氮肥的廣泛使用是近現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力,對提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量起到了至關(guān)重要的作用;然而隨著氮肥投入量增加,土壤中過量的氮素以各種形式進(jìn)入周圍環(huán)境。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展也產(chǎn)生了大量氮素流失,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮流失是農(nóng)業(yè)面源氮素污染的主要原因。本文選擇包含徑流和畜禽養(yǎng)殖過程的最新版Manure-DNDC模型,在山東小清河流域典型農(nóng)田和畜禽養(yǎng)殖場進(jìn)行驗(yàn)證;借助遙感與地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),利用多種來源數(shù)據(jù)建立以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的小清河流域數(shù)據(jù)庫;模擬評(píng)價(jià)2008年小清河流域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮平衡狀況,分析農(nóng)業(yè)面源氮素污染時(shí)空分布特征,并提出有效地優(yōu)化管理措施。主要研究結(jié)果如下: (1)實(shí)地驗(yàn)證了改進(jìn)版農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)模型——Manure-DNDC。利用山東小清河流域典型輪作系統(tǒng)冬小麥/夏玉米、冬小麥/大蔥、設(shè)施蔬菜地田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)對Manure-DNDC進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明Manure-DNDC模型能夠較好地模擬農(nóng)田土壤氣候、作物生長、氮淋溶等動(dòng)態(tài)過程。利用廣饒縣肉牛養(yǎng)殖場觀測數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明,模型能夠較好地動(dòng)態(tài)模擬畜禽養(yǎng)殖過程中排出的糞便和尿的氮素含量,以及圈舍氨揮發(fā)量。區(qū)域驗(yàn)證也取得了較好地效果,模型能夠合理預(yù)測作物產(chǎn)量和徑流量,其中對冬小麥和夏玉米總產(chǎn)量模擬的R~2值均在0.8以上。 (2)建立了以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元的小清河流域農(nóng)業(yè)面源氮素污染評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建了小清河流域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮平衡定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。針對小清河流域地勢低平的特點(diǎn),研究提出了遙感圖像識(shí)別與GIS空間分析相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法,首先利用高分辨率遙感圖像識(shí)別中下游主干河道,修改DEM后提取流域邊界以及主要河流網(wǎng)絡(luò),再計(jì)算坡度、坡長、最大水流長度等地形因子。同時(shí)通過查表獲取主要土壤侵蝕因子,利用模型估算土壤水分常數(shù),結(jié)合實(shí)測土壤有機(jī)質(zhì)含量、作物播種面積和管理措施、氣象觀測數(shù)據(jù)、以及畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)構(gòu)建小清河流域以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元的農(nóng)業(yè)面源氮素污染數(shù)據(jù)庫。將數(shù)據(jù)庫與經(jīng)驗(yàn)證后的Manure-DNDC模型結(jié)合,綜合考慮地表產(chǎn)匯流與土壤侵蝕規(guī)律,構(gòu)建了流域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮平衡綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng),為定量評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。 (3)小清河流域農(nóng)田種植與畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生大量氮素盈余,農(nóng)業(yè)面源氮素污染負(fù)荷很高。2008年農(nóng)田氮素投入總量為25.99萬噸,其中化肥氮18.42萬噸,有機(jī)肥氮6.66萬噸,相當(dāng)于每公頃農(nóng)田施用化肥282.06 kg N、有機(jī)肥101.95 kg N。農(nóng)田淋溶和徑流損失氮素分別為2.38萬噸、0.71萬噸,平均淋溶和徑流損失分別為36.42 kg N/hm~2、10.82kg N/hm~2。畜禽養(yǎng)殖過程中通過徑流損失氮素4.66萬噸,堆肥場所有3.50萬噸氮素殘留。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮素徑流損失總量是淋溶損失總量的2.26倍,其中86.83%發(fā)生在畜禽養(yǎng)殖以及糞便處理過程中。 (4)農(nóng)田氮素淋溶具有明顯的區(qū)域差異,水肥管理是影響氮素淋溶強(qiáng)度的主要因素。濟(jì)南市南部、章丘市中北部、以及壽光市部分地區(qū)農(nóng)田氮素淋溶比較嚴(yán)重,其中有41個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過30 kg/hm~2。氮素淋溶與施肥量的關(guān)系非常密切,當(dāng)施肥量低于300 kg/hm~2時(shí),70%以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)淋溶強(qiáng)度小于10 kg/hm~2,當(dāng)施肥量大于400 kg/hm~2時(shí),約20%的氮肥受到淋溶。降水與灌溉是農(nóng)田氮素淋溶的主要驅(qū)動(dòng)力,流域內(nèi)約70%的氮素淋溶發(fā)生在六、七月份。從不同的輪作模式看,蔬菜三季輪作的氮素淋溶損失量最高,達(dá)到1.07萬噸,單位面積氮素淋溶量為285.32 kg/hm2。小麥/玉米輪作模式的平均淋溶強(qiáng)度為18.72 kg/hm~2,因?yàn)椴シN面積較大,淋溶總量也達(dá)到6192.25噸氮。集約化糧食作物和設(shè)施蔬菜地是農(nóng)田氮素淋溶的主要來源。 (5)氮素徑流損失強(qiáng)度主要受坡度、降水、土壤性質(zhì)以及畜禽養(yǎng)殖量的影響,徑流損失氮素以有機(jī)氮為主。農(nóng)田氮素徑流損失強(qiáng)度比較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要位于流域上游的濟(jì)南市歷城區(qū)、章丘市、鄒平縣南部的,流域中部的廣大地區(qū)農(nóng)田徑流損失一般都低于5 kg/hm~2。農(nóng)田氮素徑流損失總量最大的是小麥/玉米輪作,其次是棉花以及小麥、玉米單作。畜禽養(yǎng)殖以及糞便處理過程中的氮素徑流損失在整個(gè)流域內(nèi)都很嚴(yán)重,有31個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)損失強(qiáng)度超過100 kg/hm~2,其中濟(jì)南市南部和章丘市最突出,主要原因是畜禽養(yǎng)殖規(guī)模大。牛排出的氮素中以氣體成分損失的比例最高,家禽排出的氮素施入農(nóng)田的比例最高。 (6)農(nóng)田氮素投入過量、畜禽養(yǎng)殖規(guī)模與農(nóng)田面積不匹配、畜禽糞便處理方式不合理是造成本地區(qū)農(nóng)業(yè)面源氮素污染的主要原因。減輕小清河流域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮流失與農(nóng)業(yè)面源氮素污染負(fù)荷的有效措施主要有控制集約化糧食作物和設(shè)施蔬菜地的氮肥投入量,適當(dāng)減少蔬菜地灌溉量,限制坡耕地種植,控制畜禽養(yǎng)殖密度,使畜禽養(yǎng)殖規(guī)模與農(nóng)田面積相匹配,完善畜禽糞便處理技術(shù)等。優(yōu)化管理措施分析表明,當(dāng)化肥氮總量降低15%時(shí),氮素淋溶量降低41%,小麥、玉米和蔬菜產(chǎn)量沒有明顯下降。減少單位面積農(nóng)田上的畜禽養(yǎng)殖量,可以有效降低土壤氮盈余量,控制農(nóng)田氮流失,同時(shí)減少畜禽養(yǎng)殖過程中的氮素?fù)p失。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X592;X522
【部分圖文】：

