模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理
降雨径流时农田沟渠水体中氮、磷迁移转化规律研究
降雨径流时农田沟渠水体中氮、磷迁移转化规律研究研究背景随着人口的增加和经济的快速发展，农业生产对水资源的需求量日益增大，农业排放也日益增多。
针对农田沟渠水体中氮、磷的迁移和转化规律，相关研究大多仅仅是在单一的自然条件下进行，没有完全考虑到降雨径流对水体中氮、磷的影响。
因此，本文旨在研究降雨径流时农田沟渠水体中氮、磷的迁移和转化规律。
研究内容实验设计在农田沟渠中布置样地，利用雨水模拟器进行模拟降雨，探究降雨时的径流对水体中氮、磷的迁移和转化规律的影响。
本实验设置三个处理组别：1）控制组，不加以任何处理；2）施氮组，每立方米加入50g尿素；3）施磷组，每立方米加入20g三钙磷。
实验步骤1.选取有土壤层的农田沟渠示范区。
2.将每个样地分为三个收集器进行取样。
3.施氮组和施磷组每立方米加入相应的氮、磷肥料。
4.使用雨水模拟器进行一定强度的降雨模拟，收集样地中产生的径流，并同时记录样地内氮、磷的浓度变化。
5.在每次降雨后10分种内取样，用离心机离心后，取上层水体样品进行分析。
实验结果实验结果表明，农田沟渠水体中氮、磷的迁移和转化过程受降雨和径流的影响较大。
不同组别水体中氮、磷的平均浓度组别氮平均浓度（mg/L）磷平均浓度（mg/L）控制组0.57 0.11施氮组 1.28 0.45施磷组 1.02 0.84由此可见，施氮组和施磷组水体中氮、磷的平均浓度均高于控制组，其中施氮组中氮的平均浓度较高，施磷组中磷的平均浓度较高。
氮、磷在水体中的贡献率为了进一步了解氮、磷在水体中的贡献率，根据样品分析数据，计算了不同处理组别氮、磷的迁移贡献率。
氮、磷在水体中的迁移贡献率组别氮迁移贡献率磷迁移贡献率控制组38.1% 20.3%施氮组47.7% 31.7%施磷组47.5% 36.2%通过计算得知，三个处理组中氮、磷在水体中的迁移贡献率均高于初始在水体中的含量，其中施氮组和施磷组在水体中的迁移贡献率更高。
结论1.本实验结果表明，农田沟渠水体中氮、磷的迁移和转化规律受到降雨和径流影响较大，并且施氮、施磷会导致水体中氮、磷含量增加。
受淹土壤磷释放机理及规律研究的开题报告
受淹土壤磷释放机理及规律研究的开题报告一、研究背景和意义随着城市化进程的不断加速和气候变化对水文循环的影响，城市内部和周边地区受淹现象愈加普遍。
受淹土壤作为城市水文循环中的一个重要组成部分，具有独特的化学和物理特性，与城市水文过程存在着密切的联系。
磷是植物生长必须的营养元素，也是城市污染物的重要成分之一。
在受淹状态下，土壤中磷的含量和形态会发生改变，并且对周围水体的磷污染可能会产生重要的影响。
因此，研究受淹土壤中磷的释放机理和规律，对于揭示城市水文循环的规律、保护水环境和提高城市生态环境质量具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在通过对受淹土壤磷的形态转化、释放机理和规律进行深入分析和研究，揭示其与周围水体磷污染之间的关系，为制定城市水环境保护措施提供科学依据。
三、研究内容和方法1. 研究内容（1）受淹土壤磷的形态分析，包括磷的总量、酸解磷、碱解磷、可提取磷和有机磷等形态的测定；（2）比较不同淹水条件下土壤磷的含量和形态变化情况，研究淹水时间、淹水深度等因素对土壤磷释放的影响；（3）分析受淹土壤磷与周围水体磷污染的关系，探讨受淹土壤中磷释放对周围水体磷污染的贡献。
2. 研究方法（1）采集不同淹水时间、淹水深度的受淹土样品，在室内条件下进行磷形态分析；（2）通过比较不同淹水条件下土壤磷的含量和形态变化情况，探讨淹水时间、淹水深度等因素对土壤磷释放的影响；（3）通过采集周围水体样品的方式，分析受淹土壤中磷释放对周围水体磷污染的影响。
四、研究预期结果和意义1. 预期结果（1）揭示受淹土壤中磷的释放机理和规律，研究其与周围水体磷污染之间的关系；（2）分析淹水时间、淹水深度等因素对土壤磷释放的影响；（3）探讨受淹土壤中磷释放对周围水体磷污染的贡献。
2. 研究意义（1）为城市水环境保护提供科学依据，推动城市生态环境建设；（2）为探究城市水文循环中土壤磷循环的规律提供新的思路和方法；（3）对推动土壤——水体磷循环的研究具有一定的指导意义和推动作用。
模拟降雨条件下喀斯特坡耕地氮磷元素地下漏失特征
模拟降雨条件下喀斯特坡耕地氮磷元素地下漏失特征杨宇琼;戴全厚;李昌兰;彭旭东;严友进【期刊名称】《中国水土保持科学》【年(卷),期】2018(016)003【摘要】为揭示不同降雨强度和地下裂隙度对喀斯特坡耕地地下养分漏失的影响,采用人工模拟降雨的方法,以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其微地貌及地下裂隙度构造特征,探索不同降雨强度和地下裂隙度条件下喀斯特坡耕地氮磷元素地下漏失特征.结果表明:1)地下产流量与降雨强度和地下裂隙度成正相关;2)全氮全磷浓度随降雨强度呈波状变化,全氮浓度总体上随降雨强度呈增大趋势,地下裂隙度对全磷浓度的影响不大,对全氮浓度的影响呈显著正相关,相关系数R为0.906;3)全氮全磷流失总量与降雨强度可用线性拟合,与地下裂隙度可用多项式拟合;4)累积径流量与地下径流中全氮全磷的累积流失量有显著关系,进行线性拟合相关系数R分别为0.986 3和0.997 4.喀斯特坡耕地养分地下漏失浓度总体上与地下裂隙度没有显著的变化规律,而降雨强度则是喀斯特地区土壤养分流失的一个关键因子,本研究结果可为解决水土及养分流失问题对社会经济,生态环境,人类生活发展的影响提供理论依据.【总页数】9页(P59-67)【作者】杨宇琼;戴全厚;李昌兰;彭旭东;严友进【作者单位】贵州大学林学院,550025贵阳;贵州大学林学院,550025贵阳;贵阳市花溪区黔陶乡人民政府,550025贵阳;贵州大学林学院,550025贵阳;贵州大学林学院,550025贵阳【正文语种】中文【中图分类】S158.1【相关文献】1.人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征 [J], 乔闪闪;吴磊;彭梦玲2.模拟降雨条件下黄棕壤坡耕地磷素流失规律研究 [J], 陈玲;宋林旭;崔玉洁;张彪;朱晓明;刘德富3.喀斯特典型坡耕地模拟降雨条件下的土壤侵蚀响应 [J], 袁应飞;戴全厚;李昌兰;彭旭东4.模拟降雨条件下岩溶坡耕地产流产沙特征 [J], 方荣杰;朱晓锋;江斌伟;莫华涛5.模拟降雨下不同农作措施紫色土坡耕地氮磷流失特征 [J], 袭培栋;张鹏程;何为媛;唐柄哲;何丙辉;李天阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
湖泊现代化沉积物中磷的地球化学作用及环境效应
湖泊现代化沉积物中磷的地球化学作用及环境效应作者：卓先勤公维杰胡锐来源：《科学与财富》2017年第03期摘要：湖泊是地表水的主要存在形式之一。
它不仅是人类生活用水的主要来源，更在自然环境、生态系统中起着重要的调节作用。
在水污染日益严重的情形下，通过研究降低和防止湖泊污染，保持湖泊水质的健康至关重要。
由此，本文结合某湖泊实例，在分析湖泊现代沉积物中磷的积累赋存情况后，通过实验方法对湖泊现代沉积物磷的地球化学作用和环境效应进行研究。
关键词：湖泊现代化沉积物；磷；地球化学作用；环境效应前言：磷是湖泊沉积物中含有的主要化学元素之一。
近两年，受人类生产生活的强烈影响，湖泊沉积物大大增加，尤其是有机质含量。
湖泊沉积物与水体的相互作用会造成沉积物中的某些污染物对水体再次产生污染，导致湖泊出现富营养化、进一步加重水体污染程度。
而研究湖泊沉积物中磷的地球化学作用与环境效应，有利于人类对湖泊富营养化的预防和改善，减轻水体污染程度，意义重大。
1.湖泊现代沉积物中磷的积累赋存情况湖泊沉积物包含表层沉积物和湖底沉积物两部分，物质从流域中搬运至湖泊或是在湖泊水体中生成，并以矿物质和有机质的形式沉积在湖泊的表面和底部。
即湖泊沉积物与流域侵蚀和污染物排放有着密切的相关性。
从近几年的研究发现，当前我国大多数湖泊污染严重，对于湖泊水库而言人为干扰更是严重，通过各条流域进入不同湖泊的污染物、营养物大大增加，造成了湖泊沉积物含量的显著上升[1]。
当代人为化学的强烈干扰，造成了湖泊现代化沉积物作用形式的改变，磷在湖泊沉积物中参与着各种重要的自生作用，它的迁移再循环和营养功能，对湖泊沉积物产生了巨大影响，成为研究人员关注的重点对象之一。
湖泊沉积物中磷的溶出与其自身化学沉淀相态密切相关。
根据这一关系，利用矿物相化学提取技术对湖泊现代化沉积物中磷的垂直分布特征、不同储存形式、迁移循环方式等进行研究非常重要。
因为不同相态的磷能够反映出湖泊沉积物中磷释放物的可能物源。
沉积物解磷菌的研究进展：分布、解磷能力及功能基因
Research progress of phosphate-solubilizing bacteria in sediments ：Distribution,phosphate-solubilizingability,and functional genesMA Kai,WANG Xiaochang,XIE Jiahui,GAO Li *（School of Ocean,Yantai University,Yantai 264005,China ）Abstract ：Phosphorus （P ）is an important inducer of water eutrophication and harmful algal blooms.Sediment internal loading may be an important source of P in water when exogenous input is controlled effectively.As the primary drivers of P geochemical cycling,phosphate-solubilizing bacteria （PSB ）play a critical role in sediment P release.However,research on PSB in sediments began later than studies on agricultural soils,especially research on the molecular mechanism of PSB.Therefore,this review summarizes the main species and distribution characteristics of PSB in sediments from different habitats,and the effects of algal blooms on PSB community compositionduring the outbreak and extinction phases.In addition,it outlines the main phosphate-solubilizing mechanisms （such as mineralization and solubilization ）and functional genes of PSB,and provides a future direction of research on PSB in aquatic ecosystems.This review provides new ideas for research on P cycling and eutrophication mechanisms in water affected by algal blooms.Keywords ：sediments;phosphate-solubilizing bacteria;phosphate-solubilizing mechanism;functional genes;harmful algal blooms沉积物解磷菌的研究进展：分布、解磷能力及功能基因马凯，王效昌，谢嘉慧，高丽*（烟台大学海洋学院，山东烟台264005）摘要：磷是大多数水体富营养化和有害藻华暴发的重要诱因。
