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.     

不同水肥管理对太湖流域稻田磷素径流和渗漏损失的影响

于2010和2011年在太湖流域开展了为期2年的田间定位试验,对2种灌溉模式(常规连续淹灌与干湿交替节灌)和4种施肥管理(不施氮、常规尿素、控释BB肥与树脂包膜尿素)条件下稻田田面水和渗漏水总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(PP)浓度的动态变化及磷素径流和渗漏损失进行了研究.结果表明:田面水TP和DP浓度变化趋势相同,均在施肥后1 d达到最高值,之后急剧下降;渗漏水TP和DP浓度变化趋势也相同,均在施肥后7 d达到最高值,然后逐渐下降.PP是田面水磷素的主要形态,DP是渗漏水磷素的主要形态.节灌降低了田面水和渗漏水磷浓度但对DP/TP影响不大,同时降低了TP径流流失量(24.7%~57.4%)和渗漏淋失量(21.0%~25.3%).施氮增加了田面水和渗漏水的磷浓度,也导致了更高的TP径流和渗漏损失.与常规尿素相比,控释BB肥提高了田面水和渗漏水的磷浓度及TP损失量,而树脂包膜尿素降低了田面水和渗漏水的磷浓度和TP损失量.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用能有效降低稻田磷素径流和渗漏损失,削减农业面源污染.     

丘陵坡地地表径流中磷的形态及其影响因素

土壤磷随地表径流进入水体是导致水域富营养化的重要因素,研究地表径流中磷的形态有助于了解农业活动对流域水质的影响.本研究在2年内测定了浙江北部排溪冲小流域6种坡地利用方式的径流中各种磷的形态浓度及其影响因素．结果表明,对于己开发利用的坡地（尤其是新开荒的坡地）泥沙结合态磷（PP）是地表径流中P存在的主要形态,PP占总磷（TP）比例在49．39％～87．72％,径流中可溶性磷（DP）占生物可利用磷（BAP）的50％以上;径流中的DP和BAP明显受施肥状况和土壤中磷含量的影响,磷肥施用后遇降雨和高的土壤含磷量是导致径流中DP和BAP浓度高的主要原因.     

雨强和坡度对裸地径流颗粒物及磷素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强（0~100mm/h）和坡度（0°~10°）条件下,北方砂壤土裸地降雨径流中颗粒物（SS）、总磷（TP）、颗粒态磷（PP）的流失量及径流污染物之间的相关关系,并分析了雨强和坡度对污染物流失量的影响.研究结果表明,雨强和坡度越大,SS和TP流失量越大;径流中SS与TP、TP与PP的单位面积流失量呈显著线性相关关系（R²>0.946）;在实验条件范围内,雨强对颗粒物及磷素流失量的影响比坡度更显著;径流中颗粒物及磷素单位面积流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系,相关系数大于0.911,由于0°裸地和有坡度裸地的下渗及产流情况差异较大,在模拟雨强和坡度对颗粒物及磷素流失量影响时需分别考虑.结果可为我国北方砂壤土裸地径流中颗粒物及磷素单位面积流失量的估算提供计算方法和科学依据.     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

菌根和间作对滇池流域红壤磷素迁移的影响

为了研究菌根和间作对滇池流域红壤磷迁移的减控影响,根据2013年5—10月采集的6次径流水样,通过田间小区试验,选取玉米/大豆间作的红壤径流区,以单作玉米、单作大豆为对照,并设置抑菌处理(施用苯菌灵)和未抑菌处理,模拟分析间作和菌根处理复合作用下的径流磷迁移特征. 结果表明:除7月19日外,整个雨季各处理下径流中ρ(TP)、ρ(可溶性磷)和ρ(颗粒态磷)随采样时间均无明显变化;所有组合处理中,未抑菌-间作处理下径流中ρ(TP)最低,比单作玉米、单作大豆分别降低25.6%、12.2%;无论是否抑菌,玉米/大豆间作处理可使径流中ρ(可溶性磷)较单作玉米处理降低约24.7%;未抑菌处理下,玉米/大豆间作处理径流中ρ(颗粒态磷)比单作玉米、单作大豆分别降低约14.3%、20.2%,并且在玉米/大豆间作条件下,未抑菌处理径流中ρ(颗粒态磷)显著低于抑菌处理. 另外,无论是何种种植模式,抑菌处理下土壤中w(TP)均显著高于未抑菌处理,增幅在9.0%以上;抑菌条件下,间作玉米处理下土壤中w(TP)、w(速效磷)较单作玉米处理显著降低;与抑菌-单作玉米处理相比,未抑菌-间作玉米处理下土壤中w(TP)和w(速效磷)也分别降低了0.25 g/kg和2.56 mg/kg. 研究显示,菌根真菌协同玉米/大豆间作体系可在一定程度上减少坡耕地红壤磷的径流流失,对滇池流域农业非点源污染具有一定削减潜力.      

