紫色土丘陵區(qū)典型農(nóng)業(yè)小流域多尺度氮素遷移過程及模擬.pdf

1、紫色土坡地土層淺薄，基巖埋深較淺，壤中流比例可高達50％以上，地下水硝酸鹽富集，嚴重威脅當?shù)鼐用耧嬘盟踩拖掠嗡w水質(zhì)安全。近年來，國內(nèi)外學者在淮河流域、太湖流域、九龍江流域等大型流域進行了大量研究，小流域尺度（0.5-100km2）的研究也逐漸增多，由于小流域地形差異、產(chǎn)匯流機制及流量計算差異導致研究結(jié)果有較大差異。因此，監(jiān)測和模擬紫色土區(qū)域不同尺度 N污染動態(tài)特征及負荷，對于控制農(nóng)業(yè)面源污染物質(zhì)排放具有非常重要的意義。本研究的主要

2、目標是：1）弄清典型紫色土丘陵區(qū)小流域不同尺度（坡面-支溝-小流域）徑流、氮遷移規(guī)律；2)明確紫色土丘陵區(qū)小流域不同空間尺度下 N素的暴雨徑流流失特征和季節(jié)性流失通量特征；3）建立SWAT模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)模型模擬提供物理支撐。
　　本研究主要結(jié)論如下：
　?。ㄒ唬┐谓涤甑剡w移轉(zhuǎn)化特征
　　(1)暴雨徑流流量特征
　　小流域不同次級監(jiān)測斷面流量隨降雨產(chǎn)生明顯的多峰現(xiàn)象，響應(yīng)趨勢大致相同，但對降雨量響應(yīng)的滯后

3、時間不同。植被覆蓋較低、坡耕地面積較多的蘇蓉和截流堰小流域流量過程線幾乎與降雨峰同步變化：植被覆蓋率較高，農(nóng)田林地面積較多的大興、萬安流域洪峰流量對多個降雨峰值無明顯響應(yīng)，萬安小流域出口兩場降雨幾乎結(jié)束4h和7h流量才達到峰值，表現(xiàn)為突出的“滯后效應(yīng)”。降雨結(jié)束后，地表徑流主要由壤中流和地下水補充，因此流量消退漫長，萬安小流域出口退水歷時超過20h。
　　(2)暴雨徑流氮流失負荷特征
　　暴雨徑流為 AN遷移的主要載體，流量

4、過程線對氮素濃度有明顯的階段分配作用。城鎮(zhèn)集市污水出口蘇蓉氨氮負荷較高，暴雨徑流沖刷下表現(xiàn)出較強的初始沖刷現(xiàn)象；隨著流域尺度的增加，空間異質(zhì)性對氮素遷移影響逐漸增大，梯級流域?qū)N負荷有明顯減輕作用。相比AN易遭受沖刷，NO3-N不易被土壤吸附，是淋溶過程和地下水中氮素的主要形態(tài)。兩場降雨P(guān)N/TN變化范圍為0.004-0.07，0.16-0.36表明泥沙沖刷作用不明顯，主要為表層土壤水浸潤洗提造成的氮素流失。NN/TN的變化范圍為0.

5、49-0.89，0.46-0.59，表明硝酸鹽淋溶是氮素流失的最主要方式。
　　(3)氮素累積負荷特征
　　2014年8月9號和9月9號兩場降雨中TN和DN累積負荷曲線都十分接近1：1線，說明各草地或林地覆蓋面積較大的流域，單次暴雨過程中很難產(chǎn)生“初始沖刷效應(yīng)”或“末期沖刷效應(yīng)”，總體看8月9日降雨比9月9日降雨更加接近1：1曲線，由FF30所對應(yīng)的值也可以看出更早的短歷時降雨對各形態(tài)氮素的沖刷作用更強，從流域空間尺度來看，

6、隨著流域尺度的增大，空間異質(zhì)性增高，暴雨對氮素負荷的沖刷作用明顯減弱。
　?。ǘ┑啬觌H流失通量特征
　　(1)氮素流失的季節(jié)性差異
　　盡管氮素流失和降雨條件，土壤理化性質(zhì)，耕作方式，畜禽養(yǎng)殖方式等諸多因素有關(guān)，但總體看雨季偏高，播種休閑期較低，秋冬季枯水期最高。但7-9月份流失的流量占年徑流量的80%以上，流失氮素總量約占全年累計值90%。因此雨季仍然是氮素流失的關(guān)鍵時期，雨水沖刷帶走的AN和部分顆粒態(tài)氮是地表氮

7、流失的重要途徑之一。
　　(2)氮流失通量影響因素
　　除降雨以外，外來灌溉水和施肥對氮素流失的影響也非常大，2014年4次灌溉水給穆家溝、截流堰帶來一定的氮負荷，尤其在施肥后的灌溉。但從整個流域空間來看，對大興、萬安流域的影響不大，而施肥則引起各個子流域氮素流失增加。
　　(3)氮素流失通量估算
　　流域面積與TN年際流失通量兩者之間有較好地相關(guān)性(R=0.975 P<0.05)，而單位面積流失負荷截流堰>大興

8、>萬安>穆家溝，表明土地利用方式對氮素流失有明顯影響，農(nóng)業(yè)活動會加劇氮素流失，而增加植被覆蓋率可以有效減少氮素流失。
　　（三）SWAT模型本地化
　　SWAT模型經(jīng)過率定、驗證實現(xiàn)了參數(shù)本地化，模型驗證期內(nèi)月平均徑流量R2>0.6，決定系數(shù)Ens>0.5，相對誤差在20%以內(nèi)，表明模型對研究區(qū)域適用性良好，對流域水文過程有較為準確的描述。
　　綜上所述，通過暴雨徑流梯級流域同步監(jiān)測基本弄清暴雨徑流中流量對降雨的響應(yīng)和