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目前,农业非点源污染已成为国内外地表水污染的主要因素之一。在农业非点源污染中,养分是来源最广、污染面最大、最难于控制和治理的污染物,对养分非点源污染的研究引起了越来越多的关注。
鉴于我国经济、人口现状和土地利用的高强度,在未来相当长时间内,我国由于化学肥料的过量消费而引起的农田土壤氮、磷的流失,将保持持续上升的势头。为制定切合实际,行之有效的污染防治对策,有必要对农业养分非点源污染负荷做出符合实际情况的定量化评价和预测。
目前我国农业非点源污染的定量化研究还很不够,主要是由于缺乏实测数据资料。大田、小区观测实验和小流域观测,是定量化研究最主要的数据资料来源之一,是定量化研究的基础。
本文通过对太湖梅林小流域的长期定位观测和分析研究,揭示了太湖丘陵地区农业养分流失的一些规律,可为进一步作定量化研究提供基础数据资料。
研究区梅林流域位于江苏省宜兴市东南,系由天目山余脉组成的低山丘陵区,属太湖流域。小流域流域面积122hm<2>,海拔4~50m。土地利用以耕地为主,占土地面积的60%以上,分别为旱地、水稻田、茶园、竹园、板栗园、菜地和梨园等。几乎所有住宅均位于流域出口下游,其生活污水对监测工作没有什么影响。
主要观测成果如下:
1)坡地小区观测结果
◆在降水条件一致的情况下,不同土地利用方式之间,径流深和养分流失量存在着显著差异。
从径流深平均值来看,竹园和板栗园要比旱地和菜地少得多。单位面积产流量由大到小分别是旱地、菜地、板栗园、竹园。不同利用方式下,硝态氮平均流失从大到小依次为菜地,早地,板栗园和竹园。氨态氮的平均流失量普遍不大,从大到小依次为旱地,板栗园、蔬菜和竹园。除个别情况外,各小区径流中的硝态氮的流失量普遍大于氨态氮。总氮的平均流失量,从大到小依次为旱地,蔬菜、板栗和竹园。小区径流中总磷的流失从大到小依次为旱地、蔬菜地、板栗和竹园。竹园养分流失的各项指标均是最低的。
对比不同土地利用方式养分流失的程度,多年生植物的流失量普遍低于一年生植物。原因可能有二:一是多年生植物的降水产流量低于一年生植物;二是多年生植物的化肥投入量小。
◆小区径流中的养分浓度由于微地形和管理方式的不同,即使在土地利用方式相同的小区之间,也存在着差异。
除旱地外,在同场降水中,同一种利用方式下的两块小区之间的硝态氮(或氨态氮)流失浓度,尽管相同的很少,但还是比较接近的。存在差异的原因可以归之于微地形的差异或施肥方式的不同。总氮流失在同类两小区之间的差值是比较大的,但是随降水变动的趋势却是非常相似的。总磷的流失数量总体上不大,同类小区间的差别也不大。
◆径流深与流失养分浓度的相互关系不显著。
没有一种土地利用方式,也没有一种养分的流失浓度与地表径流深有明显的相关关系。说明地表径流不是养分流失的决定性因素。因此,仅从降水产流考虑来估算流域养分流失,会是非常困难的,必须同步考虑土壤物理化学生物性质及其时空变化。
2)流域出口观测成果:
梅林小流域的洪水的组成主要是土壤浅层壤中流和坡脚的饱和坡面流。由于养分流失的主要载体是近地表的壤中流,而近地表耕作层或植物根系层正是土层中养分含量最大的,因此梅林小流域坡地的养分流失是较容易发生的。
次降雨过程的养分浓度的变化过程与相应流量变化基本上不相关。要建立流域地表径流输出与养分流失的较为精确的数学相关关系是很困难的。
综合坡地小区和流域出口的观测结果,可知仅就产流量与所含养分浓度、汇流量与养分流失浓度建立较为精确的数学相关方程是难以做到的。流域的水文过程,无论是产流还是汇流,与流域的产污过程和汇污过程并不存在简单的对应关系。有必要进一步在梅林小流域进行农田土壤的养分平衡定量化研究。