化肥减量配施生物炭和秸秆增加了坡耕地壤中流磷流失风险

紫色土坡耕地是中国西南地区的重要农耕用地,也是三峡库区农业非点源污染的主要来源地之一,采取合理的措施控制其土壤养分流失对该区域非点源污染治理具有重要意义.以紫色土坡耕地为研究对象,通过3 a(2018～2020年)大田试验,设置不施肥(CK)、常规施肥(CF)、优化施肥(OF)、生物炭+优化施肥减量15%(BF)和秸秆+优化施肥减量15%(SF)这5个处理,对自然降雨条件下坡耕地地表径流(0～20 cm)和壤中流(20～60 cm)磷流失规律进行监测与评估.结果表明,施肥减少了紫色土坡耕地产沙量和地表径流流失通量,但增加了壤中流流失通量.地表径流正磷酸盐(PO^3-₄-P)、全磷(TP)和颗粒态磷(PP)总流失通量以BF处理最高,SF处理最低.各施肥处理壤中流磷流失通量均高于CK处理,且PO^3-₄-P和TP流失通量以BF处理最高(213.88 g·hm^-2和694.54 g·hm^-2),其次为OF和SF处理.冗余分析(RDA)结果表明,地表径流流失通量和生物...     

毛竹林地磷素流失特征研究

通过在四岭水库流域代表性毛竹林地设置定位径流小区,研究不同施肥条件下毛竹林地磷素流失状况.该定位试验设有对照(CK,不施肥),农民常规高产栽培(FFP)与适地养分科学管理(SSNM)3个处理.结果表明,在2009年6月～2010年2月这9个月的监测期内,各次自然降雨条件下毛竹林地表径流中总磷(TP)平均浓度为0.59 ...     

农田土壤中的磷向水体释放的风险评价

通过对比土壤的固磷能力和磷素水平可以评估不同类型土壤中的磷向水体释放的风险。研究表明，磷吸持指数（SI）可以作为土壤最大吸磷量的替代指标来表征土壤的固磷能力。在太湖地区，影响水土界面磷素迁移能力的主要因素是土壤有效磷水平和土壤固磷能力。SI值30左右为一临界值，SI大于此值的土壤对于施磷具有较大的缓冲能力，而SI低于此值的土壤对施磷非常敏感，磷流失风险将随施磷量的增加而呈直线上升趋势。     

高原湖泊典型农业小流域氮、磷排放特征研究——以凤羽河小流域为例

通过对凤羽河小流域出水口断面进行定位连续监测,计算流域出水量和氮磷排放量,解析了流域氮磷排放量的时间变化特征,以期为小流域氮磷排放量计算、农业管理措施调控、削减流域氮磷排放量提供科学依据.结果表明,凤羽河小流域年度水流量为0.99亿m3,7—9月雨季水流量占全年的43.70%.小流域总氮(TN)的年排放量为139.8 t,可溶性总氮(DTN)是氮的主要排放形式,占TN的71.16%,颗粒态氮(PN)占TN的28.84%.小流域总磷(TP)的年排放量为27.7 t,颗粒态磷(PP)是磷的主要排放形式,占TP的76.47%,可溶性总磷(DTP)占TP的23.53%.7—9月雨季氮磷排放量占全年总量的比例分别为55.33%和77.81%.降雨是影响流域径流过程的重要因素,同时,流域内农业管理措施对径流量和氮磷排放具有较大影响.     

