模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

文章编号:025322468(2000)20320332206 中图分类号:X144 文献标识码:A

模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

晏维金,章申,唐以剑　(中国科学院地理研究所环境质量室,北京　100101)

摘要:通过模拟降雨径流实验,在72mm/h 的大暴雨条件下,研究侵蚀性颗粒从土壤中的径流流失过程及其对磷的富集作用和机理.结果表明,沉积物中不同粒径团聚体的组成和原来土壤中的组成有很大差异.径流流失的沉积物主要以0125mm 以下的团聚体为主.径流中80%以上的磷以颗粒态形式流失,而颗粒态磷的60%—90%随011mm 以下的团聚体流失.不同粒径团聚体对磷的富集作用和富集系数不同.模拟实验建立了沉积物富集系数与其累积流失量之间相关关系的经验模型:ln

(ER )=1115—0122ln[SL ],来预测颗粒态磷的流失.

关键词:磷;颗粒态磷;富集系数;沉积物;团聚体;地表径流

Sediment enrichment mechanisms of phosphorus under simulated rain 2fall conditions

Y AN Weijin ,ZHAN G Shen ,TAN G Y ijian (Institute of

G eography ,CAS ,Beijing 100101)

Abstract :The study on mechanisms of soil aggregates detachment by rainfall and loss by runoff was conducted to seek explanation for the enrichment of PP in eroded sediment and original soil (Meadow Drab S oil )in a rainfall simulation experiment with a constant rainfall rate of 72mm h -1.The results showed that the aggregate size distribution of the eroded sediment was drastically different to that of the original soil.More than 80%of total P transported by runoff was in the particulate form ,whereas 60%—90%of PP lost with finer aggregates smaller than 011mm.The study demonstrated that both the PP enrichment mechanism and enrichment ratio (ER )are different for different aggregate sizes.The ER for both larger aggregates (>011mm )and finer aggregates (<01045mm )is higher than that of intermediate one (011—01045mm ).The enrichment mechanism of larger aggregates is due to the higher pro 2portion of organic matter ,while the higher content of clay in finer sediment is responsible for that of finer aggregates.A simple en 2richment equation is proposed to predict the loss of PP :ln ER =1115—0122ln[soil loss].

K eyw ords :sediment ,phosphorus (P );particulate phosphorus (PP );aggregate ;enrichment ratio (ER );runoff

收稿日期:1999202203;修订日期:1999210211

基金项目:国家自然科学基金(批准号49801019);国家“九五”重大基金项目(批准号39790100)资助项目

作者简介:晏维金(1965—

),男,副研究员(博士后)在农业生产上,磷肥的投入是实现粮食增长的最有效措施之一.然而施入土壤中的磷肥,除少量被植物生长吸收外(约30%)[1],大量的磷肥在土壤中积累并随降雨径流由陆地向水生生态系统迁移,这不仅造成农业生产的损失,还加速受纳水体富营养化[2,3].磷随地表径流的流失从形态上分为颗粒态和溶解态两部分,颗粒态磷的流失主要是通过沉积物对磷的吸附作用而进行的.与土壤相比,沉积物有较高的含磷量,表明沉积物对磷有富集作用[4,5],这种富集作用,一方面决定于土壤中有机质对磷的吸附作用[6,7];另一方面决定于粘土的吸附作用[4],这二者都与土壤中的团聚体组成有关.从农田土壤中流失的沉积物由不同粒径的团聚体组成[8],而沉积物中团聚体的粒径组成与土壤类型[9],降雨径流过程[10]和土壤表面条件[11]有关,从而影响对磷的富集作用.此外,施肥对磷在土壤团聚体中的分布和富集作用影响很大[12].沉积物对磷的富集作用可用富集系数(Enrichment Ratio ,ER )表示,ER =[沉积物含磷

第20卷第3期2000年5月

环　境　科　学　学　报

ACTA SCIEN TIA E CIRCUMSTAN TIA E

Vol.20,No.3May ,2000

量]/[土壤含磷量].对于特定的土壤来说,富集系数与沉积物的累积流失量有关[13],其方程为:ln ER =a +b ln[SL ],式中,ER :富集系数;SL :土壤累积流失量,a 和b 为常数.本文通过模拟降雨径流实验,研究沉积物对磷的富集机理和颗粒态磷的流失过程.1　实验部分111　装置

室内模拟降雨在中国科学院地理所坡地实验室进行.模拟试验装置系统主要包括4部分,即供水系统、人工模拟降雨机、土壤试验槽和采样装置.下喷式模拟降雨机是从加拿大引进,采用美国SPRACO 锥形喷头,由一套4175m 高的单独直立竖管,90cm 长的延伸管,连接在延伸管末端的喷嘴向下,可在相对较低的降落高度下模拟出天然降雨.模拟实验槽3个作为平行实验槽,每个槽长2m ,宽015m ,高013m ,槽两壁及顶端加50cm 塑料挡板,防止降雨溅出,槽的另一端安装V 型量水堰,并由塑料管连接入带刻度的塑料捅,收集并测量地表径流水样.112　实验材料实验土壤取自北京农业大学科学园试验田,为草甸褐土,在华北地区有一定的代表性.采土壤表层30cm ,每10cm 分为一层,用麻袋分装,编号.供试土壤的理化性质列于表1.土壤经过自然风干,过4mm 筛,按照野外田间土壤密度,将土壤分层装入模拟实验槽,土层厚20cm ,用滴灌法将土壤湿润,3天后测定土壤含水量.

