（環(huán)境科學(xué)專業(yè)論文）上海市典型都市農(nóng)業(yè)區(qū)域非點(diǎn)源磷素污染特征研究.pdf

l i i i i iii ii i i iiitlti tiil i y 18 8 1 7 5 0 獨(dú)創(chuàng)性聲明 學(xué)位論文題目 土連立基型墊吏盛些匿邀韭惠塑盛塞透墓贊塹玨窒 本人提交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果 論文中引用他人已經(jīng)發(fā)表或出版過(guò)的研究成果 文中已加了特別標(biāo)注 對(duì)本研究及學(xué)位論文撰寫(xiě)曾做出貢獻(xiàn)的老師 朋友 同仁在文中作了明確 說(shuō)明并表示衷心感謝 學(xué)位論文作者 彼移 簽字日期 易孵么月2 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 秈文作鬟鹛猻名 甜良萄 簽字日期 沙 年否月力日 簽字日期 討7 年 1 月z 保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西南大學(xué)關(guān)于對(duì)研究生在本校攻讀學(xué)位期間撰寫(xiě)論文知 識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的規(guī)定 本人撰寫(xiě)的論文是在導(dǎo)師具體指導(dǎo)下 并得到相關(guān)研 究經(jīng)費(fèi)支持下完成的 具體數(shù)據(jù)和研究成果歸屬于導(dǎo)師和作者本人 知識(shí) 產(chǎn)權(quán)單位屬西南大學(xué) 本人保證畢業(yè)后 以本論文數(shù)據(jù)和資料發(fā)表論文或 使用論文工作成果時(shí) 需征得導(dǎo)師同意 并署名第一單位仍然為西南大學(xué) 論文作者簽名 日 j p 本論文受上海市科委重大攻關(guān)項(xiàng)目 農(nóng)藥化肥減量化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示 范 項(xiàng)目資助 項(xiàng)目編號(hào) 0 8 d z l 9 0 0 4 0 4 目錄 寰i 一一j j 量舅鼉皇曼曼曼量曼鼉皇曼曼曼曼皇皇皇曼曼皇鼉 目錄 摘要 j i a b s t r a c t 第1 章文獻(xiàn)綜述1 1 1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染簡(jiǎn)介 1 1 2 非點(diǎn)源污染的主要研究?jī)?nèi)容 2 1 2 1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的機(jī)理研究 2 1 2 2 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷的理論研究 3 1 3 非點(diǎn)源污染的來(lái)源及分類 3 1 4 非點(diǎn)源污染的特點(diǎn) 危害及引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題 5 1 4 1 非點(diǎn)源污染的特點(diǎn) 5 1 4 2 非點(diǎn)源污染的危害 6 1 4 3 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題 6 1 5 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的研究方法 7 1 5 1 野外實(shí)地監(jiān)測(cè) 7 1 5 2 人工模擬 8 1 5 3 數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)模擬 8 1 5 4 綜合監(jiān)測(cè)法 8 第2 章引言1 l 2 1 立題背景及依據(jù) 1 1 2 2 研究?jī)?nèi)容 1 1 2 3 技術(shù)路線 1 1 第3 章桃園土壤磷素的空間分布及滲漏特征 3 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 1 3 3 1 1 研究區(qū)域概況 1 3 3 1 2 土壤t p 的樣品采集與測(cè)定 1 3 3 1 3 滲漏水的采集和水樣的分析 1 3 3 1 4 地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 1 4 3 2 研究結(jié)果與討論 15 3 2 1 土壤t p 的描述性統(tǒng)計(jì) 1 5 3 2 2 土壤t p 的空間變異特征 1 6 3 2 3 土壤t p 的空間分布格局 1 7 3 2 4 常規(guī)施肥組磷素滲漏流失特征 1 8 西南大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 2 5 對(duì)照組磷素滲漏流失特征 19 3 3 小結(jié) 2 0 第4 章地下水與地表水磷素污染特征 2 1 4 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2 1 4 1 1 采樣點(diǎn)的布置與樣品采集 2 1 4 1 2 測(cè)定方法參見(jiàn)第3 章 2 l 4 2 研究結(jié)果與討論 2 1 4 2 1 地下水磷素含量及比例 2 1 4 2 2 地下水磷素隨月份的變化特征 2 2 4 2 3 村域地表水磷素污染 2 3 4 3 小結(jié) 2 7 第5 章典型降雨條件下桃園土壤磷素和泥沙的流失特征 2 9 5 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 2 9 5 1 1 采樣點(diǎn)的設(shè)置和徑流樣采集 2 9 5 1 2 水樣分析方法和產(chǎn)沙速率的測(cè)定 2 9 5 1 3 數(shù)據(jù)分析方法 2 9 5 2 結(jié)果與分析 3 0 5 2 1 暴雨和大雨的降雨過(guò)程特征和徑流過(guò)程分析 3 0 5 2 2 暴雨和大雨條件下徑流的磷素濃度大小特征和變化過(guò)程 3 2 5 2 3 暴雨和大雨條件下地表徑流輸沙速率和泥沙對(duì)磷素吸附量的變化過(guò)程 3 2 5 2 4 典型降雨條件下排放負(fù)荷在徑流過(guò)程中分布特征 3 3 5 2 5 典型降雨條件下磷素的流失負(fù)荷 3 4 5 3 討論 3 4 5 4d 結(jié) 3 5 第6 章結(jié)論與建議 3 7 6 1 結(jié)j 滄 3 7 6 2 論文存在的不足及建議 3 7 參考文獻(xiàn) 致謝 3 9 發(fā)表論文及參加課題一覽表 4 7 摘要 上海市典型都市農(nóng)業(yè)區(qū)域非點(diǎn)源磷素 污染特征研究 