不同灌溉模式下水稻田径流污染试验研究

为探讨不同灌溉模式下水稻田的产流规律和污染状况,为水稻灌区的农田水管理提供科学依据,本研究在常州市金坛和溧阳两地的野外水稻田开展非点源污染源试验,分别采用深水淹灌和干湿交替节水灌溉模式.在水稻生长季内,通过安装水位计和雨量计采集田面水水位和降雨信息,针对两种灌溉模式采取不同的方法计算径流量和氮磷流失负荷.结果表明,深水淹灌模式下,27场次降雨下有5场产生出流,还有1次人工排水造成了非点源污染,该灌溉模式下水稻田TN输出系数为49.4 kg·hm~(-2),TP输出系数为1.0 kg·hm~(-2);干湿交替节水灌溉模式下,最大降雨量达到95.1 mm时仍未发生产流.水稻田产流受到水稻需水量和灌排措施的影响,与田面水水位、降雨量和最低田埂高度直接相关;相较于传统的淹灌模式,干湿交替节水灌溉模式能明显减低由于降雨或者人工排水造成的非点源污染.     

多径流出口水稻田非点源污染试验研究及验证

为验证一种水稻田非点源污染原位观测方法的准确性和适应性,以北京市上庄镇某试验水稻田为例,应用原位观测方法分别在水稻田进水口附近（4#观测点）和出水口附近（2#观测点）安装水位计观测稻田水深,利用同步观测的降雨数据以及田内5个采样点定期采集的水质数据,进行非点源污染试验研究,探究基于同一块水稻田不同位置的水深观测数据是否对该方法的应用产生影响.结果表明:①晒田期间,由于4#观测点处于相对低洼的位置,其水深数据显示4 d的无水期,与实际晒田时间相符,而2#观测点水深数据显示10 d无水.②基于2#、4#观测点水深数据得到总蒸散发和渗漏损失、总径流量以及灌溉量的相对偏差分别为1.3%、1.0%、1.8%;应用原位观测方法估算出该水稻田的灌溉量在2 620~2 710 m3之间.③基于2#、4#观测点水深得到的TN、NH₄+-N、NO₃--N、TP、COD_Cr输出系数的相对偏差在0.8%~8.0%之间.研究显示:水位计安装位置对原位观测方法应用的影响不大,且主要体现在晒田期的水深观测,建议将水位计安装在稻田相对低洼处,以确保能够完整地监测水稻生长季的水深变化;应用该方法能准确识别水稻田的径流量和灌溉量,对具有多个径流出口的水稻田非点源污染试验具有较好的准确性和适应性.      

紫色土丘陵区农村集镇降雨径流污染特征

以2006年6月至2007年4月野外观测的8场降雨径流事件中TN、TP、COD与SS含量和流量数据为基础,分析了紫色土丘陵区农村集镇的降雨径流污染物来源、形态与输出负荷及初期冲刷效应,研究了农村集镇降雨径流污染特征.结果表明,农村集镇降雨径流中TN、TP、COD与SS的事件平均浓度(EMC)均值分别为25.52、3.63、714、2396 mg·L-1,年污染负荷分别为39.21、5.57、993、3335 kg·hm-2.农村集镇降雨径流污染物浓度峰值出现在流量峰值之前,两者间隔时间为3-45min.40%的TN、TP、COD与SS污染负荷由占总径流量30%的初期径流所运移,降雨径流污染物具有中等的初期冲刷效应.可溶性氮、颗粒态磷分别是农村集镇降雨径流污染中氮、磷素输出的主要形态.可溶性氮输出量受最大雨强影响较大(r=-0.825,P<0.05).而颗粒态磷输出量较为稳定,受降雨特征影响较小.不透水地面源污染与沟道累积污染是农村集镇降雨径流的主要污染源,透水地(林地、旱坡地)的水土流失则加剧其污染.     

