亚热带典型流域土壤水文性质模型模拟及氮素分布特征研究

摘要

土壤水文性质是影响土壤污染物迁移的重要因子，是对流域农业面源污染风险定量评价的重要基础。由于水文模型参数的直接测定相对比较繁琐，而且难度大成本高，采用间接的传递函数转换法为此提供了便利。本文选取位于湖南省长沙县的金井镇典型流域为研究区域，选取稻田、荒地、林地、菜地以及茶园等典型土地利用方式，采集原状1m土壤剖面，利用容重、有机质和机械组成为参数，运用多元逐步回归法分别建立稻田和旱地土壤饱和导水率传递函数以及土壤水分特征曲线传递函数并对其进行验证，同时分析了氮素在土壤剖面中的空间分布及其对地下水可能带来的风险，取得如下初步结论：
　　 (1)建立了稻田土饱和导水率传递函数，决定系数R2=0.67，所用参数包括容重、有机质、砂粒与粘粒含量以及土壤颗粒的几何标准偏差(GSD)，相关性分析表明模型受容重和有机质影响相对较大。模型预测时，误差比的几何偏差(GMER)为0.68，与Cosby、Vereecken、Wosten、Julia、Saxton和Aimrun等六个模型相比，精度有较大提高，且发现Aimrun模型预测能力也较好。建立的旱地土壤饱和导水率传递函数模型决定系数R2为0.52。所用参数包括土壤颗粒均值(GMD)，容重，砂粒、粉粒含量以及GSD，容重和质地对旱地土壤饱和导水率影响明显。对建模数据(n=70)和验证数据(n=30)进行预测得到的相关系数分别为0.74和0.71。
　　 (2)利用Van Genuchten作为参数方程，对该方程中四个参数(残余含水量、饱和含水量、α、n)以及风干含水量，凋萎含水量，田间持水量(包括-10Kpa和-33Kpa)和有效含水量分别与土壤理化性质建立传递函数，结果显示各模型所选用参数差异较大，且预测精度也不一样。所有模型中土壤饱和含水量拟合最好，决定系数R2为0.85，而残余含水量则拟合较差，其它参数模型决定系数都在0.5以上。
　　 (3)对氮素剖面分布特征的研究结果表明，稻田土壤硝态氮主要集中于土壤表层0-30cm，而旱地则在不同深度上变化平缓，说明旱地土壤中氮素向深层的迁移相对较多，对地下水会有一定污染风险，旱地铵态氮含量相对高于稻田。硝态氮与总氮含量呈显著正相关(P<0.01)，相关系数稻田和旱地分别为0.91和0.70，表明提高土壤总氮含量势必会增加土壤中硝态氮，进而增加氮素对地下水污染的环境风险。