環(huán)境科學(xué)專業(yè)碩士研究生張旭 指導(dǎo)教師郝慶菊副教授魏世強(qiáng)研究員周培教授 摘要 在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 磷肥的大量投入是造成農(nóng)田土壤磷流失的一個(gè)重要來(lái)源 因此也 成為了控制流域非點(diǎn)源污染的重點(diǎn)目標(biāo) 通常情況下 磷素產(chǎn)出和遷移的過(guò)程與流域的水文 過(guò)程是密切相關(guān)的 磷主要是通過(guò)地表徑流和壤中流兩種途徑進(jìn)入地表和地下水體 農(nóng)業(yè)面 源的磷污染對(duì)水環(huán)境的惡化起著非常顯著的作用 富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生與農(nóng)田土壤中磷的流 失存在著密切的關(guān)聯(lián) 鑒于此 對(duì)農(nóng)田土壤磷素流失進(jìn)入水體的過(guò)程 機(jī)理以及控制措施的 研究 已日益受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注 近年來(lái) 都市型農(nóng)業(yè)產(chǎn)的安全問(wèn)題備受人們關(guān)注 新場(chǎng)鎮(zhèn)果園村位于上海市南匯區(qū) 其 磷素的遷移轉(zhuǎn)換具有平原都市型農(nóng)業(yè)的典型特征 本文通過(guò)地統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理信息系統(tǒng)等方法 對(duì)新場(chǎng)鎮(zhèn)果園村域范圍農(nóng)田土壤 地表水以及地下水中各形態(tài)磷素的時(shí)間和空間分布規(guī)律進(jìn) 行了研究 并對(duì)面源污染高發(fā)期的典型降雨事件進(jìn)行了觀測(cè) 分析磷素隨降雨的遷移規(guī)律 為上海平原都市農(nóng)業(yè)面源污染治理提供科學(xué)依據(jù) 研究主要結(jié)論如下 1 果園農(nóng)田土壤總磷 t p 分布特征 土壤t p 的空間分布不均衡 含量相對(duì)較低的 土壤分布范圍最廣 約占桃園面積的2 3 主要分布在桃園的中部和西部 含量較高的土壤分 布面積最小 呈點(diǎn)狀和帶狀分布在桃園的西南角 土壤t p 含量的變異系數(shù)是1 1 4 變異系數(shù) 和空間分布表明 由于施肥種類 施肥量 施肥習(xí)慣和果園管理方式不一致 研究區(qū)域不同 位置的表土 磷素含量也存在顯著差異性 2 農(nóng)田土壤滲漏特征 可溶性磷酸鹽的滲漏主要發(fā)生在表層 受灌溉或降雨的影響 滲漏強(qiáng)度隨土層深度增加而降低 未施磷肥的表層土壤降雨后可溶性總磷濃度逐漸降低 而 施磷肥的表層土壤降雨后可溶性總磷顯著升高 中層和底層則逐漸降低 研究區(qū)土壤可溶性 磷含量均較高 超過(guò)了富營(yíng)養(yǎng)化水體磷含量指標(biāo) o 0 2m g l 1 其中施肥組表層更加明顯 達(dá)到了o 7r a g l 1 由于附近地下水位較高 豐水期通常在1 m 左右 故農(nóng)田的大量施肥對(duì)地 下水的富營(yíng)養(yǎng)化具有較大的潛在威脅 3 村域地下水磷素的時(shí)空變化特征 居民區(qū)地下水中t p 含量最高 果園旁和河道旁 次之 1 8 口取樣井中t p 含量均高于0 4m g l 1 低于地面水v 類標(biāo)準(zhǔn) 不宣飲用 同時(shí) 地 下水中可溶性有機(jī)磷占總磷的百分比高于5 0 居民區(qū)地下水中總磷與磷酸鹽的季節(jié)變化特 西南大學(xué)碩士學(xué)位論文 征明顯 且趨勢(shì)相似 1 至3 月份含量較低 在4 月出現(xiàn)峰值 4 至5 月期間含量又開(kāi)始降低 6 月至8 月期間磷酸鹽含量保持平穩(wěn)而輕微地上升 4 村域地表水磷素的時(shí)空變化特征 研究區(qū)域地表水t p 含量超過(guò)v 類水標(biāo)準(zhǔn) 富營(yíng) 養(yǎng)化比較嚴(yán)重 果園區(qū)和居民區(qū)磷素全年平均含量并無(wú)顯著差異 但除去磷素流失嚴(yán)重的5 月 其余各月的平均含量差異性顯著 表明土地利用方式對(duì)果園村地表水磷素的分布有所影 響 果園村地表水磷素的季節(jié)變化表現(xiàn)為冬季較為穩(wěn)定 春季逐漸升高 夏秋季節(jié)逐漸降低 地表水可溶性磷酸鹽占可溶性總磷的比例較小 隨徑流遷移進(jìn)入地表水的磷素的主要形態(tài)是 溶解性的有機(jī)磷 5 典型降雨事件下磷素輸出特征 大雨和暴雨兩次降雨事件中磷素輸出呈現(xiàn)不同的變 化規(guī)律 暴雨事件磷素流失以可溶性磷為主 大雨事件磷素流失以顆粒態(tài)磷為主 磷酸鹽是 這兩次降雨事件引起土壤可溶性磷素流失的主要形態(tài) 在兩次降雨事件中 磷素濃度過(guò)程線 變化幅度明顯 響應(yīng)了流量過(guò)程線 大雨情況下 地表徑流的輸沙速率與地表徑流量的變化 趨勢(shì)大體一致 而在暴雨時(shí) 它們的變化趨勢(shì)不一致 關(guān)鍵詞 非點(diǎn)源污染 磷素 都市農(nóng)業(yè) 典型降雨事件 h t a b s t r a c t c h a r a c t e r i s t i c so fn o n p o i n ts o u r c ep h o s p h o r u sp o l l u t i o n f r o ma t y p i c a lu r b a na g r i c u l t u r a lr e g i o ni ns h a n g h a i c a n d i d a t eo fm a s t e rd e g r e e z h a n gx u s u p e r v i s o r a p r o f h a oq i n gj u p r o f w e is h iq i a n g p r o f z h o up e i a b s t r a c t t h eu s eo fal a r g ea m o u n to fp h o s p h o r u sf e r t i l i z e rh a sb e c o m ea l li m p o r t a n tl o s ss o u r c ef r o m f a r m l a n da tt h ep r e s e n ta g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n s oc o n t r o l l i n gp h o s p h o r u sf e r t i l i z e ri sas i g n i f i c a n t t a r g e tf o rn o n p o i n tp o l l u t i o nm a n a g e m e