（植物营养学专业论文）模拟降雨研究水网地区农田氮磷的流失.pdf

中文摘要 农田氮磷养分流失是农业面源污染的重要原因之一，通常认为农田地表径流引起的氮磷流 失是地表水水体富营养化的主要原因。针对我国水网地区农田处于淹水或滞水状态的周期 受 农田渗漏过程对农田氮磷流失的影响可能也很大的水文特征，为了解地表径流与渗漏两种不同 方式对农田氮磷流失的影响，进行了模拟降雨试验，研究不同农田土壤有效氮磷养分含量水平 下，降水形成的地表径流和渗漏对农田氮磷养分流失的作用机制雨i 过程。与此同时，还对我国 太湖流域农田土壤有效氮磷养分含量状况变化进行了分析，主要结论如下： 地表径流方式下，产流时间短，排水速率快，在降水量为1 8 0 r a m 的条件下，渗漏排水量 是径流排水量的9 0 ，渗漏时间为8 6 3 分钟，是径流出水时间( 1 5 3 分钟) 的5 6 倍。渗漏方 式下，产流时间长，排水速率慢，与表层之下的土壤有更充分的接触，这为渗漏方式下水溶性 氮磷养分的流失提供了潜在的流失途径。在地表径流方式下，土体剖面土壤含水量由表层至下 层，呈现由高变低的趋势；渗漏方式下，由表层至下层，土壤含水量呈现由低变高的趋势。 对农田氮素流失而言，在降水量为1 8 0 r a m ，土壤硝态氮含量水平为5 5 2 0 6 n m g k g 的条件 下，渗漏方式下氮素的流失量远高于地表径流方式下的氮素流失量，两者相差可达十倍到数十 倍以上( 1 3 4 9 倍) 。在渗漏流失方式下，硝态氮是氮素流失的主体，硝态氮、水溶性铵态氮 和颗粒态氮平均为全氮流失量的8 03 、o 3 、1 94 。在三种不同的土壤硝态氮含量水平下( 5 5 、 1 0 9 、2 0 6 n m g k g ) ，渗漏方式中渗漏液中的硝态氮浓度分别为4 4 、7 1 和1 1 9 m g n l ，全氮浓 度分别为5 7 、8 0 和1 6 2m gn l ；渗漏液中硝态氮和全氮浓度分别为地表径流方式下径流液中 硝态氮和全氮浓度的数百倍和数十倍，硝态氨为2 3 8 3 8 5 倍，全氮为1 4 6 4 倍。在渗漏过程初 期流失液中的硝态氮浓度较高，后期逐步降低。地表径流方式下，氮的流失以颗粒态氨为主， 硝态氮、水溶性铵态氮和颗粒态氮平均为全氮流失量的8 0 、7 4 和8 4 5 。 对农田磷素流失而言，在较低的土壤速效磷含量水平条件下( p 1 和p 2 处理：土壤o l s e n - p 为4 0 和9 7m gp k g ) ，流失的总磷在地表径流方式中为4 2 9 和5 8 5 4m gp ，高于渗漏流失方式 ( 8 6 和3 4 6m gp ) ；在较高的土壤速效磷含量水平条件下( p 3 处理：土壤o l s e n p 为1 5 6m gp k g ) ，渗漏流失方式下总磷的流失量为1 0 2 0m gp ，超过地表径流方式( 8 73m gp ) 。三种不同的 土壤o l s e n p 含量水平条件下，就流失的水溶性p 在总磷所占比例而言，渗漏流失方式下为 4 5 5 4 ，地表径流方式下为3 - 3 3 ；两种流失方式下，随着七壤速效磷含量水平的提高，流失 的水溶性p 在总磷中占的比重增加。 对2 0 0 0 2 0 0 3 年以来太湖、滇池、珠江流域等南方水网地区2 6 7 7 个水稻、小麦等大田作物 和4 9 0 个菜地农田耕层采样分析结果显示：目前在这些地区，大田作物农田士壤o l s e n p 平均 为1 3 9 m gp k g ，变化范围为1 8 7 1 4 m g p k g 。菜地农田上，耕层土壤o l s e n p 平均为7 3 9 m g p k g ，含量最高的可达4 0 0m gp k g 。士壤硝态氮平均为8 5 9m gn k g ，含量最高的可达6 8 2m g n m 2 。随着农田士壤有效氮磷养分含量的大幅度提高，通过农田渗漏方式导致的农田水溶性氮 磷养分流失有可能是这些水域水体寓营养化极为重要的原因。 关键词：水网地区模拟降雨农田氮磷流火地表径流渗溺 a b s t r a c t s n i t r o g e na n dp h o s p h o r o u sl o s s e sf r o mf a r m l a n dh a v eb e e ni d e n t i f i e da so n eo fi m p o r t a n t c a u s a t i v ef a c t o r sf o ra g r i c u l t u r a l n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n u s u a l l ym o s ts c i e n t i s t st h o u g h tt h a t n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sl o s s e sc a u s e db yf a r m l a n ds u r f a c er u n o f fw e r et h em a i nr e a s o no fs u r f a c e w a t e re u t