巢湖沿岸圩区营养盐输出特征研究及模拟

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巢湖作为我国五大淡水湖之一,20世纪50年代以来,由于工农业的发展和人口的迅速增加,导致大量的生产污水和生活污水进入湖体,加剧了湖水富营养化程度,巢湖也被列入“三河三湖”的重点治理对象之一。巢湖周围圩区集中,人们在圩区内进行各种农业活动,产生的各种污染物通过圩区内的排灌站排入到受纳水体-巢湖,是造成水体富营养化的一个重要原因。所以减少圩区污染物的产生对缓解巢湖流域农业面源污染的状况有很大的积极意义。本研究通过选择巢湖沿岸典型圩区-西宋圩作为研究对象,在2014年小麦生长期和水稻生长期进行了较系统的野外调查观测、取样和室内水质分析,探讨在自然降雨-径流条件下圩区各类营养盐的浓度变化及输出特征。  西宋圩属于巢湖市居巢区烔炀镇西宋村,位于合肥、巢湖两城之间的中心地带,圩区总面积约253.35 hm2,圩区内没有工业,主要是以种植业为主,圩区的主要农作物为小麦和水稻。  本文研究内容主要包括:1)了解圩区沟渠内的营养盐在输送过程中沿程浓度变化特征;2)研究在自然降雨-排水条件下圩区营养盐的输出特征;3)分别模拟小麦季和水稻季的营养盐的输出浓度和输出负荷。研究的排水事件是从2013年的10月份到2014年的9月份,样品的分析指标为总氮(TN),硝态氮(NO3-N),铵态氮(NH4-N),总磷(TP),可溶磷(DP)。同时收集了小麦季和水稻季的降雨数据,准确计算了排灌站的排水量。  (1)圩区沟渠水中氮磷动态研究结果表明:总体来说圩区内营养盐的浓度在输送过程中是呈现出递减的规律。但是由于污染物在输送的过程中会有新的污染物进入沟渠,所以有时反而会出现浓度上升的情况。同时圩区的三条沟渠连接的源头不一样,所以也会呈现出不同规律,连接农村生活区和蔬菜种植区的沟渠源头的氮磷浓度相对比较大。连接蔬菜地的沟渠1在降雨时源头的TN浓度可达到12.436mg/L,直接连接农村生活区的沟渠2的源头的TP的浓度也可达到4.34mg/L。  (2)圩区小麦季8次排水事件的TN和TP浓度分别在1.285~9.920 mg/L和0.135~0.413 mg/L,8次排水事件TN和TP的平均浓度分别是4.99mg/L和0.239mg/L,水稻季9次排水事件的TN和TP浓度分别在0.999~16.15 mg/L和0.12~0.595 mg/L,9次排水事件TN和TP的平均浓度分别是3.42 mg/L和0.22 mg/L,按照地表水环境质量标准(GB3838-2002),小麦季和水稻季排水事件的TN平均浓度处于标准的Ⅴ类以上(N,2mg/L),TP的平均浓度处于标准的Ⅳ类。径流中氮素的流失形态以NO3-N为主, NH4-N所占的比例相对较小,径流中磷素的流失形态主要以DP为主。  (3)降雨-径流和农田的施肥是影响农田营养盐输出的主要因素,随着径流量的增大,营养盐的输出量也越大。NO3-N的输出量受施肥因素的影响较小,与径流量呈现出显著地线性关系。NO3-N的输出量占总氮输出量的比例较大,NH4-N的输出量较小,变化幅度也比较平稳。小麦季TN和TP的平均输出量约占小麦季施肥总量的1.03%和0.18%,水稻季TN和TP的平均输出量约占水稻季施肥总量的1.73%和0.16%。营养盐的输出量相对较小。  (4)运用SPSS软件,分别对2014年西宋圩小麦季和水稻季的营养盐的输出浓度和负荷进行模拟,自变量包括每次降雨所产生的径流量(R),施肥量(F),和排水事件至最近一次施肥事件的间隔天数(t)。结果表明:小麦季营养盐的输出负荷与以上三个变量呈多元线性关系,水稻季NO3-N的输出负荷与以上三个变量呈现出的是一个多元线性关系,而TN、NH4-N、TP和DP的输出负荷与三个变量是非线性关系。
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