三峡库区紫色土坡耕吸附态氨磷污染负荷模拟研究

摘要

三峡库区农业非点源污染负荷占整个库区污染负荷的77.85％。库区的土壤类型以紫色土为主，紫色土是一种宝贵的农业土壤资源，占库区总面积的38.55％，其中绝大部分为坡耕地。紫色土由紫色页岩发育而成，具有土层浅薄、孔隙度大、下渗及抗蚀性差的特点，加上强烈的人类活动，以及库区雨量丰富，降雨集中，暴雨频繁等原因，致使库区紫色土坡耕地水土流失十分严重。水土流失所携带的氮磷元素则是导致受纳水体发生富营养化的重要原因。在侵蚀性降雨冲刷作用下，表层土壤中的吸附态氮磷流失量增加，导致土地贫瘠化以及水环境富营化的趋势日益明显。流域输沙带来的大量吸附态氮、磷对三峡库区水体构成了严重威胁。因此，有效地控制库区紫色土坡耕地土壤侵蚀，对于保护库区耕地以及水库的水质安全具有十分重要的意义。
　　 本研究基于GIS技术，在构建三峡库区包含气象、地形地貌、土地利用、土壤类型、植被覆盖等空间数据库的基础上，以修正通用土壤流失方程RUSLE为基础，计算了三峡库区紫色土坡耕地土壤侵蚀量，并进行了空间分析；通过考虑库区实际地形因素，提出了能够反映库区泥沙输出实际情况的泥沙输移比的新估算方法，据此构建了库区吸附态非点源污染负荷模型，并进行了验证；针对中国科学院成都灾害与环境研究所等单位研发的控制坡耕地土壤流失的“大横坡+小顺坡”和“地埂+植物篱”的耕作技术，根据实测数据计算了水土保持因子值，最后应用土壤侵蚀模型与吸附态氮磷污染负荷模型对坡耕地改造技术用于整个三峡库区紫色土坡耕地所带来的效果进行了预测与对比分析。以期为三峡库区紫色土坡耕地水土流失防治、坡耕地综合整治提供参考。研究结果表明：
　　 (1)通过空间分析计算，三峡库区紫色土坡耕地采用传统的耕作模式，对于2010年的气候条件和土地利用状况，平均土壤侵蚀模数为4819.00t/(km2·a)；若采用“大横坡+小顺坡”的耕作模式，平均土壤侵蚀模数为2837.63t/(km2·a)；若采用“地埂+植物篱”的耕作模式，平均土壤侵蚀模数为1737.11t/(km2·a)。
　　 由于库区紫色土坡耕地侵蚀严重，若采用“大横坡+小顺坡”或者“地埂+植物篱”的耕作技术，可以有效的减少库区紫色土坡耕地的土壤侵蚀量，从而减少库区水土流失量，有利于耕地的可持续利用和水环境安全。
　　 (2)采用传统的耕作模式，2010年三峡库区紫色土坡耕地吸附态氮磷污染负荷分别是35731.33t、18732.93t，其中吸附态氮占总污染负荷的65.61％，吸附态磷占34.39％。采用“大横坡+小顺坡”耕作模式吸附态氮磷污染负荷分别是21081.48t和11052.43t，吸附态氮磷污染负荷减少了41.12％。若采用“地埂+植物篱”耕作模式吸附态氮磷污染负荷分别是12863.28t和6743.85t，吸附态氮磷污染负荷相比传统耕作模式减少了63.95％，相比“大横坡+小顺坡”耕作模式减少了38.98％。
　　 (3)根据空间分布，附态氮磷污染负荷从东向西依次下降。开县、云阳、奉节以及湖北的秭归吸附态氮磷污染负荷严重，其次是万州、忠县、石柱、巴南，相对污染负荷也比较严重，三峡库区西部地区污染负荷较轻。