不同降雨水平年条件下旱作玉米面源污染试验Word下载.docx

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　　Inordertostudynonpointsourcepollutionofcornfieldunderdifferentrainfalllevels，aseriesoffieldexperimentswerecarriedoutinacornfieldplotintheLiaoRiverregion，andthelossrulesofnonpointsourcepollutionofthecornfieldlandunderdifferentrainfalllevelsbetweenthewetyearof2013andthenormalyearof2014wereanalyzed.Theresultsshowedthatmoderateraineventsweredifficulttoformnonpointsourcepollutionintheexperimentplotwithaslopeof05‰whentheantecedentrainfallamountwasless，butitwouldformnonpointsourcepollutionwhentheantecedentrainfallwaslarge.TheexportcoefficientsofTN，TPandCODCrwere546kg/hm2，057kg/hm2，2579kg/hm2in201andin2014were314kg/hm2，027kg/hm2and1962kg/hm2，respectively，whichwerehigherthanthoseof2013.

　　Keywords：

differentrainfalllevels；

cornfield；

rainfallrunoff；

eventmeanconcentrations（EMCs）；

nonpointsourcepollution

　　目前，非点源污染已成为世界范围内地表水与地下水污染的主要来源，而农业污染是主要的非点源污染来源[1]。

农业生产活动中的氮素和磷素等营养物、农药以及其他有机或无机污染物，通过农田径流形成水环境污染[2]，而随着化肥的施用量增大，农田径流污染已经成为最为重要且分布最为广泛的非点源污染[3]。

为了提高对非点源污染的认识，需要加强对不同降雨水平年条件下农田径流污染的研究。

目前对于农田径流污染的研究方法很多，有的为获得同步的径流和污染物流出过程线，需要采取降雨-产流-产污同步观测的野外试验方法[45]，但是这种方法在确定类型源小区时受到下垫面、流域出口等多种条件的限制；

有的采用模拟降雨径流试验法[68]，这种方法虽然能够控制降雨强度和时间，但是试验模拟结果与实际情况有一定的差别；

有为估算面源污染的削减量，采取野外实地调查与模拟实验相结合的方法[910]，但是这种方法在调查和试验时难度较大。

　　针对上述研究存在的问题，本文采用径流池试验法进行研究。

径流池法是通过在试验田出水口设立具有一定容积的径流池，根据测量降雨过程中由出水口流入径流池内的总径流量和污染物的浓度来估算场次降雨过程中水稻田非点源污染流出负荷和输出系数。

该方法对场次降雨径流污染估算结果具有较高的精度，通常适用于具有单一径流出口的试验小区。

本文以辽河流域中游地区昌图县旱作玉米地作为研究对象，研究在不同降雨水平年条件下旱作玉米面源污染流失规律，以期为定量研究不同降雨情况下面源污染流失提供依据。

　　1研究区域概况

　　综合考虑农作物类型、监测与采样的便捷性等条件，选择昌图县宝力镇宝源村（42°

58′25″N，120°

49′30″E）进行玉米地天然降雨径流试验，该试验点位于辽河一级支流招苏台河子流域内。

昌图县位于辽宁铁岭市最北部，是全国著名的农业大县和全国重点商品粮基地，盛产玉米、水稻、花生等作物。

但是粗放型的农业生产方式对水环境造成了严重的污染，农业面源污染波及整个辽河流域中下游。

　　研究区辽河位于中国东北地区南部，是中国东北地区南部的最大河流，也是中国七大江河之一。

南濒渤海与黄海，西南与内蒙内陆河和河北海滦河流域相邻，北与松花江流域毗连。

辽河流域大部分地区属温带半湿润半干旱的季风气候。

年降水量约为350～1000mm，年径流量为89亿m山地多于平原，从东南向西北递减。

流域年降水量的65%集中于每年的4-9月。

辽河流域年平均气温约在4℃-9℃间，全年气温1月份最低，平均在-9℃-18℃之间，7月份温度最高，平均在21℃-28℃之间。

全年气候变化显著，雨量适中，适宜农作物的生长。

　　2试验与采样方法

　　本研究于2013年5月10日至10月9日和2014年4月14日至10月8日在昌图县宝力镇宝源村选取具有代表性的玉米地作为试验田，采用径流池法对旱作玉米地径流污染进行观测。