表1　供试土壤的主要理化性质

Table 1　Physical and chemical properties of selected soil

土层深度,cm 总磷,%有机质,%

阳离子代换量,(cmol/kg )

砂粒3,%

粉粒3,%

粘粒3,%容重,(g/cm 3)

0—20

01155

310315717295112171811120—30

01141

1181

143

112

3砂粒:>0105mm ,粉粒:0105—01002mm ,粘粒:<01002mm

113　实验步骤

实验于1998年1月7日上午在地理所坡地实验室进行,坡度以4度为例,雨强采用72mm/h ,降雨历时44min.当产流发生时,记录时间,并用容器按照每3min 收集径流水样,测定径流量和累积径流量,同时采集1000mL 水样测定总磷、溶解态磷,分析方法见文献[14].

由于沉积物量小,因此每9min 作为一个时段(第一时段为6min )收集地表径流水样,各时段水样分别用一组金属筛进行湿筛,金属筛的孔径分别为:>1,015—1,0125—015,011—0125,01045—011,<01045mm ,各粒径的沉积物收集后经过自然风干,称重,记录不同粒径的重量,并计算各时段沉积物的量,并测定含磷量.降雨实验开始前,分别取槽中土壤,用上述孔径的一组金属筛对土壤进行干筛,测定土壤中不同粒径团聚体的组成和其相应的含磷量,分析方法见文献[15].2　结果与讨论

211　地表径流量和沉积物流失量

本实验按雨强72mm/h 的大暴雨设计,其它水土条件接近田间实际情况.降雨后2min 30s 左右开始产流.图1表明地表径流量和沉积物浓度在不同径流时段的变化,随着降雨时间的

333期晏维金等:模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

延续,径流量逐渐增加.在降雨的30min左右,径流量达到稳定状态.与径流量相反,

沉积物浓

图1　模拟降雨条件下,径流量和沉积物浓度随时间的变化

Fig.1　Changes of sediment concentration and runoff volume with time under

simulated rainfall conditions 度在降雨径流开始的6—10min时间内含量最高,随着降雨径流的进行,沉积物浓度逐渐下降,累积沉积物的流失量为01068mg/(m2?h).

212　供试土壤团聚体组成及含磷量

供试土壤的团聚体分布及相对应的含磷量列于表2,表明在干筛法情况下大于1mm及015—110mm的团聚体构成了土壤中团聚体的主要组成.随着团聚体粒径的下降,其所占比例也下降.各粒径团聚体含磷量随粒径不同而变化,土壤的平均含磷量为1161mg/g.一般情况下,不同粒径的团聚体含磷量与它们的粘土含量密切相关[16],本次实验土壤的粘土含量(1718%)较低(表1),对磷的吸附量也较低.

表2　实验土壤中不同团聚体大小组成及含磷量

　Table2　Dry2sieved aggregate size composition and mean P con2

centration in aggregate fractions for the selected soil

团聚体粒径3,

各团聚体粒径

所占比例33,%

各团聚体粒径

含磷量333,mg/g

原土100101161

1—448121159

015—123131151

0125—01512191167

011—01259161178

01045—0114171160

<010*********

标准差15170112

3用干筛法测定;33在P=0105和P=0101水平上均有显

著差异;333在P=0105水平上无差异,但在P=0101水

平上有显著差异。

213　径流沉积物中团聚体组成及浓度变化

与土壤中团聚体的分布相反,在湿筛法

情况下,沉积物中团聚体的组成发生很大变

化.表3表示径流不同时段平均沉积物流失

量及不同粒径团聚体的重量组成.以径流开

始后的前6min为例,团聚体含量随着粒径

的下降而增加,>1mm、015—1mm粒径的

团聚体含量均明显低于土壤中的含量;

0125—015mm粒径的团聚体含量与土壤中

的比例相差不大;而011—0125,01045—

011,和小于01045mm粒径的团聚体含量明

显大于土壤中的含量.表明土壤中粒径大的

团聚体是不稳定的,在雨滴打击下它们剥离

分散成粒径小的团聚体[17].

表3　径流不同时段平均沉积物量及不同粒径团聚体的重量(单位:g)

Table3　Mean contents of sediment and wet2sieved aggregate fractions during different runoff periods

径流时段,

min

平均沉

积物量3

SD33

团聚体粒径分类,mm

>1SD015—1SD0125—015SD011—0125SD01045—011SD<01045SD

628134161135017921550138318401424198113951441189101110193 154911415114001443178019771612164111021173101635137141680182 244213410018601162101013141491142101861132121503132111580191 33381221801570111113801233107114610108112913160017791540146 4231193150151011811060126213611425184218913120017291631110 3在P=0105水平上不同时段的沉积物量和各粒径团聚体量有显著差异;33SD为标准差

随着降雨径流的进行,不同粒径团聚体在沉积物中的分布有一定的差异性,由图2可知,大于1mm、015—1、0125—015和小于01045mm粒径的团聚体随径流时间的延续,含量逐渐下降;011—0125和01045—011mm粒径的团聚体随着径流时间延续含量逐渐增加.径流中不433环境科学学报20卷

同粒径团聚体浓度随时间的变化如图3所示,由图可见在径流中流失的颗粒物主要以0125mm 以下的团聚体为主

图3　径流不同时段沉积物中不同团聚体粒径的浓度变化

Fig.3　Concentration changes of sediment aggregate size

composition with time during runoff

period

图2　土壤和径流不同时段沉积物中团聚体粒径组成及比较

Fig.2　Comparison of aggregate size composition in sediment

of different runoff periods and initial soils

214　沉积物中不同粒径团聚体含磷量及磷浓度变化

径流中不同粒径团聚体的含磷量列于表4.以产流开始后的前6min 时段为例,各粒径团聚体含磷量有显著差异(P =0105).通常情况下,粒径越细,团聚体含磷量越高[18,19],但本实验土壤在实验前施了大量的鸡粪,富含粗颗粒有机质,在经过湿筛时,这些粗颗粒不能被雨水分散而留在上层的粗筛中,从而使大于0125mm 粒径的团聚体均有较高的含磷量.径流不同时段各粒径团聚体含磷量表现相似.

