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农作物田间除草对降水径流中颗粒物及营养盐浓度影响分析

2025-02-14 68 上传者：管理员

摘要：为降低农业面源污染对河流环境的影响，采用室外观测试验方式对不同场次降水条件下农作物田间除草方式产生的污染物浓度进行采样分析。结果表明：各场次降水中固体颗粒物(SS)及营养盐(TN、TP)受雨强影响较为明显，随着降水强度增加，各污染物流失率总体在57.32%～74.98%之间；农作物田间除草方式下SS及和TN、TP之间线性回归显著性较高，回归系数在0.6以上。

关键词：
农作物
污染物
环保材料
田间除草
降水径流
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当前河流水环境污染主要受区域农业面源污染影响,河流污染物总量来源农业面源污染的比例高于60%,也是当前河流水环境影响的主要原因之一[1]｡农业施肥和田间除草是当前农业面源污染的2种主要方式,近些年来农业化肥随着环保材料的应用其面源污染量有所减少,但田间除草方式引起的农业面源污染量呈现递增趋势[2],已经成为当前河流水环境影响的主要组成部分｡目前,国内对于农业面源污染的影响组成取得一定研究成果[3-8],通过对面源污染变化规律分析可为区域河流水环境保护规划的制定提供重要依据,农业面源污染规律目前主要采用试验观测[9-12]和模型计算方式[13-15]进行,试验观测方式应用相对较多,而模型计算由于需求的资料较多,使得其在区域农业面源规律变化应用相对较少｡为降低农业除草方式对流域水环境的影响,采用室外观测试验方式对不同场次降水条件下农作物田间除草方式产生的污染物浓度进行采样分析｡

1、试验概况

1.1试验方案

采用室外观测方式对农作物除草方式产生的污染物浓度变化进行试验测定,试验区域面积种植不同类型农作物,各试验区草地覆盖面积分别为5m2｡将4块钢板横向插入不同试验区域土壤中,不同钢板之间的间距和插入深度分别为50､20cm,其中一块钢板主要用于水量的收集,从而减少降水土壤入渗量｡各场次降水观测的强度分别为110､70､90m/h,为降低降水强度对土壤蓄水量的影响,在相同试验区域内对不同降水强度下的污染物浓度进行采集和测定｡此外为提高试验观测的效率,采用人工模拟降水的方式对试验区域内的污染物浓度进行观测试验｡

1.2试验方法

对不同降水强度采用人工模拟降水后进行汇流时间的测定,汇流结束后对收集到的水样利用试验瓶进行采集,各次水样采集的间隔时间控制在10min以内,直至各降水强度下不再产流后结束水样采集工作｡以室内测定方式对采集试样内的固体颗粒物(SS)采用烘干称重方式进行测定,采用分光光度方法对营养盐(TN､TP)进行试验测定｡考虑到降水强度对农田除草方式下各污染物浓度影响,采用浓度均值方式对各场地降水下的污染物变化规律进行分析,污染物浓度均值计算公式为:

式中,ρEMC—污染物浓度均值,mg/L;ρi—污染物在水样采集初期的浓度变化值,mg/L;Vi—采集的水量,L;n—试验观测的次数｡不同场次降水条件下的污染物流失率计算公式为:

式中,L—污染物流失率,mg/m2;S0—试验测定面积,m2｡

2、试验结果

2.1各方式下污染物浓度变化

采用人工模拟方式对各类雨强方式下不同地块污染物浓度进行测定,污染物浓度变化规律如图1所示｡

从图1可看出,SS在2类农田除草方式下的浓度变化规律较为接近,在产流初期田间土壤颗粒受不同降水强度影响而逐步降低污染物浓度的变化速率,污染物浓度先递减后逐步趋于稳定变化｡随着降水强度的增强,土壤蓄水能力增强,增加田间土壤颗粒对污染物渗透影响,而有草和无草地块的差异在于草地对污染物流失率的影响｡对于TN､TP在不同降水强度污染物浓度变化总体趋势一致,TN､TP随着降水径流进行运移,2类污染运移方式较为一致,也使得其受降水强度影响程度有所降低｡无草地块内颗粒在相同降水条件下的浓度变化幅度要高于有草地块,当降水强度达到最大值后2类污染物的浓度逐步趋于稳定值｡