溝流域沒有明顯的分水嶺，為保持流域完整性，同時(shí)兼顧行政區(qū)劃特點(diǎn)，本研究所選研究區(qū)包括小清河流域以及北側(cè)的淄脈溝流域(圖 2.1)。流域內(nèi)水系復(fù)雜，支流眾多，其中一級(jí)支流 40 多條，沿河湖泊洼地較多，主要有白云湖、牙莊湖、青沙湖、麻大湖、巨淀湖等，歷史上皆為天然滯洪區(qū)(馬吉?jiǎng)偟龋?003)。干流以南流域面積較大，支流眾多，呈典型的單側(cè)梳齒狀水系分布。小清河是濟(jì)南市主城區(qū)唯一排水出口，同時(shí)也是魯中地區(qū)一條重要的排水河道，兼顧兩岸農(nóng)田灌溉的功能。小清河流域所在地區(qū)屬于魯北平原南部，是省內(nèi)的重要工農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)。流域內(nèi)共擁有耕地 65.29萬公頃，是山東省重要的糧食和蔬菜生產(chǎn)基地，號(hào)稱“江北第一噸糧縣”的桓臺(tái)縣，全國聞名的蔬菜生產(chǎn)區(qū)壽光都在此流域內(nèi)。流域兩側(cè)還分布著許多大中型城市和工業(yè)企業(yè)，如山東省會(huì)濟(jì)南、工業(yè)重鎮(zhèn)淄博、石油城東營、齊魯石化公司、壽光羊口鹽場等。