东部湿润区典型小流域土地利用的土壤水效应

不同土地利用类型下土壤水变化机制对流域水文过程与生态环境有较大影响。基于我国东部湿润区野外综合观测土壤墒情数据,探讨了不同土地利用类型下土壤水的动态变化特征。结果表明：（1）总体上,杨梅林土壤含水量在32%~37%之间波动;农田土壤含水量在20%~30%波动。坡耕地土壤含水量稳定在27%~35%之间;竹林土层土壤含水量大致稳定在25%~32%之间。垂直剖面上,表层（10 cm、20 cm）土壤水分变化大,深层（60~80 cm）土壤水分变化较小。表层土壤水分时间变化特征的波动幅度较深层土壤大。（2）不同降雨强度下,竹林土壤水分对降雨的响应程度大于杨梅林、农田和坡耕地。降雨强度越大,土壤水分响应程度越大;降雨停止后,土壤水分消退起伏下降,深层土壤水分变化较表层稳定。（3）通过增墒系数和减墒系数对土壤水分变化进行量化,发现竹林的消退最明显,其余三种土地利用类型变化幅度相当。杨梅林、农田和竹林均是表层变化较深层大,坡耕地变化更为复杂。研究结果将为我国东部湿润地区产汇流机理及防洪减灾研究提供一定参考。     

滇池流域农田土壤径流磷污染负荷影响因素

采用模拟试验的方法,研究了人工降雨和自然降雨条件下坡度、表土质地、降雨强度和地表状况等因素对农田土壤径流中磷污染物输出浓度和输出总量的影响.结果表明不同坡度土壤径流中总磷的浓度和磷的输出量不同,其中坡度为18°时径流中磷含量和磷的输出量最高,分别达到0.138mg·L^-1和6.14kg·hm^-2;在人工摸拟降雨与自然降雨2种条件下,土壤径流中总磷含量与输出量具有相同的变化趋势,径流中磷素的浓度和径流输出量随表土质地的变粗而减少;有作物种植条件土壤径流中总磷的浓度和输出负荷明显小于裸地条件,其中不同坡度磷的流失减少量为0.9～2.8kg·hm^-2,施肥后土壤地表径流中总磷的浓度比未施肥前成倍增加.     

于桥水库周边农业小流域氮素流失浓度特征

选择天津市水源地于桥水库周边2个典型的农业小流域进行了长期的氮素流失研究.结果表明,地表径流的总氮浓度以村庄和果园为最高,平均浓度在20 mg·L-1左右;农田次之,山坡最低,平均浓度低于10 mg·L-1.亚表层流中氮素流失在不同地点和不同降雨事件中浓度有较大差异,总体趋势以果园最高,村庄中菜园次之,农田最低.在流域出口处.曹各庄流域地表径流总氮浓度达到18.5 m8·L-1,桃花寺流域出口处浓度为5.9 mg·L-1,流域内不同景观格局和迁移廊道地貌的差异是造成2个流域氮素流失浓度差异的主要原因.曹各庄流域中主要污染源村庄离水库较近(约200 m),且道路型季节性河流等性质特征对污染物的滞留能力较弱,增加了氮素流失到受纳水体的风险;桃花寺流域的污染源村庄和果园离受纳水体较远(约1500 m),氮素在季节性河流迁移过程中被小石坝、植被过滤带和干塘等"汇"型结构所滞留.从而降低了向水体迁移的风险.     

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.     

滇池流域分散园地土壤侵蚀研究

通过对滇池流域园地水土流失的实际试验和观测,解释滇池面源污染中园地水土流失的规律,认为滇池流域小面积分散管理园地的SS流失并不是园地水土流失的主要产出地,但其对植被覆盖变化的敏感度较大,是潜在的土壤侵蚀区.     

芦溪流域非点源污染物流失的一般规律

以芦溪小流域为研究对象,监测在自然降雨条件下,不同土地利用类型小区、流域出口的污染物流失情况,研究一次降雨径流过程中非点源污染物流失的一般规律,以及不同前期降雨条件下的污染物流失特征.研究表明:随着前期降雨量的增大,SS的流失明显降低,当试验前5天总降雨量为15、115、161mm时,流域出口的SS流失浓度分别为265.6、145.8和124.2mg/L;流域出口的营养物质与COD受前期降雨条件的影响相对较小,波动幅度不大于±15%.小区试验的结果表明:污染物流失浓度的一般规律为:旱地>居民点>草地>林地>水田.植被覆盖可有效地减少泥沙流失,当植被盖度从50%上升到90%时,泥沙流失浓度可减少80%.土壤背景值是决定TN流失浓度的关键因子,旱地、草地、林地的TN流失浓度与土壤背景值的比值为2.75%、2.79%和2.42%.NO₃^--N与NH₄⁺-N的流失浓度随植被盖度的增大而增大.     

沂蒙山区典型小流域降雨径流的磷素输出特征

以沂蒙山区孟良崮小流域为研究对象,通过监测2010年自然降雨条件下流域出口污染物的流失状况,选取降雨量>2mm的10场降雨,分析降雨径流特征对磷素流失的影响.结果表明,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,且两者呈较好的线性关系;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.     

