基于模拟条件的海南主要流域农田面源污染特征研究

论文摘要

农业面源污染是最为重要且分布最为广泛的面源污染,而我省乃至全国农业面源污染的研究刚刚起步。万泉河、南渡江和昌化江为海南岛的三大河流,集水面积均超过3000 km2,流域面积占全岛面积的47%。随着海南社会经济的迅速发展,产生的各种污染特别是农业面源污染对海南岛河流水体环境也带来了越来越严峻的压力和冲击。目前我省还缺少系统、可靠的流域面源污染基础资料,对污染源的状况,面源污染对河流水体污染贡献等的研究基本处于空白的状况。因此对海南三大流域农田面源污染流失特征的研究对改善农业生产方式、控制农田面源污染和防止面源污染引起的环境问题具有重要意义。本研究采用现场调查布点、在代表性地块建设径流场,结合人工模拟降雨的现场观测采样、实验室分析和比较研究的方法,获得了海南岛主要的三大流域农田水土流失状况、农田面源污染物输出特征及污染物负荷特征的基础数据,据此探讨了影响农田面源污染物输出的主要影响因素。研究得出的主要结论如下：（1）在中雨、大雨和暴雨三种降雨强度下,海南岛三大流域区农业土壤流失量有万泉河>南渡江>昌化江的特征（中雨时分别为0.53 t·hm-2·a-1、0.45 t·hm-2·a-1、0.27 t·hm-2·a-1,大雨时分别为1.78 t·hm-2·a-1、0.90 t·hm-2·a-1、0.56 t·hm-2·a-1,暴雨时分别为13.53 t·hm-2·a-1、9.61 t·hm-2·a-1、7.39 t·hm-2·a-1）。与国内外现行推荐的土壤流失量标准比较,在中雨及大雨条件下,海南三大流域的土壤流失量总体处于较低水平,在暴雨条件下则处于中上水平。（2）三大流域泥沙流失总量为：暴雨>大雨>中雨。在相同的降雨条件下,三大流域径流泥沙流失总量为：南渡江>万泉河>昌化江。泥沙总流失总量分别为272.79万吨/年、128.53万吨/年和71.10万吨/年（3）三大流域径流小区径流系数及泥沙流失速率大小顺序为：暴雨>大雨>中雨。相同雨强条件下,径流系数万泉河与南渡江相近,昌化江最小,中雨条件下分别为23.11%、22.99%和18.82%,大雨条件下分别为36.40%、33.26%和26.12%,暴雨条件下分别为52.04%、54.73%和46.68%；泥沙流失速率大小顺序为：万泉河>南渡江>昌化江,中雨条件下分别为484.98 mg·m-2·min-1、389.94 mg·m-2·min-1和426.21 mg·m-2·min-1,大雨条件下分别为813.46 mg·m-2·min-1、675.68 mg·m-2·min-1和630.73 mg·m-2·min-1,暴雨条件下分别为2114.15 mg·m-2·min-1、1816.82 mg·m-2·min-1和1741.33 mg·m-2·min-1。（4）三大流域土壤养分流失总量为：暴雨>大雨>中雨；在相同的降雨强度条件下,三大流域径流中土壤养分年流失总量有南渡江>万泉河>昌化江的特征；氮（LTN）总流失总量分别为9764.73吨/年、4678.69吨/年和2728.65吨/年；磷（LTP）总流失总量分别为901.03吨/年、411.59吨/年和291.11吨/年；COD总流失总量分别为39.97万吨/年、11.12万吨/年和5.94万吨/年；OM总流失总量分别为5.05万吨/年、2.73万吨/年和1.53万吨/年；STN总流失总量分别为1623.50吨/年、986.42吨/年和545.45吨/年；STP总流失总量分别为790.63吨/年、379.74吨/年和262.57吨/年。在各流域的养分流失总量中COD和OM的流失总量最高,其次是TN和TP；TN以溶液流失为主,TP径流携带流失量与泥沙携带流失量相近。