滇池流域套作玉米对蔬菜农田地表径流污染流失特征的影响

采用田间小区试验,在自然降雨条件下,对滇池流域蔬菜(豌豆、西葫芦、马铃薯)单作与玉米套作蔬菜两种种植模式下农田地表径流的产生量与径流污染(TN、TP、COD、SS)的浓度进行了分析研究.结果表明:蔬菜单作和玉米套作蔬菜种植模式下地表径流量分别为94.7～128.9m·3hm-2和52.6～76.4m·3hm-2.蔬菜单作种植模式下地表径流中TN、TP、COD和SS浓度分别为10.6～35.8、0.79～3.23、54.6～224.1和35.0～478.3mg·L-1,流失量分别为1.74～2.39、0.18～0.26、7.71～10.59和10.4～21.7kg·hm-2;地表径流TP流失量以马铃薯单作模式最大,其余径流污染流失量以豌豆单作种植模式最大.玉米与蔬菜套作种植模式下地表径流中TN、TP、COD和SS浓度分别为11.7～23.8、0.23～3.54、26.5～222.1和49.7～541.3mg·L-1,流失量分别为0.82～1.22、0.10～0.16、4.17～6.03和8.71～12.6kg·hm-2;地表径流污染流失量均以玉米套作西葫芦种植模式最小.玉米套作蔬菜种植模式显著减少蔬菜农田地表径流量和径流污染流失,对地表径流量、地表径流TN、TP、COD和SS流失量的最大削减率分别为44.5%、53.1%、46.4%、52.1%和42.2%.     

川中丘陵区村镇降雨特征与径流污染物的相关关系

以野外观测的12 场降雨径流污染数据为基础,分析川中丘陵区村镇的降雨径流污染物之间及与降雨特征的相关关系.结果表明,村镇降雨径流中TN、TP、COD、SS 的EMCs(事件平均浓度)分别为21.31,3.00,526,1941 mg/L.TN 和TP 的EMCs 与降雨特征(最大雨强、降雨量、径流量、径流时间、降雨时间)存在负相关关系,氮和磷污染物因初期径流冲刷而具有较高的浓度,但随着雨量、径流量的增大而发生稀释或污染源耗竭效应;TN 和TP 二者的EMCs 存在显著的正相关关系,说明氮和磷的主要污染源相同.COD 和SS 的EMCs 与降雨特征无显著相关关系,且COD 和SS的EMCs 存在显著的正相关关系,说明COD 和SS 的污染源较均匀分布于集水区,来源充足,控制颗粒物污染,可以较好地控制村镇COD 输出.TN、TP、COD、SS 的EMCs 和FF30(由占总径流量30%的初期径流所运移的负荷)之间存在显著的负相关关系,表明初期径流运移的负荷较大,有将近40%的污染负荷为占总径流量30%的初期径流所运移.村镇降雨径流污染普遍存在中等初期冲刷效应.     

三峡库区香溪河流域非点源氮磷负荷分布规律研究

三峡水库蓄水后,水动力条件改变,营养盐不断累积,导致库区部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河支流为研究区,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型进行不同时空尺度非点源氮磷分布式模拟和分析.结果表明:径流和营养盐负荷受降雨影响并与其呈正相关关系,丰水年总氮(TN)和总磷(TP)负荷分别为3.48×103t和0.40×103t,枯水年分别为2.04×103t和0.23×103t,在4—9月丰水期,TN和TP贡献率分别为84.1%和89.4%;TN和TP负荷强度空间差异较大,差异系数分别为0.34和0.58,TN最大值和最小值分别为29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别为4.900 kg·hm-2·a-1和0.535 kg·hm-2·a-1;TN以硝氮(NO-3-N)为主,TP以矿物磷(MIN-P)为主,TN与TP的相关系数r为0.9258,TP与MIN-P的相关系数r为0.8596,有机氮(ORG-N)与有机磷(ORG-P)的相关系数r为0.9839,氨氮(NH+4-N)与亚硝氮(NO-2-N)的相关系数r为0.9723;污染控制的重点支流是高岚河流域和古夫流域,尤其是耕地面积比例较大的水月寺,黄粮、榛子、古夫4个乡镇,以及库湾周边的七里溪.     