表4　径流不同时段的沉积物中不同粒径团聚体含磷量(单位:m g/g)

Table 4　Mean P content in water stable aggregate fractions of sediment during different runoff periods

径流时段,min 沉积物平

均含磷量3　

SD 33

团聚体粒径分类,mm

>1#SD 015—1SD 0125—015SD 011—0125SD 01045—011SD <01045SD 6

3114012631610114510101534109013621790121210301102195011915217301293161011441440179316101182156012311550113217101222421260124315501124111017431140136211901071140011221520124331198011831550112319801733103013321030111111101042145012342

1183

0131

3155

0112

3178

0169

2178

0125

1182

0124

0199

0109

2133

0128

3在P =0105水平上不同时段的沉积物含磷量和各粒径团聚体含磷量有显著差异;33SD 为标准差;#各时段>1mm 粒径的团聚体量不够进行含磷量分析,故将几个时段合并在一起分析

径流中不同粒径团聚体含磷的浓度变化如图4所示.小于01045mm 的粒径的团聚体在径流中的含磷浓度最高,而该粒径的团聚体浓度也最高(图3).表明磷在径流中通过小于01045mm 粒径的团聚体流失是最主要的途径.随着径流时间的延续,团聚体含磷浓度均呈现

下降趋势,由图5可知,随着降雨径流的进行,60%—90%以上的磷随011mm 以下的团聚体流失.

215　沉积物和团聚体对磷的富集系数及变化

径流中沉积物和不同粒径团聚体对磷的富集系数列于表5.不同粒径的团聚体对磷的富集系数不同.由于供试土壤长期施用有机肥,大于011mm 的四种团聚体对磷的富集作用可能是通过有机质对磷的吸附作用而进行的.小于01045mm 粒径的团聚体也有相当高的富集系

333期晏维金等:模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

图4　地表径流中不同粒径团聚体所含磷的浓度变化

Fig.4　Changes of P concentration in sediment aggregate

fractions with time during different runoff

periods

图5　不同粒径团聚体含磷量占沉积物含磷量百分数

变化

Fig.5　Changes of percent P concent in aggregate frac 2

tions against P content in sediment with time

数,这种富集作用可能是细颗粒的粘土对磷的吸附.而处于中间位置的01045—011mm 粒径

的团聚体对磷的富集系数较小(平均小于1),表明该粒径对磷的富集作用不大.不同粒径团聚体对磷的富集机理有待进一步研究.

沉积物和团聚体对磷的富集系数与其相应的累积流失量有一定的相关关系,其方程为:ln ER =a +b ln [SL ].通过统计回归分析得到方程相应的系数a 和b 值如表6所示,a 的平

均值为1115,b 的平均值为-0122,因此,富集系数和沉积物累积流失量的方程为:ln ER =1115-0122ln[SL ],它表示富集系数随径流时间的延续逐渐下降,而沉积物累积流失量则逐渐

增加.利用此方程,只需测定土壤的含磷量和土壤流失量,就可预测颗粒态磷的流失量.

表5　径流中沉积物及不同粒径团聚体对磷的富集系数

Table 5　Sediment and wet 2sieved aggregate enrichment ratios of P in runoff

径流时段,

min 沉积物平均富集系数

团聚体粒径,mm

>1015—10125—015011—012501045—011

<010456

119521273132214511571127

210915117021272194211611440197119224114121232172118811230188117933112321232164118111140169117442

1114212321501167110201621165平均

1149

2123

2182

1199

1128

0189

1184

表6　回归方程的系数值

Table 6　Parameter values of regression equation

沉积物

沉积物中不同粒径团聚体,mm

015—10125—015011—012501045—011

<01045　

平均

a 1166113911210180179

1106

1115b -0128-0119-0121-0119-013-0113-0122

0195

0198

0195

0193

0198

图6表明颗粒态磷和总磷在径流中的累积流失变化过程.在径流的各个时段,颗粒态磷占总磷的比例均在80%以上,表明土壤磷通过沉积物的吸附以颗粒态形式流失是主要的迁移方

633环境科学学报20卷

图6　颗粒态磷和总磷的累积流失量及百分比

Fig.6　The accumulated contents of total P and

particulate P ,and percent of PP against TP during runoff period

式.这些沉积物在进入受纳水体后沉积下来,其所富集的磷在适当的水体环境条件下释放出来,是水体富营养化潜在的内部污染源.3　结论

(1)在特定的土壤和降雨径流条件下,磷流失主

要通过地表径流途径,流失的沉积物以0125mm 以下的颗粒物为主,流失的磷中80%以上是颗粒态形式的

磷,而颗粒态磷中60—90%随011mm 以下的颗粒物流失.(2)不同粒径团聚体对磷的富集机理和富集系

数不同.011mm 粒径团聚体对磷的富集可能是由于粘土的吸附作用,而01045—011mm 团聚体对磷的富集作用较差,富集系数小于1.沉积物对磷的平均富集系数为1149.(3)模拟实验建立了沉积物富集系数与其累积流失量的相关经验模型:ln ER =1115—0122ln [SL ],用来预测颗粒态磷的流失.