r o p h i c a t i o n i nv i e wo ft h eh y d r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co fl o n g - t e r mf l o o d e dc o n d i t i o no f r i v e r i n ep l a i na r e ai ns o u t h e r nc h i n a ，s i m u l a t e dr a i n f a l le x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tt os t n d yt h e e f f e c to ft w om a i n1 0 s st y p e s ，i e r u n o f fa n di n f i l t r a t i o n ，o nt h ew a t e re n v i r o n m e n t ，a n dt h e m e c h a n i s ma n dp r o c e s so f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sl o s s e sa td i f f e r e n tl e v e l so fs o i la v a i l a b l ena n dp c o n t e n t s t h es i t u a t i o no fs o i la v a i l a b l en i t r o g e na n dp h o s p h o r o u sc o n t e n to fg r a i na n dv e g e t a b l e f i e l d si sa l s oa n a l y z e di nt h ep a p e r m a i nr e s u l t sa r es h o w e da sf o l l o w s ： u n d e rt h ew a yo fr u n o 疗t h eo u t f l o wp e r i o di sv e r ys h o r ta n dt h eo u t f l o wv e l o c i t yi sq u i c k w h e nt h er a m f a l li s1 8 0 m m t h ei n f i l t r a t e dw a t e ri s9 0 o f t h et o t a ln l n o f f w a r e r , a n dt h ei n f i l t r a t i o n t i m ei s8 6 3m i n u t e sw h i c hi s 5 6t i m e so ft h er u n o f ft i m eo f1 5 3m i n u t e s m e a n w h i l e t h eo u t f l o w p e r i o di sv e r yl o n ga n dt h eo u t f l o wv e l o c i t yi ss l o wu n d e rt h ew a yo fi n f i l t r a t i o n ，w h i c ht h eo u t f l o w c h a r a c t e r i s t i co fi n f i l t r a t i o nw a yc o u l dp r o v i d eap o t e n t i a lp a t h w a yf o rw a t e rd i s s o l v a b l ena n dpl o s s u n d e rt h ew a yo fr u n o f f , t h es o i lw a t e rc o n t e n tb e c o m e sl o w e ri ns o i ld e e p e rp r o f i l ew h i l ei ti st h e r e v e r s eu n d e rt h ew a yo f i n f i l t r a t i o n w h e nt h ep r e c i p i t a t i o ni s1 8 0 m ma n ds o i ln i t r a t ec o n t e n tl e v e li s5 5 2 0 6n m g k g ，t h en i t r o g e n l o s sf r o mi n f i l t r a t i o ni s1 3 - 4 9t i m e st h a tf r o mr u n o f f u n d e rt h ew a yo fi n f i l t r a t i o n ，n 0 3 一ni st h em a i n f o r mo fn i t r o g e nl o s s i nt h ec o m p o n e n t so fl o s tt o t a ln i t r o g e