　　在试验田内安装自记雨量计进行降雨过程监测，自记雨量计安装在试验田内固定的架子上，器口保持水平，器口距离地面高度约为70cm。

每隔10min记录一次降雨，形成降雨量连续观测资料。

　　试验区为六个10m×

5m长方形试验小区，在试验田出水口设立径流池，容积为2m×

1m×

1m。

径流小区坡度约为05‰，采用顺坡种植的方式保证径流能够进入径流池。

为防止小区之间发生串水及侧漏，径流小区之间用高20cm、宽20cm的土埂隔开，田埂中间埋设SBS防水卷材，卷材铺设为地下30cm，地上10cm，在靠近径流池1m范围内的田埂使用砖混结构。

径流池壁为双砖水泥墙体，池底由混凝土浇筑，并做好防渗处理。

具体的建设设计图参见图1[11]。

　　每次降水产生径流后，记录各径流池水面深度，并用清洁工具充分搅匀，采集并分装水样后送回实验室进行分析测试。

分析项目包括：

总氮、总磷、CODCr。

其中，总氮浓度采用过硫酸钾氧化、紫外分光光度法（A）测定，总磷浓度采用钼锑抗分光光度法（A）测定，CODCr浓度采用重铬酸钾法（A）测定[12]。

　　3结果对比分析

　　3.1降雨及产流特征分析

　　将玉米生长季内的降雨总量与当地近几年的年降水量进行比较，发现2013年属于丰水年，2014年属于平水年[13]。

不同降雨水平年条件下玉米生长季内试验田降雨特征见表1。

根据24h降雨量对将雨等级进行划分[14]，在2013年玉米生长季期间大雨及暴雨主要分布在7月和8月，所有小雨、中雨均未产流，3场暴雨全部产流，4场大雨分别发生在6月16日、7月17日、7月24日、8月28日，降雨量分别为48mm，345mm，292mm，452mm，只有7月17日和7月24日的两场出现产流。

[FL）]

　　根据已经记录的产流时径流池的水面深度，分别计算6块小区的径流量。

为便于计算分析，径流量采用6块小区的径流量平均值，不同降雨水平年条件下试验田生长季内降雨及产流情况见表2。

对比2013年丰水年时玉米地的产流特征[11]，2014年玉米地生长季总降雨量相对较少，部分降雨场次也出现了产流，但产流量相对较少。

其中2013年以及2014年两场大雨的前一场次降雨量（除暴雨外）都比较小，使得前期土壤含水量较低，需要较大的降雨量才能产流。

2014年三场中雨的前一场次降雨量比较大，前期土壤含水量较高，不需要较高的降雨量也能产流，因此中雨也出现了产流。

　　2013年8月16日比8月12日的平均降雨强度低，降雨量是前一场的24倍，而径流量却为前一场的45倍。

通过对比分析，发现前一场降雨的前期干期天数比较长，前期土壤含水量较低，而后一场降雨的前期土壤含水量相对较高，说明前期干期天数对降雨产流产生明显的影响。

2014年6月26日和8月12日的降雨量相差不大，但是后一场次的平均降雨强度比前一场次大，说明降雨强度对径流的产生也起到了一定的影响，可能局部产生了超渗产流的情况。

　　2013年产流场次降雨总量为3262mm，占当年玉米生长季降雨总量的57%；

2014年产流场次降雨总量为1093mm，占当年玉米生长季降雨总量的34%，对比以上数据，可以发现丰水年产流场次的降雨量在玉米生长季降雨总量占的比例较大，而平水年较小。

降雨是径流产生的先决条件，降雨的大小、强度往往决定了径流的产生量和大小[4]，因此根据上述分析可以得出玉米生长季内丰水年的产流量较多。

　　3.2降雨径流污染特征

　　降雨径流中污染物的浓度是随着时间不断变化的，通常用次降雨平均浓度（EMC）来表示一场降雨所产生径流中的污染物浓度。

次降雨平均浓度会受到土地利用、施肥量以及降雨特征因素的影响。

对采集的水样进行水质分析，计算6个径流池的径流加权平均浓度，即得到污染物的次降雨平均浓度，见表3。

　　由表3可见，2013丰水年CODCr、总氮、总磷的的最低浓度分别为1004mg/L、153mg/L、022mg/L，而2014平水年CODCr、总氮、总磷的的最低浓度分别为1667mg/L、416mg/L、042mg/L，均[CM（22]高于2013年的最低浓度。