n t g e n e r a l l y t h ep r o c e s so fp h o s p h o r u st r a n s f e ri sc l o s e l y r e l a t e dw i t ht h eh y d r o l o g i cp r o c e s so f d r a i n a g e 卸槐t h el o s so f s o i lp h o s p h o rt ow a t e rb o d i e so f t h e g r o u n d w a t e ra n ds u r f a c ew a t e rm a i n l yi n c l u d e st w ow a y s r u n o f fa n ds u b s u r f a c ef l o w t h en o n p o i n t p h o s p h o r u sp o l l u t i o nc o u l dr e s u l ti nw a t e re n v i r o n m e n t sd e t e r i o r i s m t h ep h e n o m e n o no fw a t e r e u t r o p h i c a t i o ns i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t ht h el o s so fs o i lp h o s p h o r t h e r e f o r e t h es t u d i e so ft h e p r o c e s s m e c h a n i c sa n dc o n t r o l l i n gm e a s u r eo nt h el o s so ff a r m l a n ds o i lp h o s p h o rt ow a t e rb o d i e s h a v e b e e nh i g h l yi n c r e a s e da t t e n t i o n sf r o ms c i e n t i s t so v e rt h ew o r l d i nr e c e n ty e a t s u r b a na g r i c u l t u r a lp r o d u c i n ga r e as a f e t yp r o b l e m sc a u s em o r ea t t e n t i o n x i n c h a n gt o w nl o c a t e di nn a n h u id i s t r i c t s h a n g h a ic i t y i t sp h o s p h o r u sm i g r a t et r a n s f o r m sh a s u r b a na g r i c u l t u r e st y p i c a lf e a t u r e s t h i sp a p e rr e s e a r c hn a n h u io r c h a r dv i l l a g ed o m a i nr a n g e f a r m l a n ds o i l s u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e ri nd i f f e r e n tf o r m spt i m ea n ds p a c ed i s t r i b u t i o nl a w b yt h es t a t i s t i c sa n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e ma n do t h e rm e t h o d s o b s e r v e dr a i n f a l le v e n t so f t h et y p i c a lo fn o n p o i n tp o l l u t i o nd e m o n s t r a t i o n s a n a l y s i st h em i g r a t i o np a t t e r n sw i t hr a i n f a l l p h o s p h o r u s i t sp r o v i d et h es c i e n t i f i cb a s i sf o rs h a n g h a ip l a i nu r b a na g r i c u l t u r ea g r i c h e m i c a l s c o n t e n tr e d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ea g r i c u l t u r a lp r o d u c ts a f e t yw a r n i n gd a t a s m d yt h em a i n c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s 1 o r c h a r df a r m l a n ds o i lp h o s p h o r u sd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s t h ec o n t e n to ft o t a l p h o s p h o r u si ns o i ld i s t r i b u t e du n e v e n l y l o wr e l a t i v e l yc o n t e n ti ns o i ld i s t r i b u t e di nt h em o s ta r e a a c c o u n tf o ra b o u tt w o t h i r d so fa r e a i ti sm a i n l yd i s t r i b u t e di nt h ec e n t r a la n dt h ew e s t e r no ft h e o r c h a r dv i l l a g e t h ev a r i a b l ec o e f f i c i e n ta n ds p a c ed i s t r i b u t i o ns h o wt h a tt h es t u d ya 陀ao ft o p s o i l d i f f e r e n tp o s i t i o n se x i s td i f f e r e n c e b e c a u s eo ff e r t i l i z a t i o nt y p e f e r t i l i z e ru s e f e r t i l i z a t i o nh a b i t s m 西南大學(xué)碩士學(xué)位論文 a n do r c h a r dm a n a g e m e mi sn o tu n i f o r m 2 f