三峡库区典型农业小流域水体水质动态与径流氮磷排放特征

【摘要】三峡水库是举世瞩目的水利工程,其库区范围包括从湖北宜昌至重庆江津沿长江的22个区、县。一直以来,人们对三峡库区的水环境都十分关注。随着国家对三峡库区及其上游流域环境污染防治力度的加大,点源污染逐步得到控制,面源污染问题却日益突显出来。三峡库区以农业生产为主,化肥的大量施用和土地的不合理利用导致农业面源污染严重加剧,对库区水环境造成极大威胁。三峡库区的农业面源污染有较多的发生条件、较广泛的污染物来源和较大的潜在负荷。为了解氮磷元素对库区水体环境造成的影响,缓解环境压力,减轻农业面源污染,保护生态环境,选择三峡库区涪陵段以种植业(水稻/玉米-榨菜)为主的王家沟小流域为研究对象,通过对沟渠径流水和浅层地下水(井水)为期三年的长期监测和汇水口径流水每日一次、为期一年的高频采样(由自动采样仪采集),探讨王家沟小流域水体水质动态和径流氮磷排放特征。研究的目标是：(1)了解流域水体水质并掌握流域水体氮磷浓度动态变化规律；(2)掌握流域汇水口径流氮磷浓度动态变化规律并估算流域汇水口径流氮磷排放负荷。主要研究结果如下：1.流域水体水质概况在三年的监测期内,共采集了477个水样,其中地表水(沟渠径流水)325个,浅层地下水(井水)152个。总氮浓度超过地表水V类水质标准(GB3838-2002)的水样个数占所有水样个数的88.1%,其中沟渠径流水总氮浓度的超标率为80%；总磷和氨氮浓度超过地表水V类水质标准的分别占8.9%和1.3%。所有井水样品中,硝态氮浓度超过我国生活饮用水卫生标准(10mgN/L)的水样计86个,超标率高达55%。结果表明,流域水体受总氮和硝态氮污染非常严重,受总磷和氨氮污染较轻。2.流域水体氮磷浓度动态变化沟渠径流水总氮浓度变化范围为1.37-17.66mgN/L,平均值为6.28mgN/L;井水总氮浓度变化范围为7.51-18.55mgN/L,平均值为12mgN/L。在同一采样日期,井水的TN浓度都显著高于沟渠径流水。沟渠径流水和井水中硝态氮对总氮的平均贡献率分别为67%和89%,说明硝态氮是水体氮素主要的存在形态。沟渠径流水和井水总磷浓度变化范围分别为0.01-0.44mgP/L和0.03-0.63mgP/L,平均值分别为0.15和0.16mgP/L,表明两者的总磷浓度没有明显差异。在水稻／玉米和榨菜播种初期(4月初-5月初和10月底-11月初),由于受施肥活动的影响,水体氮磷浓度明显上升,但在作物成熟收获期则趋于下降。研究流域的井水TN、TP浓度与沟渠径流水TN、TP浓度呈极显著相关性。由于井水氮磷浓度随时间波动较小,故可以通过监测井水的氮磷浓度,再由井水与沟渠径流水的相关性对农业面源污染程度进行分析,合理评价农业面源污染的控制效果。3.流域汇水口径流氮磷排放特征根据研究流域的地形特征可将其划分为稻田空间分布格局差异显著的两个子集水域(分别以A、B记之),其中集水域B的稻田全部连片分布在集水域底(下)部,而集水域A的则零星分散在集水域内。对汇水口的高频采样监测结果发现,集水域A和B的径流总氮浓度分别在0.39-28.58mgN/L和0.28-20.41mgN/L之间变化,前者的平均浓度(7.40mgN/L)显著高于后者(4.94mgN/L)。这可能与集水域B末端分布较多的水稻田对营养物质起拦截净化作用有关。两集水域汇水口径流总磷浓度在0.0022-2.19mgP/L和0-0.88mgP/L之间变化,平均浓度(0.17和0.056mgP/L)差异不明显。集水域A、B的汇水口径流的单位面积总氮累积排放负荷分别为16.09和5.22kgN/(hm2·a),总磷为0.21和0.072kgP/(hm2·a)。且集水域A的单位面积氮磷排放负荷均明显高于集水域B。就全流域而言,径流氮磷的年排放量占化肥氮磷年施用量的百分比分别为1.61%和0.13%。如果按作物播种季计算,水稻/玉米季化肥氮磷的径流流失率(2.44%和0.36%)远高于榨菜季(1.18%和0.052%)。因此,降低研究流域的农业面源污染对水环境的安全风险,关键在于削减水稻/玉米季氮磷(尤其是氮)的径流流失。
【作者】刘园园；
【导师】木志坚；
【作者基本信息】西南大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】三峡库区；农业小流域；径流；氮；磷；排放负荷；

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