太湖丘陵区典型小流域氮素污染定量源解析及其迁移转化过程研究

In view of the serious nitrogen pollution in Taihu Basin, a typical small watershed, which is located in the hilly region of Taihu Basin, will be chosen to study using techniques of quantitative source apportionment in this project. The field experiment, river hydrological and water quality monitoring, lake water sampling and laboratory analysis, remote sensing, GIS, isotope analysis, statistics analysis methods and numerical modeling are used to obtain the data of nitrogen sources, transport and transformation. In the typical slope area, runoff experiments are carried out to investigate the transport of nitrogen in surface runoff and subsurface flow to clarify the mechanism of nitrogen loss in the land of tea plantation, moso bamboo forest and secondary masson pines. Moreover, in consideration of the time lag of base flow source pollution, the contribution of nitrogen pollution in surface water and ground water will be analyzed using isotope analysis and statistical methods. Finally, the nitrogen sources are quantitatively evaluated and the transport and transformation of nitrogen are simulated. Accurate source estimation is a necessary goal of nitrogen monitoring efforts and the methods proposed here can provide essential information for effectively managing and controlling nitrogen pollution in the typical hilly region of Taihu Basin.

本项目针对太湖流域氮素污染严重的问题，从定量溯源的角度出发，选择太湖上游丘陵区典型小流域平桥河流域为研究对象，综合应用河流断面水文水质监测、原位径流小区试验、网格状和典型样地土样采集分析，运用遥感GIS技术、水化学和环境同位素技术、统计学方法、数值模拟等技术手段，依托流域点-线-面的水文生态综合观测系统，获取重点污染区域和典型坡地氮素迁移途径与通量的观测数据；探明典型坡地的茶园、毛竹林及次生马尾松林氮流失机理，构建不同降雨条件的典型坡地氮素随地表径流和壤中流运移模型；考虑流域地下水污染源的滞后期影响，定量分割地表水和地下水对河流氮素污染的贡献率；阐明流域氮素迁移转化规律，建立流域氮素污染定量溯源和解析的系统方法，绘制流域氮素迁移转化及运移轨迹，制定有针对性的氮素污染控制方法和规划，为太湖丘陵区氮素污染治理提供基于典型小流域的优化治理对策依据。

近年来，水体中氮磷等营养盐浓度逐渐升高引起的富营养化、脆弱环境的酸化以及饮用水质的恶化等污染严重威胁着饮用水安全，对环境和人体健康产生重大的负面影响，已成为全球面临的主要水环境问题之一。本项目以解决长江中下游典型小流域水质与集水域营养盐输出之间的定量关系这一难题为核心，从流域非点源污染输出-营养物质输移-水体水质的联系出发，选择多个典型小流域为研究对象，综合应用野外小区试验与定位观测、 河流断面水文水质监测、 水库水样采集与实验室分析、 遥感、GIS 技术及地学统计方法，依托典型土地利用类型的水文生态综合观测系统，获取典型土地利用类型氮磷迁移途径与通量的观测数据；建立流域土地利用类型与氮磷收支的定量关系，构建流域氮磷等营养盐水质评估模型，考虑不同降雨条件和施肥方式的影响，定量评估流域营养盐运移。研究结果表明：（1）枯水期和平水期水质以氮污染为主，丰水期水质以氮和磷污染为主；在丰水期，总氮、颗粒态氮、总磷和颗粒态磷污染负荷输出量较大；在平水期和枯水期，总氮、总磷污染负荷输出量相对较小，均以溶解态输出为主；空间尺度结果表明，单位面积氮磷污染负荷量均呈现上游往下游依次增加的特点，相比氮污染负荷量，磷污染负荷量流失较少；（2）在太湖丘陵区典型小流域—平桥河流域的年均总氮、总磷污染负荷输出量分别约为46190.52千克和1797.23千克，其中颗粒态氮、颗粒态磷分别占84.2%和81.2%；（3）多个流域水体中氮磷营养盐等污染负荷主要来源于农业施肥，同时也受生活污水和畜禽养殖的影响，可从源头和扩散途中（如优化施肥数量和时间、建立生态缓冲带等）进行防治控制。