丹江口庫區(qū)流域面源污染輸出規(guī)律與養(yǎng)分收支研究.pdf

1、面源污染是導(dǎo)致水環(huán)境惡化的主要原因，威脅著人類的生產(chǎn)生活安全。面源污染的產(chǎn)生，運(yùn)移和最終的輸出與眾多因素相關(guān)，包括水文狀況、地形條件、景觀配置等自然環(huán)境因素，以及人口分布、人為污染投入等與人類活動(dòng)相關(guān)的要素。對于面源污染的研究常在流域尺度上展開，理解流域面源污染季節(jié)性特征對流域水文及環(huán)境要素的響應(yīng)過程，對流域水質(zhì)預(yù)測建模具有重要意義;估算流域養(yǎng)分收支，評估流域人為污染投入對面源污染輸出的影響，為流域水質(zhì)管理和有效防控面源污染提供可靠的科

2、技支撐。
　　丹江口水庫作為飲用水源地，其水質(zhì)問題備受關(guān)注。本文選取丹江口庫區(qū)胡家山小流域及9個(gè)入庫支流流域，基于研究區(qū)地形、土壤、氣候、土地利用、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等資料，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查、流域常規(guī)監(jiān)測，借助遙感和地理信息系統(tǒng)等信息技術(shù)手段，運(yùn)用景觀格局分析、偏最小二乘回歸模型、養(yǎng)分平衡、人類凈氮輸入模型、通徑分析等多種方法，從多角度開展了面源污染的相關(guān)研究，構(gòu)建了面源污染物輸出對流域水文、環(huán)境背景特征的響應(yīng)模型，明確了影響污染物輸出

3、季節(jié)性差異的主控因子，估算了流域養(yǎng)分收支情況，評估了流域各項(xiàng)污染物來源輸入對流域面源輸出的貢獻(xiàn)情況。本文取得的主要結(jié)論和成果如下:
　　(1)通過胡家山小流域各支流出口處長期連續(xù)的定點(diǎn)監(jiān)測氮磷等水質(zhì)指標(biāo)，探明了丹江口水庫流域面源污染特征。2008年至2015年間總氮濃度變化范圍為0.38mg/L～7.18mg/L，其中2008年總氮濃度最高，平均值5.06mg/L，之后的總氮濃度逐年呈下降趨勢?？偭诐舛茸兓秶鸀?.02mg/L～

4、0.53mg/L，2008年總磷平均濃度為峰值(0.27mg/L)，之后的5年總磷濃度整體呈下降趨勢，2010年總磷平均濃度為最低水平0.03mg/L。胡家山小流域主要水質(zhì)特點(diǎn)為高氮低磷，自監(jiān)測以來水體質(zhì)量逐漸優(yōu)化?？偟獫舛仍诳?、豐水期有明顯差異，而總磷濃度無顯著季節(jié)性差異。
　　(2)硝態(tài)氮是胡家山小流域氮的主要輸出形式。2008年至2012年間硝態(tài)氮豐水期濃度高于枯水期濃度，豐水期平均值為2.07mg/L，枯水期平均值為1.7

5、9mg/L。運(yùn)用水文模擬及監(jiān)測數(shù)據(jù)估算不同季節(jié)的硝態(tài)氮通量，所有水樣的平均硝態(tài)氮通量表現(xiàn)出極顯著差異(p＜0.001)，枯水期硝態(tài)氮通量范圍為0.05kg/ha至3.75kg/ha，豐水期通量較高，平均值為4.23kg/ha。
　　(3)胡家山小流域不同季節(jié)硝態(tài)氮輸出的主控因子存在差異。提取胡家山小流域內(nèi)15個(gè)嵌套子流域的水文景觀特征，構(gòu)建流域特征因子與不同季節(jié)硝態(tài)氮濃度及通量的偏最小二乘回歸模型，定量解釋不同季節(jié)硝態(tài)氮輸出對流域

6、環(huán)境因子的響應(yīng)。硝態(tài)氮年均濃度和通量的主控因子均包括林地、農(nóng)地和居民地面積比，其次有徑流指數(shù)(RC)、坡度(SLOPE)、坡度方差(SGV)、沿水流路徑的高程差(FPG)，以及最大斑塊指數(shù)(LPI)和分裂指數(shù)(SPLIT)，但各因子對于硝態(tài)氮濃度或通量的貢獻(xiàn)排序并不相同。水文條件類因子的降雨量(RAIN)、徑流浮動(dòng)指數(shù)(FI)和基流指數(shù)(BFI)僅對硝態(tài)氮通量的變化表現(xiàn)出明顯的作用，對枯、豐水期的硝態(tài)氮貢獻(xiàn)具有顯著性差異。
　　(

7、4)作物種植類型、施肥方式影響流域養(yǎng)分收支情況，決定了面源污染的程度。在實(shí)地農(nóng)戶調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定典型小流域氮素輸入與輸出的多條路徑，運(yùn)用養(yǎng)分平衡模型，估算小流域氮素收支情況。胡家山中部的五龍池小流域上半年和下半年種植的作物類型不同，煙葉、油菜種植區(qū)是氮素盈余的最大區(qū)域，玉米種植區(qū)為氮素虧損的最大區(qū)域。耕作方式、施肥情況、種植結(jié)構(gòu)都在一定程度上影響著流域養(yǎng)分盈虧狀況。
　　(5)人為污染投入對面源污染的產(chǎn)生具有決定性作用。結(jié)合丹江

8、口9個(gè)入庫支流流域社會經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用人為凈氮輸入量模型(NANI)估算各類氮素來源。結(jié)果表明每個(gè)流域在五年間輸入量相對變化不大，但各流域的主要輸入源明顯不同。整體上，入庫支流流域的主要人為來源是化肥施用和食品/飼料凈氮投入，在NANI中分別占比42.0％和41.8％，其次是大氣沉降和生物固氮，分別占NANI值的11.7％和4.5％。入庫支流流域約有14％的氮輸入量由河流輸出，剩余氮素儲存在流域中，或者以氣體形式重新進(jìn)入大氣中。NA