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333期晏维金等:模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

面源氮磷流失生态拦截工程

面源氮磷流失生态拦截工程一、工程目的和意义农业面源氮磷流失由农田排水和径流、乡村生活污水及农户畜禽养殖尾水等组成，其污水源具有面广、量大、分散、间歇的峰值和高无机沉淀物负荷的特点。采用生态湿地处理技术、生态隔离带技术及农区自然塘池缓冲与截留技术可以减少表土径流及氮磷污染物的流失。特别是生态沟渠塘改造是目前最为经济有效的生态湿地处理工程。据实地勘察和初步估算，乡村面源氮磷流失的大部分淌入现有用于排水的沟渠塘流经入湖河道汇聚到太湖，许多沟渠塘成了农村固体废弃物的堆积场所，成为农业污染源的重要传播途径，必须尽快加以工程化技术改造，建立新型的沟渠塘生态湿地系统。二、工程内容和特点工程主要内容为先清除垃圾、清除淤泥、清除杂草，沟渠塘岸边种植垂柳、草被植物，侧面和底部搭配种植各类氮磷吸附能力强的半旱生植物和水生植物，减缓水速，促进流水携带颗粒物质的沉淀，有利于构建植物对沟壁、水体和沟底中逸出养分的立体式吸收和拦截，从而实现对农业面源污染排出养分的控制。整个植物系统最终达到“拦截污水、拦截泥沙、拦截漂浮物”的目的，不仅具有净化水质、绿化村庄、美化环境的效果，而且具有一定的经济价值。南京土壤所“863”科技计划最新研究成果显示,该系统对农田径流中总氮、总磷的去除效果分别达到48.36％和40.53％。经工程化改造后，现有排水沟渠塘去污能力进一步提升，成本

大幅度降低。具有排水和湿地系统的双重功效，不仅可以吸附农田、漫溢水中氮、磷营养物质，而且能拦截蔬菜园地径流表层肥沃土壤进入河道，还可作为部分农村生活污水、畜禽养殖场尾水导流截污的排放通道之一。生态拦截工程与农村分散居住农户生活污水生物净化池、入湖河道控制性种养水生植物构成了农村面源氮磷流失的生态拦截和净化吸附的新型农业湿地系统，并且不占用耕地，符合太湖流域平原水网地区农田沟渠的实际，尤其适用于太湖、长荡湖、滆湖入湖河道两侧等周边水功能区域，具有巨大的推广应用潜力。三、工程设计和管理维护 1、沟渠改造充分利用现有排水沟渠，对其进行一定的工程改造，建设成生态拦截型沟渠塘系统。对淤积严重，连通度差或杂草丛生的区段，先进行清淤，拓宽沟渠容量。为保证水生植物正常生长，清理时要保留部分原有水生植物和一定量的淤泥。 2、渠体设计渠体的断面为等腰梯形，沟壁和沟底均为土质，配置多种植物，并设置透水坝、拦截坝和节制闸等辅助性工程设施，使之在具有原有的排水功能基础上，增加对排水中氮、磷养分的拦截、吸附、沉积、转化和吸收利用。生态沟渠建设可以考虑适度增加沟渠的蜿蜒性，延长排水时间。建设密度应能满足排水和生态拦截的需要，分布在农田四周与农田区外的沟渠连接起来，并利用地形地貌将低洼地或者弃养渔塘改造成生态池塘，种植富集氮、磷的水生蔬菜，增加二次或三次净化，进一步提高系统的生态拦截能力。 3、植物配置

土壤中氮和磷的存在形态和特点

土壤养分含量以及存在形态和特点土壤形态一、根据在土壤中存在的化学形态分为（1）水溶态养分：土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物。（2）代换态养分：是水溶态养分的来源之一。（3）矿物态养分：大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的（对植物有效）。（4）有机态养分：矿质化过程的难易强度不同。二、氮的形态与转化 1、氮的形态：（全氮含量0.02%——0.3%）（1）无机态氮：铵离子和硝酸根离子，在土壤中的数量变化很大，1—50mg/kg （2）有机态氮：A、腐殖质和核蛋白，大约占全氮的90%，植物不能利用； B、简单的蛋白质，容易发生矿质化过程； C、氨基酸和酰胺类，是无机态氮的主要来源。（3）气态氮： 2、氮的转化：有机态氮的矿质化过程：氨化作用、硝化作用和反硝化作用；铵的固定：包括2：1型的粘土矿物（依利石、蒙脱石等）对铵离子的吸附；和微生物吸收、同化为有机态氮两种形式。土壤是作物氮素营养的主要来源，土壤中的氮素包括无机态氮和有机态氮两大类，其中95%以上为有机态氮，主要包括腐殖质、蛋白质、氨基酸等。小分子的氨基酸可直接被植物吸收，有机态氮必须经过矿化作用转化为铵，才能被作物吸收，属于缓效氮。土壤全氮中无机态氮含量不到 5%，主要是铵和硝酸盐，亚硝酸盐、氨、氮气和氮氧化物等很少。大部分铵态氮和硝态氮容易被作物直接吸收利用，属于速效氮。无机态氮包括存在于土壤溶液中的硝酸根和吸附在土壤颗粒上的铵离子，作物都能直接吸收。土壤对硝酸根的吸附很弱，所以硝酸根非常容易随水流失。在还原条件下，硝酸根在微生物的作用下可以还原为气态氮而逸出土壤，即反硝化脱氮。部分铵离子可以被粘土矿物固定而难以被作物吸收，而在碱性土壤中非常容易以氨的形式挥发掉。土壤腐殖质的合成过程中，也会利用大量无机氮素，由于腐殖质分解很慢，这些氮素的有效性很低。三、磷的形态与转化 1、形态（土壤全磷0.01%——0.2%）（1）有机态磷：核蛋白、卵磷脂和植酸盐等，占全磷总量的15%——80%；（2）无机磷：（占全磷20%—85%）根据溶解度分为三类 A、水溶性磷：一般是碱金属的各种磷酸盐和碱土金属一代磷酸盐，数量仅为0.01—— 1mg/kg。在土壤中不稳定，易被植物吸收或变成难溶态。

农田氮_磷的流失与水体富营养化(精)