a r m l a n ds o i ls e e p a g ec h a r a c t e r i s t i c s d i s s o l v a b l ep h o s p h a t eh a p p e n i n gm a i n l yi ns u r f a c e l e a k a g e b e c a u s eo ft h ei n f l u e n c eo fi r r i g a t i o no rr a i n f a l l f o l l o w i n gt h ei n c r e a s eo ft h es o i ld e p t h l e a k a g ei n t e n s i t yd e c r e a s e a f t e rh e a v yr a i n f a l l t o t a lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o no fs u r f a c es o i lw i t l i l o w e rp h o s p h o r u sg r a d u a l l yr e d u c e d b u tp h o s p h a t ep h o s p h o r u sd i s s o l v e ds i g n i f i c 鋤t l yi n c r e a s e d a f t e rf e r t i l i z e d t h em i d d l ea n db o t t o mi sg r a d u a l l yr e d u c e d t h ec o n t e n to fd i s s o l v e dp h o s p h a t e w e r eh i g h e ri nr e s e a r c hs o i la r e a m o r et h a nt h ee u t r o p h i c a t i o np h o s p h o r u si n d e x 0 0 2m g l 1 t h e f e r t i l i z e rg r o u pi sm o r ea p p a r e n t r e a c h e d0 7m g l 1 b u tt h en e a r e s tu n d e r g r o u n dw a t e rl e v e li s h i g h e r u s u a l l yi ng e n e r a la b o u tl m s ol o t so ff e r t i l i z a t i o ni sal a r g ep o t e n t i a lt h r e a tt ot h e e u t r o p h i c a t i o no fg r o u n dw a t e r 3 v i l l a g ed o m a i ns p a t i a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fg r o u n d w a t e rp t h eh i g h e s t t pc o n t e n ti si l lt h er e s i d e n t i a la r e ag r o u n d w a t e r t h es e c o n di sb e s i d et h eo r c h a r dv i l l a g ea n dr i v e r 1 n18s a m p l i n gw e l l p h o s p h o r u sa r ch i g h e rt h a n0 4m g l 一 g r o u n dw a t e ri sb e l o wvc l a s s s t a n d a r d i t su n f i tf o rd r i n k i n g m e a n w h i l et h e r ea r eal o to ft o t a lp h o s p h o r u ss o l u b l eo r g a n i c p h o s p h o r u si nt h eg r o u n d w a t e r m o r et h a n5 0 i nt h er e s i d e n t i a la r e ag r o u n dw a t e r t h es e a s o n a l v a r i a t i o no ft h et o t a lp h o s p h o r u sa n dp h o s p h a t ea r el i k e l y f r o mj a n u a r yt om a r c ht h ec o c u ti s l o w t h ep e a l a p p e a ri i la p r i l a n dt h ec o n t e n tb e g a nt od r o pi i la p r i lt om a y d u r i n gj u n et o a u g u s tp h o s p h a t ec o u t e u tr e m a i ns t a b l ea n ds l i g h t l yar i s i n g 仃e n d t h ec h a n g e so fp h o s p h o r u s p o l l u t i o nw a sc o n s i s t e n tw i t hs e a s o n a lc h a n g e s 4 v i l l a g ed o m a i ns p a t i a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs u r f a c ew a t e rp h o s p h o r u s i ns t u d ya r e a t o t a lp h o s p h o r u sc o n t e n ti sh i g h i t sm o r et h a nv c l a s sw a t e rp h o s p h o r u ss t a n d a r d s i t ss e v e r ee u t r o p h i c a t i o n t h e r ei sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h eo r c h a r dv i l l a g ea n d r e s i d e n t i a la r e a s b u te x c e p tm a y p h o s p h o r b sl o s ss e r i o u s l y t h e r ea r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e smt h e a v e r a g ec o n t e n t s i tm e a n st h em e t h o