（5）随径流液流失的COD、LTN、LDN、LPN和随泥沙流失携带的总氮（STN）、总磷（STP）和有机质（OM）的流失与地表径流流失规律一致,雨强越大,流失速率越快,且泥沙流失携带STN、STP和OM的流失速率增幅相近；在同一雨强条件下,三流域区STN和OM随泥沙携带流失速率为：昌化江>万泉河>南渡江,如STN中雨时分别为0.70 mg·m-2·min-1、0.59 mg·m-2·min-1和0.42 mg·m-2·min-1,OM中雨时分别为19.27mg·m-2·min-1、15.18 mg·m-2·min-1和13.13 mg·m-2·min-1STP随泥沙携带流失速率为：万泉河>昌化江>南渡江,中雨时分别为0.29mg·m-2·min-1、0.24 mg·m-2·min-1和0.20 mg·m-2·min-1。（6）南渡江、万泉河及昌化江流域氮、磷的流失随着雨强而增大；氮素主要以径流携带为主,磷素主要以泥沙及颗粒携带为主；氮磷流失以总颗粒（LPN+STN、LPP+STP）占绝大比例,分别为53.99%-84.04%、74.42%-94.78%。LTP随径流流失以LPP为主,占50.47%-90.19%；三大流域区LTN在雨强较小时以LDN流失为主,当达到暴雨时以LPN流失为主,占68.33%-80.68%。（7）影响面源污染流失的主要因素为：坡度、雨强、土质等。改变施肥方式及控制施肥量是防止养分流失的关键。本研究结果将有助于了解海南岛主要的三大流域农田水土流失状况、农田面源污染物输出特征、污染物负荷特征及确定其影响因子,结合农业污染调查,提出海南省主要流域农业面源污染的防治对策和措施,为促进生态省建设提供有力依据和决策建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 水土流失测算方法及其在海南的研究状况
• 1.3 研究内容
• 1.4 数据来源
• 1.5 研究技术路线
• 2 研究方法
• 2.1 三大流域概况
• 2.1.1 昌化江流域概况
• 2.1.2 万泉河流域概况
• 2.1.3 南渡江流域概况
• 2.2 农田径流场结合人工降雨模拟研究方法
• 2.3 小流域径流观测研究法
• 2.4 输出系数与模型预测分析法
• 3 结果与分析
• 3.1 不同降雨强度下三大流域径流和泥沙流失特征
• 3.1.1 不同降雨强度下三大流域径流和泥沙流失速率比较
• 3.1.2 不同降雨强度下三大流域土壤流失量比较
• 3.1.3 不同降雨强度下三大流域泥沙流失总量比较
• 3.2 径流中养分流失特征
• 3.2.1 地表径流中氮的流失特征
• 3.2.2 地表径流中磷的流失特征
• 3.2.3 地表径流中COD的流失特征
• 3.3 径流泥沙中养分流失特征
• 3.3.1 径流泥沙中养分流失速率比较
• 3.3.2 径流泥沙中养分流失总量比较
• 3.4 不同降雨强度下三大流域农田径流面源污染物输出特征
• 3.4.1 不同降雨强度下三大流域农田径流氮素输出特征
• 3.4.2 不同降雨强度下三大流域农田径流磷素输出特征
• 3.4.3 不同降雨强度下三大流域农田径流有机物质输出特征
• 4 讨论
• 4.1 坡度对农田泥沙和径流养分流失量的影响
• 4.2 土壤质地对农田面源污染物输出的影响
• 4.3 植被覆盖率对农田泥沙和径流养分流失量的影响
• 4.4 其它因素对农田泥沙和径流养分流失量的影响
• 5 海南省农业污染防治对策
• 5.1 转变生产、生活与发展方式
• 5.2 强化教育与培训
• 5.3 规划与管理
• 5.4 服务和监督
• 6 结论
• 项目资助
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间的研究成果
• 致谢