农田氮、磷的流失与水体富营养化① 司友斌王慎强陈怀满② (中国科学院南京土壤研究所南京210008 摘要农田氮、磷的流失,不仅造成化肥的利用率降低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化。本文讨论了农田氮磷流失对水体富营养化的贡献、农田氮磷流失途径及影响因素,提出了减少农田氮磷流失、控制水体富营养化的措施。关键词农田氮素;农田磷素;淋溶作用;水体富营养化肥料提供了植物生长必需的营养元素,对保持作物高产稳产起了重要的作用,但是由施肥不当或过量施肥带来的环境污染问题也越来越突出,其中农田氮磷流失引起的水体富营养化问题目前已受到人们的普遍关注。 1水体富营养化的表现及形成原因水体富营养化通常是指湖泊、水库和海湾等封闭性或半封闭性的水体,以及某些滞留(流速<1米/分钟河流水体内的氮、磷和碳等营养元素的富集,导致某些特征性藻类(主要是蓝藻、绿藻等的异常增殖,致使水体透明度下降,溶解氧降低,水生生物随之大批死亡,水味变得腥臭难闻。引起水体富营养化起关键作用的元素是氮和磷。研究表明,对于湖泊、水库等封闭性水域,当水体内无机态总氮含量大于 0.2mg/L,PO3-4-P的浓度达到0.02mg/ L时,就有可能引起藻华(Algae Bloms现象的发生。据对我国25个湖泊的调查,水体全氮无一例外超过了富营养化指标,全磷只有2个湖泊(大理洱海和新疆博斯腾湖低于0.02mg/L的临界指标,其余92%的湖泊皆超过了这个标准,比国际上一般标准高出10倍或10倍以上(表1。表1我国25个湖泊中的全N全P浓度(mg/L及所占比例[1]

全N全P <0.2>1.0>2.0>5.0<0.02>0.1>0.2>0.5 湖泊数 %0 21 84 13 52 5 20 2 8 16 64 12 48 6 24

湖北省稻田地表径流氮磷养分流失规律初探

湖北省稻田地表径流氮磷养分流失规律初探摘要：在湖北省水稻主要种植区设置３个田间原位监测点，采用径流池收集地表径流的方法，研究水稻田地表径流产生和氮磷养分流失的规律。结果表明，２０１０年，全省稻田平均产生地表径流８次，产流量平均为３０４．５ｍｍ，产流系数为３４．７％，径流主要发生在４～８月降雨比较集中的时段；施肥后全省稻田年平均总氮的流失量为４．90～１０．６７ｋｇ／ｈｍ２，总磷流失量为０．63～１．４４ｋｇ／ｈｍ２；径流水中总氮平均浓度为１．８３～３．８３ｍｇ／ｌ，总磷浓度为０．１６～０．４９ｍｇ／ｌ；可溶态氮是地表径流氮素流失的主要形态，约占总氮的７０．２％～８６．７％，其中尤以硝态氮的流失量最大，占总氮的５１．８％～６９．５％，铵态氮流失量较小，约占总氮的７．４％～３４．９％；磷素的流失以颗粒态磷为主，占总磷的６０．４％～８７．７％；肥料氮、磷养分流失量平均分别为当季施肥量的０．４６％和０．３７％。施肥和径流量是影响地表径流氮、磷流失的主要因素，施肥导致氮、磷养分流失量增加，径流产生量大的时段，其氮、磷的流失量也增加。关键词：氮磷养分流失；地表径流；稻田；养分形态；湖北省ａｂｓｔｒａｃｔ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌｏｔｓｉｎｓｉｔｕｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎｔｈｅｍａｉｎｒｉｃｅｐｌａｎｔｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓｏｆｈｕ

ｂｅｉｐｒｏｖｉｎｃｅｉｎ２０１０，ｔｈｅｒｕｎｏｆｆｗａｔｅｒｉｎｅａｃｈｐｌｏｔ was ｃｏｌｌｅｃｔｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄ，ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｅｖｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓｏｆｔｈｅｒｉｃｅｆｉｅｌｄ．ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｅｖｅｎｔｓｕｓｕａｌｌｙｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｒａｉｎｉｎｇｓｅａｓｏｎｆｒｏｍａｐｒｉｌｔｏａｕｇｕｓｔ．ｏｎａｖｅｒａｇｅ，８ｔｉｍｅｓｏｆｒｕｎｏｆｆｅｖｅｎｔｓｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎａｙｅａｒ，ｔｈｅａｎｎｕａｌａｍｏｕｎｔｏｆｒｕｎｏｆｆｗａｓ３０４．５ｍｍａｎｄｔｈｅｒｕｎｏｆｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓ３４．７％； tｈｅａｎｎｕａｌａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓｆｒｏｍｒｉｃｅｆｉｅｌｄｗａｓ４．90～１０．６７ｋｇ／ｈｍ２，ｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｌｏｓｓｅｓｗａｓ０．63～１．４４ｋｇ／ｈｍ２．ｔｈｅｍｅａｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｅｓｗａｓ１．８３～３．８３ｍｇ／ｌａｎｄ０．１６～０．４９ｍｇ／ｌｆｏｒｔｈｅ

南方水网区农田氮磷流失治理技术

（一）技术基本情况农业面源污染是影响水环境、土壤环境和农村生态环境质量的重要因素之一，由于其涉及范围广、随机性大、隐蔽性强、不以溯源、难以监管等原因，治理的难度很大，已经成为我国现代农业和社会可持续发展的瓶颈。据全国第一次污染源普查数据，农业源排放的总氮、总磷占总排放量的57.2%和67.4%，控制农业源氮磷排放是实现水环境质量根本改善的核心。然而在农业源氮磷排放中，来自农田的氮磷排放又占很大比例。因此，要实现农业面源污染的有效控制，必须首先控制农田面源污染。南方水网区农田氮磷流失治理集成技术，即源头减量（reduce），农田氮磷投入源头减量技术；过程拦截（retain），农田径流排放的过程拦截技术；养分再利用（reuse），养分循环利用技术；末端修复（restore），末端的生态修复技术。（二）技术示范推广情况农业农村从2013年起，在三峡库区兴山县、太湖流域宜兴市、巢湖流域巢湖市、洱海流域洱源县开展农业面源综合防治示范区建设。四个示范区核心示范面积达11585亩，其中巢湖流域示范区核心面积2500亩，洱海流域示范区核心面积2320亩，太湖流域示范区核心面积约1500亩，三峡库区示范区核心面积5265亩。通过源头控制、过程拦截、末端处理等工程的建设，实现了示范区畜禽粪便、农村污水处理利用率90%以上，化学需氧量、总氮和总磷排放量分别减少40%、30%和30%以上，有效改善了当地农业生态环境和人居环境。