d so fl a n du s eh a v es o m ei n f l u e n c et ot h ed i s t r i b u t i o no f g r o u n dw a t e rp h o s p h o r u s w i n t e ri s m o r es t a b l ep e r f o r m a n c ei no r c h a r dv i l l a g ep h o s p h o r u s s e a s o n a lc h a n g eo ft h eg r o u n dw a t e r s p r i n gg r a d u a l l yi si n c r e a s i n g i ns u m m e ra n da u t u m na r e g r a d u a l l yr e d u c e d i s s o l v e dp h o s p h a t ei i lg r o u n dw a t e ra c c o u n t e df o rt h el o wp r o p o r t i o no ft h e d i s s o l v e dt o t a lp h o s p h o r u s t h em a i nf o r mi st h ed i s s o l v e do r g a n i cp h o s p h o r u s 5 t y p i c a lr a i n f a l le v e n tc h a r a c t e r i s t i c so fp h o s p h o r u so u t p u t h e a v yr a i na n dh e a v yr a i n f a l l e v e n tt w i c ep h o s p h o r u so u t p u tp r e s e n td i f f e r e n tc h a n g er u l e p h o s p h o r u sl o s si sp r i m a r i l yd i s s o l v e d p h o s p h a t ei i lr a i n s t o r me v e n t s i nh e a v yr a i ne v e n t p h o s p h o r u sl o s si sp r i m a r i l yp a r t i c l es t a t e p h o s p h o r u s p h o s p h a t ei s m a i nf o r m so fp h o s p h o r u sl o s s p h o s p h o re l e m e n t sf o r ma n dr a i n f a l l i n t e n s i t y r a i n f a l lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o np r o c e s sl i n e si n f l u e n c et h ev a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i n t w or a i n f a l le v e n t p h o s p h o n 塔c o n c e n t r a t i o np r o c e s sl i n ev a r i a t i o na m p l i t u d eo b v i o u s l y l e a dt of l o w i v a b s t r a c t 置i i i 皇曼曼量量喜量曼曼皇舅曼皇曼量曼量曼量曼皇皇曼皇曼鼉皇量量置皇舅 p r o c e s sl i n e i nh e a v yr a i nc a s e s s u r f a c er u n o f fs e d i m e n tt r a n s p o r tr a t ea n dt h et r e n do ft h es u r f a c e r u n o f fi sc a r d i n a l l yi d e n t i c a l b u tw h e ni tc o m e st oh e a v yr a i n f a l l t h e i rc h a n g e st r e n da l eb a s i c d i s a g r e e d k e yw o r d s n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n p h o s p h o r u s u r b a na g r i c u l t u r e t y p i c a lr a i n f a l le v e n t s v v i 西南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章文獻(xiàn)綜述 曼喜曼曼量皇葛i i i i i 皇曼皇曼曼量曼量量鼉罾皇魯舅量鼉曼皇曼曼曼曼量曼量量量墨 第1 章文獻(xiàn)綜述 1 1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染簡(jiǎn)介 環(huán)境污染問(wèn)題通常分為點(diǎn)源和非點(diǎn)源 也稱為面源 污染兩種不同類型 其中 點(diǎn)源污 染主要是工業(yè)廢水和城市生活污水通過(guò)固定的排污口集中排放而引發(fā) 非點(diǎn)源污染 n o n p o i n t s o u r c ep o l l u t i o n 與點(diǎn)源污染相對(duì)應(yīng) 是指溶解的或固體污染物從非特定的地點(diǎn) 在降水和徑 流沖刷作用下 通過(guò)徑流過(guò)程而匯入受納水體 如河流 湖泊 水庫(kù) 海灣等 引起的水體污 剿1 1 根據(jù)1 9 9 7 年的美國(guó)聯(lián)邦水污染控制法所作的解釋 凡向環(huán)境排放污染物是一個(gè)不連續(xù)的 分散過(guò)程 而且又不能用一般的常規(guī)處理方法獲得改善的排放源 即稱之為非點(diǎn)源污染或散 在污染 其中 包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的施肥和大量農(nóng)藥的施用及大氣沉降和野生動(dòng)物的排泄物 林場(chǎng)和牧場(chǎng)等 非點(diǎn)源污染就是相對(duì)于點(diǎn)源污染而言的 由于非點(diǎn)源污染具有受自然條件突 發(fā)性 污染排放的偶然性和隨機(jī)性和間歇性制約的特點(diǎn) 使它具有以下三個(gè)不確定性 第一 是不確定的時(shí)間內(nèi) 第二是通過(guò)不能確定的途徑 第三是排放有不確定數(shù)量的污染物質(zhì) 因 此 