辽宁浑河流域不同土地类型地表径流和壤中流氮、磷流失特征
辽宁浑河流域不同土地类型地表径流和壤中流氮、磷流失特征周林飞;郝利朋;孙中华【摘要】Simulated artificial rainfall experiments have been carried out to study the characteristics of nitrogen and phosphorus losses through surface flow and interflow on different types of land in Liaoning Hunhe Basin. The results indicated that: ( 1 )there are remarkable differences between Nitrogen and phosphorus loss characteristics in surface flow and that in interflow. The output density of nitrogen and phosphorus through surface flow is high in the initial time but tends to be stable with artificial rainfall continuing.The output density of nitrogen and phosphorus through interflow keep relative stable in the whole runoff process. ( 2 ) In the whole artificial rainfall process, nitrogen and phosphorus losses by surface flow take a high proportion on cultivated land and grassland, but take a low proportion in interflow. ( 3 ) The difference in nitrogen and phosphorus losses through surface flow and interflow on cultivated land and grassland shows that soil infiltration mechanism has large reduction function, especially significant for total phosphorus in grassland, reaching more than 90％.%采用人工模拟降雨的试验方法,研究了辽宁浑河流域主要土地利用类型的土壤在地表径流和壤中流中所产生的氮、磷流失特征.结果表明,(1)地表径流和壤中流氮、磷流失特征差异显著,地表径流氮、磷输出浓度均表现为降雨初期较高而后逐渐趋于稳定的特征;壤中流氮、磷输出浓度在整个径流过程中保持相对稳定.(2)在整个降雨径流过程中,耕地与草地氮、磷流失均以地表径流为主,随壤中流流失的氮、磷占输出量的比例较小.(3)耕地与草地中地表径流和壤中流氮、磷流失差异表明,土壤的水分下渗滤减机制对氮、磷流失具有很大的削减作用,草地中对总磷的削减作用尤为显著,可达90%以上.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2011(020)004【总页数】6页(P737-742)【关键词】人工模拟降雨;养分流失;土地利用类型;地表径流;壤中流【作者】周林飞;郝利朋;孙中华【作者单位】沈阳农业大学水利学院,辽宁沈阳110866;沈阳农业大学水利学院,辽宁沈阳110866;即墨市水利局,山东即墨266200【正文语种】中文【中图分类】S157土壤中氮、磷大量流失是导致水体富营养化的直接原因之一。
三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素分布与赋存特征研究的开题报告
三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素分布与赋存特征研究的开题报告一、研究背景和意义随着人类社会经济的不断发展和人口的增加，水库建设和农业生产等人类活动对环境造成了不可忽视的影响。
其中，磷是影响水环境的重要因素之一，通过农业肥料、工业废水和污水等方式输入水中，会引起水体富营养化和藻类繁殖等现象，对水体生态环境产生一定的危害。
因此，对磷的来源、分布和赋存特征进行研究，有助于深入了解磷在水库消落带和土壤中的迁移和转化规律，为研究水环境的保护和治理提供科学依据。
三峡库区是我国重要的水电工程之一，消落带是库区内重要的生态功能区，其地理位置和自然环境条件较为特殊，土地资源和水资源的配置也呈现出明显的区域差异。
因此，对三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素分布与赋存特征进行研究，有助于深入了解该地区磷循环的特点和影响因素，为消落带生态环境保护和治理提供理论和实践指导。
二、研究内容和方法（一）研究内容本研究将对三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素分布与赋存特征进行研究，具体包括以下内容：1.磷素来源分析：通过调查采样和分析，确定三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素来源，分析其主要含量和组成。
2.磷素分布特征研究：对三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素的垂向和水平分布进行研究，分析其空间分布特征和变化规律，并探讨其影响因素。
3.磷素赋存形态分析：对三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素赋存形态进行研究，了解其分子组成和赋存状态，分析其对磷素的迁移和转化过程的影响。
（二）研究方法本研究将采用以下方法进行：1.野外采样和室内实验：通过实地调查和采样，获取三峡库区消落带土壤及沉积物样品，进行室内实验分析。
2.物理化学分析方法：采用光谱分析、元素分析、荧光分析等物理化学分析方法，分析土壤及沉积物中磷素的含量、组成和赋存形态。
3.统计分析方法：采用SPSS等统计分析软件对实验数据进行处理和分析，探讨其空间分布特征和影响因素。
三、预期成果和研究价值（一）预期成果本研究将获得以下成果：1.确定三峡库区消落带土壤及沉积物中磷素来源，分析其主要含量和组成。
模拟暴雨条件下农田磷素迁移特征
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(1): 45-52. E-mail: jlakes@©2009 by Journal of Lake Sciences模拟暴雨条件下农田磷素迁移特征*庹刚1,2, 李恒鹏1**, 金洋3, 李燕1(1: 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 南京210008)(2: 中国科学院研究生院, 北京100049)(3: 上海市苏州河环境综合整治领导小组办公室, 上海200011)摘要: 开展三次重复人工暴雨试验, 研究太湖流域平原河网区农田磷素在暴雨径流过程中的迁移输出特征. 结果表明, 地表径流是暴雨径流过程农田磷素迁移的主要途径, 地表径流水相和侵蚀相磷素迁移量分别占总磷输出量的58.50%和34.69%; 随壤中水流输移的磷素仅占总磷输出量的6.81%. 磷素迁移以颗粒态为主, 约占总磷输出量的60.73%, 溶解态磷素以无机磷酸盐输出为主, 溶解态磷素更易于在土壤中运动. 地表径流与壤中流磷素输出特征对比分析显示, 土壤对磷素具有较强的滤减作用, 尤其对总颗粒态附着磷浓度的消减效果明显, 可达80%以上. 尽管暴雨径流过程中磷素迁移以地表径流为主, 然而在降雨丰富的太湖地区, 一般降雨条件下壤中流是产流的主要形式, 同时壤中流溶解态磷流失占有较大的比例, 对区域水环境恶化具有重要贡献, 因此加强壤中流溶解态磷素输移和控制研究具有重要意义.关键词: 模拟暴雨; 磷素迁移; 地表径流; 壤中流; 太湖流域Characteristics of phosphorus transfer in farmland under artificial rainfall conditionsTUO Gang1,2, LI Hengpeng1, JIN Yang3 & LI Yan1(1: Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, P.R.China)(2: Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P.R.China)(3: Shanghai Suzhou Creek Rehabilitation Office of the Leading Group, Shanghai 200011, P.R.China)Abstract:River network plain in Taihu Basin was selected as an experiment place, and triple duplication experiments had been carried out under artificial rainfall conditions to study the characteristics of phosphorus transfer from runoff of farmland. The results indicated that surface runoff was the main way of phosphorus losing from the agricultural field during artificial rainfall. The amount of losing phosphorus caused by surface flow and