上海水網(wǎng)地區(qū)平方公里尺度下農(nóng)田氮磷流失特征研究.pdf

1、農(nóng)田氮磷流失是水體富營養(yǎng)化的主要來源之一，而有效控制農(nóng)田氮磷流失的前提是闡明農(nóng)田氦磷流失過程和流失特征。農(nóng)田氮磷流失過程和特征既受降雨過程影響，又隨點(diǎn)位特征變化，不同地點(diǎn)農(nóng)田作物類型、種植制度、排灌水方式、土壤氮磷養(yǎng)分含量、施肥方式、施肥期、施肥量不同，會導(dǎo)致流失方式和特征的顯著變化。 本文為了了解上海水網(wǎng)地區(qū)平方公里尺度下農(nóng)田的氮磷流失規(guī)律，在基于已有點(diǎn)位特征研究的基礎(chǔ)上，在上海松江區(qū)和青浦區(qū)選擇了作物類型、施肥有較大差異的集

2、約化菜地和水旱輪作大田兩種典型農(nóng)田4個網(wǎng)格單元(每種類型各2個)作為試驗研究區(qū)，其中溝渠面積占農(nóng)田面積的比例范圍在2.5％-3.3％，平均為2.9％，河道占農(nóng)田面積的比例范圍為1.8％-13.6％。處于水土界面中的0-20cm耕層土壤的速效氮、0-5cm耕層土壤的速效磷以及溝渠、河道0-5cm表層底泥的速效氮磷養(yǎng)分易受灌溉、降雨、徑流等水文過程影響，而易于流失。固將網(wǎng)格單元內(nèi)土壤、底泥中易流失的礦質(zhì)氮、Olsen磷，以及已進(jìn)入地表水體(

3、田面水、溝渠水、河道水)的易流失的總氮磷養(yǎng)分之和定義為網(wǎng)格單元的氮磷儲存量。通過對集約化菜地和水旱輪作大田兩種主要利用類型農(nóng)田在汛期(2005年7月、2006年8月)和非汛期(2006年3月)耕層土壤、地表水、底泥樣品的采集和氮磷濃度分析，計算水存量和氮磷養(yǎng)分儲存量，得出如下主要結(jié)論： (1)當(dāng)?shù)囟嗄?1951-2006年)平均年降水量1128mm，汛期平均降水量702mm，汛期降水量占全年降水量62％。所監(jiān)測網(wǎng)格單元汛期存水量

4、大于非汛期，同一網(wǎng)格單元汛期存水量是非汛期的1.1-1.7倍。集約化菜地汛期與非汛期存水量差別不大，汛期存水量是非汛期的1.1倍。水旱輪作大田汛期存水量大于非汛期，前者是后者的1.7倍。其主要原因是汛期種植水稻，存在田面水，田面水存量平均占網(wǎng)格水總存量的24％。從網(wǎng)格單元水存量的分配來看，田面水、溝渠水、河道水、土壤水存水量占總存水量比例范圍分別為：0％-37.8％、0.3％-4.0％、6.6％-78.5％、20.6％-89.2％，土壤

5、水和河道水所占比例較大. (2)在對農(nóng)田溝渠水體流動性監(jiān)測結(jié)果表明：溝渠、河道水體流動性均較差，發(fā)生水體流動的頻率分別為6％、32％。溝渠水體流向以近農(nóng)田河道為主。而河道水體流向不定。 (3)農(nóng)田利用類型對氮素流失的影響遠(yuǎn)大于季節(jié)對其的影響。網(wǎng)格平方公里尺度上設(shè)施菜地單位面積氮存量顯著高于大田，設(shè)施菜地氮存量為13798kgN/km2，水旱輪作大田氮存量為3661kgN/km2，設(shè)施菜地是水旱輪作大田的3.8倍。集約化菜