可以定義農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是指較大范圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中溶解的或固體的污染物 主要 包括農(nóng)田中的氮素 磷素 農(nóng)藥 土粒和重金屬以及由農(nóng)村農(nóng)禽糞便和生活垃圾等帶來(lái)的有 機(jī)或無(wú)機(jī)污染物質(zhì) 在非特定的地域通過(guò)降水和徑流的沖刷作用 經(jīng)過(guò)農(nóng)田地表徑流 淋溶 農(nóng)田排水和土壤側(cè)漏從而使大量的污染物進(jìn)入受納水體 如湖泊 河流 水庫(kù)和海灣等 所引起 的水體污染 2 6 1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是當(dāng)今世界普遍存在的環(huán)境問(wèn)題 直接制約著各國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù) 發(fā)展 在我國(guó) 尤其是在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的東南沿海地區(qū) 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的問(wèn)題極為突出 7 1 通過(guò)世界銀行在 2 0 2 0 年的中國(guó) 的研究報(bào)告可以看出 在過(guò)去的2 0 年中 中國(guó)經(jīng)歷了快速 經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng) 城市化的進(jìn)程和工業(yè)化的加速 從而使中國(guó)在迅速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也逐漸發(fā)展 成為世界上水質(zhì)污染最嚴(yán)重的國(guó)家 環(huán)境污染給人和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的影響非常大 總的來(lái)說(shuō) 我 國(guó)每年由污染而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失大約能夠占到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 g d p 的3 8 之多 s 1 0 l 在最新的世界銀行報(bào)告中明確的指出了中國(guó)環(huán)境惡化的三項(xiàng)直接動(dòng)因即 快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng) 飛速的城市化進(jìn)程以及工業(yè)化的加速 很明顯的是這三種動(dòng)因都在很大程度上與農(nóng)村的發(fā)展 緊密相連 而這種關(guān)聯(lián)性從某種程度上講甚至超過(guò)了城市 理由如下 首先 我國(guó)的目前情 況是農(nóng)村人口占了全國(guó)總?cè)丝跀?shù)量的絕大比例 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的好壞相比城市能夠?qū)ξ覈?guó)人 民生活質(zhì)量的改善起到更加重要的作用 其次 在我國(guó)農(nóng)村土地占據(jù)著國(guó)土面積的很大份額 由此可見(jiàn)我國(guó)環(huán)境的好壞很大程度上是由農(nóng)村環(huán)境決定的 再次 從環(huán)境改善的潛力來(lái)看 相比城市農(nóng)村毫無(wú)疑問(wèn)地具有更大的可塑性 1 i 1 4 從1 2 0 0 6 年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào) 可見(jiàn)我國(guó) 對(duì)農(nóng)村環(huán)境的改善越來(lái)越重視 而在2 0 0 7 年的環(huán)境狀況公報(bào)中更是將其單獨(dú)列了一章 土 地與農(nóng)村環(huán)境 這也是歷來(lái)沒(méi)有的 從一定程度上說(shuō)明我國(guó)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到了農(nóng)村環(huán)境的重 要性 本世紀(jì)以來(lái) 在有效地控制了點(diǎn)源污染之后 面源污染尤其是農(nóng)業(yè)面源污染逐步成為當(dāng) 前我國(guó)最亟待解決的環(huán)境問(wèn)題 隨著農(nóng)業(yè)面源污染破壞性的日益增大 其已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)前 主要的水體和土壤污染源 不僅使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)退化 同時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)安全具有危害性 而且通 兩南大學(xué)碩十學(xué)位論文 過(guò)食品和水的污染也能夠損害到居民的健康 最為重要的是 目前我國(guó)小農(nóng)戶的生產(chǎn)形態(tài)促 使農(nóng)業(yè)面源污染的管理和控制變得更加困難 伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題 也將進(jìn)一步凸型 j 1 2 非點(diǎn)源污染的主要研究?jī)?nèi)容 1 2 1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的機(jī)理研究 1 降雨徑流的研究 農(nóng)業(yè)面源污染主要由暴雨徑流沖刷作用產(chǎn)生的 對(duì)降雨徑流過(guò)程的研究的基礎(chǔ)是水文學(xué) 重點(diǎn)研究對(duì)象是作為非點(diǎn)源污染動(dòng)力的降雨徑流 其產(chǎn)流匯流的特性 對(duì)非點(diǎn)源污染的研究 應(yīng)重點(diǎn)考慮產(chǎn)流條件的空間差異 這樣將有助于揭示農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是怎樣形成的 代表性 研究有早期美國(guó)水土保持局1 9 5 0 年提出的s c s 法 蛤1 8 l 它綜合考慮了影響徑流形成的下墊面 的空間差異性 包括土壤前期含水量 土地利用類型 土壤滲透性和降雨量 因此被廣泛用 于非點(diǎn)源污染研究 李懷恩提出了蓄滿產(chǎn)流 超滲產(chǎn)流1 1 9 和綜合產(chǎn)流理論 并應(yīng)用于區(qū)域農(nóng) 業(yè)非點(diǎn)源污染產(chǎn)流的計(jì)算 2 0 2 土壤侵蝕的研究 土壤侵蝕包括土壤顆粒在土體中的分散過(guò)程和在陸地表面的傳輸和沉積過(guò)程 