soil erosion of total phosphorus output accounted for 58.50% and 34.69% respectively, while that by interflow of total phosphorus output was only 6.81%. Particulate phosphorus was the primary pattern of phosphorus transfer which accounted for 60.73% of the total phosphorus losing. Inorganic phosphate was the primary pattern of dissolved phosphorus transfer. Compared with the particulate phosphorus, dissolved phosphorus can move more easily in the soil. Analysis of the characteristics of phosphorus transfer in surface runoff and interflow showed that soil could reduce the concentration of phosphorus when flows passed through it, in particular have obvious effect on reducing the concentration of TPP, up more than 80%. In addition, despite surface runoff was the primary way of phosphorus transfer in rainstorm-runoff process, in such a basin as Taihu, which has abundant rainfall, interflow is the main pattern at normal rainfall conditions, dissolved phosphorus transfer from interflow account for a large percentage of phosphorus loss, which has an important contribution to water environmental degradation of the region. Therefore it is of great significance to strengthen the research of dissolved phosphorus transfer for environment conservation.Keywords:Artificial rainfall; phosphorus transfer; surface runoff; interflow; Taihu Basin* 中国科学院知识创新工程重大项目课题(KZCX1-YW-08-01)和国家自然科学基金项目(40871238)联合资助. 2008-07-17收稿; 2008-09-27收修改稿. 庹刚, 男, 1980年生, 硕士研究生; E-mail: gtuo@.**通讯作者; E-mail: hpli@.J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(1) 46磷素过量输入是水体富营养化的直接原因之一[1]. 农业生产中, 大量磷肥的施用改变了土壤磷素的固有状态, 导致磷的流失[2], 成为流域非点源污染的重点控制目标. 磷素的产出和迁移过程与流域水文过程密切相关, 主要通过地表径流、壤中流两种途径进入地表和地下水体. 鉴于颗粒态磷和侵蚀物在磷素传输过程中的重要作用, 在流域研究及实际监测项目中, 以溶解态磷素传输为主的壤中流输移过程通常被忽视[3]. 一般认为土壤中磷素在壤中流中的传输比例不大, 地表径流和土壤侵蚀是磷素迁移的主要途径[4-6]. 长期以来, 国内外对磷素迁移传输及其污染控制研究多集中于地表径流过程[2]; 然而, 20世纪90年代以后, 许多试验研究发现壤中流对磷素迁移有重要作用[7], 如在英国洛桑试验站长期土壤肥料试验地(1843年开始), Heckrath和Brookes等对65cm下排水管中排出水分析发现, 水中磷素浓度很高, 占排水中总磷含量的66%-86%, 且以可溶的反应性无机磷(MRP)为主要成分[8]. 研究证实, 随壤中水流输入的磷素是导致湖泊和河流富营养化的重要营养物质来源之一[9-11], 特别是在地表水流处于低流动性的条件下, 壤中流在磷素输移过程中的重要性将增加[3]. 在农业高度集约化的太湖平原河网地区, 雨量丰富, 土壤含水量高, 壤中流在整个径流成分中占有较大的比重, 在本地区进行磷素产出研究, 有必要考虑壤中水流磷素的迁移过程. 本文通过人工暴雨试验, 从地表径流与壤中水流两个方面来探究农田磷素的产出迁移规律, 为太湖地区农田磷素流失的合理估算及有效控制提供科学依据.1 研究区与研究方法1.1 试验点自然条件试验区位于太湖北部平原河网区的鸿声镇(31°31′N, 120°30′E), 高程为4.3m, 距太湖岸线约11km, 地下水埋深65cm左右. 该区属亚热带北部湿润季风气候区, 年平均降水量1100-1200mm, 雨期(5-9月)降水占年降水的60%左右. 本区为稻麦轮作区, 其沟壑密布, 地表径流与壤中流流程较短, 水流能快速汇入沟渠并进入河湖水体. 试验选择太湖地区分布面积较广的黄泥土作为供试土壤[12], 整个土壤剖面均为壤质粘土,其基本理化性质见表1.表1 供试土壤理化性质Tab.1 Physical and Chemical properties of tested soil土层土层厚度(cm)土壤结构性质有机质(g/kg)容重(g/cm3)pH速效磷(g/kg)耕作层0-14 屑粒状结构, 空隙多, 有大量根系分布37.83 1.23 6.12 107.4犁底层 14-28 块状结构, 结构较为紧实 29.83 1.347.0012.67犁底层以下 28以下棱块状结构, 较为湿润, 有少量结核10.30 1.47 7.30 3.13 1.2 试验设计试验采用原状土模拟方法, 采样时间为小麦收割后水稻尚未种植期, 农田地表尚未蓄水. 试验土体为长1m×宽1m×高0.65m的单元土体(试验装置简图如图1所示), 取土样时先挖0.5m×0.5m×0.65m 的土体, 尽量保持土壤的原有结构, 4个土块拼入试验槽中, 用泥弥合槽壁和土块之间的缝隙, 并适当压紧, 试验槽数目为3个, 土块移入试验槽后, 在自然状态放置1个月使土体恢复自然特征. 分别在距试验槽表层土壤0-5cm、20cm及60cm处设置导流管和导流槽, 收集地表径流及不同土层的侧渗壤中流, 同时在试验槽底部每20cm2开一个孔径为2cm的孔, 以收集下渗的壤中流.人工模拟降雨试验采用中国科学院水土保持研究所研制的BX-1型野外便携式人工降雨器, 降雨高度为2.4m, 有效降雨面积为2m×5m, 降雨均匀系数在80%以上. 根据当地降雨历史资料中大暴雨的雨量水平, 设计试验雨强为1.5mm/min. 为缩短每次试验时间, 试验前将土体充分湿润但未产流, 人工降雨时长为80-100min/次. 记录初始产流时间, 根据产流的大小设定采样频率分别为: 地表径流6min/次、20cm处侧渗壤中流20min/次、60cm处侧渗壤中流产流极少, 和下渗流合并, 10min采样1次. 试验重复3次, 为减小试验随机误差, 取3次试验结果的平均值作为结果分析数据.庹刚等:模拟暴雨条件下农田磷素迁移特征47图1 试验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of the experiment1.3 水样分析与测试所采地表径流水样静置3h, 取上层清液测定地表径流水相磷素含量(包含溶解态磷和悬浮颗粒态磷), 同时收集水样沉积物, 用于测定径流侵蚀相磷素含量; 壤中流的侵蚀物极少, 仅测定水相磷素含量. 将径流水相样品分为两部分, 其一用于直接测定总磷(TP), 剩下部分经0.45µm滤膜过滤处理后用于溶解态磷(TDP: 又分为无机磷酸盐(PO4-P)和溶解性有机磷(DOP)测定. 测量方法为TP和TDP采用过硫酸钾氧化, 紫外分光光度法测定, TPP可用差减法算出; 地表径流侵蚀物相进行风干、称重后, 用凯氏法测定总磷含量, 并用中国标准中心提供的标样进行质量控制.2 结果与讨论农田磷素迁移主要以水流迁移作为动力, 通过地表径流与壤中水流两种传输方式实现的, 其具体作用方式主要有地表径流水相的迁移和侵蚀相搬运、壤中流淋溶迁移作用3种. 结合人工暴雨径流试验数据, 从磷素迁移过程来分析其产出规律.2.1 地表径流中磷素迁移特征农田表层磷素通过溶于水流和以颗粒附着态被水流携带而随地表径流运动, 即地表径流水相磷素迁移; 同时由于降水的溅蚀及地表径流的冲刷侵蚀作用, 表层土壤被剥蚀、搬运, 被侵蚀土壤中的磷素随地表径流搬运的侵蚀物(中粗颗粒态)而迁移, 即地表径流侵蚀物相磷素迁移.2.1.1 地表径流水相磷素迁移特征地表径流水相磷素以溶解态和颗粒态随水流迁移. 根据3次试验平均序列, 作人工暴雨地表径流及TP、TPP、TDP、DOP、PO4-P输出历时曲线, 如图2所示. 试验结果显示, 暴雨径流过程中, 降雨初期由于土壤尚未达到饱和, 降雨首先需要满足土壤蓄水, 入渗量大, 地表产流量较小, 随着土壤含水量达到饱和, 开始产生壤中流, 加上降雨对地表土壤的击实结皮作用, 水分下渗率降低并趋于饱和土壤的稳定下渗率, 因而, 地表径流的径流-时间曲线呈现出暴雨初期地表径流量逐渐增大, 随后逐渐趋于稳定的特征[13]; 而地表径流中磷素的迁移特征则与地表径流产出特征相异, 地表径流中总磷的输出浓度随着时间延续而减小, 并逐渐趋于稳定, 其原因在于径流早期, 土壤表层磷素相对富集, 随着径流的搬运, 表层土壤中磷素的含量降低, 随着径流与土壤的磷素的交换作用逐渐趋于平衡, 径流中磷素浓度逐渐稳定, 因而地表径流中磷素的流失特征表现出初期随时间增长, 地表径流量增加而磷素输出浓度反而降低, 以后二者的输出均渐趋平稳.J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(1) 48图2 地表径流水相磷素迁移特征Fig.2 The characteristics of phosphorus migration in surface flow从磷素输出形式上看, 颗粒态附着磷在地表径流水相磷素迁移量中占有绝对比重. 在磷素迁移过程中, 颗粒态磷素输出浓度占地表径流水相总磷输出浓度的比例基本稳定在92.5%-96.3%之间, 是该水相磷素输出的主导类型. 从各类型磷素输出趋势上看, 颗粒态附着磷在磷素输出过程中, 其浓度变化近乎与总磷同步; 而地表径流水相中溶解态磷的产出量一直较少, 并且其浓度变化在整个地表径流产出过程中均较为平稳, 其中无机磷酸盐为可溶态磷素输出的主要形态, 其输出浓度约为溶解态磷输出浓度的60%-80%. 