基于SWAT模型的三峡库区香溪河非点源氮磷负荷模拟

三峡水库蓄水后,水动力条件改变下营养盐的过量输入导致部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河为研究示范区,基于GIS平台建立流域下垫面空间数据库,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型对流域三大主要水系及涉及35个子流域进行2000-2009年径流、营养盐输出模拟研究,并对实测数据和模拟结果进行分析,结果表明:径流模拟结果校验阶段的效率系数0.65和0.86,确定系数是0.78和0.91,模拟效果较好,径流和营养盐负荷受降雨影响呈正相关关系,在丰水年和丰水季节较大,2000-2009年期间TN和TP年均负荷分别是2640.64和300.01 t,在2007年达到最大值,分别是3475.96和399.20 t,在2005年为最小值,分别是2036.72和226.44 t,TN和TP负荷的贡献率高岚水系＞古夫水系＞南阳水系,支流TN和TP输出强度空间差异较大,空间分布差异系数分别是0.34和0.58,TN最大值和最小值是29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别是4.90 kg·hm-2·a-1和0.54 kg·hm-2·a-1.     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

千岛湖地区上梧溪流域地表径流非点源氮污染分类识别

非点源污染的准确定量是流域非点源污染控制和治理的基本前提和重要保障.在综合考虑基流非点源污染的前提下,对传统输出系数模型(ECM)进行优化和改进,建立以周为时间步长的输出系数模型(IECM),实现上梧溪流域不同土地利用类型地表径流非点源总氮(TN)污染更加准确的定量识别.结果表明,IECM可以有效实现该流域TN负荷的模拟定量,校准期与验证期的纳什系数(NSE)分别为0.82和0.77,R²分别为0.87和0.84.基于IECM得到的上梧溪流域2020年11月至2021年10月地表径流和基流的TN输出强度分别为5.74 kg·(hm²·a)^-1和9.85 kg·(hm²·a)^-1,分别占总径流负荷的36.80%和63.20%.相较于IECM,ECM由于未考虑基流对非点源污染的贡献,其估算的地表径流TN负荷量较IECM高54.21%.显然,直接将基流非点源污染归结于地表径流将导致地表径流负荷输出强度的严重高估.基于IECM计算得到的上梧溪流域水田、草地、林地、旱地和人居地的以地表径...     

基于改进输出系数模型的流域营养盐输出估算

为合理估算流域非点源污染营养盐输出负荷,针对广泛使用的输出系数模型方法,通过实测数据推算获得流域主要土地利用类型氮磷营养盐输出系数,并同时考虑流域降雨的空间差异,对模型结构进行了改进,并与GIS实现融合,构建半分布式的输出系数模型.利用该模型对太湖上游的西苕溪流域氮磷营养盐输出负荷进行了估算,结果显示,西苕溪流域TN输出负荷为2 121.3 t,TP输出负荷为49.3　t,这为太湖流域非点源污染治理提供了参考,改进的输出系数模型具有很好的时空尺度适宜性和推广性.     

施肥和秸秆覆盖对成都平原区农田氮和磷流失的影响

近年来由于氮、磷肥料过量施用造成了严重的污染问题和富营养化现象,而且这种污染问题在稻田区域更加明显.因此,采用田间小区试验方法,通过对2018年和2019年田间实地监测,在自然降雨条件下,对成都平原区不同施肥量以及秸秆覆盖对湿沉降和地表径流氮和磷的影响进行研究.结果表明,湿沉降氮养分主要以铵态氮存在,磷养分主要以可溶性总磷存在,氮和磷沉降主要发生在6～8月这3个月.地表径流量与降雨量呈正比,而地表径流氮养分浓度与降雨量呈反比.在2018年和2019年,增氮处理TR3总氮流失量分别为4.75 kg·hm^-2和2.68 kg·hm^-2,比常规处理TR1流失量增加26.73%和43.32%,是流失量最高的处理;减氮处理TR4总氮流失量分别为2.91 kg·hm^-2和1.37 kg·hm^-2,比常规处理TR1流失量降低了36.33%和26.74%,是流失量最小的处理.优化施肥处理TR2和减氮处理TR4能够有效降低地表径流磷素的流失,集中高强度降雨会降低地表径流总磷中颗粒态磷的含量.氮养分的流失主要集中于7～...     

