赤红壤坡地上污泥污染物随地表径流流失的研究

论文摘要

在南亚热带酸性赤红壤坡地上,通过人工模拟降雨研究了不同坡度、污泥施用方式和污泥施用量条件下,污泥污染物（氮、磷、重金属Cu、Ni、Cr、Cd、Pb、Hg、As）随地表径流的流失情况。主要结果如下:1、模拟试验期内,径流累积产生量大小依次为:穴施＞对照＞撒施＞撒施+草,颗粒物累积流失量大小依次为:对照＞穴施＞撒施＞撒施+草,悬浮物累积流失量大小依次为:撒施＞穴施＞对照＞撒施+草。撒施处理径流累积产生量和颗粒相（颗粒物和悬浮物）累积流失量随污泥用量的增大而减少,但污泥用量对穴施径流累积产生量和颗粒相累积流失量并无明显影响。不同坡度污泥撒施处理中,径流累积产生量大小依次为:20°＞15°＞10°＞25°,颗粒物和悬浮物累积流失量大小依次均为:25°＞20°＞15°＞10°。2、污泥撒施前期（1 d和18 d）径流中多数混匀样污染物（MTC）和静置样污染物（STC,C=N、P、Cu、Ni、Cr、Cd、Pb、Hg、As）浓度和流失量均可达到峰值,分别是穴施和撒施+草对应峰值的1.2～15.2倍和1.1～37.2倍。随时间推移,撒施径流中上述污染物浓度和流失量总体呈递减趋势。模拟试验期内,撒施+草径流中各形态污染物平均浓度和流失量分别为撒施对应均值的6.7%～95.5%和2.1%～36.0%。穴施径流中各形态污染物平均浓度为撒施对应均值的2.5%～77.8%,穴施径流中多数形态氮、磷、铜、镍、铬和镉平均流失量为撒施对应均值的2.5%～89.8%,而穴施径流铅、汞、砷平均流失量与撒施对应值接近甚至更高。3、随污泥用量的增加,撒施径流中多数污染物平均浓度均不同程度升高,但平均流失量未必随之增加。撒施（60 t/hm2）处理径流中TPN、NH4+-N、铜、镍平均流失量为撒施（120 t/hm2）对应均值的52.4%～89.6%,而撒施（60 t/hm2）径流氮（MTN、STN、TSN、TDN、NO3- -N）、磷（MTP、STP、TPP和TSP）、铬、镉、铅、汞和砷平均流失量为撒施（120 t/hm2）处理对应均值的1.0～2.4倍。污泥用量对穴施径流污染物平均浓度和流失量无明显影响。4、污泥撒施前期的降雨径流中污染物浓度和流失量基本随坡度升高而增强。随时间的推移,撒施径流中污染物浓度和流失量明显降低,坡度间的差异逐渐缩小。污泥撒施前期径流中MTN、STN、MTP、STP、MTCu、STCu、MTNi、STNi、MTCr、MTCd、MTPb、MTHg、MTAs浓度和流失量均可达到峰值,多数污染物浓度和流失量峰值大体随坡度增大而升高,其中25°径流MTC（C=N、P、Cu、Ni、Cr、Cd、Hg、As）浓度和流失量峰值是10°对应峰值的2.1～5.7倍。此后各坡度撒施径流污染物浓度和流失量总体呈递减趋势,不同坡度的径流污染物浓度和流失量差异缩小。模拟试验期内,MTN、STN、MTP、STP、MTCu、STCu、MTNi、STNi、MTCr、MTCd、MTHg和MTAs径流平均浓度和流失量基本随坡度增大而不同程度升高,而MTPb、STCr、STCd、STPb、STHg、STAs平均浓度和流失量与坡度关系不明显。5、径流颗粒相的组成（污泥和土壤颗粒相的相对比例）及其流失很大程度上决定了酸性土坡地上污泥污染物的流失。各污泥处理径流中P、Cu、Ni、Cr、Cd、Pb、Hg和As基本上以颗粒相形式流失,氮主要是以溶解态形式流失,但相当比例NH4+-N是通过吸附于颗粒相随径流流失的。6、在上述元素中,氮、磷和镍对地表水的污染风险较高。各处理径流污染物的综合污染风险为:25°撒120＞20°撒120＞15°撒120＞10°撒120＞15°撒60＞15°穴60＞15°撒施+草≈15°穴120＞15°对照。控制污泥施用坡地的坡度,采用坡面敷草或穴施措施可不同程度降低坡地施用污泥对地表水的污染风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 污泥特性、营养成分及重金属元素
• 1.2.1 污泥特性
• 1.2.2 污泥营养成分和重金属元素
• 1.3 污泥农业利用的正面效应与限制因素
• 1.3.1 污泥农业利用的正面效应
• 1.3.2 污泥农业利用的限制因素
• 1.4 污泥农业利用对土壤-水体系统的影响
• 1.4.1 农业面源污染物的迁移过程
• 1.4.2 污泥/土壤的氮素流失研究
• 1.4.3 污泥/土壤的磷素流失研究
• 1.4.4 污泥农业利用中重金属在土壤-水体的化学行为与迁移
• 1.5 污泥农业利用的管理及其径流污染控制
• 1.5.1 污泥质量
• 1.5.2 制定和健全法律法规
• 1.5.3 污泥农用的环境容量与监测
• 1.5.4 污泥农用径流污染的控制
• 1.6 国内外研究不足