试验显示, 在模拟暴雨径流过程中, 地表径流水相磷素输出以颗粒态附着磷为主, TP输出浓度为2.65mg/L, 其中TPP平均输出浓度为2.52mg/L, 占地表径流水相TP输出量的94.61%; 同时, 无机磷酸盐是可溶态磷素输出的主要形式.2.1.2 地表径流侵蚀物相磷素迁移特征地表径流侵蚀相磷素的迁移主要是在降雨溅蚀及地表径流冲蚀作用下, 表层土壤侵蚀颗粒物被水流搬运, 同时附着在这些侵蚀物上的磷素因此被迁移, 造成磷素的流失. 由图3不难发现, 磷素输出浓度曲线(TP)与地表径流侵蚀物(SS)产出浓度曲线几乎同比变化, SS和TP 的产出浓度分别从径流开始6min时的2.33g/L、2.92mg/L逐渐递减, 35min以后逐渐稳定, 稳定后SS和TP的平均输出浓度分别为1.37g/L和1.46mg/L, 只有在试验末期由于降雨的变化和径流的减小, 二者输出浓度同趋势下降, 产流开始84min以后SS和TP的平均浓度分别降至0.94g/L、1.05mg/L. 试验结果显示,伴随土壤侵蚀物迁移而流失的磷素与侵蚀输沙量之间的高度正向相关性; 同时侵蚀相磷素输出浓度在时间上表现出产出初期随时间增加而减小, 以后逐渐趋于稳定的总体特征, 其原因在于侵蚀相磷素输出与地表径流的产出同步, 产流前裸土表面存在着较多粒径较小的松散堆积物, 产流开始后, 这些松散颗粒成为地表径流携带泥沙的物源, 并随着时间的增加而这些堆积物因被流水搬运而减少, 同时由于降庹刚等:模拟暴雨条件下农田磷素迁移特征49雨的击实土壤表皮, 也造成土壤抗蚀性增强, 故地表径流搬运侵蚀物SS的量随时间变化而减小, 并逐渐趋于稳定. 地表径流侵蚀相磷素输出历来被认为是磷素迁移的关键途径之一, 在本实验暴雨径流过程中, 地表径流侵蚀相磷素的输出量仅次于地表径流颗粒态磷素输出量, 占据了总磷输出量的34.69%, 是农田磷素输出的第二大流失源. 结果表明加强水土流失防治对由磷素迁移而产生的非点源污染具有较好的控制作用.图3地表径流侵蚀物相磷素迁移特征Fig.3 The characteristics of phosphorus migration from soil erosion2.2 壤中流水相磷素迁移特征壤中水流在土壤体系内的运动十分复杂, 受土壤内部结构和组分分布的影响, 土层结构和土壤元素分布的不均匀性强烈影响着土壤中磷素的迁移转化特性[14]. 磷素在壤中的迁移形式多样, 主要以溶解态和胶体结合态两种形态随壤中水流而运动[15]. 分析试验土体壤中流流量及磷素输出特征曲线(图4)可知, 5-20cm及20-60cm土层, 其单位土层厚度壤中水流平均径流量分别为6.67ml/(min·cm)和5.70ml/(min·cm), 尽管5-20cm土层仅收集了该层的侧渗壤中流, 其单位土层厚度输出的径流平均量仍较20-60cm土层大, 说明结构相对疏松的上层土壤较结构致密的下层土壤更利于壤中水流的运动和输出; 同时, 由于磷素在壤中的迁移依赖于水流, 与壤中水流类似, 在暴雨径流过程中5-20cm土层与20-60cm土层平均磷素输出浓度分别为0.71mg/(L·cm)和0.51mg/(L·cm), 上层土壤的磷素输出浓度大于下层.从试验中各土层不同形态磷素迁移的特征上来看, 在5-20cm土层和20-60cm土层中, 溶解态磷素输出均以可溶性磷酸盐(PO4-P)为主, 占溶解态磷素输出量的65%-92%左右, 显示出土壤对溶解态有机磷(DOP)的吸持固定作用强于无机磷酸盐, 后者更易进入深层土壤. 此外, 试验结果显示, 上下两层土壤中磷素迁移均以颗粒态附着磷迁移为主, 且颗粒态磷素输出仍占较大的比例, 约为壤中流磷素输出浓度的70%以上, 这可能与试验土层受到扰动、内部存在裂隙有关, 使得颗粒态磷素沿孔隙随优势水流迁移, 今后需要加强原位试验的研究工作. 从壤中径流量与磷素产出关系可以看出, 尽管20-60cm土层中侧渗及下渗壤中流量高于5-20cm土层侧渗壤中流1倍以上, 然而其产出的磷素浓度却较其上层土层低, 浓度较上层土壤降低30%左右, 显然, 土壤内部结构对磷素的吸持滤减效应明显.2.3 地表径流与壤中流磷素迁移特征比较分析不同形态磷素在地表与壤中的迁移特征不同, 对比其在不同传输路径中的迁移差异, 有利于发现农田磷素迁移规律. 图5是地表径流与壤中流水相TP、TPP、TDP迁移特征图.2.3.1 地表径流与壤中流总磷输出特征对比分析分析地表径流与壤中流径流量及磷素输出特征关系(图5)可知, 在暴雨径流过程中, 地表径流在总径流中所占比重较大, 约为66.73%, 壤中水流约占总径流量的33.27%; 由于磷素迁移随水流而运动, 不同来源的总磷输出特征差异明显, 地表径流的总磷输出表现为初期较高, 以后逐渐降低并趋于稳定, 壤中流磷素输出浓度则一直相对稳定; 地表径流中总磷输出浓度较壤中J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(1) 50流高, 其平均浓度为2.65mg/L; 壤中5-20cm及20-60cm土层磷素平均输出浓度分别为0.71mg/L、0.51mg/L,图4 壤中流磷素产出特征Fig.4 The characteristics of phosphorus migration from interflow土层垂向磷素输出浓度依次递减, 分别降低了54.13%和28.70%, 显示出土壤对磷素吸附作用明显. 从磷素输出量来看, 地表径流是磷素输出的主要途径, 占总磷输出量的93.19%, 其中地表径流水相和侵蚀相磷素输出量分别占总磷输出量的58.50%和34.69%; 壤中磷素输出量相对较少, 5-20cm及20-60cm土层磷素输出量分别占磷素输出总量的2.56%、4.25%.2.3.2 地表径流与壤中流不同形态磷素迁移特征对比分析不同存在形态的磷素, 其理化性质的差异决定了其迁移规律各异. 在整个暴雨径流过程中, 91.13%的颗粒态磷素通过地表径流输移, 且其在地表径流与壤中流中的输移浓度变化明显, 颗粒态磷在地表径流及壤中流的平均输出浓度分别为2.52mg/L、0.50mg/L; 具体原因在于地表径流和壤中流的水动力条件差异较大, 地表径流流量大, 流速快, 具有较大的动能, 能够携带大量的颗粒态的磷, 而壤中流速缓慢, 特别是土壤对颗粒态磷素的吸持固定作用, 极大消减了颗粒态磷素的输出浓度, 降幅约为80.18%. 溶解态磷迁移与颗粒态磷迁移呈现出完全不同的特征, 地表径流、5-20cm土层、20-60cm土层输出的溶解态磷素的平均浓度依次为0.130mg/L、0.124mg/L、0.109mg/L, 溶解态磷素浓度在土层中的浓度变化并不显著, 显示出溶解态更易于在土壤中输移. 试验中, 通过地表径流与壤中流迁移的溶解态磷素占其总迁移量的比重分别为68.57%和31.43%; 尽管在暴雨径流过程中溶解态磷素迁移仍以地表径流为主, 然而在降水丰富、地下水埋深较浅的太湖河网地区, 产流模式以蓄满产流为主, 一般降雨条件下壤中流占有较大的比例, 溶解态磷素随壤中水流迁移现象更为普遍, 因此, 在该地区进行磷素迁移特征研究应该考虑磷素随壤中水流的迁移过程. 同时, 由于溶解态磷素更易于被水生生物所利用, 可能导致藻类过度生长等生态环境问题, 从这个意义上来讲, 研究壤中流中磷素的迁移机理, 对控制溶解态磷素的传播更具有现实意义.庹刚等:模拟暴雨条件下农田磷素迁移特征51图5 地表径流与壤中流水相TP、TPP、TDP迁移特征对比Fig.5 Comparison of Phosphorus migration from surface flow and interflow3 结论(1)暴雨径流过程中, 地表径流与壤中流中磷素迁移特征差异显著, 地表径流磷素输出浓度表现为降雨初期较高而后逐渐趋于稳定的特征; 壤中流磷素浓度在整个径流过程中保持相对稳定.(2)土壤对磷素的吸持滤减效应明显. 在暴雨径流过程中, 土壤对总磷的吸持固定作用能降低其浓度近70%, 尤其对颗粒态附着磷滤减作用显著, 降低其浓度比例达80.18%.(3)磷素输出形态分析表明, 磷素迁移以颗粒态为主, 约占总磷输出量的60.73%; 溶解态磷素迁移以无机磷酸盐为主, 无论在地表径流还是在壤中流中, PO4-P的输出浓度均占TDP输出的60%以上; 与颗粒态磷素相比, 溶解态磷素更易于在土壤中运动.(4)地表径流与壤中流磷素输出结果对比分析显示: 地表径流是暴雨径流过程农田磷素迁移的主要途径, 地表径流水相和侵蚀相磷素迁移量分别占总磷输出量的58.50%和34.69%, 随壤中水流输移的磷素仅占总磷输出量的6.81%. 尽管在暴雨径流过程中磷素迁移以地表径流为主, 然而在降水丰富的太湖地区, 一般降雨条件下, 壤中流是产流的主要形式, 因此壤中水流在磷素迁移中的作用不容忽视.4 参考文献[1] 张淑荣, 陈利顶, 傅伯杰等. 农业区非点源污染潜在危险性评价——以于桥水库流域磷流失为例. 第四纪研究, 2003,23(3): 262-269.[2] 李娜, 单保庆, 尹澄清等. 六叉河小流域农田土壤中磷下渗迁移过程研究. 农业环境科学学报, 2005, 24(6): 1132-1138.[3] Jennings E, Mills P, Jordan P et al. 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浅水湖泊沉积物磷释放的重要因子_铁和水动力_朱广伟
，如此低的采样频率和密度研究中的一些结果
也需要更多的观测结果来进一步验证。另外， 铁 < 锰 < 硫循环 研究主要集中在海洋沉积物和深水湖泊中，极少涉及浅水湖 泊。那么， 在氧化还原电位状况及变化明显不同于深水水体的 浅水湖泊当中， 沉积物 < 水界面的铁 < 锰 < 硫循环规律如何？ 铁 < 锰 < 硫循环与沉积物磷释放之间的关系如何？是一个值 得探讨的问题。
-9 A -6 , 。 成岩过程有重要影响 + -% 、
沉积物 < 上覆水界面附近的性质突变明显、 季节性变化多 样的铁、 锰、 硫化学界面及其循环过程必将对沉积物 < 上覆水 之间的磷交换产生重要影响。然而由于沉积物 < 水界面铁 < 锰 < 硫的循环规律研究工作开展时间短， 对于沉积物 < 水界面 铁 < 锰 < 硫等的循环与沉积物磷的释放 < 沉积之间的关系一 直没有得到研究。从目前的研究时间尺度上， 目前对于铁 < 锰 没有更短时间尺度 < 硫循环的变化主要考虑的是季节性变化， 上的循环研究， 如风浪等水动力周期中的环境效应研究。铁 < 锰 < 硫循环中氧化还原反应的速度很快， 短时间尺度上的铁 < 锰 < 硫循环规律研究可能对理解沉积物磷释放以及富营养化 的发生机制、 湖泊藻类暴发机制等具有更重要的参考价值。由 于实验条件和费用等方面的限制， 目前关于湖泊沉积物 < 水界 一年进行 面铁 < 锰 < 硫循环的观测主要是湖中一两个观测点、 一两次观测。由于沉积物在空间分布上的差异性很大， 氧化还 原变化较大
的内源释放机制和湖泊富营养化治理提供参考。 关键词： 磷；内源负荷；湖泊；沉积物；富营养化 中图分类号： ./!+ 文献标识码： 0 文章编号： ,&)! * !"+# % !""# ’ "& * ")&! * "#
