氮沉降对三峡库区典型小流域氮输出的影响研究——以万州区五桥河陈家沟为例

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三峡库区是中国乃至世界最为特殊的生态功能区和典型的生态系统脆弱区之一,2000年以来,学者们在三峡库区陆续开展了氮沉降相关工作,并系统报道了三峡库区氮沉降时空分布、来源及其对三峡库区的贡献。但前期研究仅是基于水库水面积的粗略估算,由于缺乏氮沉降在流域尺度的过程研究,以上结果有待进一步修正。因此,本研究选择三峡库区典型小流域(陈家沟)为研究对象,对小流域氮输出形态、浓度及径流量连续监测,针对降雨径流过程,研究小流域氮沉降引起的径流氮输出负荷及其来源,揭示小流域氮沉降时空分布特征、流域氮输出及其对典型降雨径流过程的响应,为三峡库区营养盐污染控制和水环境治理提供基础的决策依据。主要获得了以下结论:(1)2020~2021年流域氮湿沉降通量为18.53 kg,流域湿沉降通量总体季节分布特征基本为夏季>春季>秋季>冬季,流域氮湿沉降的来源主要为农业污染源。氮沉降通量已经超过了水域生态系统的临界负荷,表明流域的水环境正遭受氮沉降引起的富营养化潜在风险。通过对流域季节性气团后向轨迹聚类研究,发现流域气团主要来自于湖北省、贵州省、湖南省以及河南省的短距离传送,这是由于气团传输距离短,速度较慢,不利于颗粒物扩散,使得污染物在传输过程中得到积累。(2)流域水体氮素以硝态氮为主,占溶解性总氮浓度的57.55%,其次为溶解性有机氮(31.65%)和氨态氮(10.80%)。溶解性总氮与氨态氮、硝态氮浓度变化大致相同,表现为春季最高,冬季最低,夏季和秋季相差不大,DON溶解性有机氮浓度表现为夏季较低。流域水体氮素浓度在空间上表现为下游浓度最高,上游和中游差异不大,这是因为上游和中游以林地和草地为主,周围人类活动较少,受污染较小。根据SIAR模型的结果,氮沉降源、化肥源、土壤氮源、污水和粪便源在流域中的贡献平均为19.35%、38.83%、29.65%和12.17%,流域硝酸盐主要来自于化肥源。(3)不同降雨强度过程的径流曲线均呈现明显的流速峰值。平均流量表现为暴雨(0.65 m~3 s-1)>大雨(0.12 m~3 s-1)>中雨(0.08 m~3 s-1)。降雨强度影响径流对氮素的携带,3种类型溶解性总氮输出变化较大,在暴雨的情况下,溶解性总氮的输出负荷为91.26 kg,是中雨(8.46 kg)的11倍,大雨(20.80 kg)的4倍,氮素的流失随着降雨强度的增强而增加。氮湿沉降对流域氮输出量的贡献为19.89%,对三峡库区氮输出量的贡献率为17.08%。在不同降雨强度下,氮湿沉降对河水氮输出量的贡献比均有所上升。
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