水位变化下丹江口库区消落带土壤氮磷释放规律模拟研究

作     者：欧阳炜 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋艳暾

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：消落带 植被过滤带 农业面源污染 氮释放 磷释放 

摘      要：消落带指受控水库因周期性水位涨落而使岸周土地淹没或露出成陆的区域,在最高水位线与最低水位线之间形成的区域。丹江口水库作为南水北调中线工程水源地,保障水源区的水质水量、经济社会可持续发展尤为重要,而库岸消落带植物是拦截、阻控污染物进入受纳水体的最后一道生态屏障,对净化地表径流携带的泥沙及污染物具有十分重要生态作用。本文以丹江口库区消落带为研究对象,结合野外调查情况,选取消落带优势物种狗牙根和空心莲子草为试验材料,设置空白裸地、狗牙根植被过滤带和空心莲子草过滤带3种处理。通过室内水池模拟丹江口水文节律的变化,设置每4 d涨(落)1次,每次涨落15 cm,从而在土槽上形成4个不同水位区域,将这4个区域依次命名为A、B、C、D。通过放水冲刷实验探究不同植被过滤带对径流中的泥沙、总氮、铵态氮、总磷、溶解性磷的净化效果,以及植被-水文作用对植被过滤带土壤中全氮、铵态氮、硝态氮、总磷、速效磷的变化规律。主要结论如下:(1)植被过滤带能有效的延缓初始径流的产生以及降低坡面径流的峰值,增加坡面流的入渗。与空白裸地比较,植被过滤带平均每分钟增加了2.3 L的坡面水的入渗,植物贡献率达40%左右,3种处理的径流截留量、截留率与冲刷时间呈显著的幂指数函数关系(y(28)ax,x为时间,y为径流截留量或截留率,a、b为常数)。(2)植被过滤带能有效截留径流中的泥沙、氮素和磷素。放水初期,2种植被过滤带对泥沙拦截率达到85%以上,整个放水冲刷过程,2种植物处理下的径流中泥沙截留率与放水时间呈显著的线性负相关;狗牙根过滤带对全氮、铵态氮、全磷和溶解性磷平衡时净化率分别为23%、11%、10%和12%,空心莲子草过滤带对全氮、铵态氮、全磷和溶解性磷平衡时净化率分别为20%、14%、15%和18%。(3)2种植物的生长受水文的干扰严重,水淹对狗牙根生长具有抑制作用,适当的水淹对空心莲子草生长具有促进作用。整个水位变化周期后,狗牙根处理A、B、C、D区域的存活率分别0.0、0.25、0.75、0.85,B、C区域狗牙根有不同程度的返青现象;4个区域空心莲子草的株高、总生长率与水位变化时间呈显著的线性正相关。(4)植被-水文作用主要影响土壤中速效氮和速效磷的变化,对土壤中的全氮、全磷含量的影响较小,消落带植被过滤带截留径流中污染物后,水位在12-16 d后上涨更有效阻控氮磷污染进入水体,达到更加科学的利用消落带植物缓控农业面源污染的目的。2种植物处理,C区域水淹前(12 d)土壤中的硝态氮、铵态氮、全磷基本达到平衡状态,说明植物通过12d的吸收转化后可以有效的减少土壤中的硝态氮、铵态氮、全磷进入水体;D区域水淹前(16 d)土壤中全氮基本达到平衡状态,说明植物通过16 d的吸收转化后可以有效减少土壤中全氮进入水体。(5)植被过滤带的存在增强土壤对氮、磷的吸附固定作用,水位变化严重影响土壤中氮磷的释放量。2种植物处理各个区域土壤截留全氮、全磷显著高于空白裸地处理,2种植物处理间土壤截留全氮、全磷量无显著差异。2种植物处理与空白裸地处理比较,狗牙根处理A、B、C、D区域土壤全氮的释放量依次是空白裸地处理的0.25、1.00、1.47、1.93倍,空心莲子草处理A、B、C、D区域土壤全氮的释放量依次是空白裸地处理的3.94、3.08、1.64、1.77倍。(6)3种处理土壤中全氮、全磷的截留量与释放量呈显著线性正相关,表明土壤截留径流中氮、磷量越多,土壤的释放量越大。3种处理土壤截留径流中全氮量整体高于水文变化下土壤释放全氮量。空白裸地处理和空心莲子草处理各个区域土壤全磷释放量均高于土壤截留径流全磷量,狗牙根处理各个区域土壤全磷释放量均低于土壤截留径流全磷量。