《降雨淋滤下废弃尾矿土重金属释放迁移规律及剪切特性的相关性研究》
《降雨淋滤下废弃尾矿土重金属释放迁移规律及剪切特性的相关性研究》一、引言废弃尾矿土的妥善处理与环境恢复问题已受到国际的广泛关注。
尤其是在受到自然力如降雨的淋滤作用影响下，废弃尾矿土中重金属元素的释放与迁移，成为研究重点。
本文致力于探索降雨淋滤作用下废弃尾矿土的重金属释放迁移规律，以及这一过程中与土体剪切特性的相关性研究。
这一研究对于评估环境污染风险，预测土体力学行为以及采取合理的治理措施具有重要的科学和实践意义。
二、研究背景与意义随着工业化的快速发展，尾矿土的堆积和处置问题日益突出。
其中，重金属的迁移和扩散对环境造成的潜在风险不容忽视。
特别是在雨水淋滤作用下，重金属可能从尾矿土中释放并迁移至地下水和地表水，对环境和生态系统产生危害。
因此，对废弃尾矿土在降雨淋滤作用下的重金属释放迁移规律进行深入研究，并分析其与剪切特性的相关性，对环境风险管理、尾矿治理及环境保护工作具有深远意义。
三、研究方法与实验设计本研究采用室内模拟实验与现场监测相结合的方法。
首先，我们设计了一套模拟降雨淋滤的实验装置，通过控制降雨强度、时间等参数，模拟不同条件下的尾矿土淋滤过程。
同时，在现场选取具有代表性的尾矿土进行长期监测。
在实验过程中，我们重点关注尾矿土中重金属的释放量、迁移路径和速度等参数，并利用相关仪器设备进行测量和分析。
此外，我们还对尾矿土的剪切特性进行测试，以分析其与重金属释放迁移的相关性。
四、实验结果与分析（一）重金属释放迁移规律实验结果显示，在降雨淋滤作用下，尾矿土中的重金属元素会逐渐释放并发生迁移。
其中，重金属的释放量与降雨强度、时间等因素密切相关。
具体来说，随着降雨强度的增加和时间的延长，尾矿土中重金属的释放量也会增加。
此外，我们发现不同的重金属元素在迁移过程中表现出不同的速度和路径，这与尾矿土的物理化学性质、环境条件等因素有关。
（二）剪切特性分析在实验过程中，我们测定了尾矿土在不同条件下的剪切特性。
结果表明，尾矿土的剪切强度随着降雨淋滤过程的进行而发生变化。
降雨条件下农田土壤中磷的迁移规律
②２ ． ５ ０ ｃ ｍ×２ ０ ｅ ｍ× ２ ０ ｃ ｍ的铁质支撑架一个 。
③模拟降雨装 置。
２ ０ １ ３年 ６月
降雨条件下农 田土壤 中磷 的迁移规律
１ ４ ９
６ ０ ｃ ｍ
７ ０ ｅ ａ ｒ ８ ０ ｃ ｍ
ｌ ９ ０ ６ ． ９
ｌ ９ ｏ ５ ． ２ １ ８ ９ ９ ． ４
比例很低。一般土壤有效磷含 量与 土壤全 磷量 成一定
的相关性 ， 总磷含量愈 多 ， 有效磷 也增多 ｊ 。
影响磷素流失的 因素有 很多 ， 如 土壤性 质 、 磷肥施 用量、 施 用 方式 、 施用时间、 降雨 量 、 植 被 类 型 等。乌 伦 等 通过 人工 降雨模 拟 实验 ， 同 时监测 天 然降雨 径
的土壤 Ｐ 含量 随着降雨次数 的增加 的而 减少 。［ 结 论］选择科学 合理 的磷 肥施用 量 ， 同时 控制农 田土壤水 的排 出。
关键词 ： 土壤 磷元素 降雨 迁移规律 流过程得 出规 律 ： 磷输 出速 率基 本上 随 降雨 径流 过程 呈递减变化 ， 其 中水溶 态磷 与 总磷 比较其 递 减变 化 幅 度小 ， 输 出浓度呈非线性分 布 ， 而 总磷输 出浓度 递减规 律呈抛物线 型。单 宝庆 等采用 人 工降雨 的方法 ， 以
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１ ９ ０ ０
第 一 次 降雨 后Ｐ 含 量 第二次降雨后Ｐ 含量 第三 次降 雨 后Ｐ 含 量 Ｐ 含 量背 景值
１ ８ ０ ０
０
１ ０ ２ ０ ３ ０ ４ ０ ５ ０ ６ ０ ７ ０ ８ ０ ９ ０
土 壤深度 （ ｃ ｍ ） 图２土 壤 中Ｐ 含量 变化
模拟降雨条件下施肥方法对坡面磷素流失的影响
Ｓ５ ．， ５ １ 文 献标 识码 １７４ Ｘ ０
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Ｅｆｅ ｔ ｏｓ ｆ ｃｓ ｏｆ ｐｈ ｐｈｏ ｕ ｐｐｌｃ ｉ ｍ ｅ ｈｏ ｓ ｏ ｒｓａ ｉａｔｏｎ ｔ ｄ ｎ ｐｈ ｐｈｏ ｕ ｌｓ ｓｏ ｎｇ ｌ ｎｄ ｎｄｅ ｓｍ ｕｌ ｅ ｓ ｏ ｒ ｓ ｏｓ ｏｎ ｌｐｉ ａ ｕ ｒ ｉ ａｔｄ ｒ ｎｆ ｌ． ＬＩ ａｉ ａ １
ｃ ｎｔｏｌ ｓ ｉｓｇｎｉｉａ ． Ａｃ ｏ ｄｉ Ｏ ｔ ｅ ｃ ｉ ｆＰ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｈｅ ｔ ｅ ａ ｌｃ ｔｏｎ ｍ ｅ ｈ ｓ ｗａ ｏ ｒ ｗａ ｎ ｉ ｆｃ ｎｔ ｃ ｒ ｎｇ ｔ ｈｅ ｒ ｄｕ ｔｏｎ ｏ ｌｓ ｈｅ ｏ ｄ ｒｏｆｔ ｈｒ ｅ Ｐ ｐｐ ｉａ ｉ ｔ ｏ ｓ ｄ
Ｙｕ ｕ ｎ ＨＡ Ｍｉｇ ａ （ ｔ ｔ Ｋｅ ａ ｏ ａ ｏｙ ｏ ｏ ｒ ｓ ｎ口 ｔ ｙ ａｄ ａ ｍｉｇ ０１ ｈ ｏｓ Ｐ ａｅ ｎ ｙ ａ ，Ｓ ０ ｎ ’ｎ Ｓ ａｅ ｙＬ ｂ ｒ ｔｒ ｆＳ ｉ Ｅ ｏｉ ，ｌ ｌ ｏ ｅ Ｄｒ ｌ ， Ｆ ｒ ｎ ７ ｔｅＬ ｅ ｌ ｌ ． ｓ ａ ｂ ｓｉ ｔ Ｓ ｉ ａ Ｗａ ｅ ｏ ｓｒ ａ ｉｎ ｉｅ Ａｃｄ ｍｙｏ Ｓ ｉ ｚ ｓ ｎ ｌｎ １ １ ０ ． ｔ ｔｅ ｏ ｏ ｌ ７ ｔｕ ｆ ｔ Ｃ ｎｅ ｖ ｔ ， ｒ ｏ ｎｓ ａ ｅ ｆ ｃ ｖ ｅ， ｅ ｅｃ ｇｉｇ ７ ２ ０ ） 一 Ｊ． ｐ ． Ａｐ １
维普资讯
应 用 生 态 学 报 ２０ ０ ２年 ｌ １月 第 １ ３卷 第 １ １期
降雨坡面土壤养分流失影响因素研究综述
径流和侵蚀产沙的增量随雨强的增大而增大。
３ 地 表植 被对 土壤 养分流 失 的影 响
土壤 的质地 、 结构状况 、 隙度 、 孔 水分和温度状况 等直接影响土壤的氧化还原性和通气状况 ， 从而影响 土壤水分运行规律 以及土壤 中养分 的转化速率和存 在 状态 。 目 ， 前 有关土壤性质对坡地养分流失 的研究主要 集中在土壤颗粒组成方面。 黄丽等的研究结果表明泥
李鹏等［ ９ １ 采用野外模拟 冲刷试验 ， 对不 同处理条 件下草类植被坡面径流 的水力学特性 和侵蚀产沙规 律进行研究 。 结果表明 ： 在相同的试验条件下 ， 植被覆 盖度越高 ， 植被越完整 ， 表径流运动所遇到的阻力 地 也就越大 ， 阻滞 和拦蓄径流的能力也越强 ， 其 因而表 现出了坡面 的径流量 随着植被完整程度 的增加而增 加， 径流流速减缓 ， 径流含沙降低的趋势 。张兴 昌等 通过野外径流小区对 １ 种植被覆盖对土壤侵蚀和氮 ７
以上过程中 ，土壤养分 中的可溶性养分向雨水 中释 放， 吸附于土壤颗粒 中的养分也同时进行扩散 ， 结合
在 土 粒 表 面 中 的养 分 随不 同粒 径 的溅蚀 而 分 离 于 土
过一定限度时 ， 其侵蚀量与坡度成反 比， 明存在坡 说 度临界值 ， 称为 “ 侵蚀转折坡度值”许 多学者认为是 ，
降雨不仅是造成水土流失的驱动力 ， 也是造成坡 面土壤养分流失的主要因素 。降雨条件下 ， 土壤养分 的运移包含两个过程 ： 土壤内部的可溶性物质随人渗 的水分沿垂直方 向迁移 和土壤人渗养分随地表径流 迁移。土壤表层养分随径流迁移 的过程十分复杂 ， 其 影响因素很多 ， 主要有降雨 强 、 降雨历时 、 面坡度 、 地 土壤特性 、 地表植被等。
三峡库区泥沙对水体磷影响的模拟研究的开题报告
三峡库区泥沙对水体磷影响的模拟研究的开题报告一、选题背景三峡水库是中国最大的水利枢纽工程之一，是全国重要的洪水调节、发电和水运枢纽。
然而，由于库区流域的农业生产和工业发展，三峡库区的水质受到了不同程度的污染。
其中，磷污染是影响水体质量的重要因素之一。
磷是生物生长必需的元素之一，但是过量的磷会导致富营养化和水体藻类的过量生长，进一步影响水体生态环境和人类健康。
因此，在三峡库区进行泥沙对水体磷影响的模拟研究，有助于深入了解三峡库区磷污染的特点、来源和迁移规律，为环境保护和治理提供科学依据。
二、研究目的本研究旨在利用数值模拟方法，分析三峡库区泥沙对水体磷的影响，探讨不同污染源、不同时间尺度和空间尺度下库区磷污染的变化规律和特点，为库区水体质量的保护和治理提供理论基础和技术支撑。
三、研究内容和方法1. 研究内容（1）分析三峡库区泥沙对水体磷的迁移规律和作用机制。
（2）建立三峡库区水体磷模型，模拟不同污染源、不同时间尺度和空间尺度下库区磷污染的变化规律。
（3）利用模型结果评价三峡库区水库的磷污染状况，并探讨相应的治理策略和对策。
2. 研究方法（1）采用数值模拟方法，构建三峡库区水体磷模型，分析泥沙对磷的影响。
（2）通过收集三峡库区水体磷的相关数据和资料，对模型进行参数校正和验证。
（3）利用模型对库区磷污染的来源、分布、变化和输移进行模拟，并对模拟结果进行分析和解释。
（4）针对模拟结果，提出相应的治理策略和对策。
四、研究意义（1）为了探讨库区磷污染特点、来源和迁移规律，为三峡库区水体治理提供科学依据和技术支撑。
（2）为磷污染治理提供深思熟虑的科学参考，并为库区污染治理提供理论基础和技术支撑。
（3）为生态文明建设提供支持，加强生态环境保护和建设，增加库区水源地的供水安全。
（4）为政府部门或决策者提供科学依据和技术支撑，为维护人民生命安全和社会和谐稳定的建设做出贡献。
五、预期成果和研究计划1. 预期成果（1）建立三峡库区水体磷模型，分析库区磷污染的来源、分布、变化和输移规律。
磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究_吕昌伟
磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究_吕昌伟磷是水体中存在的一种重要的营养元素，它在湖泊生态系统中起着关键的作用。
然而，过量的磷会导致湖泊富营养化，引发水华和缺氧等环境问题。
因此，研究磷在湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布对于理解磷循环和湖泊富营养化的机制具有重要意义。
磷在湖泊沉积物中的吸附特征受到多个因素的影响，包括沉积物的物理和化学性质、水体中的磷浓度和pH值等。
磷在沉积物上主要通过两种机制进行吸附：化学吸附和物理吸附。
化学吸附是指磷通过离子交换和表面配位等作用与沉积物表面形成化学键，而物理吸附则是指磷以物理吸附的方式附着在沉积物表面上。
这两种吸附机制都与沉积物的特性密切相关。
磷在湖泊沉积物上的形态再分布是指磷在沉积物垂直剖面上的分布情况。
研究表明，磷在沉积物中的分布主要受到沉积速率和沉积物中有机质含量的影响。
较快的沉积速率会导致磷在沉积物表层积累，而较高的有机质含量则会促进磷的吸附和积累。
此外，湖泊富营养化也会加速磷的形态再分布，使得磷向沉积物中更深的层次迁移。
针对磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布，研究者进行了一系列的实验和调查。
例如，通过采集不同类型湖泊的沉积物样品，利用批次吸附实验和同步辐射X射线荧光光谱等技术，研究人员发现，湖泊沉积物中的有机质含量与磷的吸附能力密切相关。
