河南境内淮河流域农业非点源污染模拟研究

论文摘要

非点源污染造成湖泊的富营养化,地表径流和地下水的污染,严重威胁饮用水源和水环境的安全,成为制约我国经济社会发展的重要因素。模拟研究河南省境内淮河流域的非点源污染特性,量化非点源污染的负荷,为本地区环境规划和管理提供基础,对指导淮河流域经济社会持续发展具有重要意义。本文对非点源污染的概念,研究现状及研究意义进行了充分的概括,在此基础上,以河南境内常见的土壤,褐土、潮土、砂浆黑土、黄褐土和黄棕壤土为研究对象,进行农业非点源污染的模拟研究。采用环刀法测定土壤的渗透性能,并通过人工降雨模拟方法,在0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0mm·min-1的降雨强度下,研究氮、磷、有机质的流失规律,同时,研究降雨强度、秸秆还田和土壤类型对营养物质流失的影响。结果显示:1、供试土壤初始渗率、稳定渗透率,大小依次为黄褐土>黄棕壤土>潮土>褐土>砂浆黑土。土壤容重与土壤渗透性能呈负相关,土壤的入渗性能与土壤的非毛管孔隙度呈正相关,与毛管孔隙度成负相关。渗透率在开始阶段下降幅度较大,随着时间的推移,下降幅度逐渐减小,最后达到稳渗,且一般在20-30min达到稳渗。2、总结径流泥沙的产生和径流泥沙中营养元素的流失特征,运用幂指数方程和线性方程描述五种土壤类型径流量与产沙量之间、径流量与养分流失、泥沙量与养分流失之间的定量关系。3、研究褐土和潮土两种农田土壤,秸秆还田后对径流泥沙产量和径流中营养物质流失的影响。指出秸秆还田措施,能减少径流泥沙的产生,但是径流中营养物质养分浓度增加,若遇到夏季强降雨会造成较大养分流失。加入秸秆后,60min累计径流中磷素含量,雨强为1.0 mm·min-1时增加了289.28 %,1.5 mm·min-1时增加了160.40 %,2.5 mm·min-1时增加了67.83%。雨强为1.0mm·min-1时增加了8.00 %,1.5 mm·min-1时增加了0.54 %,2.5 mm·min-1时增加了38.34%。1.0 mm·min-1时60min平均COD值增大了522.23% ,1.5 mm·min-1时60min平均COD值增大了369.98%, 2.5 mm·min-1时60min平均COD值增大337.47%。4、研究褐土、潮土、砂浆黑土等农田土壤和黄褐土、黄棕壤土林地土壤,不同降雨强度下,径流泥沙以及营养元素的流失特征。发现,在同一坡度下,农田产生的径流量多于林地,但差别较小;而农田的泥沙流失量远远多于林地;随径流流失的营养物质,农田高于林地,但差别较小;而随泥沙流失的营养物质,农田远远高于林地。农田土壤流失泥沙量是林地土壤流失量的1178%16018%。泥沙中,农田总氮的流失量是林地总氮流失量的3620%11598%;农田总磷的流失量是林地总磷流失量的10108140%;农田总有机质的流失量是林地总有机质流失量的2063%14648%。5、褐土、潮土、砂浆黑土的养分流失以泥沙中的养分流失为主,黄褐土和黄棕壤土的养分流失以径流中的养分流失为主。农田土壤的养分流失量,泥沙中总氮流失量是径流中总氮流失量的670%2555%;泥沙中总磷流失量是径流中总磷流失量的5397%10992%;泥沙中总有机质流失量是径流中COD流失量的280%850%。林地土壤的养分流失量,泥沙中总氮流失量是径流中总氮流失量的13%22%;泥沙中总磷流失量是径流中总磷流失量的184%660%;泥沙中总有机质流失量是径流中COD流失量的4%14%。6、通过研究提出,秸秆还田时应考虑适宜还田时间,使完全腐化时间与降雨季节错开。林地虽然养分流失量远远小于农田,但是,受林地面积的影响,在制定河流负荷量时,应考虑农田和林地对河流的综合负荷。

论文目录

• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 非点源污染的概念及特征
• 1.1.1 非点源污染的概念
• 1.1.2 非点源污染的特征
• 1.1.3 农业非点源污染概况
• 1.2 农业非点源污染研究现状
• 1.2.1 农业非点源污染物的浓度及负荷研究
• 1.2.2 农业非点源污染物的迁移转化机理研究
• 1.2.3 影响农业非点源污染物迁移的因素研究
• 1.2.3.1 降雨径流的影响
• 1.2.3.2 土壤理化性质的影响
• 1.2.3.3 土地利用类型的影响
• 1.2.3.4 植被的影响
• 1.2.3.5 农业措施的影响
• 1.2.4 农业非点源污染物的模型研究
• 1.3 存在的问题及发展趋势
• 1.3.1 存在的问题
• 1.3.2 发展趋势
• 2 引言
• 3 研究地点及研究方法
• 3.1 河南境内淮河流域概况
• 3.1.1 河南省境内淮河流域概况
• 3.1.2 采样地点概况
• 3.2 实验设计
• 3.2.1 实验的技术路线
• 3.2.2 样地选择
• 3.2.3 土壤水分与渗透率的测定
• 3.2.4 人工降雨实验
• 3.2.4.1 人工降雨装置
• 3.2.4.2 雨强选择
• 3.2.4.3 土壤的处理
• 3.2.4.4 秸秆的处理
• 3.2.4.5 营养元素分析方法
• 3.2.4.6 人工降雨实验过程
• 3.2.5 数据处理方法
• 4 结果与分析
• 4.1 供试土壤的理化特性及渗透系数
• 4.2 降雨及径流泥沙产生特征
• 4.2.1 降雨强度对产流量的影响
• 4.2.2 降雨强度对产沙量的影响
• 4.2.3 土壤类型对产流产沙的影响
• 4.2.4 秸秆还田对产流产沙的影响
• 4.2.5 产流量与产沙量之间的关系
• 4.3 径流泥沙中营养元素流失特征
• 4.3.1 降雨强度对径流营养元素流失的影响
• 4.3.2 降雨强度对泥沙营养元素流失的影响
• 4.3.3 营养元素在流失泥沙中的富集现象
• 4.3.4 土壤类型对营养元素流失的影响
• 4.3.5 秸秆还田对营养元素流失的影响
• 4.3.6 营养元素流失量与径流泥沙相关关系
• 4.3,6.1 营养元素流失量与径流量的关系
• 4.3.6.2 营养元素流失量与泥沙流失量的关系
• 4.4 径流迁移中营养元素的流失形态
• 5 结论与讨论
• 5.1 结论
• 5.1.1 土壤的渗透特征
• 5.1.2 降雨及径流泥沙流失特征
• 5.1.3 径流泥沙中营养元素流失特征
• 5.1.4 养分流失的主要形态
• 5.2 讨论
• 参考文献:
• 英文摘要