摘要: “高投入、高产出”的农业经营方式所导致氮、磷以及重金属等元素的流失是土壤质量退化和造成水体污染的重要原因之一。选择水土流失严重的渭北黄土高原区，开展坡地果园非点源污染物输移机理和预测模型的研究，对坡地果园施肥管理和有效预测污染物流失... 展开 “高投入、高产出”的农业经营方式所导致氮、磷以及重金属等元素的流失是土壤质量退化和造成水体污染的重要原因之一。选择水土流失严重的渭北黄土高原区，开展坡地果园非点源污染物输移机理和预测模型的研究，对坡地果园施肥管理和有效预测污染物流失均具有重要意义。 本文在国内外非点源污染研究的基础上，通过野外采集土样，采用土槽和人工降雨相结合的微小区试验方法，选择总氮、总磷、重金属镉和铬为研究对象，从果园施肥强度从发模拟污染物随径流和泥沙的输出过程，并提出了水蚀条件下污染物输移模型，旨在为渭北坡地果园施肥管理和非点源污染的评价和预测提供科学依据。 在降雨历时为1.5min，降雨强度为1.2mm/min，土槽坡度为8°，装土容重为1.20g/cm3，土壤含水率在10％的人工模拟降雨试验条件下，得出的主要研究结果如下： (1)土槽产流时间发生在降雨开始后的5min左右，于降雨12min后径流模数Mw达到最大值，峰值高于2000 m3/km2；输沙模数Ms最大值出现在降雨7.5min，比径流模数峰值提前，峰值约为65 t/km2。并且四种不同施肥处理下的降雨试验所得到的产流时间、径流模数和输沙模数比较相近，这说明在人工降雨条件下，坡面产流输沙特征与土壤的施肥强度没有太大关系。径流模数Mw和输沙模数Ms随降雨历时延长的输移模型可以用拟合公式Mw：f(t)、Ms=f(t)表达，并且预测结果与测定结果基本吻合。 (2)按照当地苹果低产园、中产园和高产园所施用的化肥强度水平设置CK、A、B、C四种施肥处理，其中包括一个无肥处理CK作为对照。四种施肥处理下径流中Nw变化范围分别为0.74-1.02mg/L，0.76-1.01mg/L，0.87-1.26mg/L和0.98-1.67mg/L；Pw变化范围分别为1.05-1.71mg/L，1.63-2.3mg/L，2.18-2.74mg/L和2.42-3.39mg/L；Cdw变化范围分别12.7-18.8ug/L，15.9-19.3ug/L，17.4-21.8ug/L和21.0-28.3ug/L；Crw变化范围分别为61.4-68.2ug/L，65.8-68.6ug/L，72.2.83.9ug/L和83.0-94.6ug/L。径流样中氮素浓度Nw和径流模数Mw随降雨历时的变化过程相似，在降雨12min时都会出现峰值的变化；其他污染物的浓度Pw、Cdw.Crw随降雨历时呈波浪状变化。 (3)CK、A、B、C施肥处理下径流中Ns变化范围分别为85.47-114.16mg/kg，93.31-126.18mg/kg，108.16-135.27mg/kg和110.36-146.38mg/kg；Ps变化范围分别为76.47-80.33mg/kg，78.51-83.29mg/kg，82.63-89.39mg/kg和80.06-114.28mg/kg；Cds变化范围分别为77.4-98.7ug/kg，79.2-98.5ug/kg，86.4-114.3ug/kg和93.3-120.7ug/kg；Crs变化范围分别为163.75-564.49mg/kg，221.04-807.9mg/kg，369.96-1003.41 mg/kg，225.96-124.59mg/kg。泥沙样中氮素含量Ns和磷素含量Ps在产流初期呈上升趋势，于降雨7.5min达到其峰值点后，又随降雨历时的延长有所下降；重金属镉含量Cds和铬的含量Crs随降雨历时呈波浪状略微上升趋势。 (4)在人工模拟降雨条件下非点源污染物的流失量均与施肥强度有密切关系。施肥强度大，则污染物流失量也大，两者成正比关系。氮素在泥沙中的输出量是径流中的100倍以上；磷素在泥沙中的输出量是径流中的30倍以上；镉在泥沙中的输出量是径流中的4-6倍；泥沙中铬的流失占绝对优势。因此减少输出的泥沙量对减轻土壤中污染物的流失具有重要意义。 (5)通过进一步研究不同施肥处理下，径流模数、输沙模数和污染物输出情况之间的关系，发现水蚀条件下fW(t)=Mw/Cw和fs(t)=Ms/Cs的实测曲线与正弦函数曲线相似，污染物流失量变化曲线也与正弦函数曲线相似。经函数拟合得出，CK、A、B、C处理下径流样中污染物输移模型Cw=Mw/fw(t)、泥沙样中污染物输移模型Cs=Ms/fs(t)和污染物流失量输移模型拟合公式Cz=f(t)。通过对水蚀条件下径流中和泥沙中实际测定的污染物含量以及以及两者在水蚀条件下的污染物流失量进行对比验证，模型预测基本合理。但是由于本文的模型还需进一步研究和完善，提高模拟预测精度。 收起