巢湖北岸中東部水土遷移過程及規(guī)律研究.pdf

1、巢湖位于安徽省中部，是中國五大淡水湖泊之一。20世紀(jì)80年代水體開始呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)，以后富營養(yǎng)化逐步加劇，現(xiàn)已演變成為全國富營養(yǎng)化最為嚴(yán)重的淡水湖泊之一。這嚴(yán)重影響了沿湖地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和人民生活用水安全。雖然巢湖已經(jīng)被列為國家重點(diǎn)治理湖泊之一，但到目前為止，巢湖水體富營養(yǎng)化狀況依舊嚴(yán)重。造成這種現(xiàn)象的原因，是由于沒有從根本上實(shí)行內(nèi)源修復(fù)和外源防控的治理措施。而水土遷移作為非點(diǎn)源污染的主要途徑和重要形式，可攜帶大量泥沙、氮、磷等物質(zhì)

2、進(jìn)入巢湖水體，造成水體富營養(yǎng)化。 本文通過對巢湖北岸典型地區(qū)水土遷移過程研究，揭示水土遷移和養(yǎng)分遷移的特征和規(guī)律，提出控制巢湖流域水土遷移的針對性措施，期望在治理巢湖水體富營養(yǎng)化過程中，能為外源防控決策提供理論依據(jù)和實(shí)際參考。 本研究共分5個(gè)部分。 第一部分，回顧分析水土遷移國內(nèi)外研究進(jìn)展和巢湖流域環(huán)境問題及研究狀況。 第二部分，通過野外調(diào)查和實(shí)驗(yàn)，對坡面土壤養(yǎng)分的時(shí)空變化和輸出特征進(jìn)行研究。 第

3、三部分，采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，開展坡面徑流、泥沙的產(chǎn)生過程和遷移規(guī)律研究，并對徑流和泥沙中養(yǎng)分遷移過程和特征進(jìn)行分析。 第四部分，運(yùn)用水土遷移模型和養(yǎng)分遷移模型，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行水土遷移量和養(yǎng)分遷移量的估算和預(yù)測。 第五部分，結(jié)合巢湖流域?qū)嶋H情況，對水土遷移的防控和治理技術(shù)進(jìn)行了探討。 本研究取得如下成果： (1)野外調(diào)查和野外實(shí)驗(yàn)表明，由于水土遷移和養(yǎng)分遷移的影響，野外坡面土壤中氮磷元素含量總體上有隨時(shí)間

4、延長而降低，隨空間高度增加而降低的趨勢。在次降雨過程中，表層土壤中細(xì)小顆粒(粘粒和粉粒)與氮磷元素會移失，從而導(dǎo)致表層土壤中的養(yǎng)分含量都有不同程度的下降。其中，水解氮與速效磷的降低幅度較大(西瓜地、空閑地、油菜地水解氮和速效磷降雨前后降低幅度都在8.0％以上)，而全氮和全磷養(yǎng)分含量降幅很小(西瓜地、空閑地、油菜地全氮降幅分別為2.17％、1.86％和1.54％，全磷降幅分別為0.27％、0.22％和0.20％)。在不同利用方式下，降雨后

5、田間表土細(xì)小顆粒(粘粒與粉粒)相對減少，粗大顆粒(砂粒)相對增多的幅度是不同的，表現(xiàn)出西瓜地最大，油菜地最小的特征。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，流失泥沙具有富集粘粒和養(yǎng)分的特征。表現(xiàn)在，油菜地、西瓜地和空閑地粘粒的富集率都達(dá)到1.20以上，全氮與速效磷的富集率都在1.28-1.39之間，全磷和水解氮富集率基本處在1.13-1.30之間。馬鞍山坡面氮元素的富集率是1.26，磷素的富集率為1.15。通過對馬鞍山坡面土壤和氮磷元素遷移量的監(jiān)測和估算顯示，