它是農(nóng)業(yè) 非點(diǎn)源污染的重要來(lái)源1 2 l 我國(guó)對(duì)土壤侵蝕的研究做了大量的工作 具有代表性的是對(duì)黃土 高原的水土保持研究之后提出了較為實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)型區(qū)域性土壤侵蝕模型 2 2 2 3 1 美國(guó)在2 0 世紀(jì) 6 0 年代通過(guò)大量實(shí)驗(yàn) 提出了u s l e 方程及后來(lái)的r u s l e 方程 從而對(duì)年內(nèi)土壤流失有了較 為精確的預(yù)報(bào) 2 4 1 今年來(lái)隨著研究的深入又提出了以w e p p 替代過(guò)去的u s l e 相比之下 e p p 比u s l e 更注重過(guò)程 更重視機(jī)理 巧 3 地表溶質(zhì)溶出研究 國(guó)外的早期研究主要是關(guān)于農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物的氮 磷元素在農(nóng)田中的徑流流失量和對(duì) 水體的影響 2 6 1 后期則側(cè)重于從減少污染輸出的角度出發(fā)來(lái)研究氮 磷從農(nóng)田中的徑流流失 機(jī)理及規(guī)律 土地利用方式 土壤類型 耕作方式和肥料使用等是影響磷素流失的主要因素 2 7 2 s 4 土壤溶質(zhì)滲漏研究 非點(diǎn)源污染物如硝酸鹽以溶解態(tài)的形式通過(guò)滲漏過(guò)程遷移至地下水 污染地下水環(huán)境 其遷移過(guò)程很復(fù)雜 受土壤理化性質(zhì) 土壤微生物活動(dòng)等諸多因素的影響 土壤中的溶質(zhì)在 土壤中的運(yùn)移和分布己成為土壤溶質(zhì)運(yùn)移理論中應(yīng)用較多 同時(shí)也是比較活躍的研究領(lǐng)域 從研究對(duì)象來(lái)看 對(duì)農(nóng)田中氮素滲漏的研究一直是國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者共同關(guān)注的課題 也是 當(dāng)前農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題 主要表現(xiàn)在對(duì)氮素淋失總量的估算 2 9 影響氮素淋 失的各種因素其中包括對(duì)降雨和灌溉 土壤質(zhì)地 耕作方式 肥料品種與用量 作物種類 種植方式和作物覆蓋 土壤理化 生化性質(zhì)等的研究 3 0 2 第1 章文獻(xiàn)綜述 1 2 2 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷的理論研究 大量的研究表明 造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因是農(nóng)田中氮 磷元素的流失1 3 1 3 4 j 由于 引起富營(yíng)養(yǎng)化的藍(lán)綠藻本身具有固氮能力 因此磷就自然成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因素 瞰l 自然界中的磷素屬于地質(zhì)沉積型循環(huán) 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中磷素的輸入有 大氣沉降 化學(xué) 磷肥和植物的殘留及動(dòng)物的碎屑 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中磷素的輸出主要包括 作物的收獲 隨徑 流或泥沙的遷移 滲漏和淋失 農(nóng)田磷素流失的主要形式是d p 溶解態(tài)磷 和p p 顆粒結(jié)合 態(tài)磷 而溶解態(tài)磷與顆粒態(tài)磷之間的比值能夠決定可利用磷的數(shù)量及富營(yíng)養(yǎng)化的潛劃3 6 3 7 d p 溶解態(tài)磷 易被植物特別是藻類物質(zhì)吸收利用 其主要存在形式是正磷酸鹽 但是也有 部分以有機(jī)磷的形式存在 p p 顆粒結(jié)合態(tài)磷 中僅有一部分可以吸收利用 是藻類物質(zhì)能 持續(xù)生長(zhǎng)的潛在p 源 包括含p 的礦物 含p 的有機(jī)物以及吸持在土壤顆粒上的p i 翊 在顆粒態(tài) 磷中 可利用磷的比例通常取決于土壤的類型 磷的飽和度 土壤顆粒的大小 耕作措施以 及土壤氧化還原的條件 這個(gè)比例在l o 至9 0 之間 一般為2 0 0 6 溶解態(tài)磷的有效直徑小于 0 4 5 p m 而顆粒態(tài)磷的有效直徑大于0 4 5 9 m 也有小于0 4 5 p x n 的 但是它能夠與固體或膠體 聚合在一起 所以它也不屬于溶解態(tài)磷 3 9 隨地表徑流流失的土壤磷中8 0 以上的是顆粒結(jié)合 態(tài)磷 這部分磷能夠被水流運(yùn)輸?shù)捷^遠(yuǎn)的地區(qū)而輸出農(nóng)田 在垂直方向上溶解態(tài)磷有滲漏 和積累的現(xiàn)象 其中滲漏的溶解態(tài)p 有9 7 1 4 通過(guò)對(duì)澳大利亞西南部地區(qū)農(nóng)田池塘沉積物中 磷素形態(tài)的研究可以得出顆粒結(jié)合態(tài)磷是磷素吸收 遷移和積累的最活躍形式 而磷素在沉 積物中的積累則歸因子粘粒和有機(jī)顆粒的吸收1 4 2 1 鑒于此 通過(guò)控制顆粒物進(jìn)入水體能夠有效地控制磷素流失 而溶解態(tài)磷可以通過(guò)控制 含水量得到解決 因?yàn)樵诤康蜁r(shí)溶解態(tài)磷則相對(duì)多多 從而造成流失量的增加 所以施 用磷肥的最佳季節(jié)應(yīng)該在晚秋 初冬 晚春和初夏 此外亞表層灌溉可以減少磷素流失 4 3 1 但需要注意的是顆粒結(jié)合態(tài)磷可以在水力作用下優(yōu)先移動(dòng) 主要是優(yōu)勢(shì)流現(xiàn)象 水中磷素的 含量和形態(tài)受土壤質(zhì)地 耕作強(qiáng)度和頻率 種植制度等因素影響 并隨季節(jié)而變化1 4 4 1 由此 可見(jiàn) 對(duì)磷素流失的控制不僅要有大的基礎(chǔ)工程如林草截留帶等 還要在農(nóng)田土壤管理上尋 找解決方案一j 磷作為非點(diǎn)源污染物產(chǎn)生的過(guò)程十分復(fù)雜 它受降雨過(guò)程 降雨類型 強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間 和 下墊面因素 地形 地貌和土壤的理化性質(zhì) 植被或作物特征 以及農(nóng)業(yè)實(shí)踐措施等 的綜合影 響 4 6 4 8 1 有相關(guān)研究指出磷的產(chǎn)生以及輸出主要是集中在土壤表層的0 5c m 這一范圍 4 9 1 這是 由于磷素的流失形式主要通過(guò)地表徑流 因此 