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河南境内淮河流域农业非点源污染模拟研究

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摘要

非点源污染造成湖泊的富营养化,地表径流和地下水的污染,严重威胁饮用水源和水环境的安全,成为制约我国经济社会发展的重要因素。模拟研究河南省境内淮河流域的非点源污染特性,量化非点源污染的负荷,为本地区环境规划和管理提供基础,对指导淮河流域经济社会持续发展具有重要意义。
　　 本文对非点源污染的概念,研究现状及研究意义进行了充分的概括,在此基础上,以河南境内常见的土壤,褐土、潮土、砂浆黑土、黄褐土和黄棕壤土为研究对象,进行农业非点源污染的模拟研究。采用环刀法测定土壤的渗透性能,并通过人工降雨模拟方法,在0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0mm·min-1的降雨强度下,研究氮、磷、有机质的流失规律,同时,研究降雨强度、秸秆还田和土壤类型对营养物质流失的影响。结果显示:
　　 1、供试土壤初始渗率、稳定渗透率,大小依次为黄褐土>黄棕壤土>潮土>褐土>砂浆黑土。土壤容重与土壤渗透性能呈负相关,土壤的入渗性能与土壤的非毛管孔隙度呈正相关,与毛管孔隙度成负相关。渗透率在开始阶段下降幅度较大,随着时间的推移,下降幅度逐渐减小,最后达到稳渗,且一般在20-30min达到稳渗。
　　 2、总结径流泥沙的产生和径流泥沙中营养元素的流失特征,运用幂指数方程和线性方程描述五种土壤类型径流量与产沙量之间、径流量与养分流失、泥沙量与养分流失之间的定量关系。
　　 3、研究褐土和潮土两种农田土壤,秸秆还田后对径流泥沙产量和径流中营养物质流失的影响。指出秸秆还田措施,能减少径流泥沙的产生,但是径流中营养物质养分浓度增加,若遇到夏季强降雨会造成较大养分流失。加入秸秆后,60min累计径流中磷素含量,雨强为1.0 mm·min-1时增加了289.28％,1.5 mm·min-1时增加了160.40％,2.5 mm·min-1时增加了67.83％。雨强为1.0mm·min-1时增加了8.00％,1.5 mm·min-1时增加了0.54％,2.5 mm·min-1时增加了38.34％。1.0 mm·min-1时60min平均COD值增大了522.23％,1.5 mm·min-1时60min平均COD值增大了369.98％,2.5 mm·min-1时60min平均COD值增大337.47％。
　　 4、研究褐土、潮土、砂浆黑土等农田土壤和黄褐土、黄棕壤土林地土壤,不同降雨强度下,径流泥沙以及营养元素的流失特征。发现,在同一坡度下,农田产生的径流量多于林地,但差别较小；而农田的泥沙流失量远远多于林地；随径流流失的营养物质,农田高于林地,但差别较小；而随泥沙流失的营养物质,农田远远高于林地。农田土壤流失泥沙量是林地土壤流失量的1178％～16018％。泥沙中,农田总氮的流失量是林地总氮流失量的3620％～11598％；农田总磷的流失量是林地总磷流失量的1010～8140％；农田总有机质的流失量是林地总有机质流失量的2063％～14648％。
　　 5、褐土、潮土、砂浆黑土的养分流失以泥沙中的养分流失为主,黄褐土和黄棕壤土的养分流失以径流中的养分流失为主。农田土壤的养分流失量,泥沙中总氮流失量是径流中总氮流失量的670％～2555％;泥沙中总磷流失量是径流中总磷流失量的5397％～10992％;泥沙中总有机质流失量是径流中COD流失量的280%～850％。林地土壤的养分流失量,泥沙中总氮流失量是径流中总氮流失量的13％～22％;泥沙中总磷流失量是径流中总磷流失量的184％～660％;泥沙中总有机质流失量是径流中COD流失量的4％～14％。
　　 6、通过研究提出,秸秆还田时应考虑适宜还田时间,使完全腐化时间与降雨季节错开。林地虽然养分流失量远远小于农田,但是,受林地面积的影响,在制定河流负荷量时,应考虑农田和林地对河流的综合负荷。

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