三峡库区典型小流域面源污染特征研究

摘要

面源污染是当前三峡库区面临的一重大的环境问题。三峡水库蓄水后，大量耕地淹没，库区人地矛盾突出。农业种植结构的调整，粮食生产压力的不断增大，客观上推动了化肥、农药等施用量的增加。广泛的污染物来源、较大的潜在污染负荷、较多的发生条件为库区可能发生严重农业面源污染提供了有利条件，三峡水库的水环境安全受到严重威胁。本论文以三峡库区典型小流域--申家河小流域为研究对象，依托中国科学院三峡库区水土保持与环境研究试验站，以完善的侵蚀泥沙径流观测小区(可同时测定地表径流和壤中流)和小流域泥沙观测堰为平台，开展野外原位观测实验。研究内容有：(1)林地、村落、坡耕地、水稻田等不同土地利用类型的径流、泥沙和养分的流失特征、途径和通量；(2)集水区和小流域的径流损失特征、侵蚀泥沙与氮磷养分的损失途径与通量。主要研究结果与结论如下：
　　1、坡耕地TN的流失通量为42.30kg·hm-2，TP为1.99kg·hm-2。柑橘林地的TN流失通量为7.95kg·hm-2，TP的对应值为2.60kg·hm-2。自然林地的TN和TP的对应值分别为4.29kg·hm-2和0.41kg·hm-2。农村居民点的TN排放通量为23.31kg·hm-2， TP为3.85kg·hm-2。水稻田的 TN和 TP的流失通量分别为3.04kg·hm-2和0.62kg·hm-2。由此可知，坡耕地对小流域TN和TP流失通量的贡献率分别为52.3％和21%；柑橘林地的TN和TP的贡献率分别为9.8%和27.5%；居民点的对应值分别为28.8%和40.7%。因此，三峡库区典型小流域最主要的污染源是坡耕地、柑橘林地和居民点。
　　2、坡耕地产流过程中前期随径流量的增大，TN和PN浓度迅速升高，表明表层土壤累积的氮素迅速流失，到产流45min时，TN和 PN均达到最高，分别为7.26mg·L-1和6.03mg·L-1。TN和PN的峰值出现在径流峰值之前。之后，随径流量升高，TN和PN浓度下降，但变化幅度不大。壤中流中硝态氮(NN)随着径流的流失过程呈先快速上升，在110min时达到峰值，然后缓慢降低并趋于稳定，能够持续很长的时间。典型降雨事件中NN浓度较高，均超过10mg·L-1的饮用水安全标准。次降雨过程中，地表径流和壤中流中TN的平均流失浓度分别为1.02kg·L-1和3.10kg·L-1。
　　坡耕地产流过程中总磷（TP）与颗粒态磷（PP）的时间-浓度曲线变化趋势接近，产流过程中 TP与 PP呈极显著的正相关（r=0.968**,N=12），可知在暴雨条件下，泥沙结合是坡耕地磷随地表径流流失的最主要形态。在产流的最后阶段，径流溶解态的总氮（DTP）的时间-浓度曲线与TP的几乎重合。由此说明，随着降雨的减少，径流的携沙能力减弱，径流中的磷以可溶性磷为主。次降雨过程中，地表径流和壤中流TP的平均流失浓度分别为0.069kg·L-1和0.004kg·L-1。
　　3、径流过程中氮磷浓度呈先上升后降低的变化，与径流量流失过程具有相似性，但浓度峰值出现在径流量峰值之前。径流量和污染物浓度变化过程呈单峰趋势。次降雨事件的氮素流失平均浓度 TN为8.42mg·L-1，可溶性氮(DN)为5.61 mg·L-1，颗粒态氮为2.81mg·L-1。TP的平均浓度为1.23mg·L-1，可溶性总磷(DTP)的平均浓度为0.37mg·L-1，颗粒态磷平均浓度为0.86mg·L-1。颗粒态磷占总磷污染物都在60%以上，且浓度变异均不大。
　　4、旱坡地养分年流失通量为13.48kg·N·hm-2和1.58kg·P·hm-2。石盘丘集水区养分年流失通量为13.11kg·N·hm-2和2.02kg·P·hm-2，申家河小流域养分年流失通量为9.89kg·N·hm-2和0.71kg·P·hm-2。三峡库区紫色土地块尺度上氮磷流失主要以颗粒态(PN、PP)为主，而在集水区和小流域尺度上氮素以硝态氮(NN)为主，磷的流失仍以颗粒态(PP)为主，说明径流、泥沙与氮磷的作用机理不同导致氮磷流失机制的差异，表明面源污染过程的是一个非常复杂的过程。而随着空间尺度的增大，林地、耕地和居民点的氮磷流失通量下降。因此氮磷流失具有时间和空间尺度的变异性，评价氮磷流失的环境效应也有一定的尺度效应。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2研究目标与研究内容

1.3面源污染的概念、来源与特点

1.4国内外研究进展

1.5当前研究存在的不足

2研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

2.2研究思路与技术路线

2.3研究方法

2.4数据处理与计算

3 三峡库区紫色土坡耕地氮磷流失特征及通量

3.1坡耕地降雨径流、泥沙特点

3.2坡耕地氮素随径流的流失过程、形态与通量

3.3坡耕地磷素随径流的流失过程、形态与通量

4 三峡库区林地、居民点和水稻田氮磷流失特征

4.1柑橘林地氮磷随径流的流失特征

4.2自然林地氮磷流失特征

声明

4.3农村居民点氮磷流失特征

4.4水稻田氮磷流失特征

5 石盘丘集水区与申家河小流域面源污染研究

5.1降雨和径流变化特征

5.2径流和泥沙对降雨响应特征

5.3暴雨径流过程中氮磷形态与浓度变化特征

5.4小流域氮磷流失通量

5.5小流域的尺度效应

6治理措施

6.1源头控制

6.2过程阻断

6.3增汇控制与生态拦截

7 结论与创新

7.1主要结论

7.2特色与创新

7.3存在的不足与展望

参考文献

附录