巢湖流域典型圩区营养盐输出特征及模型研究

摘要

作为国家“三河三湖”重点治理的对象之一，巢湖的水体污染问题主要表现为富营养化严重，氮磷含量过高造成的水体严重富营养化是巢湖蓝藻暴发的一个最根本原因。巢湖周围圩区较为集中，圩区的进排水受泵站的控制，圩区内从事的农业生产活动将产生的面源污染输送到受纳水体-巢湖，圩区对流域的农业面源污染的控制至关重要。为了了解圩区的营养盐输出情况，本研究选择巢湖流域典型圩区-武都圩作为研究对象。
　　 本研究的内容包括：1)了解圩区作物不同施肥情况下的营养盐输出情况；2)研究圩区的降雨-排水事件的营养盐输出特征；3)模拟排水事件的营养盐输出浓度和负荷。研究的排水事件是从2009年6月到2010年10月，其中选择的样本包括地表径流、沟渠排水以及泵站的抽排水，所有的样本分析指标为总氮(TN)、铵态氮(NH4-N)、硝态氮(NO3-N)、总磷(TP)和可溶磷(DP)。同时，准确计算泵站的排水量、收集圩区的作物的施肥信息以及降雨量。
　　 (1)巢湖流域三种施肥措施大田示范的监测结果表明：减量化施肥的地表径流总氮(TN)浓度比常规施肥的低23％，总磷(TP)浓度低16％；减量化施肥沟渠的TN浓度比常规施肥低38％，TP低49％。优化施肥的地表径流TN浓度比常规施肥的低13％，TP浓度低3％左右；优化施肥的沟渠TN浓度比常规施肥低26％，TP浓度低7％。从环境角度考虑，水稻优化施肥和减量化施肥是值得推广的水稻大田示范施肥技术。
　　 (2)按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，在58次排水事件中，有86％的排水事件的TN处于标准的V类以上，15％的TP处于标准的Ⅲ类。排水事件TN的次降雨径流平均浓度(EMC)处于标准的V类以上(N.2mg/L)，TP的EMC处于标准的Ⅲ类。这说明农田施肥产生的面源污染对受纳水体的影响不容小觑。NO3-N是排水径流中可溶态氮素的主要形态，约占TN的25％～71％，径流流失中NH4-N所占的比例相比NO3-N来说比较小；TP的流失有很大一部分(40％～60％)是以DP的形态流失。排水事件的总负荷(ETL)也是用次排水事件的各个指标计算出来的，各项指标的ETL的变化比EMC的差异更大，这也是由于次排水事件排水量的差异造成的。
　　 (3)运用ERandEED软件，对巢湖流域典型圩区次排水事件5个指标的EMC和ETL进行模拟，自变量主要包括3种类型：施肥状况、径流深和前期降雨量。将59次排水事件随机分为两部分：一部分作为构建模型的基本数据，另一部分用于验证模型。结果表明：5个指标的EMC与自变量之间并没有显著的相关性；考虑相关系数(R2)和验证结果，除NO3-N外，其他指标的ETL的回归建模和验证效果都比较好。TP和DP的ETL受径流深(X3)影响最大，并且与径流深呈现高度的线性相关。验证结果表明：可以运用本模型用来估算TN、NH4-N、TP和DP指标的ETL。