6、土壤的平均遷移量為5412t/k㎡·a.土壤中氮元素和磷元素的平均遷移量分別為9.12t/k㎡·a和2.30t/k㎡·a。 (2)首次利用巢湖北岸的主要土壤類型(黃棕壤、黃褐土、粗骨土)就坡面產(chǎn)流產(chǎn)泥沙過程和養(yǎng)分遷移過程進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)顯示，坡面產(chǎn)流過程受降雨強(qiáng)度、坡面坡度、土壤類型、土壤前期含水量等因素的影響，坡面產(chǎn)流歷時(shí)與降雨強(qiáng)度、坡面坡度、土壤前期含水量之間呈反相關(guān)，坡面產(chǎn)流量與降雨強(qiáng)度之間正相關(guān)，較大的穩(wěn)定徑流量出現(xiàn)

7、時(shí)間與土壤前期含水量之間呈反相關(guān)；不同土壤類型，由于土壤質(zhì)地和孔隙度等差異，坡面產(chǎn)流過程也不同。徑流含沙量曲線變化特征是，在產(chǎn)流開始后逐漸上升，達(dá)到一個(gè)峰值后逐漸下降。其中，徑流含沙量曲線的峰值出現(xiàn)時(shí)間與降雨強(qiáng)度、坡面坡度呈反相關(guān)；流失泥沙累積量與降雨強(qiáng)度、坡面坡度、徑流累積總量之間呈正相關(guān)。坡面養(yǎng)分流失主要通過徑流和泥沙兩種形式來實(shí)現(xiàn)。其中。泥沙攜帶是養(yǎng)分遷移的主要形式。養(yǎng)分遷移總量與徑流累積量、泥沙累積量之間都呈正相關(guān)。通過對黃褐土

8、等的模擬實(shí)驗(yàn)還顯示，流失泥沙中養(yǎng)分含量普遍高于原土壤對應(yīng)的養(yǎng)分含量。印流失泥沙具有富集養(yǎng)分的特性。從三種土壤富集來看，粗骨土的富集率最高，黃褐土的富集率最低。從養(yǎng)分形態(tài)來看，三種土壤富集率大小規(guī)律總體是，速效磷＞水解氮＞全氮＞全磷。 (3)用SCS徑流曲線參數(shù)法對龜山地區(qū)水土遷移中的徑流進(jìn)行了研究和預(yù)測。預(yù)測結(jié)果是，研究區(qū)的年徑流量為470.0mm。 (4)采用侵蝕針法和USLE模型對龜山地區(qū)進(jìn)行了土壤侵蝕量的估算或預(yù)測

9、，結(jié)果分別是4107.57t/k㎡.a和3847.6t/k㎡.a，顯示了兩種預(yù)測結(jié)果基本一致性，但也顯示了USLE模型法較侵蝕針法預(yù)測結(jié)果要稍微偏大的特點(diǎn)。 (5)利用公式E＝(Er1*S+Er2*Q)*C，對研究區(qū)養(yǎng)分遷移量進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果顯示，利用SCS曲線法結(jié)合USLE模型預(yù)測研究區(qū)內(nèi)氮素遷移量為8.027t/k㎡.a，磷素遷移量為2.903t/k㎡.a。其中氮和磷元素通過泥沙攜帶造成的損失占養(yǎng)分遷移總量的90.92％和9

10、0.36％，進(jìn)一步證實(shí)泥沙攜帶是養(yǎng)分遷移的主要形式。 (6)根據(jù)水土遷移和養(yǎng)分流失的研究，提出了針對巢湖周邊的農(nóng)耕技術(shù)、生物技術(shù)和工程措施相結(jié)合的水土遷移防控和治理措施。在低山丘陵區(qū)，應(yīng)該采用植樹種草為主的生物措施，重點(diǎn)進(jìn)行土壤侵蝕的控制；在丘崗地區(qū)，通過農(nóng)林復(fù)合生產(chǎn)、等高種植、等高梯田等措施，以達(dá)到截流保土的目的；而在沖積平原區(qū)，提倡保護(hù)性耕作和多層次緩沖帶建設(shè)，達(dá)到重點(diǎn)控制污染物或養(yǎng)分流失的目的。 最終從根本上控制外