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土壤氮磷积累是引起农业面源污染的主要原因,摸清土壤氮磷含量的分布状况及其对环境的影响是控制农业面源污染的关键之一。小流域是南方典型丘岗区最基本的地形地貌单元,随着世界范围内人们对面源污染问题的日益关注,小流域尺度探讨土壤养分的空间分布特征成为当前环境与农业领域的研究热点之一。
本论文以南方丘岗区亚热带典型小流域为研究对象,通过密集布点采集表层(0-20 cm)土壤样品,并布设浅层(2 m)地下水观测点,研究不同土地利用方式下的土壤氮磷含量分布状况及其对地下水环境的影响,并采用地统计学和回归克里格插值法绘制研究区土壤全氮和全磷含量的空间分布图,为小流域尺度农业面源污染的科学防控提供理论依据。主要研究结果如下:
(1)研究区土壤全氮和全磷含量的平均值分别为1.58和0.51 g/kg,变异系数分别为37.4%和48.4%,均属于中等程度变异。依据全国第二次土壤普查制定的土壤养分含量分级标准,土壤全氮含量的平均值应列为二级,属于较高的水平,土壤全磷含量的平均值应列为四级,属于较低的范围。不同土地利用方式的分布状况为:菜地土壤全氮含量主要分布在1.8~2.4 g/kg区间,旱地和水田为1.2~1.8g/kg,林地和茶园为0.6~1.2 g/kg;菜地土壤全磷含量主要分布在大于1.0 g/kg区间,旱地为0.6~0.8 g/kg,水田为0.4~0.6 g/kg,林地和茶园为0.2~0.4 g/kg。其分布规律是菜地最高,其次是旱地和水田,最后是林地和茶园。
(2)研究区土壤全氮和对数转化后的全磷符合正态分布,最佳半方差函数理论模型分别为Ste和Mat模型。土壤全氮和全磷的Co/(Co+C)值分别为61%和55%,均表现出中等程度的空间相关性,且随机性因素所占比例较结构性因素大,变程分别为1786和464 m。应用回归克里格插值法对未采样点进行插值,生成试验区土壤全氮和全磷含量的空间分布图,分析结果表明,不同土地利用方式下,土壤全氮含量的分布状况是:林地有50.6%的面积分布在1.00~1.50 g/kg区间,茶园有47.0%的面积分布在0.75~1.00 g/kg区间,农田则有59.1%的面积分布在1.50~2.00 g/kg区间,分布规律是农田>林地>茶园;土壤全磷含量的分布状况则是:林地有71.3%的面积分布在0.2~0.4 g/kg区间,茶园和农田分别有61.2%和91.4%的面积分布在0.4~0.8 g/kg区间,分布规律是农田>茶园>林地。
(3)按照地下水质量分类指标(GB/T14848-93),2010年8月有66.1%的地下水样点铵态氮含量分布在>0.5 mg/L区间,为V类水质,2010年12月有80.2%的地下水样点硝态氮含量分布在0~2 mg/L区间,为I类水质。按照国内外水体富营养化标准,2011年4月有60.8%的地下水样点溶解态磷含量达到国际公认的水体富营养化标准的临界值(0.02 mg/L)。不同土地利用方式下,地下水样点的铵态氮含量分布规律为水田>茶园>林地>旱地>菜地,硝态氮含量的分布规律为菜地、茶园较高,旱地、水田和林地较低,溶解态磷含量则没有表现出明显的分布规律。土壤氮素含量与地下水铵态氮含量增加有关,对地下水水质产生影响,其中水田的影响尤为突出;土壤磷素的淋失可能具有季节性差异,还有待进一步验证。
综上所述,研究区土壤氮磷存在不同程度的累积,因而存在一定的环境风险。农田的土壤氮磷累积量相对较高,这可能与过量施肥和施肥结构不合理有关。土壤中的氮磷含量过高,对地下水环境产生了影响,其中水田的影响尤为突出。