• 2 研究目标、内容与方法
• 2.1 研究目标
• 2.2 研究内容
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 供试材料
• 2.3.2 试验设计
• 2.3.3 野外人工模拟降雨
• 2.3.4 径流样品采集、分级及测定
• 2.3.5 结果分析
• 2.3.6 野外原位研究技术路线图
• 3 施用污泥对赤红壤坡地水土流失特征的影响
• 3.1 不同污泥施用方式下的水土流失特征
• 3.1.1 不同污泥施用方式下的径流流失特征
• 3.1.2 不同污泥施用方式下的颗粒相流失特征
• 3.2 不同污泥用量下的坡地水土流失特征
• 3.2.1 不同污泥用量下的坡地径流流失特征
• 3.2.2 不同污泥用量下的坡地颗粒相流失特征
• 3.3 不同坡度坡地上施用污泥的水土流失特征
• 3.3.1 不同坡度坡地上施用污泥的径流流失特征
• 3.3.2 不同坡度坡地上施用污泥的颗粒相流失特征
• 3.4 小结
• 4 赤红壤坡地上污泥氮素随地表径流流失的研究
• 4.1 施用方式对污泥氮素径流流失的影响
• 4.1.1 施用方式对径流氮素浓度的影响
• 4.1.2 施用方式对径流氮素流失量的影响
• 4.2 施用量对污泥氮素径流流失的影响
• 4.2.1 施用量对径流氮素浓度的影响
• 4.2.2 施用量对径流氮素流失量的影响
• 4.3 坡度对污泥氮素径流流失的影响
• 4.3.1 坡度对径流氮素浓度的影响
• 4.3.2 坡度对径流氮素流失量的影响
• 4.4 径流各形态氮、颗粒相与径流量之间的相关关系
• 4.5 污泥氮素随径流流失对地表水质的影响
• 4.6 小结
• 5 赤红壤坡地上污泥磷素随地表径流流失的研究
• 5.1 施用方式对污泥磷素径流流失的影响
• 5.1.1 施用方式对径流磷素浓度的影响
• 5.1.2 施用方式对径流磷素流失量的影响
• 5.2 施用量对污泥磷素径流流失的影响
• 5.2.1 施用量对径流磷素浓度的影响
• 5.2.2 施用量对径流磷素流失量的影响
• 5.3 坡度对污泥磷素径流流失的影响
• 5.3.1 坡度对径流磷素浓度的影响
• 5.3.2 坡度对径流磷素流失量的影响
• 5.4 径流各形态磷、颗粒相与径流量之间的相关关系
• 5.5 污泥磷素随径流流失对地表水质的影响
• 5.6 小结
• 6 赤红壤坡地上污泥重金属随地表径流流失的研究
• 6.1 赤红壤坡地污泥Cu随径流的流失特征
• 6.1.1 施用方式对污泥Cu径流流失的影响
• 6.1.2 施用量对污泥Cu径流流失的影响
• 6.1.3 坡度对污泥Cu径流流失的影响
• 6.2 赤红壤坡地污泥Ni随径流的流失特征
• 6.2.1 施用方式对污泥Ni径流流失的影响
• 6.2.2 施用量对污泥Ni径流流失的影响
• 6.2.3 坡度对污泥Ni径流流失的影响
• 6.3 赤红壤坡地污泥Cr随径流的流失特征
• 6.3.1 施用方式对污泥Cr径流流失的影响
• 6.3.2 施用量对污泥Cr径流流失的影响
• 6.3.3 坡度对污泥Cr径流流失的影响
• 6.4 赤红壤坡地污泥Cd随径流的流失特征
• 6.4.1 施用方式对污泥Cd径流流失的影响
• 6.4.2 施用量对污泥Cd径流流失的影响
• 6.4.3 坡度对污泥Cd径流流失的影响
• 6.5 赤红壤坡地污泥Pb随径流的流失特征
• 6.5.1 施用方式对污泥Pb径流流失的影响
• 6.5.2 施用量对污泥Pb径流流失的影响
• 6.5.3 坡度对污泥Pb径流流失的影响
• 6.6 赤红壤坡地污泥Hg随径流的流失特征
• 6.6.1 施用方式对污泥Hg径流流失的影响
• 6.6.2 施用量对污泥Hg径流流失的影响
• 6.6.3 坡度对污泥Hg径流流失的影响
• 6.7 赤红壤坡地污泥As随径流的流失特征
• 6.7.1 施用方式对污泥As径流流失的影响
• 6.7.2 施用量对污泥As径流流失的影响
• 6.7.3 坡度对污泥As径流流失的影响
• 6.8 污泥重金属径流流失的影响因素分析
• 6.8.1 施用方式对污泥重金属径流流失的影响
• 6.8.2 施用量对污泥重金属径流流失的影响
• 6.8.3 坡度对污泥重金属径流流失的影响
• 6.8.4 径流重金属、颗粒相与径流量之间的相关关系
• 6.8.5 污泥重金属随径流流失对地表水质的影响
• 6.9 污泥重金属和氮磷径流流失对地表水环境质量污染的评价
• 6.10 污泥重金属和氮磷径流流失负荷的比较分析
• 6.11 小结
• 7 结论、创新及有待进一步研究的方面
• 7.1 结论
• 7.2 创新
• 7.3 需要进一步研究的方面
• 参考文献
• 附图
• 导师简介
• 个人简介
• 致谢