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《南京大学》 2011年
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农业非点源污染发生潜力指数模型及在宜兴市的应用研究

王宁  
【摘要】:本文以太湖流域河网地区的农业非点源污染为研究对象,采用野外试验与实地调查相结合,利用径流方程、泥沙流失方程和MAPINFO软件。对非点源污染发生潜力评价模型(APPI)进行了参数优化和校准,并以太湖西岸的大浦镇和宜兴市为对象进行实验和应用,获得了大浦镇和宜兴市不同类型非点源污染负荷和潜力指数的分配规律,确定了主要污染因子和优先控制区域,并对实施工程的效果进行了评估;开发了农业非点源污染负荷和潜力指数软件,为此类污染控制和治理的决策和实施提供了一个有力的工具;还通过对典型污染物生态毒理效应研究,揭示了非点源污染的潜在风险。主要研究结果如下:1、大浦镇农业非点源污染氮磷负荷研究细化和校准了大浦镇农业非点源污染人畜排放等参数,泥沙流失方程和MAPINFO软件,定量计算了太湖典型河网地区——宜兴市大浦镇农业非点源氮磷潜在排放负荷。结果表明:大浦镇农村非点源氮排放负荷为207t·a-1,其中农田、生活污水、养殖、垃圾和非农田泥沙流失的排放负荷分别为8016、6111、4913、1015和1514 t·a-1,分别占39.10%、29.15%、23.18%、5.11%和2.16%:5种排放源中,农田、生活污水和养殖为优先控制因子:方钱、大浦、浦北和浦南4村平均氮排放负荷为8014、7310、6014和5213 kg·ha-1·a-1,远高于其他区域,为优先控制区。大浦镇非点源磷排放磷负荷为30.1 t·a-1,其中生活污水、农田排水及灌溉余水、养殖污水、垃圾流失负荷、雨水径流(非农田泥沙流失部分)分别为10.9、4-1、11.3、1.9、和1.89t·a-1,各占总量的36.1%、13.7%、37.5%、6.4%和6.3%,污水排放和养殖排放为优先控制因子;方钱、大浦和浦南3个行政村负荷量远高于其他区域;方钱、大浦、浦北和浦南4个行政村非点源磷污染平均负荷分别为21.7、17.1、10.9和8.7 kg·ha-1 a-1,排放浓度分别为3.12、2.27、2.17和1.15 mg·L-1,远高于其他区域,为优先控制区。并运用校准的APPI模型,对大浦镇实施非点源治理示范工程前、后和全面推广处理工程后污染发生潜力指数、各部分氮磷排放负荷、入湖河水中氮磷浓度进行计算和分析,对整个项目的处理效果进行检验和评价,为项目的决策和实施提供参考性意见和建议。在模型计算过程中,利用氮磷污染负荷确定模型中相关参数,并对运算结果进行配对数据的平均数检验和相关性检验,结果吻合,表明参数确定方法可行、模型可信。2、大浦镇农业非点源污染发生潜力指数研究利用细化和校准了大浦镇农业非点源污染人畜排放等参数,将已建立的非点源污染发生潜力评价模型在宜兴市大浦镇进行了应用。结果表明:方钱村、浦北村以及大浦村是非点源污染优先控制区。在三种污染类型中,污染发生潜力较大的三个村,家禽的氮磷排放均占有较大比例,说明家禽散养是造成污染的重要原因之一,须优先控制。并对污染负荷排序和APPI指数排序进行配对数据的平均数检验和相关性检验,结果均表明两种排序吻合良好,证明APPI预测模型和参数选取合理可信。3、宜兴市农业非点源污染负荷与发生潜力指数研究本研究采用新的归一化方法,将非点源污染发生潜力评价模型在宜兴市进行了推广,计算其农业非点源污染负荷与发生潜力各指数。结果表明:宜兴市氮素排放负荷为7276.95 t·a-1,其中非农田泥沙流失氮源负荷、化肥流失量负荷、垃圾、生活污水和畜禽养殖排放量分别占氮流失总量的5.29%、31.19%、3.67%、21.30%和38.56;磷素排放负荷为99.77 t·a-1,各农业非点源来源依次占磷流失总量的13.58%、11.84%、9.82%、21.89%和42.86%。其中农田排放和畜禽养殖排放的氮、生活污水和畜禽养殖排放的磷为优先控制因子。农业非点源污染发生潜力指数表明芳庄镇和兴乾、和桥、福巷桥等行政村为优先控制区。4、农业非点源污染负荷和潜力指数软件开发利用Mapbasic、Visual Basic、Mapinfo,依据前面三章所提及农业非点源污染发生潜力指数模型(APPI)计算原理,我们开发了一个农业非点源污染发生潜力指数软件,可极为方便的实现农业非点源污染产生负荷和发生潜力的编辑、查询和比较,为此类污染控制和治理的决策和实施提供了一个有力的工具。5、稀土镧离子对蚕豆幼苗的毒理学效应稀土微肥被广泛应用于提高农作物和蔬菜的品质和产量,生态环境中可能积累越来越多的稀土元素,可能成为非点源污染。为诊断其潜在的危害性,本研究应用0-12 mg/L梯度外源镧(La)溶液培养蚕豆幼苗,15天后检测幼苗的毒性效应,据此对稀土元素进行生态诊断。结果表明:高剂量La诱导了叶片组织O2-和H2O2的升高,导致了氧化损伤蛋白的增加和幼苗生长的减慢:La3+污染溶液诱导蚕豆幼苗叶片组织细胞毒性效应的阈值范围为1-2 mg/L外源La,对应于7.34-9.37μg/g叶片干重。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X52;X71

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