大量的研究基本上都是對(duì)在磷的表面徑流遷 移動(dòng)態(tài)的研究 而壤中流動(dòng) 遷移過(guò)程的研究在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道 國(guó)外相關(guān)研究也僅為少數(shù) 磷在土壤淺表層 耕作層 內(nèi)遷移變化過(guò)程直接影響著表層徑流的變化 農(nóng)田中p 素的損失主要 以淋失為主網(wǎng) 而由于大部分土壤均具有較高的固p 能力 故p 在土壤剖面上的垂直遷移非常 微弱 孔l 即使在施肥條件下p 遷移也僅僅局限于施肥點(diǎn)附近1 5 2 1 坡面p 的損失主要以隨地表徑 流流失為主 1 3 非點(diǎn)源污染的來(lái)源及分類 對(duì)于非點(diǎn)源污染 究其來(lái)源主要是水土流失 農(nóng)藥與化肥的施用和農(nóng)村家畜糞便與垃圾 3 兩南大學(xué)碩士學(xué)位論文 農(nóng)田灌溉產(chǎn)生的污染 城鎮(zhèn)和林區(qū)降水的地表徑流 廢棄的礦山 大氣的沉降以及眾多可能 產(chǎn)生污染的生產(chǎn)活動(dòng) 例如 森林砍伐 水利建設(shè) 土地開(kāi)發(fā)等污染源1 5 3 在具體的研究中通常是按照區(qū)域或污染源來(lái)進(jìn)行細(xì)分 根據(jù)產(chǎn)生污染物的非點(diǎn)源污染體 的不同以及不同的區(qū)域 非點(diǎn)源污染可以大致分為以下幾種類型 1 土壤侵蝕土壤侵蝕是所有非點(diǎn)源污染中規(guī)模最大 危害程度最嚴(yán)重的一種 同時(shí)它 也是非點(diǎn)源污染的主要發(fā)生形式 它介于大氣干濕沉降和暴雨徑流之間 既包括風(fēng)蝕 又包 括水蝕 是二者的有機(jī)結(jié)合 雖然表面上看土壤侵蝕損失了土壤表層的有機(jī)質(zhì)層 但隨著土 壤侵蝕的不斷發(fā)生 會(huì)有許多污染物和毒性物質(zhì)進(jìn)入水體 最終形成非點(diǎn)源污染 據(jù)統(tǒng)計(jì) 自人類開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以來(lái) 全球約有4 3 億h m 2 的土地因遭受嚴(yán)重的土壤侵蝕而遺棄 現(xiàn) 在全世界每年因遭受土壤侵蝕而棄耕的土地仍可達(dá)到5 0 0 萬(wàn)b a n 2 之多 美國(guó)大陸每年因土壤 侵蝕進(jìn)入河流的泥沙量超過(guò)1 0 億t 由此造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)6 0 億美元 5 4 1 2 城鎮(zhèn)非點(diǎn)源污染主要是指降雨過(guò)程中的雨水及降水所形成的地表徑流流經(jīng)城鎮(zhèn) 如 商業(yè)區(qū) 街道 停車場(chǎng)等 聚集了一系列的污染物 例如原油 鹽分 氮 磷 有毒物質(zhì)及雜 物 隨之進(jìn)入河流或湖泊從而對(duì)地表水或地下水體造成了污染 u se p a 把城鎮(zhèn)地表徑流列為 導(dǎo)致全美河流和湖泊污染的第三大污染源 5 5 l 3 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染通常包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中農(nóng)田化肥的使用 農(nóng)藥的施用 農(nóng)村家畜 糞便與垃圾的堆放 造成農(nóng)田中含有大量的土粒 氮素 磷素 農(nóng)藥和其它有機(jī)或無(wú)機(jī)污染 物質(zhì) 隨著降水的進(jìn)行 通過(guò)地表徑流 農(nóng)田排水和地下滲漏 進(jìn)而引起嚴(yán)重的水體污染和 富營(yíng)養(yǎng)化 在美國(guó) 每年生產(chǎn)的大約5 億噸的農(nóng)藥7 0 用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 由此引發(fā)的地下水和 地表水污染的事例不勝枚舉 u se p a 把農(nóng)業(yè)列為全美河流和湖泊污染的第一污染源酬 而 農(nóng)村家畜糞便和垃圾的隨意堆放 尤其是在降雨季節(jié) 隨地表徑流也會(huì)進(jìn)入水體形成大面積 的非點(diǎn)源污染 此外 農(nóng)業(yè)污水灌溉也同樣會(huì)引起水體的非點(diǎn)源污染 農(nóng)業(yè)污水灌溉是指用 能夠被植物二次利用以及吸附的生活等污水進(jìn)行灌溉 這樣可以節(jié)省水源 同時(shí)利用土壤對(duì) 污染物的自然凈化作用和農(nóng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收作用可以凈化污水 雖然 農(nóng)作物可以吸 收污水中的營(yíng)養(yǎng)元素 但如果出現(xiàn)施用過(guò)量或者時(shí)間不恰當(dāng) 許多未經(jīng)過(guò)農(nóng)作物和土壤自然凈 化的污水會(huì)直接進(jìn)入水體 因此同樣會(huì)導(dǎo)致土壤和地表水及地下水體的污染 目前 在美國(guó) 有1 5 的地表水污染起源于農(nóng)田污水的灌溉 5 6 4 礦區(qū)的非點(diǎn)源污染主要是由于人類活動(dòng)引起的 一方面由于人類不合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì) 活動(dòng)的干擾和破壞 破壞了原來(lái)的土壤結(jié)構(gòu)和植被面貌 從而是土壤表層大面積裸露 造成 了土壤的嚴(yán)重侵蝕 從而進(jìn)一步加劇了水土流失 另外 散落于礦區(qū)地表的泥沙 鹽類 酸 類物質(zhì)和殘留礦渣等污染物在降雨條件下也會(huì)隨著地表徑流而進(jìn)入水體形成非點(diǎn)源污染 5 林區(qū)的非點(diǎn)源污染主要是由于發(fā)生在降雨過(guò)程中的地表侵蝕 隨之發(fā)生的地表植物 殘枝 落葉及腐殖物隨降雨徑流進(jìn)入到水體從而在某種程度上也能夠形成非點(diǎn)源污染 因?yàn)?林區(qū)大多數(shù)都位于人口密度相對(duì)較低的地區(qū) 因此人為活動(dòng)的強(qiáng)度也非常低 但地表的植被 覆蓋率卻比較高 林區(qū)降水地表徑流形成的非點(diǎn)源污染負(fù)荷比起其他的非點(diǎn)源污染一般會(huì)比 較低 但是 多年以來(lái)不加限制的森林砍伐 使地表植被遭到了嚴(yán)重破壞 森林抵抗土壤侵 蝕的能力也同時(shí)被破壞 從而使地表徑流和土壤侵蝕的可能性增大 最終促使區(qū)域的非點(diǎn)源 污染進(jìn)一步加劇p 7 4 第1 章文獻(xiàn)綜述 6 大氣干沉降與濕沉降大氣中的大量有毒物質(zhì)會(huì)直接降落在土壤或水體的表面 或隨 降水降落在土壤或水