基于土壤流失的农业面源TN和TP排海系数估算

以黄河三角洲为典型研究区,通过分析区域地表污染物流失风险与入海通量的关系,构建了海岸带农业总氮（TN）和总磷（TP）面源污染排海估算模型.在此基础上,计算了包含水田、水浇地和旱地等耕地类的TN和TP面源污染排海系数,验证表明输出系数估算结果较好.研究区耕地的TN和TP排海系数分别为18.33 kg·（hm²·a）^-1和1.02 kg·（hm²·a）^-1,在夏季面源污染负荷较高.子流域尺度较大的耕地类农业面源污染负荷主要位于支脉河、广利河和小岛河管控区域.TN和TP总负荷较大的行政区主要位于北部黄河口镇和永安镇;较大的单位面积负荷在西南部.因此,需要关注农业面源污染的时间效应,同时协调社会经济发展,从子流域和行政单元的角度制定综合性面源污染防控策略,陆海统筹治理海域污染.     

三峡库区石盘丘小流域氮磷输出形态及流失通量

小流域作为三峡库区非点源污染源头,是缓解水体水质恶化的重点防控对象.在三峡库区选取具有多种土地利用类型的石盘丘小流域为研究对象,对流域出水口断面水量水质进行连续监测,分析了小流域氮、磷污染物随降雨径流流失的浓度及形态变化特征,并计算小流域的污染物流失通量,分析影响氮、磷养分流失的主要人为和自然因素,对农业非点源污染特别是三峡库区的农业非点源污染研究具有相当重要的现实意义.结果表明,流域降雨量随季节变化明显,降雨多分布在4～6月,为小流域氮、磷流失的主要输出时期,占全年总氮、总磷负荷的58.94%和67.60%.石盘丘小流域年径流总量为8.02×10~4 m~3,总氮年流失通量为5.04 kg·hm~(-2),其中以硝态氮(2.54 kg·hm~(-2))为流失主体;输出总磷为0.534 kg·hm~(-2),可溶性总磷(0.422kg·hm~(-2))占总磷流失通量的79.00%.因此,对于石盘丘小流域来说,需要注意防范施肥和降雨期重合时水田氮磷流失.     

石盘丘小流域不同土地利用方式下土壤氮磷流失形态及通量

为了解三峡库区小流域不同土地利用方式下土壤氮、磷流失特征,为农业非点源污染防控提供科学依据;采用田间试验的方法,研究了三峡库区石盘丘小流域水田、旱坡地、林地、柑橘园和菜地这5种土地利用方式下地表径流不同形态氮、磷流失浓度与通量的特征.结果表明：全氮流失通量的顺序为水田[17.73 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[4.86 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[4.33 kg·（hm²·a）^-1] > 菜地[4.00 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[2.41 kg·（hm²·a）^-1];全磷流失通量的顺序为菜地[4.97 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[1.87 kg·（hm²·a）^-1] > 水田[0.93 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[0.27 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[0.19 kg·（hm²·a）^-1];5种土地利用方式下氮、磷流失主要集中在降雨频繁的4~5月,占全年氮、磷流失总负荷的53.80%~96.52%和56.03%~87.78%;氮流失主要以硝态氮（16.16%~52.70%）的形态流失,全氮流失通量与径流量呈现出显著正相关关系（R²=0.9826）;在菜地中颗粒磷是磷流失的主要形态（83.30%）,但在其他土地利用方式中表现不显著.不同土地利用方式下不同形态氮、磷流失存在显著差异,其中菜地应针对强降雨情况下颗粒磷流失的问题采取措施,水田应避免在降雨集中时期施肥;科学施肥和合理地土地利用方式配置是治理小流域农业非点源污染的重要途径.     