n ( t n ) f r o mi n f i l t r a t i o np r o c e s s ，t h er a t i o o f n 0 3 - n ，w a t e rd i s s o l v a b l en h 4 + - na n dw a t e rn o n - d i s s o l v a b l en i t r o g e ni s8 03 ，03 a n d1 9 4 r e s p e c t i v e l y u n d e r3 s o i ln 0 3 - nc o n t e n tl e v e l so f5 5 ，1 0 9a n d2 0 6m gn k g ，t h en 0 3 - n c o n c e n t r a t i o n si nt h ei n f i l t r a t i o n l i q u i da r e4 4 、7 1a n d1 1 9m gn lr e s p e c t i v e l y , a n dt h et n c o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f i l t r a t i o nl i q u i da r e5 7 、8 0a n d1 6 2m gn lr e s p e c t i v e l y t h en 0 3 - na n dt n c o n c e n t r a t i o n si nt h ei n f i l t r a t i o nl i q u i da r et e n st oh u n d r e d s t i m e st h o s ei nf u n o f fl i q u i d ，i e t h e n 0 3 - na n dt nc o n c e n t r a t i o n si nt h ei n f i l t r a t i o nl i q u i da r e2 3 8 - 3 8 5t i m e sa n d1 4 6 4t i m e st h o s ei n r u n o f fl i q u i dr e s p e c t i v e l y u n d e rt h ew a yo fi n f i l t r a t i o n ，t h eh i g h e rc o n c e n t r a t i o no fn 0 3 - ni nt h e i n f i l t r a t i o nl i q u i da p p e a r sa ti n i t i a lo u t f l o wp e r i o d ，t h e nd e c r e a s eg l a d u a l l y i nt h ew a yo fr u n o f f , t h e m a i nl o s tn i t r o g e ni st h en o n d i s s o l v a b l en i t r o g e n ，a n dt h er a t i oo f n 0 3 一n ，w a t e rd i s s o l v a b l en h 4 + _ n a n dw a t e rn o n d i s s o l v a b l en i t r o g e nl o s tf r o mr u n o f f p r o c e s si s8 0 7 4 a n d8 4 5 r e s p e c t i v e l y a sf o rt h es o i l p h o s p h o r u sl o s s ，t h et o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) l o s s e sa r e4 29 a n d5 8 5 4m gp r e s p e c t i v e l yi nt h er u n o f fw a yw h i l ea r e8 6a n d3 46m gpr e s p e c t i v e l yi nt h ei n f i l t r a t i o nw a yi nt h e p 1 ( 4 0 m g p k g ) a n d p 2 ( 9 7 m g p k g ) l e v e l so fs o i l o l s e n pc o n t e n t w h i l e i n t h ep 3 ( 1 5 6n a g p k g ) l e v e lo f h i g h e rs o i lo l s e n pc o n t e n t ，t h et pl o s si s1 0 2 0m gpi nt h ei n f i l t r a t i o nw a yw h i c hi sh i g h e r t h a nt h a to f 8 73m gpi nt h er u n o f f w a y t h ew a t e rd i s s o l v a b l epl o s si s4 5 一5 4 a n d3 3 3 o f t h e t pl o s sr e s p e c t i v e l yi ni n f i l t r a t i o na n d1 1 l n o f fw a y si nt h r e el e v e l so fs o i l0 l s e n pc o n t e n tw i t ht h e i m p r o v e m e n to fs o i lo l s e n 。