长沙县金井镇流域氮磷养分输出特征以及影响因素

摘要

近年来在我国农业飞速发展的同时也出现了一系列的问题:化肥和农药的不合理施用、养殖废弃物的随意排放、土地的不合理开发利用等。从而使得农村地区的生态环境逐步恶化，严重影响到了当地人民的生存和健康以及我国农业的可持续发展。
　　本文选取我国中亚热带丘陵区湖南省长沙县金井镇金井河流域为研究对象，利用GIS技术，合理布设监测点进行长期定位监测。本文的目的是:在子流域划分的基础上，利用统计分析方法分析不同流域水体氮磷养分输出特征;通过实地调查并统计流域化肥施用量及养殖密度等情况，研究其对流域水体氮磷输出的影响;结合流域土地利用构成及景观格局，探讨其对流域水体氮磷输出的影响。分析评价影响我国中亚热带地区流域面源污染的重要因素，为农业流域面源污染的防控和治理以及当地人们的健康和农业的可持续发展提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)长沙县金井镇金井河流域水体水质呈现中度污染，尤其是氮污染。2010年12月至2012年1月所有监测点的数据统计分析可知，TN、NH4+-N和NO3--N的平均浓度分别是2.94mg/L、1.27mg/L和1.30mg/L，TP和DP平均浓度分别为0.25mg/L和0.17mg/L。TN和TP的超标率分别为85.6％和38.0％(TN＞1mg/L，TP＞0.2mg/L)。并且流域水体内TN与NH4+-N和NO3--N浓度成极显著正相关，相关系数分别为0.97和0.50(p＜0.01，n=140)，TP与DP浓度成极显著正相关(r=0.96，p＜0.01，n=140)。
　　(2)在以水稻种植业为主的流域中，氮磷养分浓度随着水稻种植面积比例的增大而增大，并且其浓度随时间的波动呈现一定的规律性。流域内TN和NO3--N浓度的变化趋势相似，在一年内出现两个峰值，第一个峰出现在1月到2月，第二个峰值出现在7月份。NO3--N是TN的主要形式。TP和DP的变化趋势相似，分别在5到6月份和9到11月份出现两个峰值。DP是TP的主要组成形式。流域内TN和TP月输出通量随时间变化的波动性比较明显，平均月输出通量分别为9.2kg·N·hm-2·mon-1和0.67kg·P·hm-2·mon-1，分别在2011年6月和8月出现两个明显的峰值。在我国中亚热带地区控制流域水稻种植面积比例小于13％-30％，可以有效防止流域面源污染的发生。
　　(3)在选取的10个小流域中，除NO3--N外，养殖密度与各种形态的氮磷均有显著相关性。在以养殖业为主的流域中，四个流域的氮磷养分浓度波动性不太明显，但是基本上都在年底出现持续时间较长的高浓度值。NH4+-N与TN的变化趋势形似，DP与TP的变化趋势相似，同时NH4+-N和DP分别是TN和TP的主要组成形式。以养殖业为主的流域TN和TP的平均月输出通量分别为11.8kg·N·hm-2·mon-1和1.0kg·P·hm-2·mon-1。
　　(4)土地利用构成与流域水体氮磷浓度之间的相关关系显著。水田面积比例和林地面积比例与各种形态的氮素浓度及TP浓度间均存在显著的相关关系。居民地面积比例与氮素浓度之间存在极显著的正相关关系，而与磷素之间的关系却不显著。水体面积比例与各种形态的氮磷浓度之间均存在正相关关系。茶园与氮素浓度之间存在显著的正相关关系，但是与TP和DP之间却是负相关关系。
　　(5)景观水平和斑块水平上的土地利用格局与流域水体氮磷养分浓度之间的均存在显著的相关性，但是他们之间的关系随着土地利用方式和养分种类的不同而不同。在景观水平上，随着土地利用类型的分散、土地利用类型数量的增加、土地利用类型斑块数量的增加、斑块集聚度的增加，流域水体氮素浓度增加。在斑块水平上，不同土地利用类型的尺度、形状、边缘、距离、分布状况及聚合性等均是影响流域水体水质的重要因素。但是相对于土地利用构成和景观水平上的土地利用格局来说，斑块水平上的土地利用格局（PD、LPI、SHMN及ENNMN）对流域水体氮磷养分水平的影响更大。
　　(6)水稻种植、养殖密度、土地利用类型、景观及斑块水平上的土地利用格局等均是影响流域水体氮磷输出的重要影响因素。因此合理控制养殖密度、优化肥料施用方式、因地制宜的制定土地利用规划和管理措施是控制流域面源污染的有效途径。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 面源污染的概念和分类

1．2 农业面源污染

1．2．1 农业面源污染的概念以及特征

1．2．2 农业面源污染的危害

1．2．3 农业面源污染的研究进展

1．3 水稻种植与农业面源污染

1．4 养殖业与农业面源污染

1．5 土地利用构成和格局与农业面源污染

1．6 研究目的和内容

1．7 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 研究区域自然地理特征

2．1．2 研究区域社会经济资料收集

2．2 水质监测点布设及取样分析

2．3 流域土地利用资料收集与整理

2．4 数据处理与统计分析

3 结果与分析

3．1 金井河流域降雨量及水体氮磷输出特征

3．1．1 金井河流域降雨量与径流量的变化特征

3．1．2 金井河流域水体氮磷输出特征

3．1．3 金井河流域水体水质评价

3．2 金井河流域水稻种植和养殖业对流域河流水体氮磷输出的影响

3．2．1 水稻种植和养殖业与流域水体氮磷浓度的相关关系

3．2．2 金井河不同小流域水体水质及其影响因素主成分分析

3．2．3 水稻种植与流域水体氮磷浓度和通量之间的关系

3．2．4 养殖业与流域水体氮磷浓度和通量之间的关系

3．3 金井河流域土地利用构成和格局对流域河流水体氮磷输出的影响

3．3．1 土地利用构成对流域河流水体氮磷输出的影响

3．3．2 景观水平上土地利用格局对流域河流水体氮磷输出的影响

3．3．3 斑块水平上土地利用格局对流域河流水体氮磷输出的影响

3．4 金井河流域土地利用与水体氮磷输出水平之间多元线性回归

4 讨论

4．1 流域水体氮磷养分的来源

4．2 水稻种植和养殖业对流域水体养分物质化学组成的影响

4．3 水稻种植对流域水体氮磷养分输出的动态影响

4．4 水稻种植对流域水体氮磷养分浓度和通量的影响的临界值

4．5 土地利用构成与流域水体氮磷养分输出水平

4．6 景观水平的土地利用格局与流域水体氮磷养分输出水平

4．7 斑块水平的土地利用格局与流域水体氮磷养分输出水平

4．8 净化流域水体水质的土地利用规划和管理措施

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果