黄河三角洲农业氮、磷面源污染排放系数与入海过程研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王有霄 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘高焕 |
| 关键词 | 黄河三角洲 农业面源污染 水土流失 土地利用 TN和TP排海系数 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 农业面源污染(Agricultural Non-point Source Pollution，AGNSP)已成为威胁我国水环境健康的主要原因，农业面源污染形成和运移机理复杂，对其监测和模拟一直是研究的难点和重点内容。海岸带农业面源污染对近岸海域构成了较大的污染威胁，厘清农业面源污染时空分布特征、分析其产生来源及输移过程规律是解决海岸带水环境污染问题的根本途径，而我国的海岸带面源污染研究缺乏系统的理论方法。黄河三角洲地区农业较为发达，农业总氮(Total Nitrogen，TN)和总磷 (Total Phosphorus，TP)面源污染排海量大，目前存在对该地区农业面源污染来源结构不明确和排海过程不清晰的问题。因此，开展黄河三角洲地区的农业面源污染研究，分析其排海影响过程规律，对于形成该地区具有时空针对性和过程针对性的农业面源污染减控建议，陆海统筹治理海域污染和为我国海岸带面源污染研究提供理论基础等均具有重要的意义。 本文以黄河三角洲作为海岸带农业面源污染的典型研究区，基于区域土壤采样数据、入海口水文水质监测数据和相关基础地理数据，重点关注农业TN和TP污染物排海现状，从污染物水土过程流失的角度分析其运移过程，并在此基础上计算了对应的农业面源污染排海系数。在该过程中，通过分析土壤肥力现状、农田施肥和管理措施、降雨和土壤环境等影响因素的农业面源污染效应，提出了初步时空针对性和过程针对性农业面源污染防控建议。主要研究内容及相关结论如下：(1)土壤污染物分布状态综合评估，建立了综合克里金、地理加权回归和地理加权回归克里金的土壤要素空间插值模型，形成了基于内梅罗指数与主成分分析的土壤质量空间化综合评价方法。 根据研究区土壤采样数据，建立了土壤TN、TP、总钾(Total Potassium，TK)、 有机质(Organic Matter，OM)、pH 和含盐量(Salt Content，SC)等土壤指标的空间分布数据，在此基础上完成了土壤肥力的综合评价及影响因素分析。通过分析土壤状态，初步探究了研究区的农业面源污染风险因素及其空间分布。TN、TP和OM的分布趋势一致，在区域西部和西南部浓度较高，东部沿海较低。整体上，OM与TN的质量状态较差。土壤肥力指数处于较低水平，较差区域主要在东部沿海。海洋分布对土壤肥力呈现显著性消极影响，土壤砂粒含量为有利于肥力保持的组分要素。不合理的施肥增加了农业面源污染输出风险。(2)水土流失与TN和TP面源污染风险分析，建立了海岸带面源污染风险空间评价模型。 根据土壤TN、TP随水土流失的过程，基于修正的通用土壤流失方程 (Revised Universal Soil Loss Equation，RUSLE)模型，构建了海岸带面源污染风险 计算模型(Coastal Non-point Source Pollution Risk Index，CNSPRI)，并应用CNSPRI完成了TN和TP面源污染风险的空间评价及影响因素分析。研究区的土壤可蚀性值(K)为0.0377t·h·MJ−1·mm−1，处于较高的易侵蚀水平，土壤砂粒和有机碳含量为负影响指标。TN和TP面源污染风险均在东部沿海及东营主城区南部较大，在广利河入海河口区域的风险较高。各影响因子对CNSPRI的贡献水平呈现植被覆盖>降雨侵蚀>土壤污染物含量>土壤可蚀性>径流量>径流路径长度>地形坡度。夏季降雨形成的面源污染输出显著增加了TN和TP的排海量。(3)土地利用与面源污染输出特征分析，建立了评价土地利用类型与景观格局对面源污染输出影响的综合方法。分析了土壤TN和TP面源污染物的分布状态及其与土地利用类型的关系。应用“源”“汇”景观理论和土地利用洛伦兹曲线，初步探究了TN和TP面源污染输移过程中的土地利用增量与减量效果。各土地利用的土壤肥力均较差，其中耕地和园地等农业种植用地的土壤肥力相对较好，施肥类型和耕作方式是TN和TP面源污染的主要风险项。水域为区域内良好的面源污染“汇”景观，在水域比例较大的子流域表现出明显的TN和TP入海通量减量效果；耕地比例较大的子流域对TP面源污染的增量效果较明显；而城镇村居民区集中的子流域对TN的增加效果更为凸显。(4)农业TN和TP面源污染排海系数与区域负荷估算，建立了农业面源污染排海系数计算模型，构建了评价区域面源污染空间负荷的输出系数模型。 通过建立耕地类的CNSPRI值与TN、TP污染物排海量之间的关系模型，估算了水田、旱地和水浇地的年尺度TN和TP面源污染排海系数，并利用该系数值分子流域和行政区完成了农业TN和TP面源污染空间负荷评估。研究区耕地类的TN和TP排海系数分别为18.33kg·(hm2·a)−1和1.02kg·(hm2·a)−1，水浇地为主要的农业面源污染贡献类。夏季的面源污染负荷整体较高。子流域尺度较大的耕地类农业面源污染负荷分区主要位于支脉河、广利河和小岛河的管控流域。TN和TP总负荷较大的行政区主要位于北部黄河口镇和永安镇；较大的单位面积负荷则在西南部。(5)农业面源污染影响因素分析，建立了量化降雨和土壤组分因素对面源污染排海影响的综合方法。 分析了降雨时间过程对TN和TP的排海浓度及其入海通量的影响规律。并通过分析土壤流失过程影响土壤TN和TP变化的特征，对区域农业面源污染风险进行了评估。降雨过程对入海口TN和TP的浓度具有一定的稀释作用，但由降雨带来的面源污染整体上增加了污染物入海总量。TN和TP入海通量的快速增加期均集中在7月下旬至8月中旬，这也与降雨集中期的分布一致。土壤侵蚀及水土流失是土壤TN流失的主要原因，施肥等农田生产活动对土壤TN的补给较多。在土壤污染物源层面上，现阶段提高OM一定程度上会增加农业TN、TP面源污染输出风险。 根据本文研究结果，针对黄河三角洲农业面源污染的减排与控制，提出以下几点建议：(1)将7月底到8月中旬的降雨集中期作为农业面源污染防治的重点时期，加强该时间段内的施肥管理和农田排水处理等；(2)在整体提升农田土壤肥力的同时，用专业知识来指导因地施肥的方案，减少化肥施用及流失；(3)通过改善区域地表植被覆盖现状和提高土地利用“汇”景观的减耗效果，减控污染物随水土流失排海；(4)综合从流域和行政区划的角度，结合社会经济发展现状，制定农业面源污染减控措施。 总之，针对海岸带面源污染问题，需要重点加强陆地的源头减量-过程控制和增耗，并且同时结合污染物排海现状，陆海统筹治理我国海岸带及近海水环境污染，实现人类社会与生态环境的协调可持续发展。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 174 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186905]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王有霄. 黄河三角洲农业氮、磷面源污染排放系数与入海过程研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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