农业氮素流失规律及河网污染控制研究

【摘要】： 有效控制农田氮素污染是保护农业生态环境尤其是水环境的重要措施。本论文通过测坑定位及大田试验，对上海郊区水稻田及早作农田的氮素流失特性进行了研究，并从污染源头控制、污染径流控制、污染末端治理这三个污染控制环节进行了河网氮素污染控制对策的研究。 在水稻、小麦轮作，塔菜、生菜轮作试验中发现，水稻坑面水中氮素形态以NH_4~+-N为主，占田面水总氮(TN)90％以上；水稻、小麦、蔬菜渗漏水中则以NO_3~--N为主，占渗漏水TN的85％～90％以上。水稻田、旱地人工降雨试验表明，如施肥后遇暴雨，则可能导致氮素的大量流失。水稻基肥期施肥后(纯氮187.5kg／ha)当天降80mm暴雨引起的TN流失系数可达18.33～26.32kg／ha，旱地施肥后(纯氮75kg／ha)第2天遇41mm雨量，引起TN流失系数达9.49kg／ha。水稻、小麦轮作TN渗漏淋失系数为36.59～45.12kg／ha，蔬菜轮作TN渗漏淋失系数为8.81～28.35kg／ha。通过SCS法，修正了测坑渗漏水量，使其更接近大田实际结果。 施用有机肥可以在很大程度上减少农田氮素的径流流失和渗漏淋失。水稻田在增施有机肥而减少20～30％化肥用量的情况下，包括降雨径流、播期和烤田排水的TN流失量可以减少30％以上，TN渗漏淋失可以减少19.43～25.91％；麦田在增施有机肥而减少20％化肥用量的情况下，施用精制有机肥可以减少TN淋失2.59kg／ha，施用发酵的猪粪则增加TN淋失2.22kg／ha；蔬菜轮作试验表明，相同施肥量下，适当使用精制有机肥可以减少TN淋失12.80kg／ha。经测产，减少化肥用量对各作物产量没有显著影响。因此，适当增施有机肥而减少20～30％化肥用量，可以很大程度地减少水环境的污染负荷。使用有机肥是防治化肥污染的重要措施，但需要采取一些非技术性措施保证其大面积推广使用。 研究表明，河岸带植被体系对降低农业氮素污染具有明显的效果，对NO_3~--N的去除效果最好，达到62％以上，对NH_3-N的消除率为44.39％～42.34％，其中高羊矛属、白花三叶草对NH_3-N的去除率最高。不同深度试验结果表明，1m深处水样总氮的消除率为40.81％～73.30％，平均为56.98％，要高于0.7m深处的16.54％～68.85％，平均为44.81％，而不同深度对硝氮和铵态氮的去除率差别不大。 此外，以青浦城区西北片河网为例，研究了引清调水对河道污染的治理效果，构建了能模拟青浦城区西北片河网内污染物浓度变化的数学模型，并通过实际的调水过程对所建模型进行了验证。结果表明，在边界条件充分的情况下，该模型能对不同工况下河道污染物迁移状况进行较好的模拟。模拟结果对如何充分利用现有水利工程设施，制定河网水系优化调度方案具有重要作用；同时，根据模拟结果，分析得出青浦城区西北片河网在现有的水利设施条件下不具备流动自净功能，应进行新的水利工程设施建设才能实现河网的流动和恢复自净功能，这为水利工程建设决策具有重要参考作用。