6、地長期過量施用化肥和有機(jī)肥，土壤養(yǎng)分大量累積，其0-20cm耕層土壤礦質(zhì)氮養(yǎng)分的單位面積儲存量是水旱輪作大田的4.4倍。不同農(nóng)田利用類型溝渠底泥單位面積氮存量差異顯著，設(shè)施菜地氮存量為22.6kgN/km2，水旱輪作大田氮存量為9.6kgN/km2，設(shè)施菜地是大田的2.4倍。汛期單位面積氮存量高于非汛期，前者是后者的3.1倍。集約化菜地氮素流失風(fēng)險大于水旱輪作大田，汛期氮素流失風(fēng)險大于非汛期。 從網(wǎng)格單元氮素儲存量的分配來看，田

7、面水、溝渠水、河道水、0-20cm耕層土壤、溝渠底泥、河道底泥單位面積氮素儲存量占網(wǎng)格單元總儲存量比例范圍分別為：1.3％-4.9％、0.1％-4.0％、0.3％-14.1％、81.7％-99.5％、0.1％-0.9％、0.1％-3.3％，土壤中的氮儲存量在網(wǎng)格單元氮總儲存量占主體，平均所占比例約為90.7％。田面水與溝渠系統(tǒng)(溝渠水和溝渠底泥)氮存量占1.9％。河道系統(tǒng)(河道水和河道底泥)氮存量占7.4％。由于所測氮為速效態(tài)，容易進(jìn)入

8、水體，因此在面源污染控制方面應(yīng)加強(qiáng)源頭控制。 (4)單位面積磷素儲存量變化特征網(wǎng)格平方公里尺度上不同農(nóng)田利用類型單位面積氮存量差異顯著，設(shè)施菜地磷存量為1959kgp/km2，大田磷存量為989kgp/km2，設(shè)施菜地是大田的2倍，設(shè)施菜地磷素流失風(fēng)險大。不同農(nóng)田利用類型溝渠系統(tǒng)(包括溝渠水及其0-5cm底泥)單位面積磷存量差異顯著，設(shè)施菜地磷存量為29.8kgP/km2，大田磷存量為11.5kgp/km2，設(shè)施菜地是大田的2.

9、6倍。設(shè)施菜地0-5cm耕層土壤單位面積磷素儲存量是水旱輪作大田的1.9倍。露天菜地由于磷肥用量少，單位面積磷素儲存量較低。由設(shè)施菜地改為水田其當(dāng)季土壤、溝渠單位面積磷素儲存量仍較高。 季節(jié)對磷素儲存量的影響因農(nóng)田類型的不同而不同。設(shè)施菜地單位面積磷素儲存量汛期大于非汛期，汛期單位面積磷素儲存量平均是非汛期的1.9倍，設(shè)施菜地磷素流失風(fēng)險汛期大于非汛期；水旱輪作大田汛期、非汛期單位面積磷此素儲存量變化規(guī)律不明顯。 田面水

10、、溝渠水、河道水、0-5cm耕層土壤、溝渠底泥、河道底泥單位面積磷素儲存量占總儲存量比例范圍分別為：0.8％-3.7％、0.1％-0.3％、0.1％-6.5％、76.1％-98.3％、0.7％-2.0％、0.1％-6.5％，土壤中的磷素儲存量是網(wǎng)格單元磷儲存量的主體，平均所占比例為90.2％。田面水與溝渠系統(tǒng)(溝渠水和溝渠底泥)磷存量占2.4％。河道系統(tǒng)磷存量占7.4％。由于所測磷為速效態(tài)，容易進(jìn)入水體，應(yīng)采用農(nóng)田最佳養(yǎng)分管理措施，減少

11、農(nóng)田磷素的流失。 (5)從基于高分辨率影像提取農(nóng)田、水體信息結(jié)果來看，在分辨率融合方面，基于TheElhersFusion分辨率融合算法對快鳥影像進(jìn)行分辨率融合，融合效果最佳；高分辨率遙感影像在提取地物信息功能較強(qiáng)，不僅能較為容易區(qū)分集約化菜地和水田，而且還可以區(qū)分不同覆蓋度的植被，為大比例尺制圖提供了可能；利用快鳥影像在提取河道水體較為容易，而在提取溝渠及水體信息有一定的難度，其主要原因是由于溝渠寬度以及溝渠水面寬度在1-2個