渭北坡地果園主要非點(diǎn)源污染物輸移模型研究.pdf

1、“高投入、高產(chǎn)出”的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式所導(dǎo)致氮、磷以及重金屬等元素的流失是土壤質(zhì)量退化和造成水體污染的重要原因之一。選擇水土流失嚴(yán)重的渭北黃土高原區(qū)，開展坡地果園非點(diǎn)源污染物輸移機(jī)理和預(yù)測(cè)模型的研究，對(duì)坡地果園施肥管理和有效預(yù)測(cè)污染物流失均具有重要意義。 本文在國(guó)內(nèi)外非點(diǎn)源污染研究的基礎(chǔ)上，通過野外采集土樣，采用土槽和人工降雨相結(jié)合的微小區(qū)試驗(yàn)方法，選擇總氮、總磷、重金屬鎘和鉻為研究對(duì)象，從果園施肥強(qiáng)度從發(fā)模擬污染物隨徑流和泥沙的輸

2、出過程，并提出了水蝕條件下污染物輸移模型，旨在為渭北坡地果園施肥管理和非點(diǎn)源污染的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。 在降雨歷時(shí)為1.5min，降雨強(qiáng)度為1.2mm/min，土槽坡度為8°，裝土容重為1.20g/cm3，土壤含水率在10％的人工模擬降雨試驗(yàn)條件下，得出的主要研究結(jié)果如下： (1)土槽產(chǎn)流時(shí)間發(fā)生在降雨開始后的5min左右，于降雨12min后徑流模數(shù)Mw達(dá)到最大值，峰值高于2000 m3/km2；輸沙模數(shù)Ms最大

3、值出現(xiàn)在降雨7.5min，比徑流模數(shù)峰值提前，峰值約為65 t/km2。并且四種不同施肥處理下的降雨試驗(yàn)所得到的產(chǎn)流時(shí)間、徑流模數(shù)和輸沙模數(shù)比較相近，這說明在人工降雨條件下，坡面產(chǎn)流輸沙特征與土壤的施肥強(qiáng)度沒有太大關(guān)系。徑流模數(shù)Mw和輸沙模數(shù)Ms隨降雨歷時(shí)延長(zhǎng)的輸移模型可以用擬合公式Mw：f(t)、Ms=f(t)表達(dá)，并且預(yù)測(cè)結(jié)果與測(cè)定結(jié)果基本吻合。 (2)按照當(dāng)?shù)靥O果低產(chǎn)園、中產(chǎn)園和高產(chǎn)園所施用的化肥強(qiáng)度水平設(shè)置CK、A、B

4、、C四種施肥處理，其中包括一個(gè)無肥處理CK作為對(duì)照。四種施肥處理下徑流中Nw變化范圍分別為0.74-1.02mg/L，0.76-1.01mg/L，0.87-1.26mg/L和0.98-1.67mg/L；Pw變化范圍分別為1.05-1.71mg/L，1.63-2.3mg/L，2.18-2.74mg/L和2.42-3.39mg/L；Cdw變化范圍分別12.7-18.8ug/L，15.9-19.3ug/L，17.4-21.8ug/L和21.0

5、-28.3ug/L；Crw變化范圍分別為61.4-68.2ug/L，65.8-68.6ug/L，72.2.83.9ug/L和83.0-94.6ug/L。徑流樣中氮素濃度Nw和徑流模數(shù)Mw隨降雨歷時(shí)的變化過程相似，在降雨12min時(shí)都會(huì)出現(xiàn)峰值的變化；其他污染物的濃度Pw、Cdw.Crw隨降雨歷時(shí)呈波浪狀變化。 (3)CK、A、B、C施肥處理下徑流中Ns變化范圍分別為85.47-114.16mg/kg，93.31-126.18m

6、g/kg，108.16-135.27mg/kg和110.36-146.38mg/kg；Ps變化范圍分別為76.47-80.33mg/kg，78.51-83.29mg/kg，82.63-89.39mg/kg和80.06-114.28mg/kg；Cds變化范圍分別為77.4-98.7ug/kg，79.2-98.5ug/kg，86.4-114.3ug/kg和93.3-120.7ug/kg；Crs變化范圍分別為163.75-564.49mg/k

7、g，221.04-807.9mg/kg，369.96-1003.41 mg/kg，225.96-124.59mg/kg。泥沙樣中氮素含量Ns和磷素含量Ps在產(chǎn)流初期呈上升趨勢(shì)，于降雨7.5min達(dá)到其峰值點(diǎn)后，又隨降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)有所下降；重金屬鎘含量Cds和鉻的含量Crs隨降雨歷時(shí)呈波浪狀略微上升趨勢(shì)。 (4)在人工模擬降雨條件下非點(diǎn)源污染物的流失量均與施肥強(qiáng)度有密切關(guān)系。施肥強(qiáng)度大，則污染物流失量也大，兩者成正比關(guān)系。氮素在

8、泥沙中的輸出量是徑流中的100倍以上；磷素在泥沙中的輸出量是徑流中的30倍以上；鎘在泥沙中的輸出量是徑流中的4-6倍；泥沙中鉻的流失占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因此減少輸出的泥沙量對(duì)減輕土壤中污染物的流失具有重要意義。 (5)通過進(jìn)一步研究不同施肥處理下，徑流模數(shù)、輸沙模數(shù)和污染物輸出情況之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水蝕條件下fW(t)=Mw/Cw和fs(t)=Ms/Cs的實(shí)測(cè)曲線與正弦函數(shù)曲線相似，污染物流失量變化曲線也與正弦函數(shù)曲線相似。經(jīng)函數(shù)擬合得