为推广上述示范区建设取得的可复制可推广的技术模式，2016 年农业农村部会同国家发展改革委，在太湖、淮河、巢湖、洞庭湖、鄱阳湖、洱海、三峡库区及丹江口库区等典型流域整县推进实施农业面源综合治理试点项目，总结一批成功治理范例和适用模式。每个试点项目的示范区覆盖耕地面积2万亩以上，养殖量不小于2万头猪当量，中央补助资金3000万元，总投资约4000万元。（三）提质增效情况 1.农田氮磷投入源头减量技术。在保证水稻高产的基础上，减少氮肥投入10-20%，提高氮肥农学效率10-20%，减少氮排放20%以上。 2.农田径流排放的过程拦截技术。在保障农田排水的同时，对排水中的氮磷进行高效去除，氮磷的拦截率在40%以上。 3.养分循环利用技术。径流氮磷平均浓度下降70-80%，并通过氮素回用减少稻田氮肥投入20%。 4.末端的生态修复技术。通过高效吸收氮磷植物群落的合理搭配（经济型、景观型）、生态浮床/岛的组合应用、水位落差的设计以及高效脱氮除磷环境材料与微生物的应用等等，形成了农田面源污染治理的最后一道屏障。同时，水生植物定期收获后进行资源化再利用，生产成有机肥回用农田。（四）技术获奖情况南方水网区农田氮磷流失治理集成技术被列入农业农村部2018年十项重大引领性农业技术之一。

坡耕地氮磷流失及其控制技术研究进展

土壤(Soils), 2009, 41 (6): 857~861 坡耕地氮磷流失及其控制技术研究进展① 吴电明1,2，夏立忠2*，俞元春1，李运东2 （1 南京林业大学，南京 210037； 2 中国科学院南京土壤研究所，南京 210008）摘要：坡耕地N、P流失是造成农业面源污染的重要原因。文章综述了国内外有关坡耕地N、P流失的过程特征，降雨、土壤、地形、耕作与管理因素对N、P流失的影响等方面工作的研究进展，探讨了不同控制措施，如覆盖、植物篱、保护性耕作、坡改梯等，控制N、P流失的控制机制、效果和可操作性；并进一步对坡耕地N、P流失的研究与控制方面等今后应加强研究的趋势进行了展望。关键词：坡耕地；氮磷流失；控制技术中图分类号： S157.1 坡耕地土壤养分流失是由于降雨作用于表层土壤，引起表层土壤N、P等养分溶解流失，或径流泥沙含有和吸附的颗粒态养分随径流迁移，进入水体的过程。坡耕地养分流失一方面造成了土壤质量退化、土地生产力下降，另一方面养分进入河流、湖泊等水体，引发了水体富营养化等一系列问题[1]。而施肥量的逐年增加，养分利用率低下，更加剧了农业面源污染[2]，并直接威胁到居民饮用水安全。因此，开展坡耕地养分流失研究具有重要的现实意义。早在1905年，英国科学家Warrington[3]就开始注意到土壤中N素淋失的问题，并在此后几十年中一直没有中断对养分流失的研究。但当时偏重土壤侵蚀方面，养分流失没有得到足够重视。直到19世纪50 ~ 70年代，由于肥料投入的增加造成了湖泊污染，养分流失问题才受到关注。近年来，坡耕地养分流失的研究主要集中于人工模拟降雨探讨不同土地利用方式下养分流失的机理，建立基于3S技术支撑的预测模型，通过农业利用方式的调整和工程及管理技术的改进，控制N、P养分流失[4-5]。本文主要针对坡耕地土壤N、P 流失的特征，主要影响因素的作用机制以及控制技术的研究进展进行系统阐述，为下一步深入研究提供技术思路。 1 坡面径流氮磷流失的形态与过程特征坡面N、P流失是降雨和径流驱动下，坡面土壤侵蚀及土壤N、P随径流迁移的过程。深入揭示降雨产流、径流侵蚀和养分流失过程特征，剖析关键影响因素的作用机制，是探讨坡面N、P流失控制技术的理论基础。坡耕地土壤养分流失通过两个途径：一是土壤养分溶解于坡耕地表面的径流，随着径流而损失；二是径流携带的泥沙本身含有或吸附的有机无机养分。通过前者损失的养分称为溶解态，后者为颗粒态。黄土高原与长江中上游紫色土坡耕地的试验表明，坡面径流养分流失以颗粒态为主[5-6]。从损失养分在不同粒径分布结构体来看，泥沙中＜0.02 mm的微团聚体和＜0.002 mm的黏粒是养分流失的主要载体[7]。而径流携带的泥沙对P有富集作用，且不同粒径团聚体对P的富集作用和富集系数也不同[4]。径流产生不同阶段养分流失有规律性变化。在不同的产流阶段中，以初始阶段N、P流失严重，径流中养分输出浓度最高[8]；并且土壤养分流失随时间的变化与泥沙流失的趋势一致，泥沙中速效养分的含量在降雨前期较高，而后逐渐减少，最后平稳。在年际变化中，以每年第一次产流浓度最大。可见，人们已经认识到坡面径流养分流失的形态、载体分布与流失规律，但对于影响坡面径流养分流失过程的关键因素，尤其是可以人为调控影响要素的作用机理，缺乏深入的研究，不利于坡耕地农业面源污染的有效控制。 ①基金项目：国家自然科学基金项目（30870410）、中国科学院西部行动计划项目（KZCX2-XB2-07-02）和国家林业公益性行业科研专项（200804040）资助。 * 通讯作者 (lzxia@https://www.360docs.net/doc/9811778375.html,) 作者简介：吴电明 (1985—) , 男, 山东菏泽人, 硕士研究生, 主要从事土壤与农业生态研究。Email: dmwu@https://www.360docs.net/doc/9811778375.html,