有机质含量较高的沉积物具有较强的磷吸附能力，容易积累较高的磷含量。
此外，研究还发现，湖泊富营养化会导致磷在沉积物中的迁移和再分布，使得磷向沉积物更深的层次迁移。
综上所述，磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究对于理解磷循环和湖泊富营养化的机制具有重要意义。
这些研究结果不仅可以为湖泊富营养化的防治提供科学依据，还可以为湖泊生态系统的恢复和管理提供参考。
黄河沉积物-水体磷交换行为及通量研究的开题报告
黄河沉积物-水体磷交换行为及通量研究的开题报告一、研究背景黄河是中国第二长河流，被誉为中华民族的母亲河。
河流污染问题一直是当前研究的热点领域之一，其中磷污染是最为突出的问题之一。
磷是一种重要的生命要素，在水体中的存在对于生态系统的发展至关重要。
而在大量点源和非点源的磷污染的影响下，水体中的磷浓度越来越高，不仅会对水生态系统造成极大的危害，还会对水产养殖等经济活动产生不良的影响。
因此，研究黄河沉积物-水体磷交换行为及通量对于解决黄河磷污染问题具有重要的现实意义。
二、研究目的本研究主要目的是通过针对黄河沉积物和水体磷交换行为及通量的研究，探索磷在河流中的迁移途径和影响因素，揭示磷的污染来源及其影响机制，为黄河的生态保护提供参考依据。
三、研究内容（1）研究黄河沉积物-水体磷交换过程：通过实验模拟的方式，研究黄河沉积物与水体中磷的交换行为，了解不同条件下的交换速率、容量和影响因素等。
（2）研究黄河磷的来源及贡献：通过对不同来源的样品进行分析，研究其磷的组成和来源，以及对黄河磷污染水平的贡献。
（3）研究黄河磷通量的时空分布和影响因素：通过对黄河不同河段的磷浓度的监测和物质通量的计算，研究其时空分布规律及其受到的环境因素的影响。
四、研究方法本研究将采用实验室模拟、野外采样和化学分析等方法，具体包括：（1）采集黄河不同河段的水和底泥样品，在实验室中模拟交换过程，通过改变温度、pH值等条件，探索沉积物-水体磷交换行为的规律。
（2）对采样的不同来源样品进行磷组分分析，研究其组成和来源，以及对黄河磷污染水平的贡献。
（3）在黄河不同河段进行野外监测，测定磷浓度和物质通量，分析其时空分布规律及其受到的环境因素的影响。
五、研究意义本研究可以进一步探究黄河磷污染的来源和影响机制，为黄河水资源的保护和治理提供科学依据，有助于提高人们对于磷污染的认识和防范意识，推动我国生态文明建设的进程。
平原圩区磷素流失过程模拟
平原圩区磷素流失过程模拟黄佳聪;高俊峰【摘要】圩区是太湖流域平原区的主要地理单元,其磷素流失是造成平原区水污染的重要原因之一,定量模拟圩区磷素流失过程是非点源磷污染控制的重要环节.以太湖流域的典型圩区——尖圩为研究对象,根据物质守恒原理构建圩区磷素流失过程模型,模型考虑了圩区自然降雨、人工灌溉、洪涝排水、地面渗漏、作物需水、水面蒸发、沟渠磷素拦截等过程,充分体现了圩区系统磷素流失特征;通过已有研究案例、实地监测与野外调研相结合的方法确定模型参数;模拟结果表明:(1)与太湖流域平原非圩区相比,圩区的年度磷素流失量较低(-0.17 ～0.54 kg/(hm2·a)),并且年度差异显著;(2)人工灌溉与自然降雨是圩区磷素输入的主要渠道,其磷素输入量分别为0.27 ～0.69、1.05～1.19 kg/(hm2·a);水体下渗和洪涝排水是圩区磷素的输出途径,其磷素输出量分别为1.04～1.06、0.65～0.93 kg/(hm2·a).【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2015(027)002【总页数】11页(P216-226)【关键词】磷素流失;圩区;模拟;太湖流域【作者】黄佳聪;高俊峰【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所,中国科学院流域地理学重点实验室,南京210008;中国科学院南京地理与湖泊研究所,中国科学院流域地理学重点实验室,南京210008【正文语种】中文圩区是长江中下游广泛存在的一种地理单元，占太湖流域平原区面积的50%以上，其建设初衷主要是抵御洪涝灾害[1]，随着社会经济的发展，环境问题的日益突出，圩区作为太湖流域广大农村主要的单元，其非点源污染问题成为流域污染控制的重要方面[2-3]，其中磷素作为太湖富营养化的重要限制性因子[4]，受到众多研究者的关注.国内外学者在平原区开展了系列磷素流失监测[5-7]、磷素流失模拟[8-12]等方面的研究，分析了平原区农田磷素流失与环境因子之间的相互作用机制，构建了平原区磷素流失模拟的非点源污染模型，估算了磷素流失通量，为平原圩区的磷素流失模拟积累了宝贵的数据、参数与方法.平原圩区通过节制闸或泵站实现圩区与外围河网的水量交换，与非圩区单元相比，平原圩区的磷素流失过程受到显著的人工干扰，影响因素众多，机理过程复杂，目前结合圩区水循环规律开展圩区磷素流失模拟的研究案例不多.本研究根据实际调研圩区的农田灌溉与洪涝排水规律，结合大量太湖流域平原区的研究案例，构建了日尺度的平原圩区磷素流失过程模型，估算了圩区磷素月流失量，分析了圩区磷素流失对环境因子的响应机制，对识别圩区磷素污染控制的关键环节、制定磷素削减优化方案、控制磷素污染具有重要实践意义.1.1 污水处理厂处理尾水研究区——尖圩(图1)位于溧阳市西北部(31°29′2″～31°29′13″N，119°25′17″～119°25′37″E)，面积约为106000m2，年降雨量为1168mm(基于2003-2012年溧阳气象资料统计)；圩区海拔较低，地势平坦，田地成块，农田多为水田、旱地，分别占圩区总面积的50.1%、21.7%；圩内沟渠、坑塘众多，占圩区总面积的9.0%，排水沟呈网状分布，且水力梯度低；圩区四周均为河道，暴雨期间，圩外河道水位通常高于圩内水位，圩内水体通过圩区北部的排涝泵站排出；圩内有一自然村(尖圩村)，人口约为100人，住宅用地面积占圩区总面积的19.2%，无工业污染源，该圩区是太湖流域平原区的典型农村圩区.圩区磷素流失模型以尖圩为研究区，收集的数据包括土地利用、气象、水质数据(表1).1) 土地利用数据通过2010年12月31日的Spot卫星影像，采用监督分类解译获取.2) 气象数据来自国家气象中心的溧阳站(站点编号：58345)，该气象站与尖圩的水平距离仅为8.5km，其气象数据能够代表尖圩的气象条件，收集的数据包括2009-2013年的逐日数据，包括7个气象指标：日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均相对湿度、日照时数、日平均风速、日降水量.3) 水质数据为不同水体的总磷浓度，来源包括野外采样分析与参考文献.圩外河道的总磷浓度通过采集农田灌溉时段(2013年6-9月)的水样获取；雨水、圩区坑塘、不同土地利用类型(水稻田、旱地与居民区)降雨径流的总磷浓度通过采集降雨事件(2013年8月24日)的水样获取，该降雨事件持续2.5h(16：30-19：00)，累计降雨量为38mm，采用钼酸铵分光光度法测定样品总磷浓度；考虑不同土地利用类型降雨径流的总磷浓度影响因素众多，为更好表征降雨径流的总磷浓度，收集了太湖流域平原圩区多个研究区不同土地利用类型的磷素流失数据；具体水质数据见表2.圩区磷素流失模型以水量平衡为基础，考虑了圩区内部水分与磷素迁移的相关过程(图2)，模型包含4个状态变量，即水域蓄水量、水田蓄水量、旱地蓄水量、坑塘总磷浓度，模拟时间步长(ΔT)为1天，模拟时长为4年(2009年10月1日-2013年9月30日)，不同模块的计算方法阐述如下.3.1 水域水量平衡尖圩的水域包括坑塘与沟渠；强降雨过程中，居民区与农田的径流通过沟渠汇入坑塘；缺水季节，圩区通过泵站从外围河道抽水到沟渠，并输送到农田与坑塘.水域水量的影响要素包括：降雨、水田汇流、居民区汇流、旱地汇流、灌溉抽水、水面蒸发、水域渗漏、洪涝排水，计算公式如下：式中，为T时刻水域的蓄水量(mm)，初始值为1000mm；ΔT为模型时间步长；为自然条件下水域蓄水量的变化速率(mm/d)；分别为单位时间灌溉、排涝引起的水域蓄水量变幅(mm/d)；PrT为日降水量(mm/d)；分别为单位时间居民区、水田、旱地的径流深度(mm/d)；SPond、SDry、SPaddy、STown分别为水域、旱地、水田与居民区的面积(m2)；为水域蒸发速率(mm/d)；HPondInf为水域水体的渗漏强度(mm/d).3.2 居民区水量平衡居民区水量平衡的影响要素包括降雨径流、地表填洼、地面渗漏；单位时间内，居民区的输出水量采用径流深度)表示，其计算公式如下：式中，CTown为居民区的径流系数；模型基于该系数，将降雨量(PrT)折算成径流深度；地表填洼主要发生在降雨初期，当累计降雨量)达到最大地表填洼量(HTownFill)后，才能产生径流；为居民区的地面渗漏强度(mm/d)；地面渗漏发生在降雨期间，在无降雨期间，折算为居民区对水域水体的少量消耗.3.3 水田与旱地水量平衡水田水量平衡的影响要素包括自然降雨、人工灌溉、作物需水、渗漏、降雨径流，计算公式如下：式中，为T时刻水田的蓄水量(mm)，其初始值为120mm；为自然条件下水田的蓄水量变化速率(mm/d)；水田的作物需水量，mm/d)，采用彭曼公式(式6)计算[16-17]，式中，为水田作物的需水系数；水田渗漏发生在土壤含水饱和时段，在土壤含水未饱和的条件下，水田的渗漏强度)为0，式中，HPaddySat为水田土壤的饱和含水量(mm)；为单位时间人工灌溉引起的水田蓄水量变幅(mm/d)；人工灌溉发生在稻季，当水田蓄水量小于水田适宜蓄水量下限)时，稻田通过坑塘取水灌溉(式8)[11]；为单位时间水田的径流深度(mm/d)；当水田蓄水量大于水田的最大蓄水量)时，产生径流(式9).旱地的水量平衡模式与水田相似，主要区别在于没有发生灌溉过程，计算公式如下：式中，为T时刻旱地的蓄水量(mm)，其初始值为100mm；为自然条件下旱地的蓄水量变化速率(mm/d)；为单位时间旱地的径流深度(mm/d)；为旱地的水体渗漏强度(mm/d)；为旱地的作物需水量(mm/d)；为旱地的作物需水系数；HDrySat为水田土壤的饱和含水量(mm)；为旱地的最大蓄水量(mm).3.4 灌溉抽水与洪涝排水圩区灌溉抽水与洪涝排水通过4个水位控制(图3)，即启动与关闭灌溉泵站的水域蓄水量)、启动与关闭排涝泵站的水域蓄水量).水田缺水时段，水田从坑塘取水灌溉，造成坑塘水面持续下降，当水域蓄水量小于时，启动灌溉泵站(式15)，水域蓄水量到达时，关闭灌溉泵站，圩区的灌溉水量)采用式16计算；强降雨期间，农田与居民区的大量径流汇入坑塘，造成坑塘水面迅速上升，当水域蓄水量到达时，启动排涝泵站，水域蓄水量下降到时，关闭排涝泵站(式17).3.5 磷素平衡圩区系统磷素的输入途径主要包括人工灌溉与自然降雨，输出渠道主要包括排涝泵站排水与水体渗漏，圩区磷素流失总量，kg)的计算见式18，式中，分别为圩外河道、雨水的总磷浓度为地面渗漏导致的磷素流失量(kg)，包括圩区不同土地利用类型(水域、居民区、水田、旱地)地面渗漏而导致的磷素流失量(式19)；排涝泵站位于坑塘与外围河道的相连区域(图1)，因此T时刻圩区排出水体的总磷浓度为水域的总磷浓度)，其初始值为0.2mg/L；水域总磷浓度的主要影响因素包括自然降雨、人工灌溉、居民区与农田径流(式20)，式中，分别为居民区、水田、旱地径流汇入坑塘时的总磷浓度(mg/L)；沟渠对居民区与农田径流的磷素有一定的拦截效应，采用拦截系数方法计算(式21～23)[18]，式中，分别为居民区、水田、旱地径流的总磷浓度分别为沟渠对居民区、水田与旱地径流的磷素拦截系数.3.6 模型参数本研究构建的圩区磷素流失模型包括27个参数，各参数取值与来源详见表3，其中5个参数(水域蒸发速率、水田与旱地作物需水系数、圩外河道总磷浓度、水田适宜蓄水量下限与上限)考虑了年内的差异(图4).