对于CODCr，2014年的[CM）]

　　变化幅度是2013年的28倍；

对于总氮，2014年的变化幅度是2013年的21倍；

对于总磷，2014年的变化幅度是2013年的3倍。

2014年8月12日玉米地径流池中CODCr、总氮、总磷的次降雨平均浓度明显高于其他产流场次，分别为9065mg/L、1040mg/L和132mg/L，这可能是因为最后一场产流的前期干期天数较长，在土壤中累积的可被冲刷的污染物相对较多，再加上降雨强度较大，导致大量泥沙流失，TN、TP和CODCr浓度升高。

　　根据不同降雨水平年的试验结果，对整个玉米生长期内实验区的TN、TP和CODCr的输出系数进行计算，计算公式为：

　　E=∑[DD（]n[]i=1[DD）][SX（]10EMCi?

Vi[]S[SX）][JY]

（1）

　　式中：

E为污染物的输出系数（kg/hm2?

a）；

n为试验期间有径流产生的降雨场次数；

EMCi为第i次降雨事件中的污染物次降雨平均质量浓度（mg/L）；

Vi为i次降雨事件径流总量（m3）；

S为试验田面积（m2）。

　　通过计算，可以得到2014年玉米生长季的总氮、总磷和CODCr的输出系数见表4，可以发现丰水年TN、TP和CODCr的输出系数均大于平水年，即丰水年产生的面源污染多于平水年。

国内旱地农田非点源输出系数相关研究参见表4[7]。

通过对比可知，本研究得到的结果在合理的范围内。

[FL）]　　不同降雨水平年条件下玉米地的氮、磷流失量在生长季总流失量所占的比例见表5。

丰水年在暴雨时产生了大量的面源污染，受降雨的类型影响显著，仅3场暴雨流失的面源污染负荷就占到了整个生长季的90%以上。

平水年大雨、中雨玉米产生的面源污染是构成玉米生长季污染流失的主要部分。

　　结合表1、表5以及输出系数的计算结果，发现丰水年降雨总量大，大雨和暴雨的场次多，对于旱地玉米来说，降雨总量、大雨和暴雨的场次，尤其是大雨和暴雨的场次是影响污染物输出的重要因子。

　　通过以上对比分析可以看出，丰水年产生的面源污染较多，平水年产生的面源污染相对较少。

面源污染的流失量受到降雨特征、产流场次的总降雨量当年玉米生长季总降雨量的比例、产流时降雨类型的分布情况等多种因素的影响，丰水年受产流时降雨的类型影响更为明显。

　　4结论

　　通过对比分析在2014年丰水年和2013年平水年两种不同降雨水平年条件下的面源污染流失规律，可以得到以下结论：

[HJ]

（1）降雨量是影响玉米地产流的主要因素。

小雨不会引起产流；

前期降雨量比较少的条件下，中雨很难产生径流污染，但是在前一场次降雨量较高时，中雨也会引起产流，形成面源污染流失。

旱作玉米产流受到降雨量、降雨强度、降雨前期干期天数、前期土壤含水量和前一场次降雨量大小等多种因素的影响，而产流的大小主要由降雨量决定。

（2）本试验得出2014年玉米生长季TN、TP和CODCr的输出系数分别314kg/hm2、027kg/hm2、1962kg/hm2，较2013年都有所增加，即丰水年产生的面源污染相对平水年较多。

2013年产流场次降雨总量为3262mm，占当年玉米生长季降雨总量的57%；

2014年产流场次降雨总量为1093mm，占当年玉米生长季降雨总量的34%。

面源污染的流失量受到产流场次的总降雨量当年玉米生长季总降雨量的比例、产流时降雨类型的分布情况等多种因素的影响，丰水年受产流时降雨的类型影响更为明显。

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