1、不同降雨水平年條件下旱作玉米面源污染試驗摘要：為研究不同降雨水平年旱作玉米農業面源污染流失特征，選取遼河流域昌圖縣玉米地試驗田進行面源污染試驗，對比分析了其在2013 年豐水年和2014 年平水年的面源污染流失規律。結果表明，對所選試驗地點（坡度05，種植玉米），在前期降雨量比較少的條件下，中雨很難產生徑流污染，但是在前一場次降雨量較大時，中雨也會導致產流，形成面源污染流失。 2013 年玉米生長季 TN、TP 和 CODCr 的輸出系數分別為 546 kg/hm2 、057 kg/hm2 、2579 kg/hm2 ，而 2014 年的輸出系數分別 314 kg/hm2 、 027 kg/hm

2、2 、 1962kg/hm2 ，較 2013 年都有所增加，即豐水年產生的面源污染相對平水年較多。關鍵詞：降雨水平年；玉米地；降雨徑流；次降雨平均濃度（ EMCs）；非點源污染中圖分類號： X592 文獻標志碼： A 文章編號： 16721683（ 2016）02001506Abstract ：In order to study nonpoint source pollution of corn fieldunder different rainfall levels ，a series of field experiments were carried out in a corn field

3、 plot in the Liao River region ， and theloss rules of nonpoint source pollution of the corn field land under different rainfall levels between the wet year of 2013 and the normal year of 2014 were analyzed.The results showed that moderate rain events were difficult to form nonpoint source pollution

4、in the experiment plot with a slope of 05 when the antecedent rainfall amount was less ，but it would form nonpoint source pollution when the antecedent rainfall was large.The export coefficients of TN ， TP and CODCr were 546 kg/hm2 ， 057 kg/hm2 ， 2579 kg/hm2 in 201and in 2014 were 314 kg/hm2 ， 027 k

5、g/hm2 and 1962 kg/hm2 ， respectively ， which were higher than those of 2013.Key words：different rainfall levels ；corn field ；rainfallrunoff ；event mean concentrations （ EMCs）； nonpoint source pollution目前，非點源污染已成為世界范圍內地表水與地下水污染的主要來源，而農業污染是主要的非點源污染來源 1 。農業生產活動中的氮素和磷素等營養物、農藥以及其他有機或無機污染物，通過農田徑流形成水環境污染2

6、，而隨著化肥的施用量增大，農田徑流污染已經成為最為重要且分布最為廣泛的非點源污染3 。為了提高對非點源污染的認識，需要加強對不同降雨水平年條件下農田徑流污染的研究。目前對于農田徑流污染的研究方法很多，有的為獲得同步的徑流和污染物流出過程線，需要采取降雨 -產流 -產污同步觀測的野外試驗方法 45 ，但是這種方法在確定類型源小區時受到下墊面、流域出口等多種條件的限制；有的采用模擬降雨徑流試驗法 68 ，這種方法雖然能夠控制降雨強度和時間，但是試驗模擬結果與實際情況有一定的差別；有為估算面源污染的削減量， 采取野外實地調查與模擬實驗相結合的方法 910 ，但是這種方法在調查和試驗時難度較大。針對上

7、述研究存在的問題，本文采用徑流池試驗法進行研究。徑流池法是通過在試驗田出水口設立具有一定容積的徑流池，根據測量降雨過程中由出水口流入徑流池內的總徑流量和污染物的濃度來估算場次降雨過程中水稻田非點源污染流出負荷和輸出系數。該方法對場次降雨徑流污染估算結果具有較高的精度，通常適用于具有單一徑流出口的試驗小區。本文以遼河流域中游地區昌圖縣旱作玉米地作為研究對象，研究在不同降雨水平年條件下旱作玉米面源污染流失規律，以期為定量研究不同降雨情況下面源污染流失提供依據。1 研究區域概況綜合考慮農作物類型、監測與采樣的便捷性等條件，選擇昌圖縣寶力鎮寶源村 （ 4258 25N，120 4930 E）進行玉米地

8、天然降雨徑流試驗，該試驗點位于遼河一級支流招蘇臺河子流域內。昌圖縣位于遼寧鐵嶺市最北部，是全國著名的農業大縣和全國重點商品糧基地，盛產玉米、水稻、花生等作物。但是粗放型的農業生產方式對水環境造成了嚴重的污染，農業面源污染波及整個遼河流域中下游。研究區遼河位于中國東北地區南部，是中國東北地區南部的最大河流，也是中國七大江河之一。南瀕渤海與黃海，西南與內蒙內陸河和河北海灤河流域相鄰，北與松花江流域毗連。遼河流域大部分地區屬溫帶半濕潤半干旱的季風氣候。年降水量約為 350 1 000 mm ，年徑流量為 89 億 m 山地多于平原，從東南向西北遞減。流域年降水量的 65%集中于每年的 4-9 月。遼

