本文關(guān)鍵詞：三峽庫(kù)區(qū)蘭陵溪小流域土地利用變化及其養(yǎng)分流失控制

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【摘要】：三峽庫(kù)區(qū)是我國(guó)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)和脆弱區(qū),2000年以來(lái)退耕還林、長(zhǎng)江防護(hù)林建設(shè)等一系列工程的實(shí)施使三峽水庫(kù)生態(tài)屏障區(qū)土地利用/覆被發(fā)生顯著變化,通過(guò)選擇適宜的土地利用/覆被類型,構(gòu)建合理的土地利用結(jié)構(gòu)與空間布局,以實(shí)現(xiàn)有效地控制三峽庫(kù)區(qū)土壤侵蝕及土壤養(yǎng)分流失的目標(biāo)。本研究以三峽庫(kù)區(qū)沿江低山丘陵區(qū)蘭陵溪小流域?yàn)檠芯繉?duì)象,以揭示退耕還林后土地利用類型及格局變化,以及該變化對(duì)土壤侵蝕和土壤氮磷養(yǎng)分輸出的影響。本研究通過(guò)小區(qū)對(duì)照試驗(yàn),結(jié)合長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)與GIS空間分析,從地塊、集水區(qū)和小流域尺度對(duì)典型土地利用類型水土流失及氮磷養(yǎng)分輸出特征及差異加以研究,分析氮磷養(yǎng)分形態(tài)及其輸出途徑,揭示小流域土壤養(yǎng)分輸出與土地利用結(jié)構(gòu)之間關(guān)系,對(duì)土壤養(yǎng)分流失的主要來(lái)源加以識(shí)別,并通過(guò)典型降雨對(duì)小流域徑流養(yǎng)分輸出過(guò)程加以探究,為流域面源污染控制提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:首先,地塊尺度揭示土地利用/覆被類型之間徑流和土壤侵蝕量顯著性差異。以坡耕地退耕后形成的茶園地、板栗林地和柑橘園地三種典型土地利用/覆被類型,與原有坡耕地進(jìn)行比較。退耕后年徑流和泥沙輸出負(fù)荷大大減小,徑流量為板栗林地(110.71m~3·hm2)柑橘園地(164.16m~3·hm2)茶園地(171.74m~3·hm2)坡耕地(181.38m~3·hm2),退耕還林地相對(duì)于耕地平均徑流輸出減少了17.92%;土壤侵蝕量為板栗林地(141.92kg·hm2)柑橘園地(343.78kg·hm2)茶園地(394.79kg·hm2)坡耕地(1210.77kg·hm2),退耕還林地相對(duì)于耕地土壤侵蝕量減少了75.76%。退耕還林后土壤水分物理性質(zhì)得到較大改善,土壤容重降低,土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度增加,有利于水土保持功能的發(fā)揮,對(duì)流域水土流失控制效應(yīng)明顯。其次,退耕還林后土壤養(yǎng)分氮磷年流失負(fù)荷(徑流、泥沙中養(yǎng)分流失量之和)顯著減少,總氮(TN)年輸出量大小依次為坡耕地(5034.31g·hm~(-2))茶園地(3284.15g·hm~(-2))柑橘園地(2656.35g·hm~(-2))板栗林地(1801.81g·hm~(-2));總磷(TP)為坡耕地(1977.93g·hm~(-2))茶園地(629.72g·hm~(-2))柑橘園地(614.36g·hm~(-2))板栗林地(205.13g·hm~(-2))。退耕還林類型TN、TP年輸出負(fù)荷分別減少了48.74%和75.58%。土壤養(yǎng)分速效態(tài)氮方面,硝態(tài)氮(NO_3~--N)年輸出量由大到小順序?yàn)槠赂?616.04g·hm~(-2))茶園地(568.91g·hm~(-2))板栗林地(302.75g·hm~(-2))柑橘園地(242.09g·hm~(-2)),銨態(tài)氮年輸出總量大小關(guān)系為:坡耕地最大(385.89g·hm~(-2)),茶園地次之(340.96g·hm~(-2)),柑橘園地第三(311.39g·hm~(-2)),板栗林地最少(205.26g·hm~(-2))�？偟�、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮主要輸出途徑為地表徑流,占總量比例分別為67.49%、98.56%和97.91%;總磷主要以泥沙結(jié)合態(tài)輸出,占總量比例為90.60%。退耕還林等措施使該地區(qū)地表徑流和土壤侵蝕顯著減少,土壤養(yǎng)分流失得到有效控制。