海積層(中國地質(zhì)圖集編委會(huì)，2002) 。在膠濟(jì)鐵路北側(cè)的沖積洪積扇和古河道，覆蓋著較厚的卵石、砂礫層，松散巖類孔隙水含量較高，是山東省地下水資源比較豐富的地區(qū)之一。流域內(nèi)地勢南高北低，以膠濟(jì)鐵路為界，南部多為山丘區(qū)，北部多為平原洼地。山地丘陵區(qū)海拔大都在 400-600 米左右，其中魯山海拔 1108 米，是流域分水嶺上的最高峰。各支流下游至干流之間，主要由山前沖積扇和黃河沖積平原組成，海拔約 50-100 米。小清河干流中下游地區(qū)大多為沖積、洪積平原，地勢低平，海拔一般不超過 50 米。主干河流落差小，起始點(diǎn)睦里閘處的海拔僅為 30 米。由于該區(qū)有許多縱橫交錯(cuò)的古河道、古三角洲和洼地，平原區(qū)的崗?fù)萁诲e(cuò)分布，地表形態(tài)和沉積物的結(jié)構(gòu)都十分復(fù)雜。

4.2 億立方米，產(chǎn)水模數(shù) 17.0 萬米3/平方公里，小清河流域主要河道如圖 2.5 所示。小清河流下水資源相對于省內(nèi)其他地區(qū)較為豐富，1956-1988 年礦化度小于 2 克/升的多年平均地下水給量為 16.2 億立方米，其中可開采量為 13.08 億立方米，可開采模數(shù) 12.25 米3/平方公里(中業(yè)全書-山東卷編輯委員會(huì)，1994)。由于受到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類活動(dòng)的影響，小清河流域水到不同程度的污染，流域內(nèi)各測點(diǎn) CODcr、氨氮、總氮(TN)和總磷(TP)各指標(biāo)均超過我國地質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)，化學(xué)肥料的大量使用、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖和生活廢棄物是造成小流域農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因(唐政等，2008)。
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 紀(jì)丁愈;王慶安;佘紅英;王東睿;張翔;;川中丘陵地區(qū)小流域農(nóng)業(yè)面源污染特征及水環(huán)境容量研究——以黃臘溪小流域?yàn)槔齕J];水資源與水工程學(xué)報(bào);2011年04期

2 孫潔梅;王麗媛;凌娟;;秦淮河流域農(nóng)業(yè)污染源調(diào)查及入河量計(jì)算[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展;2011年03期

3 劉洪濤;;農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染及控制對策研究[J];中國證券期貨;2011年06期

4 張琪;鐘暉;;云南星云湖南岸生態(tài)整治規(guī)劃[J];環(huán)境保護(hù)科學(xué);2011年03期

5 高惠明;崔惠敏;韓曉東;;王快水庫水質(zhì)變化趨勢及影響因素分析[J];水科學(xué)與工程技術(shù);2011年03期

6 鄭松林;朱林飛;何春;;柴窩堡湖水質(zhì)12年變化及改善措施探討[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2011年S1期

7 胡浩云;張學(xué)英;;淺談人工濕地對面源污染中氮素的去除效果[J];南水北調(diào)與水利科技;2011年03期

8 黃秀梅;申廣榮;周培;;基于模型的上海郊區(qū)地下水氮素非點(diǎn)源污染特征研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2011年07期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 高懋芳;小清河流域農(nóng)業(yè)面源氮素污染模擬研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2011年

2 邱衛(wèi)國;農(nóng)業(yè)氮素流失規(guī)律及河網(wǎng)污染控制研究[D];河海大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 韓壯行;不同寬度森林河岸帶對土壤氮素截留轉(zhuǎn)化效率影響[D];東北林業(yè)大學(xué);2007年

2 陳莉薇;垃圾滲濾液中氮素和重金屬在弱透水層遷移機(jī)理研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

3 楊衛(wèi)斌;施肥和降雨對伊通河流域農(nóng)業(yè)種植區(qū)水中氮含量的影響[D];吉林農(nóng)業(yè)大學(xué);2006年

4 丁森;位山灌區(qū)農(nóng)田氮淋溶過程與地下水污染研究[D];清華大學(xué);2010年

5 虞波;苕溪流域農(nóng)業(yè)面源水污染物總量分配專家系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2012年

6 張宏華;重慶渝北區(qū)御臨河流域農(nóng)業(yè)面源污染研究[D];重慶大學(xué);2003年

7 郭鵬;基于Geodatabase農(nóng)業(yè)面源污染數(shù)據(jù)庫的建立與應(yīng)用[D];西南農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

8 鄭麗銀;城市河道水源中氮素脫除技術(shù)研究[D];江南大學(xué);2010年

9 董鳳麗;上海市農(nóng)業(yè)面源污染控制的濱岸緩沖帶體系初步研究[D];上海師范大學(xué);2004年

10 羅瓊芳;一株氨氧化菌的分離、生物學(xué)特性與系統(tǒng)發(fā)育分析[D];四川大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2851678