pc o n t e n t ，t h er a t i o so fw a t e rd i s s o l v a b l epl o s s t pl o s su n d e ri n f i l t r a t i o n a n dr u n o f f w a y si n c r e a s es i m a i f i c a n t l y t h ei n v e s t i g a t i o nr e s u l to f2 6 7 7t o p s o i ls a m p l e sf r o mg r a i nf i e l d sa n do f4 9 0t o p s o i ls a m p l e s f r o mv e g e t a b l ef i e l d si nt h et a i h u ，d i a n c h ia n dz h u j i a n gw a t e r s h e d si n2 0 0 0 2 0 0 3i n d i c a t e d ：t h e a v e r a g et o p s o i lo l s e n pc o n t e n to fg r a i nf i e l di s 13 9m gp k gw i t ht h er a n g eo f1 8 - 7 14m gp k g w h i l ei nt h ev e g e t a b l ef i e l d s t h et o p s o i lo l s e n - pc o n t e n ti s7 3 9m gp k go f a v e r a g el e v e la n dc a nb e h i g ht o4 0 0m gp k g s o i ln 0 3 - nc o n t e n ti nt h e s es o i l si s8 59m gn k go f a v e r a g el e v e la n d c a nb e h i g h t o6 8 2 m g n k g w i t h t h e l a r g es c a l ee n h a n c e m e n t o f s o i la v a i l a b l e na n f pc o n t e n t ，t h en i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sl o s sf r o mi n f i l t r a t i o nm i g h tb et h em a i nw a yt ot h ew a t e re u t r o p h i c a t i o ni nt h e s e r i v e r i n ep l a i na r e a s k e yw o r d s ：r i v e r i n ep l a i na r e a ，s i m u l a t e dr a i n f a l l ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r sl o s s e s ，r u n o f f i n f n 订a t i o n 论文评阅人：黄德明研究员 陈礼智研究员 答辩委员会主席： 毛达如教授 答辩委员会成员：黄德明 黄秉禾 金继运 徐明岗 研究员 研究员 研究员 研究员 答辩时间：2 0 0 4 年9 月2 9 日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 缓玩臣时间：承虎年年罗月旁芦 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业 科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式 在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名 殇姒芝 瞄阃： j 。争年，旯，；7 曰 时间： 年月日 n 坦 p 1 n 夕 b 旷 7 ， ， 中崮农业科学院硕卜学位论文第一章绪论 第一章绪论 农业面源污染的重要原因之一是农田氮磷养分在降水或灌溉作用f ，随径流、侧渗和淋溶从 农田进入水体，造成地表水的富营养化和地f 水的硝酸盐污染，而通常认为农田地表径流引起的 氮磷流失是地表水富营养化的主要原因。在我国南方水网地区，雨鼙充沛、地势低平、地f 水位 浅，水的流动性差，水田疑删处于淹水状态，早作栽培时降雨引起的农田滞水持续时间长，此夕卜 由于降雨频繁、雨量较为均衡，农田处于淹水或滞水状态的周期长，农田渗漏过程对农田氮磷流 失的影响可能性也很大。