我国东南水网平原地区不同土地利用方式氮磷流失特征

论文摘要

农业面源污染是造成水体富营养化的重要原因,进行源解析,阐明农田和畜禽养殖等不同来源的氮磷流失量并据此进行分类控制是有效控制水体富营养化的基础。嘉兴地区地势低平、水田交错,农田或畜禽养殖场水量与氮磷流失量受周边水文条件影响大,小尺度定位监测很难获得有意义的观测结果。为了解大田、集约化农田和畜禽养殖场三种土地利用方式下氮磷流失特征,本研究选取可分别代表大田作物农田、集约化栽培作物农田、畜禽养殖场3种土地利用类型的7个具有代表性的平方公里尺度研究区,于2006年7月~2007年6月份汛期与非汛期总共进行了14次监测(其中大田1个点:汛期2次,非汛期1次;集约化农田3个点:汛期1~2次,非汛期1次;养殖场3个点:汛期1次)。在各定位研究区上,监测了河道水、沟渠水、水田田面水、沟渠底泥(沟渠底泥含水量忽略不计)与农田耕层土壤水分量和总量,研究了5种不同类型水体中氮、磷存量特征。对河道水、沟渠水、田面水研究了其总氮、水溶性总氮、硝态氮、铵态氮;对沟渠底泥研究了其0~5 cm表层土壤水溶性磷、Olsen P、矿质氮(硝态氮、铵态氮);对农田土壤研究了0~5 cm表层土壤水溶性磷、Olsen P和0~20 cm耕层土壤硝态氮、铵态氮。主要结论如下:7个研究区总水量平均为200.3千m3/km2,变化范围为83.7~944.7千m3/km2,相差11.3倍。4个农田研究区总水量汛期平均为198.7千m3/km2,变化范围为99.4~324.4千m3/km2;非汛期平均为174.9千m3/km2,变化范围为83.7~276.0千m3/km2,汛期与非汛期差异不大,仅相差1.1倍。河道水、沟渠水、田面水、0~20 cm、0~5 cm土层土壤水4种水体组分分别平均占总水量的69.6%、0.9%、2.0%、27.5%、7.7%。河道水是总水量的主要水体类型,0~20 cm土壤水次之。因此不同研究点位的河道水量和土壤水存量是引起总水量差异的主要因素。总水量、河道水、0~20 cm土层土壤水存量汛期与非汛期差异均不大,而沟渠水汛期是非汛期的1.7倍。7个研究区磷素总存量平均为933 kg/km2,变化范围为117~6220 kg/km2,相差53倍。畜禽养殖场、集约化农田类型研究区磷素总存量分别为760、1111 kg/km2,均高于大田(172 kg/km2),分别是大田的4.4倍、6.5倍。河道水总磷、沟渠水总磷、田面水总磷、沟渠0~5 cm底泥和0~5 cm土层土壤水溶性磷5个分量分别平均占磷素总存量的10.5%、0.4%、0.3%、0.1%、88.7%,研究区内农田0~5 cm土层土壤水溶性磷是磷素总存量的主要存在形式。7个研究区中农田0~5 cm土层土壤水溶性磷存量平均为958 kg/km2,变化范围为0~6167 kg/km2。畜禽养殖场、集约化农田类型研究区中农田0~5 cm土层土壤水溶性磷存量分别为270、1038 kg/km2,均高于大田(26 kg/km2),分别是大田的10.4、39.9倍;浓度分别为40.51、29.87 mg/kg,均远高于大田(0.79 mg/kg),分别为大田的51.3、37.8倍。大田和畜禽养殖场农田0~20 cm土层土壤矿质氮相差不大,但由于受畜禽养殖研究区中农田面积的较小,畜禽养殖研究区的土壤氮素存量仍低于大田研究区。3种类型研究区河道水总磷浓度大小顺序为畜禽养殖场>集约化农田>大田,沟渠水总磷浓度和沟渠底泥水溶性磷浓度与河道水总磷浓度一致。4个农田研究区的磷素总存量及河道水总磷、沟渠水总磷、田面水总磷、沟渠0~5cm底泥和0~5 cm土层土壤水溶性磷5个分量均表现为汛期高于非汛期,汛期分别是非汛期的1.5、2.2、2.1、1.2、1.4、1.5倍。7个研究区氮素总存量平均为14477 kg/km2,变化范围为3480~51555 kg/km2,相差14.8倍。畜禽养殖场、集约化农田、大田3种类型研究区氮素总存量分别为:3913、17082、5596 kg/km2,集约化农田研究区最高,大田次之,畜禽养殖场最小。河道水总氮、沟渠水总氮、田面水总氮、沟渠0~5 cm底泥和0~20 cm土层土壤矿质氮5个分量分别平均占氮素总存量的5.7%、0.2%、0.2%、0.2%、93.8%,0~20 cm土层土壤矿质氮是氮总存量的主要存在形式。7个研究区中农田0~20 cm土层矿质氮存量平均为13576 kg/km2,变化范围为0~50900 kg/km2。畜禽养殖场、集约化农田、大田3种类型研究区0~20 cm土层土壤矿质氮存量分别平均为:1143、16309、4635 kg/km2,集约化农田研究区最高,大田次之,畜禽养殖场最小;浓度平均分别为43.0、117.3、33.9 mg/kg,集约化菜地最高,是大田和畜禽养殖场的3.5倍。由于畜禽养殖研究区中农田面积关系,虽然大田和畜禽养殖场农田0~20 cm土层矿质氮相差不大,但是畜禽养殖研究区的土壤氮素存量低于大田研究区。4个农田类型研究区汛期的氮素总存量、河道水总氮存量、沟渠0~5 cm底泥和0~20 cm土层土壤矿质氮存量与非汛期的差异均不大,而沟渠水总氮存量是非汛期的1.7倍。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 文献综述

