【摘要】： 湘江是湖南的母親河,水體污染日趨嚴(yán)重引起社會(huì)的廣泛關(guān)注,隨著點(diǎn)源污染的有效控制和治理,農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源造成的氮污染成為水體污染的主要因素。 本文在全面分析湘江與洞庭湖水體氮素時(shí)空變化特征的基礎(chǔ)上開展水稻合理施氮研究,為防止湘江發(fā)生富營養(yǎng)化、抑制水體氮進(jìn)一步惡化提供科學(xué)依據(jù)；同時(shí),優(yōu)選出湘江水體中氮濃度最佳預(yù)測(cè)模型,為今后在水環(huán)境規(guī)劃管理和水污染綜合防治過程中對(duì)湘江水質(zhì)模擬預(yù)測(cè)提供一種新的方法和思路。研究主要內(nèi)容與結(jié)論如下： 對(duì)湘江、洞庭湖水環(huán)境因子(水溫、pH值、溶解氧)與水體中總氮、氨氮、硝態(tài)氮的年度變異特征進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明：2006年4月-2007年3月,湘江、洞庭湖水體中水溫和溶解氧均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性變化特征、pH值年內(nèi)變化不顯著；湘江水體中氨氮、硝態(tài)氮、總氮濃度變化范圍分別為0.03-1.76mg／L、0.02-1.68mg／L、1.11-7.62mg／L,洞庭湖水體中氨氮、硝態(tài)氮、總氮濃度變化范圍分別為0.03-1.56mg／L、0.04-1.72mg／L、0.04-9.81mg/L；非點(diǎn)源污染對(duì)湘江、洞庭湖水體中總氮濃度影響比較大,年內(nèi)峰值出現(xiàn)在農(nóng)忙且降水較多的7月或8月；湘江熬洲、喬口以及洞庭湖的萬子湖、目平湖等四個(gè)斷面水體中總氮濃度與水溫之間存在顯著正相關(guān)；湘江熬洲、喬口、鹿角以及洞庭湖的萬子湖、目平湖等五個(gè)斷面水體中氨氮濃度與水溫之間存在顯著負(fù)相關(guān)；湘江熬洲、喬口、鹿角三個(gè)斷面水體中氨氮濃度與溶解氧與之間存在顯著正相關(guān)。 對(duì)湘江水環(huán)境因子與水體中氨氮、硝態(tài)氮、總無機(jī)氮的年際變異特征進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明：1990～2005年,湘江水體中氨氮、硝態(tài)氮、總無機(jī)氮濃度年際變化范圍分別為0.01-1.50mg／L、0.02-1.28mg／L、0.26-2.29mg／L,硝態(tài)氮濃度隨年際變化略有上升,大部分年份硝態(tài)氮年均濃度高于氨氮；氨氮、硝態(tài)氮、總無機(jī)濃度與水環(huán)境因子年際變化之間相關(guān)性均不顯著。 以湘江干流歸陽至衡山段集雨控制區(qū)為研究范圍,采用灰色系統(tǒng)理論預(yù)測(cè)法、指數(shù)平滑預(yù)測(cè)法、模糊線性回歸預(yù)測(cè)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法等四種能捕捉非線性變化規(guī)律的預(yù)測(cè)方法分別構(gòu)造了控制區(qū)輸出斷面水體中總氮濃度及其有關(guān)影響因素的預(yù)測(cè)模型。以該斷面水體中2002～2005年總氮濃度的預(yù)測(cè)值和已有的實(shí)測(cè)值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以最大擬合誤差值、平均誤差、平均絕對(duì)誤差、平均相對(duì)誤差、平均相對(duì)誤差絕對(duì)值、均方根誤差、Theil不等系數(shù)等7個(gè)衡量預(yù)測(cè)方法精度的評(píng)價(jià)指標(biāo)為依據(jù),運(yùn)用因子分析法對(duì)所建模型進(jìn)行綜合評(píng)判,優(yōu)選出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型為該斷面水體中總氮濃度未來變化預(yù)測(cè)的最優(yōu)擬合模型。并對(duì)所優(yōu)選出的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)效果分析,可知BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型在水體總氮濃度預(yù)測(cè)中完全能滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)誤差的要求,預(yù)測(cè)合格率為100%。 研究表明湘江水體中來源于研究區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)所產(chǎn)生的非點(diǎn)源總氮負(fù)荷量與區(qū)域內(nèi)單位耕地面積氮肥施用量相關(guān)性極顯著(R=0.899)；并且,研究發(fā)現(xiàn)水稻生產(chǎn)中總氮的徑流損失總量(y,kg·hm-2)與氮施用量(x,kg·hm-2)存在極顯著的線性相關(guān)：y=0.0087x+3.5248(r=0.9585,p=0.0036)�；谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥施用量及施肥方法是影響氮流失的兩個(gè)能被種植者控制的因子,本文開展水稻生產(chǎn)有機(jī)無機(jī)肥配合施用以及適宜生態(tài)、經(jīng)濟(jì)施氮量研究。有機(jī)無機(jī)肥配合施用大田試驗(yàn)研究結(jié)果表明：有機(jī)-無機(jī)肥料配合施用比純化肥處理增產(chǎn)135.00-562.OOkg／hm2,增幅9.87%～23.68%；有機(jī)無機(jī)肥料配合施用比例對(duì)水稻產(chǎn)量影響較大,五個(gè)有機(jī)-無機(jī)肥料配合施用處理中,以施50%有機(jī)肥：50%無機(jī)肥的處理產(chǎn)量最高、達(dá)7050.00 kg／hm2,以施60%有機(jī)肥：40%無機(jī)肥用的處理平均氮素累積量、平均氮素回收率、平均氮素農(nóng)學(xué)利用率最高,分別為：124.25 kg／hm2、31.44%、20.91%。適宜生態(tài)、經(jīng)濟(jì)施氮量大田試驗(yàn)結(jié)果表明：湘江流域水稻生產(chǎn)氮素經(jīng)濟(jì)最佳施用量為132.31kg／hm2；在估算出湘江干流歸陽至衡山段集雨控制區(qū)域內(nèi)水稻生產(chǎn)中氮肥施用的環(huán)境成本的基礎(chǔ)上,得到水稻生產(chǎn)氮素生態(tài)效益最佳施肥量為129.31kg／hm2。
【學(xué)位授予單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X52
【圖文】：

