东北黑土区垄作农田积雪和融雪过程中氮磷累积与迁移研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fantasyq1
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东北地区融雪期河川径流量虽然不高,但河流水体污染状况却比较严重,这与融雪期非点源污染密切相关,但目前为止相关研究较少。虽然国内外关于融雪侵蚀和寒季氮磷迁移有了一定的研究成果,但很少考虑到垄作农田降雪累积、融雪侵蚀过程以及对氮磷迁移的影响。垄作农田在我国东北黑土区广泛分布。融雪期缺少作物覆盖,裸露地表更易遭受融雪径流侵蚀,从而使融雪期氮磷迁移和沉积过程有别于雨季坡面侵蚀。为探究上述问题,本研究选取吉林省梅河口吉兴小流域为观测小区,通过布设新雪、积雪和融雪观测小区,探讨新雪、积雪、融雪化学离和氮磷累积、迁移特征,得出以下结论:(1)新雪p H值平均值为5.11±0.51,呈酸性。降雪中高达66.9%的酸性雪水被中和,其中和能力主要由Ca2+和NH4+所提供。10次降雪的电导率变化范围为34.1-51.5us/cm,平均值为43.06 us/cm。p H值与电导率相关性较高。新雪中阴、阳离子平均浓度大小顺序分别为NO3->SO42->Cl->PO43->NO2-、Ca2+>K+>NH4+>Mg2+>Na+,新雪主要阴、阳离子分别为NO3-和Ca2+,分别占离子总量的39.4%和10.72%。NO2-含量的变异系数最大。总氮变化范围为4.01mg/L~8.93mg/L,有机氮和硝态氮为总氮中主要组成部分。新雪中总磷含量变化规律不明显,与PO43-相似,说明试验区磷的含量来源不稳定。平均含量为3.91mg/L,PO43--P占总磷的6.26%~33.93%。(2)积雪阴坡p H值范围在5.57-6.87之间,平均值为6.14,阳坡的p H在5.53-6.38之间,平均值为5.86。阴坡电导率总体上比较平稳,其变化范围在41.57us/cm-63.87us/cm之间,平均值为52.63us/cm,阳坡电导率范围在37.42us/cm-62.38us/cm之间,平均值为49.86us/cm,电导率和雪层深度呈显著负相关,随积雪深度的增加,积雪电导率逐渐降低。积雪中NO3-、SO42-、Ca2+、Cl-、Mg2+、K+、Na+含量阴坡>阳坡,在积雪期,各离子大小顺序表现为NO3->NH4+>SO42->Ca2+>Cl->Mg2+>K+>Na+>NO2-。>PO43-,NO3-浓度最大,平均为5.06mg/L,NH4+次之为4.37mg/L,Mg2+、Ca2+含量表层0-10cm小于底层10-20cm,SO42-、NO3-和NH4+规律一致,均为表层0-10cm大于底层10-20cm。各离子含量总体随积雪累积略有下降。阳坡坡中的总磷含量小于坡上和坡下,其总氮含量大于坡上和坡下;阴坡总磷含量坡中>坡下>坡上,浓度分别为3.21mg/L、2.75 mg/L、1.62mg/L。阳坡总氮含量坡上小于坡中和坡下,浓度分别为4.48mg/L、6.59 mg/L、6.22mg/L。积雪总氮中以NO3-</sup>N为主。阳坡表层总氮含量大于底层,随着积雪时间延长,表层含量呈增加趋势,阴坡积雪总氮表层0-10cm大于底层10-20cm,阴坡表层总氮平均含量在3.31-5.94mg/L之间,底层平均含量在3.18-5.69mg/L之间。积雪总氮、总磷分层规律不明显。(3)阴、阳坡融雪产流均历时5天,阳坡为3月2日至3月6日,阴坡为3月10日至3月14日。阳坡融雪主要受辐射影响,阴坡融雪主要受温度影响。融雪每日瞬时径流量逐渐增加,最后缓慢减小,阳坡3月3日12:28瞬时径流量最大为7.8L/min。阴坡3月11日径流量最大,3月12日每日径流量次之,3月10日径流量最小,是因为3月11日和3月12日量天气温较高,加速积雪融化。阳坡积雪融化时间比阴坡积雪融化时间早8天。p H值随融雪天数呈现波动的趋势,p H在5.22-5.655之间变化,阳坡p H值要略小于阴坡p H值,分析其原因是阴坡表层土融化,在岩石的风化作用下,释放出的部分Ca2+及CO32-进入融雪水中,致使p H增大。电导率随融雪天数呈先增大后减小的趋势,阳坡范围63.69us/cm-118.19us/cm,阴坡范围为54.37us/cm-66.65us/cm。阳坡电导率要小于阴坡电导率,分析其原因是阴坡表层土融化,融雪径流中部分离子迁移进表土中。融雪初期的径流中离子含量相对较高,阳坡开始消融产生的30%融雪水将积雪中53%的化学离子释放,阴坡开始消融产生的30%融雪水将积雪中65%的化学离子释放。径流量与各离子相关性较高。阳坡总氮含量随融雪天数呈先增加后减小的趋势,在融雪第3天达到最大值454.4g,阳坡总氮和总磷含量远远大于阴坡总氮和总磷含量,分析其原因是阴坡积雪融化时土层已经开始解冻,大部分融雪水入渗到土中导致总氮含量降低。阳、阴坡总磷含量随融雪天数呈现先增加后减小的趋势,在融雪第三天达到最大值分别为269.59g、106.86g。
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