水文过程对农业小流域氮素迁移的影响

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1、水利学报年月第卷第期文章编号水文过程对农业小流域氮素迁移的影响魏林宏张斌程训强中国科学院南京土壤研究所江苏南京摘要以江西低丘红壤区农业小流域为研究对象在自然降雨条件下对小流域内试验小区上游灌渠和小流域出口径流中的氮素浓度进行监测旨在从小区尺度和小流域尺度阐明农业小流域氮素流失与降雨和径流的关系结果表明在小区坡面流中硝态氮浓度随降雨径流的变化趋势不明显铵态氮和全氮浓度随降雨径流的增加呈先增加后降低的趋势壤中流对硝态氮的流失有主要影响而坡面流对全氮的流失作用不可忽视小流域的氮素流失主要发生在月其间氮素和的流失量在上游干旱

2、地灌渠分别占年流失量的和在小流域出口分别占年流失量的和年全氮流失量达占氮素施用量的关键词红壤氮素流失降雨径流农业小流域中图分类号文献标识码由于河流中养分浓度的不断增加加强对农田系统的管理已经成为世界广泛关注的问题然而为了提供粮食的产量化肥的施用量不断增加导致地表水的水质不断下降农业流域的养分流失已经导致了许多地区河流和地下水的污染我国太湖流域面源污染中氮素对地表径流的污染负荷量高达?占氮素化肥施用量的七五期间农业非点源氮素已经占入湖总氮量的虽然一些国家增加了一些土地管理政策试图减轻农业非点源污染问题但是生物地球化学过

3、程和水文过程对于养分流失影响的研究是很少的因此阻碍了可持续土地利用政策的开发和执行本文以江西低丘红壤区的农业小流域为研究对象探讨水文过程对小流域氮素迁移的影响为控制小流域养分流失和农业小流域的综合治理提供参考材料与方法研究区概况试区是一个比较封闭的小流域总面积位于江西省鹰潭市西端地处武夷山区向鄱阳湖平原的过渡地带流域地势坡状起伏沟谷相间海拔土壤为第四纪红黏土与红砂岩红壤湿润富铁土水热状况属中亚热带暖湿季风气候区年均温降水时空分布不均雨季月约占全年降雨量的月伏秋高温少雨而蒸发量接近全年的降雨和径流具有明显的季节特征径流

4、的季节分配主要决定于降雨的多少其年内变化与降雨基本一致呈单峰型峰值出现在月多年统计该小流域的年径流系数月径流系数到达流域内的土地利用类型以旱地为主占主要是花生柑橘和板栗水田占其余为林地和池塘收稿日期基金项目国家自然科学基金资助项目德国科学研究会项目?作者简介魏林宏女黑龙江双城人博士主要研究方向为水文尺度与水循环生态水文过程及农业面源污染试验方法试区降雨量采用型翻斗式雨量传感器与数据采集器连接每自动记录降雨量径流的测量利用水位计在测量围堰处测定水位并通过相关公式换算获得径流量数据每一次水位计分别设置在小流域总出水口以及

5、上游旱地花生子流域灌渠每周对上游灌渠和流域出口采集水样为了验证地表径流中氮素浓度的短期变化在小流域出口用自动采样仪对暴雨事件中氮素动态进行监测采样间隔每次一个瓶装个混合样即采集一个水样送实验室进行氮素分析在小流域内花生地以及桔园的坡上和坡下分别布设坡地试验小区小区长宽周围用水泥板围砌水泥板插入土层高出地面通过翻斗仪记录小区径流并通过上部有孔的管收集每次径流的水样采集的水样放入冰箱冷冻保存直至送实验室分析水样分析与氮素有关的项目有全氮硝态氮铵态氮采用过硫酸钾氧化紫外分光光度计法采用靛酚蓝比色法采用紫外分光光度计法氮素流

6、失量的计算公式为其中为径流氮素流失量为第次取样所测定的氮素浓度分别为监测点第次取样的流量和取样间隔时间结果与讨论降雨和径流特征试区气候特征决定了其降雨的季节性雨量监测结果表明年总降雨量为通过对降雨量的统计发现大于的降雨日其中发生在月只有发生在月年发生暴雨到大暴雨次集中在月占年平均降雨的最大日降雨量发生在月日试区地表径流的特征源于该区的降雨特征雨季径流小区坡面径流系数为旱季仅为显示了很大的季节性差异上游灌渠径流和小流域出口径流也显示了明显的季节性特征图地表径流通常可以划分为个阶段相对干旱的冬季和早春即土壤水分恢复期此时

7、降雨较少蒸发量小月土壤水分盈余期降雨量大径流迅速增加月土壤水分亏缺期随着降雨量的减少气候也从湿润转向干旱此时径流量减少径流主要发生在月上游灌渠和小流域出口径流分别占两者年径流的和图上游旱地灌溉渠径流特征图小流域出口径流特征试验小区氮素输出与降雨径流的关系土壤养分随地表径流的流失有两种基本途径其一是以颗粒态随侵蚀土壤被搬运到景观中的较低位置与水土流失密切相关主要发生在土壤表面另一种途径则是呈水溶态一部分随地表径流直接汇入水系另一部分通过渗漏与土壤水和地下水垂直交换而迁移最后有一部分出露地表从而进入地表水体因此水溶态养分

8、对地表水环境质量的影响更为显著小区氮素输出浓度对降雨径流的响应从图可以看出的浓度随着降雨强度的增加呈下降的趋势当降雨强度超过时的浓度迅速降低之后维持在一定的水平的浓度随降雨强度的变化并不十分明显的浓度在开始时随着降雨强度的增加而增加在降雨强度达到时的浓度达到最大值之后随着降雨强度的增大浓度有下降的趋势说明和的浓度并不是单纯由降雨强度决定的不同土