圖4一Levenberg-Marquard方法網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練Fig4一 3ThenetworktrainofL忍venberg一 Marquardalgorithm在圖4一1、4一2、4一3中，能夠很好體現(xiàn)三種函數(shù)在訓(xùn)練中的無擦黑記錄與學(xué)習(xí)速率。Levenberg一Marquard方法只用了n步訓(xùn)練之后，就能夠達(dá)到網(wǎng)絡(luò)誤差的要求;而梯度下降法經(jīng)過2000步訓(xùn)練后還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到網(wǎng)絡(luò)誤差要求;有動(dòng)量和自適用lr的梯度下降法經(jīng)過1600步達(dá)到網(wǎng)絡(luò)誤差的要求。鑒于以上訓(xùn)練函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)收斂性，選擇基于數(shù)值最優(yōu)理論的訓(xùn)練函數(shù)廿 ainlm(Levenberg一Marquard方法)作為訓(xùn)練函數(shù)。23.2網(wǎng)絡(luò)模擬當(dāng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束之后，訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和神經(jīng)元閉值保存在wl，bl和b2中。同時(shí)，將表4.4中湘江干流歸陽至衡山段控制區(qū)輸出斷面2002一2005年總氮變化特征值以及影響該斷面氮濃度的區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥使用量、氮肥使用量、生活污水和工業(yè)廢水中氨氮總量、大家畜數(shù)量、家禽數(shù)量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量、總?cè)丝跀?shù)、湘江流入研究區(qū)域的斷面濃度的因素變化值等學(xué)習(xí)樣本輸入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行運(yùn)算，得到該斷面水體中2002一2005年總氮濃度為 :1.12omg·L一

圖5一不同施氮量處理對(duì)雙季稻田表面水總氮濃度的影響Flgs并Thee拓沈 tsofsurfaCewaterTNindlfferentnitn艱enaPPli咖ontr巴山舊entofdoublericefield由圖5一4可以看出，不施肥處理的表面水總氮僅表現(xiàn)移栽后有所抬升，隨后逐漸下降，至巧天后趨于平穩(wěn)。由于碳酸氫按極易溶于水，其他三種處理表面水總氮濃度均在第1天達(dá)到最高值，其后隨時(shí)間的推移而下降，但在巧天時(shí)由于追施尿素而使表面水濃度有所上升，其后又隨時(shí)間的推移而濃度下降。

圖5一5不同施氮量處理對(duì)雙季稻田表面水硝氮濃度的影響F夢(mèng)一尸fl姆e價(jià)比ofsur企cew副瞼 rNQ3一indi蛋淤喊n恤 genaPPli畫on旅別m。滋ofd以止 lerieefield由圖5一5可以看出，表層水中的硝態(tài)氮濃度峰值出現(xiàn)在施肥后的第7天，這可能是由于碳錢施入水體后，需要一定的時(shí)間轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。7天以后濃度迅速下降，這可能與硝酸鹽氮易隨水遷移有關(guān)，5月3~5號(hào)發(fā)生了一次24小時(shí)的降雨，降雨量達(dá)24.6~，5月8~9號(hào)又發(fā)生了一次30小時(shí)的降雨

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 查恩爽;伊通河流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模擬及最佳管理措施的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2011年

2 徐志偉;典型城市與農(nóng)業(yè)區(qū)地表水與地下水硝態(tài)氮來源研究[D];東北師范大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2781803