水土流失实验

水土流失实验一、活动原理：自然地理环境的整体性原理二、活动方案设计： 1.活动材料：两个浅底圆盘、若干土壤、适量草皮、适量水 2.活动步骤：（1）将土壤分成两份，分别置于A,B两个圆盘中央，堆成形状大体相近的两个圆锥体。（2）在A盘的土堆上覆盖一层草皮。（3）分别将一杯清水在距土堆顶部约20厘米的高度慢慢淋至两盘内。（4）比较A,B两盘土堆边缘泥土的多少。三、活动结果：A盘土堆边缘泥土较少，B盘土堆边缘有较多泥土。四、结果分析：植物对降水有较大的节留作用，良好的植被能迟滞雨水从地表中流出的时间，控制地表经流，减少对地表的冲刷作用。导致水土流失的原因有自然原因和人为原因。 ⑴自然因素。主要有地形、降雨、土壤（地面物质组成）、植被四个方面。 ①地形。地面坡度越陡，地表径流的流速越快，对土壤的冲刷侵蚀力就越强。坡面越长，汇集地表径流量越多，冲刷力也越强。 ②降雨。产生水土流失的降雨，一般是强度较大的暴雨，降雨强度超过土壤入渗强度才会产生地表（超渗）径流，造成对地表的冲刷侵蚀。 ③地面物质组成。 ④植被。达到一定郁闭度的林草植被有保护土壤不被侵蚀的作用。郁闭度越高，保持水土的越强。 ⑵人为因素。。人为原因主要指地表土壤加速破坏和移动的不合理的生产建设活动，以及其他人为活动，如战乱。引发水土流失的生产建设活动主要有陡坡开荒、不合理的林木采伐、草原过度放牧、开矿、修路、采石等。人类对土地不合理的利用、破坏了地面植被和稳定的地形，以致造成严重的水土流失。在我国，人口多，粮食、民用燃料需求等压力大，在生产力水平不高的情况下，对土地实行掠夺性开垦，片面强调粮食产量，忽视因地制宜的农林牧综合发展，把只适合林，牧业利用的土地也辟为农田。大量开垦陡坡，以至陡坡越开越贫，越贫越垦，生态系统恶性循环；滥砍滥伐森林，甚至乱挖树根、草坪，树木锐减，使地表裸露，这些都加重了水土流失。另外，某些基本建设不符合水土保持要求，例如，不合理修筑公路、建厂、挖煤、采石等，破坏了植被，使边坡稳定性降低，引起滑坡、塌方、泥石流等更严重的地质灾害。我国是个多山国家，山地面积占国土面积的2/3；我国又是世界上黄土分布最广的国家。山地丘陵和黄土地区地形起伏。黄土或松散的风化壳在缺乏植被保护情况下极易发生侵蚀。我国大部分地区属于季风气候，降水量集中，雨季降水量常达年降水量的60%～80%，且多暴雨。易于发生水土流失的地质地貌条件和气候条件是造成我国发生水土流失的主要原因。由于我国对自然资源使用不合理，我国多地区出现水土流失，如黄土高原、南方低山丘陵、河西走廊、宁蒙河套平原等。就黄土高原而言，黄土高原地表支离破碎，千沟万壑，有70％是坡地，植被覆盖极差，

次暴雨下作物植被类型对农田氮磷径流流失的影响(1).

2009年 3月水利学报 SH UI LI X UE BAO 第 40卷第 3期收稿日期 :2008203214 基金项目 :国家自然科学基金重点项目 (50639040;50739003 作者简介 :焦平金 (1980- , 男 , 安徽人 , 博士生 , 主要从事农田排水与水环境保护方面的研究。 E 2mail :jiaopj@iwhr. com 文章编号 :055929350(2009 0320296207 次暴雨下作物植被类型对农田氮磷径流流失的影响焦平金 1 , 王少丽 1 , 许迪 1 , 王友贞 2 (1. 中国水利水电科学研究院水利研究所 , 北京 100044; 2. 安徽省 , 233000 摘要 :基于汛期次暴雨径流实验数据 , 。结果表明 , 作物植被类型差异对地表径流量 >玉米地 >棉花地 >黄豆地。因素。。对具有较高植被覆盖度的黄 , 而玉

米地中颗粒态氮和可溶性磷分别是农田氮磷、棉花等高叶面积指数的作物可有效减少氮磷地表径流流失 , 减缓农业面源污染带来的威胁。关键词 :降雨 ; 作物 ; 植被 ; 径流 ; 土壤侵蚀 ; 氮磷 ; 流失中图分类号 :S157.1; X 144 文献标识码 :A 1研究背景地表径流与土壤侵蚀引起的氮磷流失是导致农业面源污染、河流湖泊等地表水体产生富营养化的主要原因 , 其带来的环境、经济及社会问题已引起国内外普遍关注 [1-2] , 研究农田氮磷径流流失规律对提高化肥利用率、减轻农业面源污染、缓解水资源危机具有重要理论意义和实用价值。现有大量针对氮磷地表径流流失机理与规律的研究多在室内外模拟降雨条件下基于坡面产流或农田径流状态开展 , 其考虑了植被覆盖、施肥、雨强、耕作方式等因素对地表径流氮磷流失规律的影响 [3-6] , 以及地表径流中不同形态氮磷的构成 [7], 研究发现作物植被覆盖对农田氮磷地表径流流失的影响较为明显 [8-9] 。由于人工降雨模拟条件与自然降雨状态间在降雨属性等方面存在着差异 , 上述得出的相关研究结论用于指导实践具有一定局限性 [10] , 故深入研究自然降雨条件下作物植被类型差异对农田氮磷径流流失规律的影响凸显重要。本文基于汛期典型暴雨径流实验观测数据 , 研究不同作物植被类型下的农田地表氮磷径流流失规律和特征 , 探讨作物植被类型差异对地表径流量、