9、河流域年平均氣溫約在 4 -9 間，全年氣溫 1 月份最低，平均在 -9 -18 之間， 7 月份溫度最高，平均在 21 -28 之間。全年氣候變化顯著，雨量適中，適宜農作物的生長。2 試驗與采樣方法本研究于 2013年5月 10日至 10月 9日和 2014年 4月 14 日至 10 月 8 日在昌圖縣寶力鎮寶源村選取具有代表性的玉米地作為試驗田，采用徑流池法對旱作玉米地徑流污染進行觀測。在試驗田內安裝自記雨量計進行降雨過程監測，自記雨量計安裝在試驗田內固定的架子上，器口保持水平，器口距離地面高度約為70 cm。每隔 10 min 記錄一次降雨，形成降雨量連續觀測資料。試驗區為六個10 m

10、5 m 長方形試驗小區，在試驗田出水口設立徑流池，容積為2 m1 m 1 m。徑流小區坡度約為 05 ，采用順坡種植的方式保證徑流能夠進入徑流池。為防止小區之間發生串水及側漏， 徑流小區之間用高 20 cm、寬 20 cm 的土埂隔開，田埂中間埋設 SBS防水卷材，卷材鋪設為地下 30 cm，地上 10 cm，在靠近徑流池 1 m 范圍內的田埂使用磚混結構。徑流池壁為雙磚水泥墻體，池底由混凝土澆筑，并做好防滲處理。具體的建設設計圖參見圖111 。每次降水產生徑流后，記錄各徑流池水面深度，并用清潔工具充分攪勻，采集并分裝水樣后送回實驗室進行分析測試。分析項目包括：總氮、總磷、CODCr。其中，總

11、氮濃度采用過硫酸鉀氧化、紫外分光光度法（ A）測定，總磷濃度采用鉬銻抗分光光度法（ A）測定， CODCr濃度采用重鉻酸鉀法（ A）測定 12 。3 結果對比分析3.1 降雨及產流特征分析將玉米生長季內的降雨總量與當地近幾年的年降水量進行比較，發現 2013 年屬于豐水年， 2014 年屬于平水年 13 。不同降雨水平年條件下玉米生長季內試驗田降雨特征見表1。根據24 h降雨量對將雨等級進行劃分14 ，在2013年玉米生長季期間大雨及暴雨主要分布在7 月和8 月，所有小雨、中雨均未產流，3 場暴雨全部產流，4 場大雨分別發生在6 月16 日、7月17 日、7月24 日、8月28 日，降雨量分別

12、為48mm ，345 mm，292 mm ，452 mm ，只有 7 月 17 日和 7 月 24日的兩場出現產流。FL） 根據已經記錄的產流時徑流池的水面深度，分別計算6塊小區的徑流量。為便于計算分析，徑流量采用6 塊小區的徑流量平均值，不同降雨水平年條件下試驗田生長季內降雨及產流情況見表2。對比 2013 年豐水年時玉米地的產流特征11 ， 2014 年玉米地生長季總降雨量相對較少，部分降雨場次也出現了產流， 但產流量相對較少。 其中 2013 年以及 2014年兩場大雨的前一場次降雨量（除暴雨外）都比較小，使得前期土壤含水量較低，需要較大的降雨量才能產流。2014 年三場中雨的前一場次降

13、雨量比較大，前期土壤含水量較高，不需要較高的降雨量也能產流，因此中雨也出現了產流。2013年8 月16 日比8 月12 日的平均降雨強度低，降雨量是前一場的24 倍，而徑流量卻為前一場的45 倍。通過對比分析，發現前一場降雨的前期干期天數比較長，前期土壤含水量較低，而后一場降雨的前期土壤含水量相對較高，說明前期干期天數對降雨產流產生明顯的影響。2014年 6月26 日和 8 月 12 日的降雨量相差不大，但是后一場次的平均降雨強度比前一場次大，說明降雨強度對徑流的產生也起到了一定的影響，可能局部產生了超滲產流的情況。2013 年產流場次降雨總量為3262 mm ，占當年玉米生長季降雨總量的57

14、%； 2014 年產流場次降雨總量為1093 mm ，占當年玉米生長季降雨總量的34%，對比以上數據，可以發現豐水年產流場次的降雨量在玉米生長季降雨總量占的比例較大，而平水年較小。降雨是徑流產生的先決條件，降雨的大小、強度往往決定了徑流的產生量和大小4 ，因此根據上述分析可以得出玉米生長季內豐水年的產流量較多。3.2 降雨徑流污染特征降雨徑流中污染物的濃度是隨著時間不斷變化的，通常用次降雨平均濃度（EMC）來表示一場降雨所產生徑流中的污染物濃度。次降雨平均濃度會受到土地利用、施肥量以及降雨特征因素的影響。對采集的水樣進行水質分析，計算6個徑流池的徑流加權平均濃度，即得到污染物的次降雨平均濃度，