Effects of cattle,sheep and deer grazing on soil physical quality and losses of phosphorus and suspended sediment losses in surface runoff

Livestock grazing and treading is strongly linked to a decrease in freshwater quality and promotes eutrophication. A two-year field trial was carried out to investigate the influence cattle, sheep and deer have on soil physical quality and the loss of phosphorus (P) and suspended sediment (SS) in surface runoff. Surface runoff plots (4 m long by 1 m wide) were installed within areas designated as stock or ungrazed (control). Surface runoff was collected and analysed for concentrations and loads of P fractions (dissolved reactive P-DRP, dissolved unreactive P-DUP, total dissolved P-TDP, particulate P-PP and total P-TP) and SS. Grazed at equivalent stocking density, soil physical samples (macroporosity, bulk density, and saturated hydraulic conductivity K_sat) were taken after each grazing event (n = 11). Soil physical data indicated differences between cattle, sheep and deer with cattle having greater negative effects. However, these differences had no impact on P and SS losses between stock types in surface runoff. Significant relationships showed that an increase in macroporosity, K_sat, and time (days) since grazing decreased concentrations and loads of P and SS losses. A separate rainfall simulation study also revealed that an increase in simulated cattle treading intensity increased the volume of surface runoff and SS losses. Most surface runoff (> 90%) occurred in winter when soil moisture was at or above field capacity. A seasonal effect was observed and showed that although the greatest P loads occurred in winter, the greatest P concentrations occurred in summer months, under infiltration-excess conditions. These summer losses could pose a risk to receiving waterways because increased light and warmth may induce an algal response compared to winter. While there is limited scope to manage for infiltration-excess surface runoff losses from pasture, with most runoff occurring in winter, these findings reinforce the use of mitigation strategies such as restricted or nil grazing in winter when soil moisture has reached field capacity to minimise P and SS loss to surface water, regardless of stock type.     

基于机器学习的长江流域农田氮径流流失负荷估算

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总氮径流流失强度的主要因素,建立了基于机器学习的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型,量化了长江流域农田总氮径流流失负荷.结果表明,径流深、施氮量和土壤氮含量是影响旱地总氮径流流失强度的主要因素;径流深和施氮量是水田总氮径流流失强度的主要影响因素.与分类与回归树、多元线性回归和增强回归树方法相比,采用随机森林算法构建的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型具有更高的精度（R²为0.65~0.94）.基于随机森林算法的预测模型估算的2013年长江流域农田总氮径流流失负荷（以N计）为0.47 Tg ·a^-1（旱地：0.25 Tg ·a^-1;水田：0.22 Tg ·a^-1）,中下游地区贡献了58%的流失负荷.模型预测5种防治情景下的长江流域农田氮流失负荷可削减2.4%~9.3%,其中减少径流量的削减效果最为显著.长江流域农田氮面源污染防治必须协同加强氮肥精准管理、减少农田径流量和提高土壤氮利用,且应将重点放在中下游地区.所发展的基于机器学习建模方法克服了氮径流流失强度与影响因素之间函数关系难以确定的问题,为估算区域或流域农田氮流失负荷提供了简便且可靠的方法.     

长三角地区农田肥料总氮地表流失率和流失负荷估算

以长江三角洲为研究区域,利用2002年以来公开发表的文献中188组农田总氮(TN)地表径流试验样本,基于Bayesian递归回归树模型建立了长三角地区农田肥料部分(不包括土壤本底含量)总氮流失估算模型.同时,在ArcGIS平台上,估算了2008年长三角地区"三省一市"(上海、江苏、浙江与安徽)1 km×1 km农田肥料总氮地表流失率和流失负荷.结果表明:基于长三角地区化肥施用量、年降雨量、土地利用现状与水系等数据构建的长三角地区农田肥料TN地表流失率估算模型是有效的,模型校准和验证R2分别达到0.820和0.744,模拟结果相对可靠.长三角地区农田TN流失率具有显著的空间分异性,其中位值为3.36%(R50为3.09%~3.63%),主要影响因素为降雨量、土壤有机质含量、土壤粘粒比重、施N量等;相应地,2008年流失负荷为88.1 Gg·a-1(71.9~104.4 Gg·a-1,以N计).TN流失率较高的区域集中在淮河北部及江苏东部沿海区域,流失负荷贡献最大的市依次为盐城、徐州、阜阳、亳州,共占研究区域农田肥料TN流失负荷的41%.