次降雨过程中不同土地利用配置对小流域氮流失的影响

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水土流失及不合理施肥造成的面源污染是三峡库区目前需紧迫解决的生态环境问题之一。三峡库区的空间位置、社会经济情况、人口分布等问题使农业面源污染的治理更加困难,水土流失导致的养分流失是面源污染的重要组成部分,其主要的流失途径为径流和泥沙携带。目前国内外关于次降雨过程中不同土地利用下径流与泥沙氮流失关系的研究主要集中于人工模拟降雨试验、径流小区观测试验以及数字模拟等方法对单一土地利用类型氮素流失途径展开的研究,而自然次降雨过程中,综合考虑土地利用配置体系下氮流失途径的研究较少,因此本文以三峡库区石盘丘小流域农林水复合集水区(A)与传统农业集水区(B)作为研究区开展野外监测试验,在小流域的A、B集水区出口配置流量计,通过人工采集次降雨过程中径流和泥沙样品,测定径流和泥沙中不同形态氮素含量,探究监测期次降雨过程中不同土地利用配置下径流不同形态氮和泥沙氮的流失特征和规律以及土地利用配置对径流氮和泥沙氮流失的影响,对比径流氮与泥沙氮的流失关系,以期为三峡库区农业小流域面源污染中不同携带方式下的氮流失防控提供理论依据。主要研究结果如下:(1)次降雨过程中,传统农业集水区B的径流TN流失浓度(1.37~15.17 mg~2L-1)>农林水复合配置集水区A(0.84~9.28 mg~2L-1),以TN作为水质评价指标,石盘丘小流域径流属于地表水质劣Ⅴ类。次降雨过程中,A和B集水区的径流峰值时间基本一致,但径流TN峰值时间有所差异;缺少前期降雨和次降雨引起的流量暴增将会影响农业小流域污染物流失峰值出现时间。与传统农业集水区相比,农林水复合集水区配置的水土保持措施体系能有效地减少氮素流失,明显消减第一次TN峰值。(2)A集水区径流中TN、DN、NN和AN的平均EMC分别为2.09±1.02)mg~2L-1、(1.31±0.35)mg~2L-1、(0.86±0.24)mg~2L-1和(0.12±0.05)mg~2L-1,B集水区径流中TN、DN、NN和AN的平均EMC分别为(3.66±1.88)mg~2L-1、(2.63±1.15)mg~2L-1、(2.10±0.88)mg~2L-1和(0.23±0.21)mg~2L-1。A集水区DN/TN平均为69%,NN/DN平均为67%,AN/DN平均为10%;B集水区DN/TN平均为75%,NN/DN平均为80%,AN/DN平均为9%。B集水区的TN、DN和NN显著大于A集水区(P<0.05)。在石盘丘小流域,径流中氮主要以溶解态氮为主,NN为溶解态氮的主要形式;相较于B集水区,A集水区配置的水土保持措施体系能减少小流域TN流失浓度,并减少NN在溶解态氮中的占比。完善的土地利用配置能更好地控制氮素流失。(3)A、B集水区次降雨过程中泥沙氮浓度与泥沙质量呈现出显著正相关(P<0.05)和极显著正相关(P<0.01),表明次降雨过程中泥沙氮浓度变化趋势与泥沙质量变化趋势一致,泥沙流失量越多,泥沙氮流失越多。A集水区泥沙氮浓度(0.04~3.39 mg~2L-1)<B集水区泥沙氮浓度(0.09~12.35 mg~2L-1)。因此,A集水区配置林草地、生态沟渠、生态池塘、生态湿地以及梯级稻田构成的水土保持措施体系在不同次降雨过程中的消纳拦截能力均要优于B集水区,综合改良措施体系对氮流失的控制具有积极作用。(4)A集水区径流迁移的平均TN浓度是泥沙迁移的5.7倍,B集水区径流迁移的平均TN浓度是泥沙迁移的4.1倍,石盘丘小流域以径流氮流失为主,B集水区泥沙氮的流失对泥沙的响应能力高于A集水区,A和B集水区泥沙氮峰值均早于径流氮峰值。石盘丘小流域泥沙氮与径流总氮之间极显著相关(P<0.01),A集水区的水土保持措施和土地利用配置通过消减地表径流及径流中泥沙含量进而减少径流氮和泥沙氮。径流氮和泥沙氮在流失过程中相互影响,在实际氮素流失的防控中,需要配置综合措施体系以应对多种途径的氮流失。
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