三峡库区小流域氮素空间分布及流失特征研究

论文摘要

氮素流失是引起农业面源污染的重要原因之一。每年三峡库区大量流失的氮素不仅造成肥料浪费,还给库区生态环境带来巨大危害。为了弄清氮素流失负荷及其对水环境的影响,缓解环境压力,减少面源污染,保护三峡库区生态环境,通过运用网格法对小流域进行采样,布设不同坡度的试验小区和流域工程措施,探讨了三峡库区王家沟小流域氮索空间分布及其流失规律.结论如下：①小流域土壤全氮和有效氮含量分别为1.20-±0.26g kg-1和96.34±25.14mg kg-1,变异系数分别为21.67%和26.09%,分布均服从正态分布,分布趋势均为一次分布,其含量集中在0.90g kg-1-1.30g kg-1和80.00mg kg-1-120.00mg kg-1,七壤有效氮含量与土壤全氮含量呈极显著正相关（r=0.774,P<0.01）。土壤全氮和有效氮含量的半方差模型分别为球状模型和指数模型,全氮表现为较弱的空间相关性,有效氮表现为中等空间相关性,决定系数分别为0.792和0.891,研究区最大采样间距为539.71 m：土壤全氮和有效氮含量分布均呈现中部相对高,四周相对低,南部相对于北部较高的趋势。不同土地利用方式下,土壤全氮和有效氮含量以水田最高,分别为1.29 gkg-1和103.19 mgkg-1,林地次之,园地再次,旱地最小；水田与旱地、园地土壤全氮和有效氮含量存在显著差异,与林地不存在显著性差异,且旱地、园地和林地之间不存在显著性差异（P）=0.05)②降雨量与地表径流量、侵蚀泥沙量间存在显著的线形正相关（P=0.05）,降雨量与地表径流量的相关系数表现为随坡度的增大,相关系数越大,但降雨量与侵蚀泥沙量的相关性表现却相反；当降雨量达到一定值时才能产生地表径流和侵蚀泥沙,坡度越大,越易产生地表径流和侵蚀泥沙；相同降雨强度下,坡度越大,地表径流量和侵蚀泥沙量也越大。地表径流氮素浓度变化范围较大,尤其是铵态氮,但侵蚀泥沙中氮素浓度变化范围却不大；就单场降雨而言,不同坡度下同种形态氮素浓度差异基本不大,但地表径流和侵蚀泥沙氮素含量变化仍呈现17°>9°>4°；地表径流和侵蚀泥沙氮素浓度变化均呈现前期变化剧烈,中后期逐渐降低的趋势；流失的全氮在侵蚀泥沙上有富集现象。③地表径流和侵蚀泥沙单场降雨下氮素流失量不大；从流失总量看,地表径流和侵蚀泥沙氮素流失量均呈坡度17。>9。>4。；不同坡度下降雨量与地表径流和侵蚀泥沙铵态氮、硝态氮和全氮流失量存在一定的正相关,降雨量越大,氮素流失量也越大,各坡度间氮素流失量的差异表现越明显；不同坡度下铵态氮和全氮流失均以沉积相为主,尤其是全氮,流失比例达88.43%-94.39%；硝态氮流失主要形式则随坡度的增加,由水相转变为沉积相。铵态氮、硝态氮和全氮流失比例表现为随坡度的增加,沉积相流失比例减小,水相流失比例增加。当季小流域铵态氮流失总量为8.33 kg,硝态氮流失总量为20.71 kg,全氮流失总量为490.90 kg,氮素流失量较大。④坡度每增加一个坡度级,地表径流氮素流失负荷呈几何倍数增加；地表径流铵态氮流失负荷总量为0.21kghm-2a1,硝态氮流失负荷总量为1.00 kg hm-2a-1,全氮流失负荷总量为3.88 kghm-2a-1；研究区旱地地表径流水体富营养化严重,对周边水环境污染压力巨大；地表径流氮素浓度总体上达V类标准（地表水环境质量标准—GB 3838-2002）,地表径流排水质量较差,只能适用于一般的农业用水,对水环境的负影响较大。⑤工程措施对径流全氮的截存量强度为3.43、kg hm-2a-1,对泥沙全氮的截存量强度为6.73 kg hm-2a-1,其对氮素的截存作用非常明显。小流域工程措施年截留氮素为231.22 kg,平均截留强度变为10.15kghm-2a-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 氮素空间分布研究
• 1.1.1 不同地形地貌的氮素空间分布
• 1.1.2 不同土地利用方式的氮素空间分布
• 1.1.3 不同尺度的氮素空间分布
• 1.2 氮素流失
• 1.2.1 土壤氮素来源及去向
• 1.2.2 氮素流失特征
• 1.2.3 氮素流失影响因素
• 1.2.4 氮素流失防控措施
• 1.3 氮素空间分布及流失研究方法
• 1.3.1 空间分布研究方法
• 1.3.2 氮素流失研究方法
• 1.4 小结
• 第2章 绪论
• 2.1 研究目的和意义
• 2.2 研究目标
• 2.3 研究内容
• 2.4 技术路线
• 第3章 研究区概况与试验方法
• 3.1 研究区概况
• 3.1.1 自然概况
• 3.1.2 社会经济发展状况
• 3.1.3 土地利用现状
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 流域氮素空间分布试验设计
• 3.2.2 小区氮素流失规律试验设计
• 3.2.3 工程措施截氮试验设计
• 3.2.4 样品采集与分析
• 3.3 数据处理
• 第4章 三峡库区小流域土壤氮素空间分布特征
• 4.1 小流域土壤氮素描述性统计
• 4.2 小流域土壤氮素空间分布特征
• 4.2.1 小流域土壤氮素空间变异结构
• 4.2.2 小流域土壤氮素空间插值分析
• 4.3 不同土地利用方式下土壤氮素含量特征
• 4.4 小结
• 第5章 三峡库区小流域旱坡地土壤氮素流失特征
• 5.1 旱坡地不同坡度下地表径流水氮素流失
• 5.1.1 地表径流水流失量与降雨量
• 5.1.2 地表径流氮素浓度变化
• 5.1.3 地表径流氮素流失量
• 5.2 旱坡地不同坡度下侵蚀泥沙氮素流失
• 5.2.1 侵蚀泥沙流失量与降雨量
• 5.2.2 侵蚀泥沙氮素含量变化
• 5.2.3 侵蚀泥沙氮素流失量
• 5.3 旱坡地不同坡度下水相与沉积相氮素流失比例
• 5.4 小流域旱地氮素当季流失总量
• 5.4.1 小流域不同坡度旱坡地面积的确定
• 5.4.2 小流域当季旱地氮素流失总量
• 5.5 小流域旱地地表径流氮素年流失负荷
• 5.5.1 地表径流氮素对水环境的年污染负荷
• 5.5.2 地表径流氮素流失对水环境影响
• 5.6 小结
• 第6章 三峡库区小流域工程措施对氮素的截存作用
• 6.1 小流域工程措施的布设
• 6.2 工程措施对氮素的截存效应
• 6.2.1 工程措施对径流量和泥沙量的截存作用
• 6.2.2 工程措施对径流氮素总量的截存
• 6.2.3 工程措施对泥沙氮素总量的截存
• 6.2.4 工程措施对流域氮素的截存作用
• 6.3 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间参与科研项目及论文发表情况