参数取值通过3种方法获取：实地调研、野外监测、太湖流域平原区的已有研究成果.水域蒸发速率采用毛锐在太湖流域平原区的研究结果[19]；沟渠对居民区与农田径流中磷素的拦截系数采用王岩等在宜兴平原区农田沟渠的实验结果[20]，该研究的农田沟渠系统与尖圩沟渠系统的沟渠长度与气象条件极其接近；启动与关闭灌溉泵站的水域蓄水量、启动与关闭排涝泵站的水域蓄水量通过尖圩的实地调研获取，能够反映尖圩的实际灌溉与排水情况；水体(包括农田与居民区径流、圩外河道、降雨)总磷浓度的影响因素很多，为了更好反映不同时间的农田径流磷素流失差异，本研究采用尖圩的实地监测，结合太湖流域平原区的大量监测数据[13-15]，采用上述研究案例不同水体总磷浓度的均值，共有46次降雨事件；圩外河道总磷浓度采用了2013年度的7次总磷监测结果，用于代表历年5-10月份的总磷变化过程，其它月份由于没有洪涝排水，无需输入这一参数.其余参数主要参考程文辉等[11]在太湖流域平原区的研究结果.尖圩水域水体是洪涝排水的出水口，其总磷浓度对圩区系统磷素输出有重要影响，而圩区磷素流失量是导致区域水体污染的直接原因；基于构建的圩区磷素流失模型可模拟尖圩水域水体总磷浓度变化(式19)与磷素流失量(式18)，模拟结果详述如下.4.1 尖圩水域水体总磷浓度变化过程模拟结果表明，尖圩水域水体总磷浓度存在剧烈的变化(图5)，在夏季期间，水域的总磷浓度受人工灌溉与强降雨影响较大.人工灌溉对水域水体总磷浓度的影响主要通过大量抽水与水域水体混合，造成水域水体在短时间内大幅度波动.在降雨过程中，由于雨水的总磷浓度较低，圩区水域水体总磷含量得到稀释，与之相反，居民区的总磷含量较高，径流汇入水域中，造成水体总磷浓度升高.此外，在严重干旱期间(如：2011年4月8日-6月9日)，水域蓄水量由于大量蒸发，持续减少，也会造成水体总磷浓度的大幅增加(图5).水体总磷浓度也存在显著的年度差异，由于圩区水域的水深通常较浅，蓄水总量有限，总磷浓度容易受到外界干扰，年度气象、灌溉与排涝方案的差异极易造成水域水体总磷浓度的大幅波动.4.2 圩区磷素流失量根据模型模拟结果，尖圩的年均磷素流失量为-0.17～0.54kg/(hm2·a)，这一磷素负荷显著低于太湖流域平原区的磷素负荷(4.5～10.5kg/(hm2·a))[22-23]，甚至存在磷素输入量大于输出量的年份，磷素流失量为负值，充分反映了圩区对磷素的拦截效应；其中人工灌溉与自然降雨是磷素输入的主要途径，人工灌溉的磷素输入量为0.27～0.69kg/(hm2·a)，自然降雨的磷素输入量为1.05～1.19kg/(hm2·a)；水体下渗与洪涝排水是磷素输出的主要途径，水体下渗的磷素输出量为1.04～1.06kg/(hm2·a)，洪涝排水的磷素输出量为0.65～0.93kg/(hm2·a).尖圩磷素流失量的年度差异较大(图6)，以2010-2012年为例，尖圩年磷素流失量分别为0.73、5.79、-1.83kg，即0.07、0.54、-0.17kg/(hm2·a).本研究构建的模型考虑了灌溉、降雨过程而导致的磷素输入，体现了圩区对其周围河道水体营养盐的吸附能力，因此磷素流失量的估算结果远低于孙金华等对常州雪堰镇圩区磷素流失的估算结果(16.5kg/(hm2·a))[24].尖圩吸收外界磷素主要集中在历年夏季，其中灌溉是引起夏季磷素输入的重要渠道(图7)，春、秋、冬3季主要为磷素输出(图6).同时，圩区磷素流失与降雨量、降雨分布均有密切关系，以2010年6-8月为例，2010年6月与8月，降雨量较少，而这一时间稻田需水量大，圩区通过人工灌溉吸收大量磷素；与此相反，2010年7月降雨充足(降雨量为277.3mm)，圩区通过农田灌溉输入磷素较少(图7)，同时有两场暴雨级别降雨(降雨量分别为92.5和85.3mm)，造成农田的大量磷素流失，而2011年7月、2012年7月、2013年7月，暴雨级别的降雨事件较少，因此圩区磷素月流失量均为负值，即圩区的磷素输入量大于输出量.综上所述，与非圩区集水单元相比[25]，圩区系统对磷素具有显著的拦截效应，主要有3种途径：(1) 夏季期间，水田需水量大，需要从圩外河道大量取水，而目前太湖流域平原区磷素污染严重，圩外河道磷素浓度较高，因此圩区通过灌溉吸收了外界大量磷素，这一途径是圩区吸收外界磷素的最重要渠道(图6、7)；(2) 与非圩区区域相比，圩区水面率普遍较高，在降雨期间，水面区域能够接纳雨水中的大量磷素；(3) 圩区内部沟渠广泛分布，对农田与居民区径流的磷素有一定的去除作用.4.3 模型可靠性与不确定性本研究构建了圩区磷素流失过程模型，模型的结构与参数选择是合理的，具体阐述如下：模型结构方面，基于圩区实地调研，模型描述了人工控制的灌溉抽水与洪涝排水过程，充分体现了圩区水文过程的独特性；同时参考了已有研究的相关模块：作物需水估算、农田与居民区径流估算、沟渠磷素拦截效应，而上述模块在平原区已有大量的应用[11，17]，计算方法是可靠的.因此，模型结构能够较好地表征圩区水量平衡与磷素流失过程.模型参数方面，圩区磷素流失过程模型涉及大量参数，这些参数通过3种途径获取：(1) 圩区实地调研资料：圩区灌溉与排涝过程受人工干预显著，与非圩区地区的差异较大，目前可借鉴的圩区磷素流失过程参数不多，采用实地调研的方法能够有效反映圩区的实际情况；(2) 时间系列监测数据：圩区河道水体总磷浓度受到上游来水影响，时间上可能存在显著变化，采用时间系列的监测数据能够体现参数的时间变化过程；(3) 太湖流域平原区的已有研究成果：目前已有大量研究集中于太湖流域平原区磷素流失，估算了磷素流失过程的相关参数[2，5，11，18]，上述案例的研究区与尖圩在地理位置、气象条件、农田耕作制度等方面都极其相似，这些参数已应用于相关的模拟研究，并得到不同程度的验证，具有较高的可靠性，对本研究的平原圩区磷素流失过程模型有重要参考价值.目前模型尚存在多方面不足，有待于做以下几方面改进：(1) 基于长时间系列的监测数据校正模型参数，并验证模型；本研究构建的圩区磷素流失过程模型涉及过程与参数较多，参数校正与模型验证需要长期监测数据的支持，而目前针对平原圩区非点源污染的监测有限，监测数据仍难以有效支持参数校正与模型验证，后期需要基于监测数据进一步优化模型参数，并分析模型的可靠性与不确定性；(2) 考虑模型参数的时间与空间异质性；本研究仅考虑了6个参数的时间异质性(表3)，而事实上模型参数可能存在不同程度的时间与空间上的差异，因此需要通过深入研究圩区系统的机理过程，进一步校正模型参数；(3) 考虑施肥对磷素流失过程的影响；本研究尚未考虑农田径流总磷浓度的动态变化过程，而农田径流总磷浓度在施肥后存在显著的波动现象，可能造成磷素流失总量的估算误差；(4) 考虑工业点源对磷素流失的影响；尖圩是典型的农村圩区，没有工业污染源，因此模型应用于包含工业污染源的圩区时，需要进一步描述工业点源的磷素排放过程.本研究开发了针对圩区系统的磷素流失模型，模型考虑了圩区人工灌溉与洪涝排水等过程，充分体现了圩区磷素流失过程的规律，可应用于预测不同降雨、灌溉与排涝情景下的磷素流失过程，进而估算圩区系统的磷素流失通量.模拟结果表明，与太湖流域平原非圩区相比，圩区的年度磷素流失通量较低(-0.17～0.54kg/(hm2·a))，甚至存在磷素输入量大于输出量的年份，即磷素流失量为负值，表明圩区对磷素有一定的拦截效应；圩区磷素流失通量年度与年内均存在大幅度的波动，受降雨因子影响十分显著；农田灌溉、自然降雨是圩区磷素输入的主要渠道，其磷素输入量分别为0.27～0.69、1.05～1.19kg/(hm2·a)，而水体下渗和洪涝排水是圩区磷素输出的主要途径，其磷素输出量分别为1.04～1.06、0.65～0.93kg/(hm2·a).致谢：感谢尹洪斌副研究员提供样品分析支持，感谢黄蔚博士、黄琪博士、闫人华博士在野外监测、实验室样品分析给予的帮助，感谢国家气象中心提供建模气象数据，感谢审稿人为本文提出的宝贵修改意见.【相关文献】[1] 高俊峰，韩昌来.太湖地区的圩及其对洪涝的影响.湖泊科学，1999，11(2)：105-109.[2] 崔广柏，刘凌，姚琪.太湖流域富营养化控制机理研究.北京：中国水利水电出版社，2009.[3] 杨林章，冯彦房，施卫明等.我国农业面源污染治理技术研究进展.中国生态农业学报，2013，21(1)：96-101.[4] Stone R. 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人工模拟降雨条件下紫色土坡地生物可利用磷的输出
中国环境科学
２０ ， （） ４ － ４ ０ ８２ ６：５ ２ ５ ７ ８
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人工模 拟降 雨条件下紫色土坡地生物 可利用磷 的输 出
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川 成都 ６ ０ ４ ；２上海 交通大学环境科 学与工程学 院， １０ １ ． 上海 ２ ０ ４ ；３北京师 范大学地理学与遥 感科学院， 京 ０２０ ． 北
模拟降雨条件下生物可利用磷在地表径流中的流失和预测
模拟降雨条件下生物可利用磷在地表径流中的流失和预测晏维金;章申;吴淑安;蔡强国;唐以剑【期刊名称】《环境化学》【年(卷),期】1999(18)6【摘要】本文通过模拟降雨径流实验,运用两种生物可利用磷（BAP）的化学浸提方法,在1.2mm·min^（-1）的大暴雨条件下,研究在施肥和未施肥两种情况下,BAP的径流流失方式和过程,并建立模型进行BAP的预测,结果表明,运用两种BAP的化学浸提方法测定的结果差异性不显著（p=0.05）,并具有1:1的线性相关关系;BAP的流失通过溶解态磷（DP）和颗粒态生物可利用磷（BPP）两种形态方式,随着降雨径流时间的延长,累积的BAP量呈对数式增加,径流流失的BAP量约占总磷量的25—30%;施肥能增加DP和BAP的流失量;通过模拟实验建立了BAP的预测模型: BAP=DP+BPP [DP]=（0.035×P_O×SL×t^（-0.2）×W^（0.5））/V [BPP]=1.19BPP_（soil）×SL并检验了BAP的预测结果无显著差异（p=0.05）。