为了解地表径流与渗漏两种不同方式对农田氮磷流失的影响，进行了模 拟降雨试验，研究了不同农田土壤有效氮磷养分含量水平下，降水形成的地表径流和渗漏对农田 氮磷养分流失的作用机制和过程。 1 1 研究背景 1 1 1 我国南方水网地区水体富营养化问题日益严重 甲在5 0 6 0 年代，国际上许多人型湖泊、水库已呈现出富营养化的征兆。许多发达国家的湖 泊、海洋，由于工业、农业、牧业与人类活动造成营养物的增加，使水体急剧富营养化。上世纪 6 0 年代，我国水体污染问题尚不突出。7 0 年代以来再大湖泊、重要水域的水体污染，特别是水 体的氮、磷富营养化问题急剧恶化。重要的湖泊水质持续下降，五大湖泊中太湖、巢湖已进入富 营养化状态，水质总氮、磷指标等级己达劣v 类。洪泽、洞庭、鄱阳湖和一些主要的河流水域如 淮河、汉江、珠江、葛洲坝水库、三峡库区也同样面临着富营养化的威胁( 详见表l - 1 ) ( 张维理 等，2 0 0 4 ) 。 表1 1 我国重要水域的水质等级变化【1 1 t a b l e11c h a n g e so f w a t e rq u a l i t yi nt h em a j o rw a t e rs y s t e m si nc h i n a 0 1 1 水域 6 0 年代 7 0 年代8 0 年代9 0 年代现在 主鼍尊染物 w a t e rs y s t e m1 9 6 0 ，s1 9 7 0s1 9 8 0 ，s1 9 9 0 ，s c u r r e n t ，? 8 ：“ 中国农业科学院倾i ：学位论文r 第一章绪论 1 侬据豳家环保局制司的水质标准( i ：_ 船：【l ：二级：儿i 三级：i v ：蚓级：v ：f l 纽) g r a d eo f ”d t 。rq u a l i t ym a d ebye a po fc h in a ( ih i g h ；i i g o o d 1 i i f a ir 【vp o o r ；vb a d ) 这些水网地区是我国人口最为密集，经济最为发达的区域，而水质下降造成的水质性缺水， 已经对这些地区人民生活t 【 = | 水构成威胁，生产和经济发展造成巨大损失，对南水北调和三峡水库 等国家重大工程的作用构成影响。根据世界银行和我国有关专家的研究，水污染在我国造成的经 济损失约占g d p 的1 4 6 2 8 4 。近年来，尽管国家和地方每年都投入巨资，“十五”期间_ l _ j 于包 括水污染治理的环境整治的投资规划为7 0 0 0 亿元，已达到我国g d p 的1 ，但到目前为止水体富 营养化的程度仍然有增无减。 我国水污染的核心问题是水体的氮、磷富营养化。如太湖、巢湖水质按c o d 指标评价，多数 可达到地面水i 类标准，全国其它主要湖泊、水系，制约水体水质的主要污染物基本上也是总氮、 总磷浓度高。根据国家环保局在太湖、巢湖、滇池、三峡库区等流域的调查，工业废水对总氮、 总磷的贡献率仅占1 0 1 6 ，而生活污水和农田的氮、磷流失是水体富营养化的主要污染源。 表126 0 年代以来我国重要水域氟、磷发生量变化嗍 t a b l e l 2 c h a n g e o f n - a n d p - l o a d s f r o md i f f e r e n ts o u r c e s t o a r a b l e l a n d i n m a i n w a t e r s h e d s i n c h i n as i n c e l 9 6 0 s 【2 】 化肥 f e r t i l i z e r g 5 畜禽粪便 a n l m a lh u s b a n d r y 1 9 农村生活排污 r u r a ll i f e2 9 总养分量 t o t a ll o a d5 3 各组分比例：化肥： 畜禽排放：农村生活排污 f e r t i l i z e r s ： 1 3 5 1 0 1 4 9 2 8 5 2 2 5 6 1 3 9 l 3 6 8 1 2 8 5 6 5 5 2 1 5 4 7 4 1 5 2 4 3 a n m a lh u s b a n d r y ：r u r a l l i r e 1 ：4 ：51 ：5 ：45 ：4 ：22 ：6 ：27 ：2 ：16 ：3 ：1 结果，流域农田耕地面积总计为流域患面积的i 75 ( 軎流域变化范围为6 - 6 i j 农村 口为流域总a 口的8 6 ( 8 0 - 8 7 ) 氮，磷发 生量指分别来自化肥，畜禽和农村生活排污三个方面的氮磷养分量。 在我国水体污染严重的流域，随着点源污染治理力度的逐步加大，面源问题对于水体污染显 得尤为重要。农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的生活排污是造成流域水体氮磷富营养化的 主要原因，其贡献大大超过来自城市生活的点源污染和工业点源污染。对我国重要流域如滇池、 五大湖泊、三峡库区的分析结果显示：自2 0 世纪6 0 年代以来，随着这些水域农田氮，磷肥料用 量和畜禽养殖业的大幅度增加，氮、磷富营养化程度的逐步升级。