读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》

读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》作者——陈英旭梁新强前言：本书是陈英旭教授领导的团队对太湖流域水环境近十年来持续研究的成果，从田间中观到区域宏观阐明农田土壤氮磷流失的发生机制和界面过程。估算了区域氮磷流失强度与通量，提出了利用新型硝化抑制剂，生态施肥和生态灌溉等方法圆头阻控氮磷流失的策略和措施建议。国际上关于农田养分流失提出“最佳管理措施”（BMPs Best Management Practices ）1、农田最佳养分管理，2、农业水土保持技术及其配套措施，3、等高线条带种植技术，4、在水源保护区指定和执行限定性农业生产技术标准。内容农业面源污染：泛指污染物从非固定的地点，通过径流汇入受纳水体并引起水体富营养化或其他形式的污染。三大特征：发生具有随机性，排放途径和排放污染物具有不确定性，时空的差异性。研究的核心过程：降雨径流（代表有美国SCS 模型），土壤侵蚀（美国提出的通用土壤流失方程USLE及后来改进的RUSLE），地表溶质溶出（有效混合深度EDI），土壤溶质溶出四个过程。农业面源研究常用模型：RUSLE CREAMS AGNPS ANSWERS WEPP SWAT 美国农业部农业研究局（US departent of agriculture and agriculture research service USDAARS）在1992年12月正式发行RUSLE（revised universal soil loss equation）RUSLE是一套完整软件，可以测出适用于不同地区不同作物和耕作方式及林地、草地灯土壤侵蚀速率的很小的变化。农业面源污染主要调控技术：面临的问题，缺乏适合中国农村特色的施肥技术，不合理的田间耕作管理模式。稻田淹水时期通过降雨径流及排水径流大量流失的氮磷已经成为影响水体环境的一个重要农业面源污染源。研究对杭嘉湖平原的杭州市，湖州市和嘉兴市调查水中典型水生植物浮萍与藻的数量及分布情况，同时以嘉兴双桥农场大田为例，进一步探讨浮萍密度，藻的数量及多样性以及叶绿素a含量对不同施肥量的响应状况。大量研究表明，藻类数量总量与叶绿素a之间有很好的直线正相关关系，可以作为藻类生物量的表征。而叶绿素a含量与浮萍密度之间呈显著的线性负相关，说明浮萍的生长抑制了田面水中藻类的生长于繁殖。浮萍除了本身吸收大量氮磷外还影响水体硝化和反硝化及氨挥发等主要氮素转化过程,稻田中大量生找的浮萍可加快田面水尿素态氮的水解过程，浮萍可以起到降低氮素流失的潜能作用，浮萍层的存在可明显降低氨挥发损失，同时有利于提高氮素利用率。硝化作用是在通气条件下由土壤微生物把氨气和某些胺化合物化为硝态氮化合物的过程。SWAT（soil and water assessment tools）主要是模拟和预测不同土地利用类型和多种农业管理措施对流域的水，泥沙，化学物质的长期影响。

模拟降雨条件下农田径流中氮的流失过程

土壤与环境 2001, 10(1): 6~10 https://www.360docs.net/doc/9811778375.html, Soil and Environmental Sciences E-mail: ses@https://www.360docs.net/doc/9811778375.html, 基金项目 39790100 ???ú?? 男章申男中国科学院院士中国环境科学学会副理事长 2000-12-02 文章编号２００１章申陈喜保北京　１００１０１在室内降雨模拟试验条件下结果表明施用NH 4 HCO 3 显著地增大了农田径流中溶解态氮浓度及流失量 P =0.1 在大暴雨和裸露地试验条件下在44 min 降雨径流中侵蚀泥沙有富集氮养分的特点 LOG(ER )=0.770-0.300LOG(SED ) ?μμí±ííá?D?ùD§μa??·?o?á?ê? ??éù??ì?μ?±í??á÷μaá÷ê§μ?1??ü è?1¤?μóê μaá÷ê§ X14 文献标识码 Institute of Geographical Science and Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China á×μè??·???μ? ±í??á÷?ò??ì?μ??¨ò?òy?eá?1?·oμ???êó ?? ??ì??ì3éá??±?óμ??eo| í?ê±μa ?? è???ì? òò′? á×??·??eê§1??é 研究暴雨径流条件下农田氮以控制降雨强度和时间其后在白洋淀地区也进行了尝试[1, 2] ×üì??à1?×êá???éù ?úê?ó?μa·êó?2? ê?·êμ?ì??t?? ?¨ ?èoí??ê′?àé3μaμ?o?á? ?aóDD§??????ì?μaμ??eê§oí·à?1??ì?μ???óa ???ˉìá1????§μ?òà?Y ?′1????μí3 ??á÷ê??éíáèàD???oí×??ˉ2é?ù ?÷ 2éó??à1ú SPRACO 锥形头 90 cm 长的延伸管以及作装置稳定的三角架和几条拉线构成可在相对较低的降落高度下模拟天然降雨每槽水平受水面积 0.5 m × 2 m ·à?1?μóê?àé3?|3?