15、見表3。由表 3 可見， 2013 豐水年 CODCr、總氮、總磷的的最低濃度分別為1004 mg/L、 153 mg/L 、022 mg/L ，而 2014 平水年 CODCr、總氮、總磷的的最低濃度分別為1667 mg/L 、416mg/L 、042mg/L ，均 CM（ 22高于 2013 年的最低濃度。對于 CODCr， 2014 年的 CM） 變化幅度是 2013 年的 28 倍；對于總氮， 2014 年的變化幅度是 2013 年的 21 倍；對于總磷， 2014 年的變化幅度是 2013 年的 3 倍。 2014 年 8 月 12 日玉米地徑流池中 CODCr、總氮、總磷的次降雨平

16、均濃度明顯高于其他產流場次，分別為 9065 mg/L 、1040 mg/L 和 132 mg/L ，這可能是因為最后一場產流的前期干期天數較長，在土壤中累積的可被沖刷的污染物相對較多，再加上降雨強度較大，導致大量泥沙流失，TN、 TP 和 CODCr濃度升高。根據不同降雨水平年的試驗結果，對整個玉米生長期內實驗區的 TN、TP 和 CODCr的輸出系數進行計算，計算公式為：E= DD（ni=1DD ）SX（ 10EMCi?ViSSX）JY（1）式中： E 為污染物的輸出系數（ kg/hm2?a ）；n 為試驗期間有徑流產生的降雨場次數； EMCi 為第 i 次降雨事件中的污染物次降雨平均質量

17、濃度（mg/L ）； Vi 為 i 次降雨事件徑流總量（ m3）；S 為試驗田面積（m2）。通過計算，可以得到2014 年玉米生長季的總氮、總磷和 CODCr的輸出系數見表4，可以發現豐水年TN、TP和 CODCr的輸出系數均大于平水年，即豐水年產生的面源污染多于平水年。國內旱地農田非點源輸出系數相關研究參見表47 。通過對比可知，本研究得到的結果在合理的范圍內。FL）不同降雨水平年條件下玉米地的氮、磷流失量在生長季總流失量所占的比例見表5。豐水年在暴雨時產生了大量的面源污染，受降雨的類型影響顯著，僅3 場暴雨流失的面源污染負荷就占到了整個生長季的90%以上。平水年大雨、中雨玉米產生的面源污染

18、是構成玉米生長季污染流失的主要部分。結合表 1、表 5 以及輸出系數的計算結果，發現豐水年降雨總量大，大雨和暴雨的場次多，對于旱地玉米來說，降雨總量、大雨和暴雨的場次，尤其是大雨和暴雨的場次是影響污染物輸出的重要因子。通過以上對比分析可以看出，豐水年產生的面源污染較多，平水年產生的面源污染相對較少。面源污染的流失量受到降雨特征、產流場次的總降雨量當年玉米生長季總降雨量的比例、產流時降雨類型的分布情況等多種因素的影響，豐水年受產流時降雨的類型影響更為明顯。4 結論通過對比分析在2014 年豐水年和2013 年平水年兩種不同降雨水平年條件下的面源污染流失規律，可以得到以下結論： HJ（ 1）降雨量

19、是影響玉米地產流的主要因素。小雨不會引起產流；前期降雨量比較少的條件下，中雨很難產生徑流污染，但是在前一場次降雨量較高時，中雨也會引起產流，形成面源污染流失。旱作玉米產流受到降雨量、降雨強度、降雨前期干期天數、前期土壤含水量和前一場次降雨量大小等多種因素的影響，而產流的大小主要由降雨量決定。（ 2）本試驗得出 2014 年玉米生長季 TN、 TP 和 CODCr的輸出系數分別314 kg/hm2 、027 kg/hm2 、 1962 kg/hm2 ，較 2013 年都有所增加，即豐水年產生的面源污染相對平水年較多。 2013 年產流場次降雨總量為3262 mm，占當年玉米生長季降雨總量的57%

20、；2014 年產流場次降雨總量為1093mm ，占當年玉米生長季降雨總量的34%。面源污染的流失量受到產流場次的總降雨量當年玉米生長季總降雨量的比例、產流時降雨類型的分布情況等多種因素的影響，豐水年受產流時降雨的類型影響更為明顯。參考文獻（ References）：1 于峰，史正濤，彭海英 .農業非點源污染研究綜述 J.環境科學與管理， 2008，33（ 8）：5465（. YU Feng，SHI Zhengtao， PENG Haiying.The summary of the study on agricultural nonpoint source pollutionJEnvironme

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