白6 0 年代以来，由于化肥用 量的增眭和畜禽养殖业的发展，称之为水体污染元凶的磷素发生量在这些流域平均增加了1 2 倍， 折台为每公顷耕地平均发生量达2 4 3 k g ( 表1 2 ) 。构成磷素发生总量的主要三组分：农田化肥、 卣禽排放和农村人口排污比例由6 0 年代的1 ：5 ：4 演变为目前的6 ：3 ：1 。中国农科院士壤肥料研究 所在太湖流域、滇池流域的多点睦期定位试验，在江苏、浙江、云南、山东、北京、上海等十多 个省市上百个县的实地考察和5 0 0 0 余个田间的采样调商显示：在我国流域面积人的水域，如滇 中国农业科学院硕士学位论文 - 篇一章绪论 池、五大湖泊、三峡库区等，造成水体富营养化最主要的驱动因素有以下二个：高氮、磷肥料用 量的菜果花( 蔬菜、水果、花卉) 农田面积的大幅度增民；流域农村地区备禽养殖业的密集发展； 基础设旎差的城乡结台部地带城镇建设的快速扩展( 张维理等，2 0 0 4 ) 。 1 1 2 太湖流域水体富营养化状况 太湖位于太湖流域的中心，具有蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多项功能，同 时也是无锡、苏卅两市的主要饮用水源及上海与浙东地区主要水源补给地。近年来不合理开发与 大量污染物排放入湖，使得太湖水质污染日益严重，尤其是富营养化程度加剧，湿地生态环境恶 化，影响人民日常生活，制约流域经济发展。 太湖自2 0 世纪9 0 年代中期，大部分水体已达中富营养一富营养水平，近1 0 年水体富营养化程 度已上升l _ 5 2 个等级。水质监测显示，近年藻类数量比l o 年前增加了5 倍，总磷、总氮比1 9 6 0 年增加6 7 倍，而且藻类出现时间趋早，历时趋长，范围趋广。1 9 9 0 年夏，太湖蓝藻爆发，北部 沿岸水域形成0 5 m 厚藻类聚集层，迫使无锡市水厂和1 1 6 家工厂停产，直接经济损失1 3 亿元。1 9 9 4 年夏，蓝藻再度爆发，无锡梅园、马山水厂取水口被大片蓝藻包围，水质腥臭，造成市民生活困 难。水体富营养化已危及人们正常生产和生活秩序，对沿湖旅游业发展造成巨大威胁( 胡明等， 1 9 9 8 ) 。 太湖流域降水丰富；水网发达，但太湖众多的出入湖河道己受到严重污染如1 9 9 5 年太湖西岸 宜兴市的2 7 个地面水质监测断面中，只有一个符合i i 类水国家标准，其余以i 、v 类水质为 主，其中类水占4 0 7 ，v 类水占7 4 。超标项目主要是总磷、总氮、c o d 及重金属，其中总磷 最高为v 类水标准的3 倍，总氨最高为v 类水标准的8 倍。 入湖河道高浓度营养盐的不断输入使太湖富营养化程度不断增加，2 0 世纪8 0 年代以来，太湖 水体营养状态上升了二个等级，由8 0 年代初期以中营养一中富营养为主，上升到9 0 年代中期以富 营养为主。1 9 8 1 1 9 9 0 年的1 0 年间，太湖的总氮( t n ) 和总磷( t p ) 含量增加了2 - 3 倍。2 0 世纪8 0 年代末以来，太湖主要水质指标c o d 、 i n 、t p 和叶绿素a 等总体上仍以较快的速度上升，尤其是总 磷浓度，在短短的七八年时间里提高了4 倍多( 表l ，3 ) 。1 9 9 5 年太湖全湖的t n 和t p 已分别达到了 富营养化发生浓度的1 7 5 和6 6 倍，具备了全湖发生重富营养化的营养盐条件。 表13 太湖主要水质指标( 全湖平均值) 的演变 t a b l el3c h a n g e si ns o m ew a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r so f t a il a k e ( r a g l ) 1 ，1 3 我国典型的水网地区一太湖流域的地貌、水文、气候特征 太湖流域包括江苏省苏南地区，浙江省的嘉兴、湖 1 t - - - 市及杭卅市的一部分，上海市的大部 分。其中江苏省1 1 i5 3 ，浙江省- i3 34 ，上海市i1 3 5 ，安徽省一0 1 。太湖流域以平原为 中国农业科学院砸十学位论文嘣；一章绪论 主，占总面积的4 6 ，水面占i 6 ，其余为丘陵和山地。三面临江滨海，西部自北而南分别以茅 山山脉、界岭和天目湖与秦淮河、水阳江、钱塘江流域为界。地形特点为周边高、中间低。中间 为平原、洼地，包括太湖及湖东中小湖群、湖西洮鬲湖及南部杭嘉湖平原，西部为天目山、茅山 及山麓丘陵。北、东、南三边受长江口及杭州湾泥沙淤积的影响，形成沿江及沿海高地，整个地 形成碟状。 流域内太湖及主要湖泊湖底高程一般为1 0 米，中东部洼地包括阳澄淀泖、青松、嘉北等区 地面高程一般为3 - 4 5 米，最低处仅2 5 3 米，其它平原区地面高程为5 8 米，西部山丘区丘陵 高程约l o 一3 0 米，山丘高程一般2 0 0 5 0 0 米，最高峰天目山主峰高程约1 5 0 0 米。 太湖流域的地貌特征 太湖流域位于长江三角洲，包括太湖、太湖平原及其西部的丘陵山地，流域总面积达 3 6 5 0 0 k m 2 ，为我国经济最发达地区之一。以太湖为中心的地面，地势低洼，排水不畅，湖荡众多， 河网密布面形成大面积的太湖平原。