农业流域降雨径流过程典型除草剂及其转化产物迁移特征与机理研究:以白马河流域为例

Most of herbicides and their transformation products (TPs) in field are transported into water bodies through overland flow ,subsurface flow and so on,which can lead to contamination of aquatic environment.TPs are more mobile and persistent than their parent compounds,which also have risk to environment.Now more and more detection lists of pesticides to water bodies are expanded to their TPs.The project is to research on transportation of atrazine,acetochlor and their main TPs in Baimahe catchment.The object of the research is to improve the understanding to characteristics and mechanism of herbicide transport at field and catchment scales.Runoff plot experiments are adopted in middle ,large scales field and watershed scale.Observation,sampling and monitoring are completed by automatic instruments continuously.The approach we chose are a combination of field experiment,catchment monitoring and modeling simulation, the impact factor of topography, climate and soil to herbicide loss will be analyzed through above methods.Dynamics of herbicides and TPs loss into surface water is modeled by SWAT model.And monitoring data are performed to validate the spatial model predictions.The experiment and simulation results on transpotation of herbicides and their TPs in multi-scales can provide scientific proof to pesticide management and pollution control in Baimahe catchment.

农田施用的农药及其转化产物大多随降雨径流、壤中流等形式进入水体，对水环境造成潜在威胁。相对于亲体化合物，农药转化产物更具移动性和持久性，对水体同样具有环境风险,越来越多的水环境农药监测范围开始扩展至转化产物。本研究拟以典型除草剂阿特拉津、乙草胺和各自主要转化产物为目标污染物，以典型农业流域南四湖入湖子流域白马河流域为研究区，开展农田径流小区、大区、集水区和流域尺度的降雨径流流失研究。通过对径流区、集水区出口地表径流和浅层地下水连续监测和采样分析，结合流域尺度地表径流全年监测分析，揭示多尺度下目标污染物迁移的路径、机理、通量及时空变化特征，分析地形、气候和土壤性质对流失过程的影响；结合流域气候地形等环境空间数据、属性数据与实验数据，运用SWAT模型模拟流域目标污染物流失的时空变化，并采用流域污染监测数据验证模拟的准确性。多尺度农药流失分析与水文模型模拟相结合，为流域农药污染治理提供科学依据。

农药在施用过程中除小部分对作物产生作用之外，大部分会残留在土壤或漂浮于大气中，而另外一部分则通过降雨、灌溉和淋溶等途径进入水体环境。本项目野外调查、径流小区和模型模拟等方法研究了典型除草剂及代谢产物在流域中的流失和迁移。野外调查表明，除草剂及其代谢产物在地表水中的空间分布与流域的降雨、地形、水文特征、沿岸土地利用情况有关。丰水期除草剂及其代谢产物的检出率和浓度普遍高于枯水期。河水中总除草剂浓度在上、中、下游分别为 3.22, 3.99和1.31μg/L，处于丘陵地区的上游和中游地区的浓度超过处于平原的下游地区。河岸为旱地的采样点水中浓度较高，而河岸为农村居民点的采样点水中浓度较低。径流小区的研究表明，坡度和降雨强度是除草剂流失的主要影响因素。Atrazine与其代谢产物DEA、DIA的输出具有极强的相关性，说明河道中母体污染物Atrazine大多转化成代谢产物，而且，代谢产物的输出量普遍高于Atrazine的输出量。就流域整体而言, 阿特拉津及其代谢产物的输出与流域径流量、河道长度、农用地分布等有关.。除草剂输出量是随着产水量的增加而增加;输出量与产沙量呈负相关,尤其与DEA和DIA具有很强的负相关性，输出量与河道长度呈负相关。从时间上来看，阿特拉津及其代谢产物的输出以7-8月份为主，输出量占全年的69%以上。7月份之前降水少，径流输出量低，各农药输出值极低，7月份出现输出量的峰值，之后输出量开始波动降低。从空间上来看，Atrazine的输出量以东部上游地区和中部地区为主，流域出口处的Atrazine输出量居中.DEA和DIA的输出量的空间分布相似，以下游流域出口处和中部地区为主。针对流域农药污染及迁移的控制,我们可以从以下方面着手：严禁毁坏河道，河道越长，农药输出路径越长，有利于促进农药的降解；农药的施用要注意天气的变化，避免施用农药后遭遇强降水天气，加速农药的径流迁移；农业种植过程中尽量提高施用效率，减少农药的施用。本项目的研究可以为流域农药污染迁移和治理提供理论支持。