2.2不同污染物流失规律分析

农田除草方式下各类污染物存在一定的关联性,结合不同降水强度下SS和TN､TP的浓度测定值,建立不同污染物之间的关联方程,如图2所示,分析农田除草方式下各类污染物的流失规律｡

从图2可看出,农田除草方式下TN-SS的关联程度要低于TP-SS关联程度,建立的TN-SS关联方程的回归系数为0.6921,而TP-SS关联方程的回归系数为0.9025;农田除草方式下TN和SS之间回归性较弱,这主要是因为TN随着降水径流运行难度要高于TP,因此降低了农田除草方式下TN与SS之间的关联程度｡通过建立农田除草方式下污染物的关联方程,可用测定的SS来对农田除草方式下TN､TP浓度变化趋势进行相关预测｡农田除草方式下田间颗粒之间不同形态氮和磷之间相关程度在相同降水强度下关联程度有所增加｡

图1不同地块方式下各类雨强污染物浓度变化规律

图2农田除草方式下污染物关联方程

2.3污染物流失比例分析

对不同降水强度及不同农作物除草方式下的污染物浓度均值及流失规律进行分析,分析结果见表1—2｡

表1各污染物浓度受不同降水强度和农作物除草方式下的均值变化

从表1—2可看出,SS和TN､TP之间的浓度均值受降水强度的影响程度相对较弱｡当降水强度递增幅度为20mm/h时,SS的浓度均值变幅有所减小,但降水强度达到最大值时,农田除草方式下SS浓度均值受暴雨冲刷影响有所降低,质量浓度均值总体呈现递减变化｡TN浓度均值随着降水强度的增加而逐步递增,当降水强度达到最高值时其浓度均值出现峰值,这主要因为可溶解态氮受降水强度变化影响,地表径流使其浓度均值增加,从而增加了TN浓度均值的变幅｡从不同降水强度农作物田间除草方式下TP浓度变化可看出,受降水强度变化影响TP浓度均值在不同农作物除草方式下变幅相对较小,TP浓度和农田除草方式下的SS之间的关联程度较高,这主要因为TP主要吸附在SS的表层,使得其关联程度较高｡从各污染物浓度受不同降水强度和农作物除草方式下的流失比例变化可看出,各污染物流失比例在0.97~1.30之间,在不同降水强度下流失比例最高的为TN,当降水强度为90mm/h时流失率比例相对较大的为SS和TP污染物｡

2.4不同雨强下产流后期污染物流失量

结合不同降水强度下产流后期污染物的流失程度,对不同农作物除草方式下的污染物流失规律分析结果见表3｡

从表3可看出,各污染物浓度峰值主要出现在降水产流20min后,在降水产流初期可通过相对应的隔离措施来降低农田除草方式下各污染物的浓度｡农田除草方式下各类污染物的流失比例均在50%以上,总体在57.32%~74.98%之间｡不同降水强度有草方式下各污染流失比例明显高于无草方式下各类污染物的流失比例,受农田除草方式影响各污染物在初期的流失量增幅较为明显｡

表2各污染物浓度受不同降水强度和农作物除草方式下的流失比例变化

表3农田除草方式下降水产流后期污染物流失规律

3、结论

(1)降水初期各污染物流失量受农田除草方式影响较大,在降水产流初期的30min内各污染物的流失率增幅可高于20%,因此可在降水初期通过设置隔离带措施来降低污染物的流失｡

(2)当降水强度增幅度高于20mm/h时,SS浓度均值变幅降低,农田除草方式下SS浓度均值受暴雨冲刷影响有所降低,质量浓度均值总体呈现递减变化,浓度均值递减率在5%~10%之间｡

(3)农田除草方式下有机污染物影响明显,在后续研究中还应对不同降水条件下农田除草方式产生的有机污染物流失率进行重点分析｡

参考文献:

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文章来源:刘佳.农作物田间除草对降水径流中颗粒物及营养盐浓度影响分析[J].水利技术监督,2025,(02):132-134+188.

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期刊名称：水利技术监督

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期刊详情

主管单位：中华人民共和国水利部

主办单位：水利部水利水电规划设计总院

出版地方：北京

专业分类：水利

国际刊号：1008-1305

国内刊号：11-3918/TV

创刊时间：1993年

发行周期：双月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：7-9个月

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