西部山丘前缘则形成地势较高的丘陵山地组成。 太湖位于太湖平原中部，为我国第三大淡水湖泊，平均深度约为1 8 9 m ，具有饮水供应、洪 水调蓄、水上运输、水产养殖和生态旅游等功能，在我国东部地区的经济发展中举足轻重。面积 2 3 3 8 k m 2 ，年吞吐量约5 3 亿m 3 ，出入湖流域2 2 4 条，其中入湖河流7 0 多条，以苕溪、南溪及分散 的港渎为主出湖河流1 5 9 余条，以东太湖的太浦河与吴淞江为主。 太湖平原是典型的南方水网地貌特征，海拔4 7 米，呈龟背状，开垦历史悠久，除少数残 丘外，均为农田，且以水稻田为主。由于气候地带性变化的影响，太湖流域丘陵山区的地带性土 壤相应为亚热带的黄棕壤与中亚热带的红壤。非地带性土壤有三类，其中滨海平原盐土分布于杭 州湾北岸与上海东部平原，冲积平原草甸土分布于沿江广大的冲积平原；沼泽土分布于太湖平原 湖群的沿湖低地。耕作土壤主要为水稻土。由于受微地形的影响，造成土壤水分状况与耕作培肥 上的差异，从而形成了5 种类型的水稻土：漏水型水稻土；侧渗型水稻土；滞水型水稻土；爽水 型水稻土和囊水性水稻土。漏水型水稻土主要分布于冲积平原沿长江与钱塘江呈带状延伸，因钱 塘江夹带泥沙量少，堆积作用慢，主要受长江回流沉积影响。土壤粉沙含量高，艮期稻麦棉水旱 轮作，剖面中沙粘层明显，多漏水漏肥，形成漏水型水稻田。侧渗型水稻土是由山丘间的谷底修 筑梯田，引水种稻，因受地表水、下渗水与侧渗水影响而形成的，特点淋溶作用加强，肥力较低。 海拔6 7 米的高平田地区都为滞水型水稻土，肥力水平低，易淀浆板结，剖面中有障碍层( 白 土层) ，通透性差，易滞水，三麦等旱作物易受渍害。太湖平原地区近村田与低平田都为爽水型 水稻士，质地剖面均一，无障碍层，通透性好，肥力高。太湖平原的圩田海拔一般低于4 米，最 低约2 米左右。因地势低洼经受受洪涝威胁，在长期的防洪排涝斗争中，逐年疏浚河道，筑埂 围田，形成囊水型水稻土。 ， 西部的丘陵山地多为数十米至数百米，部分达7 0 0 米以上，最高峰为西部的天日山的龙王峰 1 5 8 7 米。丘陵山地的面积较小，只占太湖流域的很小一部分。 太湖流域的气候特征 太湖流域位丁 中纬度地区，属湿润的北亚热带气候区。气候具有明显的季风特征，四季分明。 冬季有冷空气入侵，多偏北风，寒冷干燥；春夏2 交，暖湿气流北上，冷暖气流遭遇形成持续阴 雨，称为“梅雨”，易引起洪涝灾害：盛夏受副热带高压控制，大气晴热此时常受热带风暴雨 台风影响，形成暴雨狂风的灾害天气。 4 2 4 0 翅幽邀墅韭l 型丝煎量 = 1 8 0 s 吲1 2 0 窿 登6 0 0 0l 一面慧黼琏1 8 0 m m 甚蠡恭矿大干1 2 0 m 和额数分布图 8 0 蠢o 、， 羹o 2 0 0 e 【l j = 寸陆l 234567891 0 儿1 2i 2 34 5 6789i o1 11 2 月份月份 图i i 太湖流域常熟与吴县1 9 7 0 2 0 0 1 年降水年度分布特征 f i g u r ei im o n t h l y p r e c i p i t a t i o n d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i n1 9 7 0 - 2 0 0 1i n c h a n g s h ua n d w u x i a ns t a t i o ni nt a i h uw a t e r s h e d 图1 1 显示了太湖流域全年以夏季( 6 8 月) 降水量最多，为3 4 0 - - 4 5 0 m m ，约占年总量的 3 5 - - 4 0 ，东部少，西部多。冬季( 1 2 2 月) 降水量最少，约l l o - - 2 1 0 m m ，仅占年总量的1 1 1 4 ，只及夏季降水量的1 3 1 2 ：但因气温较低，作物生长缓慢，所以仍能满足越冬作物对 水份的要求。春季( 3 5 月) 降水量2 6 0 - - 4 2 4 m m ，约占年总量的2 6 - - 3 0 。其分布时北部少、 南部多。秋季( 9 1 1 月) 降水量为1 9 0 一3 1 5 m m ，约占年总量的1 8 2 3 。由此可见，降水量 季节变化明显，雨量分配不均。 全年降水日数1 2 2 1 5 9 天，北部少，南部多。太湖流域全年有3 个明显的雨季，即：4 、5 月的春雨，特点是雨日多，3 5 月的雨日约占全年雨日的3 0 左右：夏季6 7 月的梅雨，一般 说来梅雨雨量较大，如上海市1 9 5 4 1 9 8 0 年平均梅雨日数2 3 天，平均雨量2 1 0 m m ，约占年总 量的1 9 3 ，但梅雨变化较大，如1 9 5 8 年空梅，上海市梅雨日3 天，雨量仅4 8 o m m ，而1 9 5 4 年大水，梅雨期长达5 9 天，雨量为4 0 0 1 m m ，是1 9 5 8 年的9 6 倍；秋季的台风雨，降水强度较 大，大多出现在8 月下旬至9 月上旬，1 9 7 7 年8 月2 0 一2 2 日南汇县横河出现过6 5 0 9 r n m 的台风 暴雨。 太湖流域属亚热带季风气候区。冬季受大陆冷气团侵袭，盛行偏北风，天气寒冷而干燥；水 汽丰沛，天气炎热而湿润。