第三,集水區(qū)尺度上對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)的土壤養(yǎng)分輸出控制效應(yīng)加以分析。利用Arc GIS水文分析模塊將小流域劃分為S1~S9共9個(gè)集水區(qū),并將小流域土地利用類型劃分為6大類,即林地、園地、耕地、住宅用地、水域和未利用地。通過(guò)自然降雨條件下各集水區(qū)氮素養(yǎng)分輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),不同集水區(qū)各形態(tài)氮素輸出存在差異,氮素指標(biāo)空間聚類分析結(jié)果表明,9個(gè)集水區(qū)大致可以分為3類,且3類之間差異顯著:S1、S2為第I類,受人為活動(dòng)影響小,氮素養(yǎng)分輸出濃度低;S3、S4、S8、S9為第II類,受到一定農(nóng)事活動(dòng)和居民生活的影響,氮素養(yǎng)分輸出濃度較第I類高;S5、S6、S7為第III類,受農(nóng)事活動(dòng)以及居民生活影響最大,氮素輸出濃度最高,NO_3~--N濃度超過(guò)集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值,TN濃度超過(guò)V類地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。氮素輸出源匯分析結(jié)果表明,住宅用地、園地對(duì)氮素輸出起顯著源作用,林地、未利用地則起顯著匯作用。綜合考慮小流域生態(tài)效益和當(dāng)?shù)鼐用窠?jīng)濟(jì)收益,結(jié)合土地利用類型的源匯分析結(jié)果,第II類應(yīng)成為小流域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整所追求的方向,即優(yōu)先增加林地面積,適當(dāng)控制園地發(fā)展,且將住宅用地面積比例控制在5%以下,并通過(guò)林茶、林果間作等方式改變小流域部分園地單一類型片狀分布格局�？傮w上,根據(jù)流域出口三角堰處流量、養(yǎng)分日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出,蘭陵溪小流域汛期徑流量、泥沙量分別為180246.73m~3、199.10t,徑流、泥沙最大輸出月份均為5月,最小為8月。按汛期泥沙輸出量推算,小流域泥沙侵蝕模數(shù)約為331.83 t·km~(-2)·a-1,侵蝕強(qiáng)度屬于微度侵蝕。5月11日特大暴雨所造成的泥沙輸出量占汛期小流域泥沙輸出總量的44.91%,暴雨次數(shù)及強(qiáng)度對(duì)泥沙輸出量大小具有決定性作用。流域汛期總氮、總磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮輸出量分別1879.76kg、217.85kg、37.71kg、1213.32kg,氮素主要通過(guò)徑流輸出,速效態(tài)氮以硝態(tài)氮為主,磷素主要以泥沙結(jié)合態(tài)形式輸出。NH_4~+-N、NO_3~--N、T N、TP平均輸出濃度分別為0.21、7.62、10.75、0.10mg·L-1,其中NH_4~+-N、TP濃度均低于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),NO_3~--N濃度低于集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值,TN濃度超過(guò)V類地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。典型降雨過(guò)程中,按照降雨歷時(shí)將整個(gè)降雨事件劃分為初期、中期和后期三個(gè)階段,研究結(jié)果表明降雨中期流量和養(yǎng)分輸出負(fù)荷占整個(gè)降雨過(guò)程的絕大部分,流量、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN及TP占比分別為67.17%、75.99%、62.59%、63.41%和75.95%,上述指標(biāo)輸出總量大小關(guān)系均為中期后期初期;養(yǎng)分濃度方面,NH_4~+-N為中期濃度最高,其次為初期,后期最低,NO_3~--N和TN均為后期初期中期,TP濃度由初期到后期逐漸下降。經(jīng)回歸分析發(fā)現(xiàn),氮磷輸出負(fù)荷與徑流量間能夠通過(guò)多項(xiàng)式模擬,可以通過(guò)該經(jīng)驗(yàn)方程對(duì)小流域面源污染負(fù)荷進(jìn)行估算。
