沂河上游典型小流域磷元素输出特征分析

摘要

随着人们对点源污染的治理,由非点源污染引起的环境生态问题益发显得突出.降雨引起的农田氮、磷等养分流失导致土壤质量退化和水体富营养化,是农业非点源污染的主要表现形式.而磷作为水生生物的主要营养物质,是影响水体富营养化的关键因素,诊断磷在流域内的来源、迁移转化规律成为非点源污染过程认识与控制的焦点.
　　本研究基于对孟良崮小流域农业生产状况和区域水系的特征采用径流场实验监测方法,在自然降雨条件下,同步观测降雨、地表径流量,对2010和2011年汛期降雨河道断面和不同土地利用方式的磷素流失过程进行实地监测,分析不同降雨条件下河道断面和各土地利用方式的磷素输出特征,主要结论如下:
　　1.特殊降雨条件下的流域径流磷素输出对全年磷素输出贡献较大
　　首场降雨径流中溶解态有机磷(DOP)、溶解态无机磷(DIP)、溶解态全磷(DP)、颗粒态全磷(PP)和总磷(TP)浓度明显高于最大强度降雨,而输出负荷分别为最大强度降雨的168％、54％、71％、48％和54％;2场降雨对小流域磷素年输出负荷有重要影响,DOP、DIP、DP、PP和TP的输出总量分别占整个雨季输出的48％、81％、70％、87％和81％,其中DIP占DP流失的77％,PP占TP流失的71％;2场降雨均存在污染物的初期冲刷效应,最大强度降雨的初期冲刷效应较首场降雨强烈;2场降雨的各磷素累积输出负荷同累积径流量之间均呈线性关系,且拟合度较好,但首场降雨各形态磷素直线方程的斜率均大于最大强度降雨.
　　2.不同降雨条件下的流域径流磷素浓度变化过程不同
　　在小流域2010年降雨量>2mm的10场降雨条件下,次降雨径流中总磷(TP)、颗粒态全磷(PP)、水溶性全磷(DP)、水溶性无机磷(DIP)浓度变化与流量变化过程不一致,浓度峰值均出现于流量峰值之前,而磷素通量与流量变化过程较为一致,且两者呈显著的线性关系;次降雨径流TP、PP、DP、DIP的浓度最大值及平均浓度(EMCs)差异均较大,其主要受降雨量、最大雨强和平均雨强影响,与降雨历时无显著相关关系,而浓度最小值差异较小;TP以PP流失为主,DP以DIP流失为主,DIP/DP的动态变化与降雨历时、降雨量、最大雨强和平均雨强均无显著相关关系,而PP/TP的动态变化与最大雨强显著相关.DIP、DP、TP的输出受地表径流(DR)和基流(BF)的影响较大,DIP/DP的动态变化及DIP、DP、TP的EMCs与DR/TR(地表径流/总径流量)存在多项式关系,而PP/TP的动态变化和PP的EMCs受DR/TR影响较小.
　　3.不同土地利用方式的磷素输出和保土减沙效益不同
　　在2011年不同降雨条件下各土地利用方式的磷素输出中,随着降雨量的增加各土地利用方式,磷素输出浓度并没有呈现逐渐变大的趋势;地瓜地和杨树林在中雨、大雨和暴雨条件下的泥沙浓度较小,保土减沙效益较好;在不同土地利用方式中,通过分析10次不同降雨条件下磷素和泥沙总输出特征,DOP、DIP、DP、PP、TP和泥沙输出最小的土地利用方式分别为杨树林、杨树林、杨树林、地瓜地、杨树林和地瓜地.
　　4.建议
　　研究结果将为流域农业非点源污染实行合理有效的控制措施提供决策依据.依据降雨对农业非点源输出的影响,指导农民合理地安排农事活动,合理调整土地利用结构是降低农业非点源污染的有效途径;根据气象预报尽量减少在特殊降雨期间翻耕、施肥等农事活动,以及有针对性的建立沟渠、池塘等截污措施减少初期冲刷效应.

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1 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3国内外研究现状及趋势

1.4研究内容

2 材料与方法

2.1研究区概况

2.2试验点概况

2.3土地利用类型

2.4样品采集

2.5样品测定

2.6计算方法

2.7数据分析

3流域径流的磷素输出特征

3.1特殊降雨条件下的流域径流磷素输出特征

3.2不同降雨条件下的流域径流磷素输出特征

4不同土地利用方式的磷素输出特征

4.1降雨强度对磷素浓度变化过程的影响

4.2土地利用方式对磷素浓度变化过程的影响

4.3不同土地利用方式的磷素输出负荷

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参与的课题