城郊区小流域水体氮磷输出特征及其影响因素

论文摘要

中国城乡结合部地区是经济发展最迅速,城镇化发展建设速度最快的区域。由于城市工业“三废”和生活废弃物的排放,农业生产过程中长期高强度化肥和农药的施用,以及规模化畜禽养殖业废弃物不经处理直接排放,使城郊区环境污染情况非常复杂和严重。城郊区在社会经济在快速发展的同时,伴随的是生态环境的恶化,直接影响了当地人民的生存和发展。本研究以湖南省长沙县金井镇金井河流域为研究区域,设置20个监测点,从2009年12月至2010年11月开始对水体中氮、磷浓度进行为期一年的监测。研究分析氮、磷不同季节上的输出特征；通过划分子流域和作用区,探讨土地利用对水体氮、磷输出的影响；通过实地调研居民数量、施肥量、养猪数量等因素研究其对水体氮、磷输出的影响。最终明确造成流域非点源污染的关键因素,为评价和控制农村地区非点源污染提供科学依据和合理建议,以维持当地环境质量的可持续发展。主要研究结果如下：（1）对金井河流域土地利用类型和分布格局及其面源污染中的源汇特征进行了分析,结果表明研究区域内造成污染的源土地面积略小于污染物吸收和转化的汇用地。绝大部分的源分布在坡度0-5°,距离河道100 m以外范围内。而汇则分布在>25°的坡度上,表现为汇特征的林地在距离河道100 m的范围内分布极小。从流域的上游到下游,源面积所占的比例逐渐增大,汇则减小（2）金井河流域地表水氮素污染十分严重,TN的年均输出浓度均超过国家地表水质V标准,TP浓度基本上低于Ⅰ类标准。通常径流量较大的子流域氮、磷输出量也较大。流域氮素输出量以NO3--N为主。N03--N在冬季和春季输出浓度较高；NH4+-N和TN在冬季的输出浓度显著高于其它三个季节；不同子流域TP在不同季节输出浓度各不相同。N03--N的季节变异系数最小,NH4+-N季节变异系数最大,TN和TP在不同子流域季节变异系数各不相同。N03--N和TN空间变异系数趋势相同,N03--N是夏季>冬季=秋季>春季,TN是夏季>冬季>秋季>春季；NH4+-N的空间变异系数是冬季>秋季>夏季>春季；TP是秋季>夏季>春季>冬季。（3）基于全流域的土地利用类型与氮、磷输出关系是：林地和水面与氮素输出呈负相关,水田、旱地和居民地道路与氮、磷输出呈正相关。影响非点源污染的因子复杂多样,在地形地貌等条件相似时,一般来讲,水田、旱地和居民地面积比例越大,林地和水面面积比例越小,非点源污染越严重。在年尺度上,水面对NO3--N的影响最大,旱地对NH4+-N和TN影响最大。在季节尺度上,在冬季对氮素影响最大的是旱地；在春季对TN影响最大的是林地,TP则是旱地；在夏季对NO3--N和TN影响最大的均是水面；在秋季对NO3--N、TN和TP影响最大的均是水面。（4）基于所设置的作用区土地利用结构与水质也表现出了显著的相关性。在年度上,水体NO3--N年浓度与林地面积变化关系最密切,NH4+-N和TN则是与水面关系最密切,TP与居民地关系最密切。（5）人口和养猪数量与氮、磷年输出总量均达到了极显著的正相关性。施肥量与氮素年输出量间也表现出极显著的正相关性。说明随着人口数、养猪数量和施肥量的增长,流域的氮、磷输出量也随之增大。人口数量对NH4+-N的输出量影响最大,而养猪数量和施肥量对TN输出量影响最大。（6）研究表明,土地利用类型的分布格局、化肥施用情况、居民生活和养殖污染物的排放都对流域氮、磷输出有很大的影响。因此,优化流域土地利用格局、指导农民进行科学合理的农事活动、完善居民生活垃圾和养殖场废水污物的配套处理,是最终实现流域非点源污染的控制的最佳途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 非点源污染研究
• 1.1.1 非点源污染概念及其特征
• 1.1.2 非点源污染的类型
• 1.1.3 非点源污染的危害
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 农业非点源污染研究内容
• 1.2.2 非点源污染国内外研究进展
• 1.2.2.1 国外研究进展
• 1.2.2.2 国内研究进展
• 1.3 土地利用结构与流域非点源污染
• 1.4 农村生活排污和畜禽养殖与流域非点源污染
• 1.5 化肥施用与流域非点源污染
• 1.6 研究目的与内容
• 1.7 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 自然环境状况
• 2.1.2 社会经济概况
• 2.1.3 非点源污染现状
• 2.2 基础资料收集与处理
• 2.2.1 图形资料收集与处理
• 2.2.2 社会经济数据资料收集
• 2.3 监测点设置和水质监测
• 2.3.1 水质监测点的设置
• 2.3.2 水质监测及分析
• 2.4 数据处理及统计分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 金井河流域土地利用结构
• 3.1.1 金井河流域土地利用结构
• 3.1.2 金井河流域土地利用的坡度分布格局
• 3.1.3 金井河流域距河流不同距离的土地分布
• 3.2 金井河流域水体氮磷输出特征
• 3.2.1 流域水体氮素的流失形态
• 3.2.2 流域水体氮磷的年输出情况
• 3.2.3 流域水体氮磷输出的季节变化特征
• 3.2.4 流域水体氮磷输出的时空变化特征
• 3.3 基于子流域的土地利用对水体氮磷输出的影响
• 3.3.1 土地利用类型对水体氮磷年均输出浓度的影响
• 3.3.2 土地利用类型对水体氮磷季节输出浓度的影响
• 3.4 基于作用区的土地利用对水体氮磷输出的影响
• 3.4.1 土地利用结构与水质的关系
• 3.4.2 作用区距离变化对相关性的影响
• 3.5 人口、施肥和养猪对氮磷径流输出量的影响
• 4 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 4.2.1 调整土地利用结构,及时拦截氮磷流失
• 4.2.2 合理施肥,提高氮肥利用率
• 4.2.3 正确处理居民生活和畜禽养殖废弃物
• 参考文献
• 致谢