在70%以上,雨季地表径流输出的硝态氮分别占36%和42%;（4）降雨量是影响总径流的主要因素,土壤类型是影响地表径流和基流的主要因素;土地利用是影响不同径流途径硝态氮的主要因素,其次是土壤类型,二者相对重要性之和大于70%。综上,环境土地利用冲突是造成硝态氮流失的根本原因,源头控制仍是三峡库区面源污染防控的关键环节;在地表径流控制的基础上亟待纳入旱地和园地基流途径控制策略。     

三峡库区农业面源污染风险评估及治理清单

针对三峡库区农业面源污染风险评估指标体系不完善、个别指标计算时基础数据获取难度大的问题,该研究充分考虑农业面源污染产生、形成及调控全过程因素,构建了基于层次分析法的三峡库区面源污染风险评价指标体系,以更易获取的数据为基础参数、应用韦伯-费希纳定律克服个别风险指标过大的问题,给定了三峡库区面源污染风险评估指标计算方法,评估了三峡库区农业面源污染风险,并提出了三峡库区县域单元的纵向和横向污染治理清单。研究结果表明,三峡库区各县域农业面源污染总体处于中风险,库区内湖北省夷陵区、重庆市南岸区风险值最高,其次是重庆市大渡口区、沙坪坝区等市辖区、巫溪县以及湖北省兴山县和秭归区,之后是开州区、万州区、丰都县、云阳县等区域;化肥强度指数、畜禽养殖强度指数、降雨侵蚀指数、环保投资指数是三峡库区农业面源污染风险的主要影响指标;三峡库区各县域化肥强度指数以及畜禽养殖强度指数风险值之和占总压力指数风险值的比例平均为79%,巫溪县、巴东县、巫山县甚至达到90%;重庆市南岸区、大渡口区以及湖北省各县域化肥施用强度较高,建议开展茶果树施肥技术提升,畜禽养殖强度相对较大的区域主要集中在重庆市云阳县、开州区、巫溪县、巫山县以及湖北省各县区,建议更多开展猪和羊畜禽废污处理能力提升,此外还应加大环保投入以及合理调整种植结构;从纵向管控来看,三峡库区农业面源污染治理应以南岸区和夷陵区为优先管控区域,河流水质优先治理区域为大渡口区、九龙坡区以及湖北省的各县区,从横向管控来看,大部分县域的主要污染防控因素为化肥减量和畜禽养殖治理,其中三峡库区上游和下游地区应当更多关注化肥减量,中游则更多关注畜禽养殖的污染防控,该研究成果可为三峡库区农业面源污染政策制定提供有力参考。     

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度（60、90、120 mm/h）和4种碎石含量（0、10%、20%、30%）,开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明：1）碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强（P<0.05）;2）泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3）不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4）不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失...     

基于磷指数模型的海河流域农田磷流失环境风险评价

农田面源磷流失是导致水体富营养化的主要原因,识别农田磷流失的关键源区、影响因子是农田面源污染防治的重要环节。该研究以海河流域为研究区,采用磷指数模型,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量作为源因子,以土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数作为迁移因子,结合GIS技术评估海河流域农田磷流失风险,并利用结构方程模型研究农田磷流失风险指数与各影响因子间关系。结果表明:1)海河流域农田土壤有效磷、磷肥施用量、土壤侵蚀模数、年径流深及归一化距离指数处于中-低、中-高、极低、中-高和高级别风险等级的区域面积占比最高,分别占农田总面积的66.5%、61.1%、99.0%、54.2%和64.8%;2)影响农田磷流失的关键因子为迁移因子,其中关键的迁移因子为年径流深及归一化距离指数;3)源因子与迁移因子间呈极显著负相关(P0.01),土壤性质(包括土壤质地及有机碳含量等)与源因子呈极显著负相关(P0.01),与迁移因子呈极显著正相关(P0.01);4)海河流域农田磷流失关键源区位于黄河北岸的山东省和河北省东南部的平原农耕区、海河流域西北部的山区地带。该研究结果对流域尺度上农田磷流失研究的方法创新有所裨益,可为海河流域农田面源污染防治提供科学参考。     

植物篱和浅垄作对三峡库区坡耕地氮磷流失的影响

为明确三峡库区陡坡地耕作模式和植物篱防护系统对生态保护和水环境治理的影响,该文根据陡坡地特点构建了集浅垄作、少耕和残茬覆盖及残茬植物篱为一体的小麦-玉米生态耕作模式(H1),并与小麦-玉米间作香根草(H2)、小麦-玉米间作紫花苜蓿等高植物篱(H3)及常规小麦-玉米管理(H4),就化肥氮磷养分利用和氮磷坡面流失变化特点展开连续2a的小区试验。结果表明,与常规管理相比,坡耕地H1处理的作物生物产量、经济产量、肥料氮磷利用率显著提高。其中化肥磷素利用率提高0.06kg/kg。H2、H3处理对作物生物、经济产量及氮磷利用率、农学效率均未产生显著影响。与H4处理相比,坡耕地H1、H2、H3处理均能降低径流量,显著减少坡面产沙量和泥沙态磷素流失量;其中产沙量分别降低48.46%、52.26%和58.59%,泥沙态磷流失量分别降低30.58%、47.70%和44.58%。研究结果可为三峡库区坡耕地的耕作模式和生态控制提供参考。     

三峡库区湖北段非点源污染氮磷排放时空分布特征

[目的]了解三峡库区湖北段非点源污染情况,找到主要污染源和重点控制区,为该区生态环境的建设和治理提供科学支持。[方法]运用输出系数模型结合降雨侵蚀力影响系数和入河系数模拟计算研究区1990,2000,2005和2010年的非点源污染氮磷排放总量、各污染源氮磷污染排放量及贡献率以及各地区氮磷排放的时空分布特征。[结果]三峡库区湖北段1990,2000,2005和2010年的TN排放量在2 500t以上、TP排放量在250t以上,2000年达到最高,TN,TP年均排放量分别为3 612.78和393.75t/a,年均排放强度为3.10和0.34kg/(hm~2·a),研究区非点源污染以氮污染为主。水田和旱地是造成氮污染的主要原因,其次是农村人口;水田和旱地也是磷污染排放的主要贡献源,其次是猪的养殖。[结论]研究区非点源污染总体呈现两侧高中间低的区域性分布。巴东县为氮磷排放的重点控制区域。     

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。     

秸秆覆盖与平衡施肥对巢湖流域农田磷素流失的影响研究

通过野外径流小区观测试验,研究了巢湖流域旱地秸秆覆盖与平衡施肥条件下的径流、泥沙和磷素流失特征.结果表明,相对于当地传统耕作区,秸秆覆盖区和平衡施肥区能分别减少30.47%和21.61%的径流量,减少22.88%和20.59%的泥沙量,表现出显著的水土保持作用.当地传统耕作区磷向水体迁移的负荷量为0.47 kg·hm-2,流失系数为0.52,其中颗粒态磷是磷迁移的主要形式,其浓度占总磷流失浓度的74.45%～90.85%.秸秆覆盖与平衡施肥均能有效地降低径流磷流失量,可分别降低32.29%和29.81%,但其对径流磷浓度的影响却不明显.因此,秸秆覆盖和平衡施肥是作为源头控制农田养分流失的较好措施.