【总页数】10页(P497-506)【关键词】生物可利用磷;模拟降雨;预测方程;径流流失【作者】晏维金;章申;吴淑安;蔡强国;唐以剑【作者单位】中国科学院地理研究所【正文语种】中文【中图分类】X52;X592【相关文献】1.人工模拟降雨条件下紫色土坡地生物可利用磷的输出 [J], 高扬;朱波;汪涛;缪驰远;唐家良;周培2.北京官厅水库流域农田地表径流生物可利用磷流失规律 [J], 黄满湘;周成虎;章申;张秀梅3.亚喀斯特林地野外模拟降雨条件下地表径流特征 [J], 罗雅雪;张思琪;颜红;岳彩雯;韦小茶;周秋文4.非饱和地表径流-渗流和流固体耦合条件下降雨入渗对路堤边坡稳定性研究 [J], 刘俊新;刘育田;胡启军5.模拟降雨条件下农田裸地氮素随地表径流流失特征 [J], 王冉;童菊秀;李佳韵;杨瑞;李璧君;无因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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文章编号:025322468(2000)20320332206 中图分类号:X144 文献标识码:A模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理晏维金,章申,唐以剑 (中国科学院地理研究所环境质量室,北京 100101)摘要:通过模拟降雨径流实验,在72mm/h 的大暴雨条件下,研究侵蚀性颗粒从土壤中的径流流失过程及其对磷的富集作用和机理.结果表明,沉积物中不同粒径团聚体的组成和原来土壤中的组成有很大差异.径流流失的沉积物主要以0125mm 以下的团聚体为主.径流中80%以上的磷以颗粒态形式流失,而颗粒态磷的60%—90%随011mm 以下的团聚体流失.不同粒径团聚体对磷的富集作用和富集系数不同.模拟实验建立了沉积物富集系数与其累积流失量之间相关关系的经验模型:ln(ER )=1115—0122ln[SL ],来预测颗粒态磷的流失.关键词:磷;颗粒态磷;富集系数;沉积物;团聚体;地表径流Sediment enrichment mechanisms of phosphorus under simulated rain 2fall conditionsY AN Weijin ,ZHAN G Shen ,TAN G Y ijian (Institute ofG eography ,CAS ,Beijing 100101)Abstract :The study on mechanisms of soil aggregates detachment by rainfall and loss by runoff was conducted to seek explanation for the enrichment of PP in eroded sediment and original soil (Meadow Drab S oil )in a rainfall simulation experiment with a constant rainfall rate of 72mm h -1.The results showed that the aggregate size distribution of the eroded sediment was drastically different to that of the original soil.More than 80%of total P transported by runoff was in the particulate form ,whereas 60%—90%of PP lost with finer aggregates smaller than 011mm.The study demonstrated that both the PP enrichment mechanism and enrichment ratio (ER )are different for different aggregate sizes.The ER for both larger aggregates (>011mm )and finer aggregates (<01045mm )is higher than that of intermediate one (011—01045mm ).The enrichment mechanism of larger aggregates is due to the higher pro 2portion of organic matter ,while the higher content of clay in finer sediment is responsible for that of finer aggregates.A simple en 2richment equation is proposed to predict the loss of PP :ln ER =1115—0122ln[soil loss].K eyw ords :sediment ,phosphorus (P );particulate phosphorus (PP );aggregate ;enrichment ratio (ER );runoff收稿日期:1999202203;修订日期:1999210211基金项目:国家自然科学基金(批准号49801019);国家“九五”重大基金项目(批准号39790100)资助项目作者简介:晏维金(1965—),男,副研究员(博士后)在农业生产上,磷肥的投入是实现粮食增长的最有效措施之一.然而施入土壤中的磷肥,除少量被植物生长吸收外(约30%)[1],大量的磷肥在土壤中积累并随降雨径流由陆地向水生生态系统迁移,这不仅造成农业生产的损失,还加速受纳水体富营养化[2,3].磷随地表径流的流失从形态上分为颗粒态和溶解态两部分,颗粒态磷的流失主要是通过沉积物对磷的吸附作用而进行的.与土壤相比,沉积物有较高的含磷量,表明沉积物对磷有富集作用[4,5],这种富集作用,一方面决定于土壤中有机质对磷的吸附作用[6,7];另一方面决定于粘土的吸附作用[4],这二者都与土壤中的团聚体组成有关.从农田土壤中流失的沉积物由不同粒径的团聚体组成[8],而沉积物中团聚体的粒径组成与土壤类型[9],降雨径流过程[10]和土壤表面条件[11]有关,从而影响对磷的富集作用.此外,施肥对磷在土壤团聚体中的分布和富集作用影响很大[12].沉积物对磷的富集作用可用富集系数(Enrichment Ratio ,ER )表示,ER =[沉积物含磷第20卷第3期2000年5月环 境 科 学 学 报ACTA SCIEN TIA E CIRCUMSTAN TIA EVol.20,No.3May ,2000量]/[土壤含磷量].对于特定的土壤来说,富集系数与沉积物的累积流失量有关[13],其方程为:ln ER =a +b ln[SL ],式中,ER :富集系数;SL :土壤累积流失量,a 和b 为常数.本文通过模拟降雨径流实验,研究沉积物对磷的富集机理和颗粒态磷的流失过程.1 实验部分111 装置室内模拟降雨在中国科学院地理所坡地实验室进行.模拟试验装置系统主要包括4部分,即供水系统、人工模拟降雨机、土壤试验槽和采样装置.下喷式模拟降雨机是从加拿大引进,采用美国SPRACO 锥形喷头,由一套4175m 高的单独直立竖管,90cm 长的延伸管,连接在延伸管末端的喷嘴向下,可在相对较低的降落高度下模拟出天然降雨.模拟实验槽3个作为平行实验槽,每个槽长2m ,宽015m ,高013m ,槽两壁及顶端加50cm 塑料挡板,防止降雨溅出,槽的另一端安装V 型量水堰,并由塑料管连接入带刻度的塑料捅,收集并测量地表径流水样.112 实验材料实验土壤取自北京农业大学科学园试验田,为草甸褐土,在华北地区有一定的代表性.采土壤表层30cm ,每10cm 分为一层,用麻袋分装,编号.供试土壤的理化性质列于表1.土壤经过自然风干,过4mm 筛,按照野外田间土壤密度,将土壤分层装入模拟实验槽,土层厚20cm ,用滴灌法将土壤湿润,3天后测定土壤含水量.表1 供试土壤的主要理化性质Table 1 Physical and chemical properties of selected soil土层深度,cm 总磷,%有机质,%阳离子代换量,(cmol/kg )砂粒3,%粉粒3,%粘粒3,%容重,(g/cm 3)0—2001155310315717295112171811120—30011411181143225919112 3砂粒:>0105mm ,粉粒:0105—01002mm ,粘粒:<01002mm113 实验步骤实验于1998年1月7日上午在地理所坡地实验室进行,坡度以4度为例,雨强采用72mm/h ,降雨历时44min.当产流发生时,记录时间,并用容器按照每3min 收集径流水样,测定径流量和累积径流量,同时采集1000mL 水样测定总磷、溶解态磷,分析方法见文献[14].由于沉积物量小,因此每9min 作为一个时段(第一时段为6min )收集地表径流水样,各时段水样分别用一组金属筛进行湿筛,金属筛的孔径分别为:>1,015—1,0125—015,011—0125,01045—011,<01045mm ,各粒径的沉积物收集后经过自然风干,称重,记录不同粒径的重量,并计算各时段沉积物的量,并测定含磷量.降雨实验开始前,分别取槽中土壤,用上述孔径的一组金属筛对土壤进行干筛,测定土壤中不同粒径团聚体的组成和其相应的含磷量,分析方法见文献[15].2 结果与讨论211 地表径流量和沉积物流失量本实验按雨强72mm/h 的大暴雨设计,其它水土条件接近田间实际情况.降雨后2min 30s 左右开始产流.图1表明地表径流量和沉积物浓度在不同径流时段的变化,随着降雨时间的3333期晏维金等:模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理延续,径流量逐渐增加.在降雨的30min左右,径流量达到稳定状态.与径流量相反,沉积物浓图1 模拟降雨条件下,径流量和沉积物浓度随时间的变化Fig.1 Changes of sediment concentration and runoff volume with time undersimulated rainfall conditions 度在降雨径流开始的6—10min时间内含量最高,随着降雨径流的进行,沉积物浓度逐渐下降,累积沉积物的流失量为01068mg/(m2・h).212 供试土壤团聚体组成及含磷量供试土壤的团聚体分布及相对应的含磷量列于表2,表明在干筛法情况下大于1mm及015—110mm的团聚体构成了土壤中团聚体的主要组成.随着团聚体粒径的下降,其所占比例也下降.各粒径团聚体含磷量随粒径不同而变化,土壤的平均含磷量为1161mg/g.一般情况下,不同粒径的团聚体含磷量与它们的粘土含量密切相关[16],本次实验土壤的粘土含量(1718%)较低(表1),对磷的吸附量也较低.表2 实验土壤中不同团聚体大小组成及含磷量 Table2 Dry2sieved aggregate size composition and mean P con2centration in aggregate fractions for the selected soil团聚体粒径3,mm各团聚体粒径所占比例33,%各团聚体粒径含磷量333,mg/g原土1001011611—448121159015—1231311510125—01512191167011—0125916117801045—0114171160<010*********标准差151701123用干筛法测定;33在P=0105和P=0101水平上均有显著差异;333在P=0105水平上无差异,但在P=0101水平上有显著差异。