中高纬地区农田壤中流氮磷污染物输移机理研究

农田壤中流在农田非点源污染迁移中的重要作用日益受到重视，然而对于具有稳定水流补给条件的我国中高纬地区农田系统，壤中流氮磷污染物输移机理及其对农田非点源污染控制的相关研究显著不足。本项目拟选择位于我国中高纬典型农业区的三江平原859农场为案例区，研究中高纬农田壤中流发生、运移机制，追踪在这种机制下氮磷非点源污染物的迁移转化过程。采用原位监测和模型模拟相结合的方法甄别各阶段微环境的环境驱动因子，分析各微环境下壤中流产流特点及其对氮磷的输移机理。在实验分析的基础上改进现有模型的壤中流模块，使其更好地模拟我国中高纬地区农田壤中流与非点源污染物的动态规律，进一步研究冻融条件下壤中流对氮磷的输移机理。本项目的实施将为完善中高纬地区农业非点源污染的理论研究和控制技术提供科学依据和实践经验。

本研究选取中高纬农区主要农田利用类型——水田和旱田为研究重点，基于长期原位试验分析壤中流的时空分布特征及其对氮磷的迁移作用，探讨白浆层土壤对壤中流分布的影响；分析水田和旱田氮磷污染物流失潜能差异；在此基础上，探讨田间水文特征及作物水分响应；基于非作物生长冻融期的连续监测，分析水田和旱田的冻融特征和水分运移机制。得到以下主要结论：.（1）壤中流在水田和旱田不同深度的分布研究发现：壤中流垂向分布在60cm深处有明显分界层。水田60cm深度壤中流采集速率最高；60cm深度土壤含水量从7月开始高于浅层；旱田6月3日仅在60cm深度采集到土壤水。白浆土不透水层对水分垂向分布有影响。4月水田90cm深度含水量最大值和田间土体水储量的增加与冻土融化有关。.（2）壤中流中氮磷的运移研究表明水田壤中流无机氮含量占总氮比例低，硝氮是旱田氮的主要流失形态。不同形态氮磷在田面水中的浓度衰减表现出非线性相关性。水田氨氮和硝氮在土体的垂向迁移有差异，在60cm处尤为明显；2011年5月旱田60cm深度硝氮含量出现高值。白浆土不透水层对氮运移有一定影响。.（3）选取中高纬地区的典型小流域，在田间观测基础上对非点源污染输出特征分析，考虑由温度变化造成的非点源污染的释放。研究表明：从时间上来看，研究区内非点源污染除了与5-8月的夏汛降雨径流有关外，还与12-2月低温造成的融雪径流关系较大；从空间上来看，研究区内污染负荷较高的区域主要集中在耕地面积较大，人类活动比较集中的区域。当只考虑土地利用变化时，土壤侵蚀量、TN、TP年平均负荷分别增加了113%、106 %、136%；当只考虑土壤属性变化时，土壤侵蚀量、TN、TP年平均负荷同时减少了72 %左右；同时考虑两者的协同作用时，土壤侵蚀量、TN、TP年平均负荷分别下降了44 %、53 %、36 %，由此可以断定土壤属性变化对非点源污染的影响更显著，所以非点源污染总体呈下降态势。