宁南山区典型小流域土壤和水体环境质量分析

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长期以来,宁南山区滥砍滥伐、毁林开荒、过度放牧,致使植被遭到毁灭性破坏,加之特殊的气候条件和地形条件,该地区出现了严重的水土流失现象,进而导致土壤养分流失、营养元素分布不均和区域水体污染等现象,严重影响了耕地质量和生态环境健康,使该地区农业经济的可持续发展面临巨大威胁。小流域是宁南山区治理水土流失和发展社会经济的基本研究单元,为确定宁南山区当前农业生态系统环境质量,阐明潜在面源污染主要因子的赋存水平,本研究以宁南山区典型小流域(彭阳县玉洼小流域)为例,选取土壤和水体作为研究对象,研究小流域内不同土地利用类型(坡地草地、撂荒地、沟道林地、川道耕地、1年梯田和30年梯田)和不同施肥年限(0年施肥、5年施肥、15年施肥、20年施肥和30年施肥)土壤养分分布和重金属污染特征,同时分析和评价研究区地表水和地下水的水质状况。主要得出以下结论:(1)研究区不同土地利用类型土壤表层(0-20 cm)养分属于稍贫乏级别,土壤表层有机碳、全氮、全磷和全钾的平均含量分别为7.34、0.69、0.59和13.25 g kg-1,分别达到第二次全国土壤普查养分分级标准的四级标准(稍贫乏)、五级标准(贫乏)、四级标准(稍贫乏)和四级标准(稍贫乏);不同施肥年限农田土壤表层养分属于稍贫乏级别,土壤中有机碳、全氮、全磷和全钾的平均含量为8.00、0.77、0.60和16.98 g kg-1,处于第二次全国土壤养分分级标准的稍贫乏、稍贫乏、稍贫乏和中等等级。(2)不同土地利用类型土壤(0-100 cm)硝态氮储量表现为30年梯田(152.74 kg hm-2)>川道耕地(115.03 kg hm-2)>沟道林地(102.28 kg hm-2)>1年梯田(100.16 kg hm-2)>撂荒地(89.06 kg hm-2)>坡地草地(32.40 kg hm-2),不同土地利用类型土壤硝态氮储量之间存在明显差异;随着施肥年限的增加,土壤中硝态氮储量显著增加,也加大了硝态氮向土壤深层淋溶的风险,表现为30年(352.97 kg hm-2)>20年(273.28kg hm-2)>15年(142.27 kg hm-2)>5年(102.96 kg hm-2)>0年施肥(49.49 kg hm-2)。与我国硝态氮储量分析汇总结果对比,30年梯田和川道耕地土壤硝态氮储量高于我国农田硝态氮储量的平均值(103.38 kg hm-2),分别是平均值的1.48倍和1.11倍,沟道林地、1年梯田、撂荒地和坡地草地土壤硝态氮储量低于我国农田平均值;30年、20年和15年施肥土壤(0-100 cm)硝态氮储量高于我国农田硝态氮储量的平均值(103.38kg hm-2),分别是平均值的3.41倍、2.64倍和1.38倍,5年和0年施肥土壤硝态氮储量低于我国农田平均值。(3)研究区土壤重金属污染风险为安全无污染风险等级,不同土地利用类型土壤表层0-20 cm的铜、锌、铬、镉和铅含量平均值为17.94、47.60、40.94、0.07和21.00mg kg-1,分别是研究区背景值的0.82、0.81、0.68、0.64和1.02倍,分别是农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618-2018)的0.18、0.16、0.16、0.12和0.12倍,变异指数均属于中等变异;不同施肥年限土壤表层铜、锌、铬、镉和铅的含量平均值为22.18、29.76、29.86、0.07和10.98 mg kg-1,分别是研究区背景值的1.58、1.00、0.75、0.91和0.90倍,是农用地土壤污染风险管控标准的0.35、0.20、0.18、0.17和0.11倍。运用单因子污染指数、综合污染指数和潜在生态危害指数对研究区土壤重金属进行评价,污染等级以尚清洁为主,部分土壤处于轻度污染级别,潜在生态风险等级为轻微风险。(4)研究区不同土地利用类型土壤表层0-20 cm中有机氯农药、有机磷农药、土霉素、四环素、金霉素和强力霉素均低于国家标准(YC/T 386-2011、GB/T 14552-2003和GB/T 32951-2016)中方法的最小检出浓度,均为未检出,研究区不同土地利用类型土壤农药污染和抗生素污染均未产生。(5)研究区地表水和地下水环境质量状况良好。地表水p H值符合国家标准(GB3838-2002),溶解氧、总氮、氨氮、总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数符合地表水Ⅴ类水质标准。地下水p H值符合国家标准(GB 14848-2017)Ⅰ类水要求,亚硝酸盐达到地下水Ⅱ类水标准,溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、氨氮和硝酸盐均符合地下水Ⅲ类水标准。从单因子评价来看,地表水和地下水水质指标单因子指数平均值均小于1,说明地表水和地下水均达标,符合国家标准,且地表水属于Ⅳ类水质,地下水属于Ⅲ类水质。从综合指数评价来看,水库水质优于地表径流,地下水水质优于地表水,研究区地下水和地表水水体污染等级处于警戒级。
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