三峡库区典型紫色土小流域径流及氮磷流失特征

为了解三峡库区典型紫色土小流域径流污染特征,对新政小流域典型土地利用类型下降雨-径流时间过程和小流域集水区出口径流中氮磷浓度进行动态监测,监测分析库区小流域氮磷在降雨径流中的流失规律.结果表明,小流域径流氮磷损失量分别为13. 69 kg·(hm~2·a)-1和1. 50 kg·(hm~2·a)-1.农肥所含氮磷及降雨冲刷是小流域径流污染的主要原因.小流域的总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度达10. 05 mg·L~(-1)和1. 10 mg·L~(-1),远超过富营养化发生标准,须引起关注.本研究观测的两场降雨中,8月15日降雨中硝态氮(NN)和颗粒态磷(PP)分别为69. 47 kg和6. 83 kg,分别占TN和TP的53. 91%和53. 78%; 8月26日降雨中NN、氨氮(AN)和PP分别为6. 68、5. 61和1. 36 kg,分别占TN和TP的37. 74%、31. 69%和57. 63%,表明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷素迁移则以颗粒态为主.小流域强降雨对于氮磷流失的影响显著.这与紫色土土层薄、耕作频繁、土壤相对疏松等性质有关.     

北京城市主干道降雨径流污染负荷分析

为了解城市主干道径流污染特征,于2018年6—9月对北京城市主干道降雨径流进行取样监测,运用EXCEL和SPSS软件统计分析径流污染物TSS、EC、COD、TN、TP、Zn和Ni之间的污染特性,并在此基础上估算污染物年污染负荷.研究结果表明,北京城市主干道径流水质为劣Ⅴ类;污染物浓度与降雨量、平均降雨强度、降雨历时和雨前干期长度存在一定的相关关系,依据冲刷作用与稀释作用的强弱变化,相关性有一定变化;用TSS和EC表征污染物在径流中的存在状态,发现COD、TN、Zn和Ni在径流中主要以溶解态存在,TP主要以颗粒吸附的形式存在;据实际监测数据估算,北京城市主干道年污染负荷TSS、COD、TN、TP、Zn和Ni分别为3273.15、266.86、16.24、1.89、0.097和0.008 kg·hm~(-2)·a~(-1).城市主干道径流污染特征研究可以为城市道路径流污染防控与管理提供科学依据.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

城市湖泊氮磷沉降输入量及影响因子——以武汉东湖为例

城市湖泊是受人类影响最严重生态系统之一,正面临着水体污染和生态系统退化的双重压力.研究氮、磷沉降输入量及影响因素对城市湖泊管理具有重要的实践意义.本文通过对中国最大的城市湖泊之一——武汉东湖进行为期1年的氮、磷沉降连续监测,研究了大气混合沉降对武汉东湖的氮、磷输入动态,并探讨了氮、磷沉降的影响因素.结果表明:武汉东湖大气氮、磷年沉降通量分别为22.80、1.37 kg·hm~(-2)·a~(-1);总氮年沉降负荷为76.94 t·a~(-1),氨氮年沉降负荷为31.83 t·a~(-1),总磷年沉降负荷为4.61 t·a~(-1),分别占其东湖年入湖污染物的7.28%、7.61%和4.41%.从时间格局看,总氮沉降通量的季节性差异较为明显,表现为:春季(9.03 kg·hm~(-2))夏季(6.01 kg·hm~(-2))秋季(3.90 kg·hm~(-2))冬季(3.86 kg·hm~(-2));而总磷沉降通量呈现出仅春季较高(0.52 kg·hm~(-2)),占全年的38%,其他三季总磷沉降通量变化较小的特征.相关性分析显示,氮、磷沉降负荷量与降雨量、降雨时间间隔及空气颗粒物浓度(PM_(10)、PM_(2.5))等因素呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关.分析表明,随着控源、截污等措施对城市湖泊氮、磷输入的控制,氮、磷沉降对城市湖泊的生态影响应引起足够的重视.