本流域具有四季分明、雨量丰富、热量充裕的气候特点。 本流域年平均气温1 4 9 1 6 2 c ，南高北低，呈纬向分布；一月( 最冷约) 平均气温1 7 3 9 ，由于受水体对气温调节作用的影响，沿海及滨湖地区的一月平均气温比其周围地。太湖流域 霜期1 1 9 1 4 7 天，南部短，北部长。上海及嘉兴市除沿海一带略少以外，基本都在1 3 5 一t 4 0 天。 流域年平均气温1 5 c 一1 7 c ，自北向南递增。多年平均降雨量为1 1 8 i m m ，其中6 0 的降雨集 中在5 9 月。降雨年内年际变化较大，最大与最小年降水量的比值为2 4 倍；而年径流量年际 变化更大，最大与最小年径流量的比值为1 57 倍。本流域平均年降水总量1 0 1 0 一1 4 0 0 m m ，自北 向南逐渐增加。由于地形影响，西南部天日山区因地势较高，年降水量较大；i 临安年降水量最多， 达到1 4 0 8 m m ；杭卅l 、德清、安吉等地均超过1 3 5 0 m m ；江苏省的宜溧山区以及浙江省的嘉兴、 湖州等市范围内，年降水量为1 1 5 0 一1 2 4 0 r n m ；东部沿海及北部平原区，年降水量均少于1 l o o r m n ， 上海市宝山最少，仅l o l o m m 。 中i 习农业科学院硕士学位论文篇一章绪论 太湖流域的水文特征 太湖流域河网以太湖为中心，相互交汇迮成一体的河湖水系。西部山区河流来水汇入太湖后， 经太湖调蓄，从东部流出。望虞河北接良江，南连太湖，为流域内重要引水河道和泄洪河道，枯 水期可直接引长江水入湖，缓解地区用水矛盾并改善太湖水质。太浦河是太湖的泄洪通道，也是 上海市水源地黄浦江上游的主要供水通道。 太湖流域河网密布，湖泊众多，水域面积6 1 3 4 k m ：，水面率达1 7 ，河道和湖泊各占一半。面 积在0 5 k m 2 以上的湖泊1 8 9 个。河道总长度1 2 万k m ，平原地区河道密度达3 2 k m k m 2 ，纵横交 错，湖泊星罗棋布，为典型“江南水网”。水系按地形及水流运动，大致可分为：西部山丘区各 独立水系、太湖和低平原的黄浦江水系、沿江沿海水系。在上述三个水系之间，有一条长3 1 2k m 的人工运河，即江南运河，从北到南穿越其闻。运河在平水时分段参与河网水系；在高水时起分 段平衡水量的作用。 太湖流域有湖泊面积3 1 6 0 k m 2 ( 按面积大于0 5 k m 2 的水面计) ，占流域平原面积的1 0 7 ， 湖泊总调蓄容量5 7 6 8 亿m 3 ，是长江中下游7 个湖泊集中区之一。太湖流域的湖泊全部都是浅水 湖泊，平均水深均小于2 m ，最大水深一般也在3 m 以下，个别湖泊最大水深大于4 m 。太湖是我国 第三大淡水湖泊，现有水面积2 3 3 8 k m 2 ，位于太湖流域的中心。太湖正常水位下容积为4 4 3 亿m 3 ， 平均水深1 8 9 m ，最大水深2 6 m ，多年平均年吞吐水量5 2 亿m 3 ，水量交换系数1 2 ，换水周期约 3 0 0 天。太湖具有蓄洪、供水、灌溉、航运、旅游等多方面功能，是流域的重要供水水源地，不 仅担负着无锡、苏州、锡山、吴县、吴江、k 兴、宜兴、武进市( 县) 的城乡供水，在太浦河开 通后，还将向上海供水并改善黄浦江上游的水质，其供水服务范围超过2 0 0 0 万人，占太湖流域总 人口的5 5 。 作为吞吐型湖泊，太湖受河流的直接补给，入湖河流主要位于西部，分为发源于天日山区的 苕溪水系和发源于茅山及苏皖浙三省交界地区的南溪水系，入湖区分别位于小梅口和宜兴东部的 大浦口。整个太湖流域处西风带附近，属亚热带季风区，降雨充沛，年均降水量约为11 5 4 m m ， 每年夏季受西太平洋副高的影响，出现梅雨天气，而梅雨期降水量又是影响太湖水位和流量的主 要因素，与太湖汛期密切相关。根据黄涛珍等( 2 0 0 0 ) 对太湖流域不同季节降水量的统计，春、 夏、秋、冬占年降水量的比例分别为2 8 、3 7 、2 2 和1 3 ，因此汛期降水量占年总降水量的6 成 左右。 1 1 4 太湖流域氮磷发生量与农田氮磷肥料用量变化 太湖流域是我国摄早的农业开发区之一，区内人口密集，经济发达，土地利用集约，农业投入 产出水平均居全国前列。2 0 世纪7 0 年代以米，化肥用量的持续增加，不仅使化肥的边际效应不断 下降，造成资源的浪费，还对区域环境质量构成严重威胁。而太湖的主要污染问题是湖水营养等级 的不断升高，湖水中营养盐的富集又与农业活动密切相关，因此，区内农田养分流失对水环境质量 的影响早已引起各方关注。但有一点可以肯定，那就是在未来相当长的时间内区内农业非点源污 染的负荷量将保持持续上升的势头，这是由人们对土地资源高强度的利用方式所决定的。太湖流 域2 0 世纪8 0 年代以后化肥用量仍然保持着较快增长的势头，8 0 年代中划单位耕地面积的化肥j = | ； 量( 折纯量，f 同) 为4 0 0k g h m 。左右，而到9 0 年代末已接近8 0 0k g h m 2 ，几乎翻rl 岙。目前太 6 中国农业科学院硕士学位论文t ，第一章绪论 湖地区稻一麦( 油) 轮作系统的平均施氮量已经超过5 0 0k g h m 2 ，吨粮田的平均施氮量在6 0 0 k g