【關(guān)鍵詞】：三峽庫(kù)區(qū) 退耕還林 土地利用 面源污染 水土流失 養(yǎng)分輸出
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S157
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-17
• 第一章 緒論17-26
• 1.1 引言17-24
• 1.1.1 研究背景17
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及評(píng)述17-24
• 1.2 研究目標(biāo)、內(nèi)容和意義24-25
• 1.2.1 研究目標(biāo)24
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.3 研究技術(shù)路線25-26
• 第二章 研究區(qū)概況26-29
• 2.1 地理位置26-27
• 2.2 地質(zhì)地貌27
• 2.3 氣候特征27
• 2.4 植被分布27-28
• 2.5 土地利用/覆被狀況28-29
• 第三章 典型退耕還林模式水土保持功能研究29-39
• 3.1 研究區(qū)域與研究方法30-32
• 3.1.1 試驗(yàn)地概況30
• 3.1.2 研究方法30-32
• 3.2 結(jié)果與分析32-36
• 3.2.1 退耕還林模式徑流輸出和泥沙侵蝕差異32-35
• 3.2.2 退耕還林模式土壤水分物理性質(zhì)差異35-36
• 3.3 討論36-38
• 3.4 小結(jié)38-39
• 第四章 典型退耕還林模式土壤養(yǎng)分流失控制39-48
• 4.1 研究方法40-42
• 4.1.1 徑流小區(qū)布設(shè)40
• 4.1.2 樣品采集與測(cè)定40-41
• 4.1.3 數(shù)據(jù)處理41-42
• 4.2 結(jié)果與分析42-46
• 4.2.1 土壤養(yǎng)分氮磷流失42-44
• 4.2.2 土壤養(yǎng)分速效態(tài)氮流失44-46
• 4.3 討論46-47
• 4.4 小結(jié)47-48
• 第五章 小流域土地利用結(jié)構(gòu)變化及其氮素輸出控制效應(yīng)48-59
• 5.1 材料與方法48-51
• 5.1.1 研究區(qū)概況48-49
• 5.1.2 研究方法49-51
• 5.2 結(jié)果與分析51-56
• 5.2.1 土地利用結(jié)構(gòu)狀況51-52
• 5.2.2 集水區(qū)氮素養(yǎng)分輸出特征52-53
• 5.2.3 集水區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)氮素養(yǎng)分輸出影響53-54
• 5.2.4 集水區(qū)氮素輸出差異54-56
• 5.3 討論56-58
• 5.3.1 流域土地利用類型源匯功能分析56-57
• 5.3.2 流域土地利用結(jié)構(gòu)與氮素輸出57-58
• 5.4 小結(jié)58-59
• 第六章 基于過(guò)程監(jiān)測(cè)的典型小流域氮磷養(yǎng)分輸出特征分析59-71
• 6.1 研究區(qū)域與研究方法60-61
• 6.1.1 研究區(qū)域概況60
• 6.1.2 量水堰的設(shè)置及流量監(jiān)測(cè)60
• 6.1.3 流域出口水樣采集與分析60-61
• 6.2 結(jié)果與分析61-68
• 6.2.1 典型降雨過(guò)程氮磷養(yǎng)分濃度隨徑流變化特征61-62
• 6.2.2 氮磷養(yǎng)分輸出負(fù)荷與流量輸出關(guān)系62-64
• 6.2.3 小流域汛期降雨、流量、泥沙量變化特征64-67
• 6.2.4 小流域汛期養(yǎng)分輸出特征67-68
• 6.3 討論68-69
• 6.4 小結(jié)69-71
• 第七章 結(jié)論與展望71-75
• 7.1 研究結(jié)論71-72
• 7.2 創(chuàng)新與不足72-73
• 7.3 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-86
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究86-87
• 致謝87-88

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本文編號(hào)：903183