1.1.1 农业非点源污染的界定和分类

1.1.2 农业非点源污染现状和危害

1.1.3 农业非点源污染研究进展

1.1.4 农业非点源污染的研究方法

1.2 研究目的及意义

1.3 研究内容

第二章嘉兴水网区域概况

2.1 地理位置

2.2 自然环境概况

2.2.1 气候

2.2.2 土壤和植被

2.2.3 水文

2.2.4 社会经济

2.3 嘉兴水环境质量现状

2.4 嘉兴非点源污染现状及其存在问题

第三章材料与方法

3.1 选点原则

3.2 研究区概况

3.2.1 研究区基本情况

3.2.2 研究区沟渠类型

3.3.3 研究区土地利用情况

3.3 后差分 GPS 数据采集及地块分布图

3.3.1 数据采集

3.3.2 数据处理

3.3.3 数据导出

3.4 调查方法

3.5 样品采集方法

3.6 样品测定方法

3.6.1 水样化学分析方法

3.6.2 底泥和土壤化学分析方法

3.7 水体监测及水量计算方法

3.8 氮、磷存量计算方法

3.9 数据分析

第四章嘉兴降水特征与水存量特征

4.1 降水特征分析

4.1.1 降水量分配特征

4.1.2 日降水等级分布特征

4.1.3 降水过程分析

4.2 不同土地利用方式研究区水存量特征

4.2.1 不同土地利用方式研究区水总存量变化

4.2.2 河道水存量变化

4.2.3 沟渠水存量变化

4.2.4 田面水存量变化

4.2.5 土壤水存量变化

4.2.6 水系密度

4.3 小结

第五章不同土地利用方式研究区氮素流失特征

5.1 不同土地利用方式研究区氮素浓度变化特征

5.1.1 不同土地利用方式同一类型水体氮素浓度的变化特征

5.1.2 同一研究区不同水体氮素浓度变化特征

5.2 沟渠底泥氮素浓度变化特征

3^--N、NH4₊^-N、Nmin、TN 浓度的影响'>5.2.1 土地利用方式对沟渠底泥 NO₃^--N、NH4₊^-N、Nmin、TN 浓度的影响

3^--N、NH₄⁺-N 浓度的影响'>5.2.2 时间对沟渠底泥 NO₃^--N、NH₄⁺-N 浓度的影响

3^--N、NH₄⁺-N、Nmin 与 TN 浓度的相关关系'>5.2.3 底泥 NO₃^--N、NH₄⁺-N、Nmin 与 TN 浓度的相关关系

5.3 土壤矿质氮浓度变化特征

5.3.1 不同研究区主要土地利用方式土壤矿质氮浓度变化

5.3.2 同一研究区内不同土地利用方式土壤矿质氮浓度变化

5.4 不同土地利用方式研究区氮素存量变化特征

5.4.1 不同土地利用方式研究区氮素总存量特征

5.4.2 河道水总氮存量

5.4.3 沟渠水总氮存量

5.4.4 田面水总氮存量

5.4.5 沟渠底泥矿质氮存量

5.4.6 土壤矿质氮存量

5.5 小结

第六章不同土地利用方式研究区磷素流失特征

6.1 不同土地利用方式研究区水体磷素浓度变化特征

6.1.1 不同土地利用方式同一类型水体磷素浓度的变化特征

6.1.2 同一网格单元不同水体磷素浓度变化特征

6.2 沟渠底泥磷素浓度变化特征

6.2.1 土地利用方式对沟渠底泥 WEP、Olsen P、TP 浓度的影响

6.2.2 时间对沟渠底泥 WEP、Olsen P 浓度的影响

6.2.3 沟渠底泥 Olsen P、WEP 和 TP 的相关关系

6.3 土壤磷素浓度变化特征

6.3.1 不同研究区主要土地利用方式土壤易溶性磷浓度变化

6.3.2 同一研究区内不同土地利用方式土壤易溶性磷浓度变化

6.4 不同土地利用方式研究区磷素存量变化特征

6.4.1 不同土地利用方式研究区磷素总存量变化特征

6.4.2 河道水总磷存量

6.4.3 沟渠水总磷存量

6.4.4 田面水总磷存量

6.4.5 沟渠底泥水溶性磷存量

6.4.6 土壤水溶性磷存量

6.5 小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.1.1 研究区水存量变化特征

7.1.2 不同土地利用研究区氮素流失特征

7.1.3 不同土地利用研究区磷素流失特征

7.2 展望

参考文献

致谢

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