（环境科学专业论文）河套灌区农田氮磷流失的调查及向乌梁素海输入量的估算.pdf

一 一 一 i v )l * 9 , f ir s 1 . 序言 乌梁素海近年来出现了严重的富营养化现象， 入湖的营养源主要有工业污染源、 农业 面源、 城市生活废水。由于该湖主要水源为农田 退水， 而且城市生活废水和工业污染源都 是通过河套灌区的总排水渠流入乌梁素海， 因此确定各污染源的入湖量， 特别是农田面源 的入湖量对乌梁素海的富营养化防治是非常重要的。 本论文是中国 一瑞典 一挪威二 访 合竹 的 乌梁素海综合整治项目 的其中的一个子课题污染源调查课题中的一项研究内容， 主要进行河套灌区农田氮、磷淋失的调查以及向乌梁素海的输入量的估算。 1.1 乌梁素海概况 乌梁素海位于内蒙古自 治区巴 彦淖尔盟乌拉特前期境内。湖区大致界于东经 1 0 8 0 4 7 -4 1 0 0 3 之间。南北长3 5 -4 0 k m ，东西宽5 -1 0 k m面积为4 4 万亩。它是1 0 () 多年前 黄河改道而成，就如一块半月形的蓝宝石镶嵌在狼山与乌拉山之间，景色秀丽宜人、水 产资源丰富，曾 经以盛产黄河鲤鱼，远近闻名。宽广的湖面，茂密的芦苇丛曾 经是 1 0 0 多种鸟类生活、栖息、游弋的场所，乌梁素海以盛产芦苇、蒲草而著名，是造纸、纺织 等工业的主要原料基地;丰富的水产经济资源曾为当地人民的生产、生活提供了优越的 物质条件。近年来，乌梁素海还兴办了旅游事业，成为了游览观光胜地。 但是，近年来农田排水携带了大量的流失化肥，加之总排干沿途还接纳了部分工业 废水、 生活污水， 致使大量的氮、 磷营养性 物质进入乌梁素海，致使乌梁素海水质不断 恶化。 鱼的种类、 数量明显的减少， 湖中蒲苇面积不断增大，沉水植物和藻类遍布全湖， 形成了 一片片水下草原。在枯水季节局部水域常有 “ 水华”出 现; 在冬季冰封期和春季 冰融期又常有死鱼发生。乌梁素海出 现的严重的富营养化症状，使周围的生态环境逐步 恶化， 大大 地影响了当地的经济生 产和人民 的生产和生活川 。 乌梁素海是以 河套灌区的 农田 排水为主要补给的淡水湖泊。河套灌区 2 0 0多 公里长 的排干大渠接纳了约 8 0 0多万亩的农灌排水汇入乌梁素海后，再泄入黄河。乌梁素海是 整个后套平原排灌水系的重要组成部分。 1 . 2 河套灌区概况 河套灌区是一个具有悠久历史并在新中国建立以后又有新的发展的大型灌区，直接 弓 i 用黄河水进行灌溉。河套灌区的发展，大致经历了三个阶段。 第一阶段从1 8 3 0 年左右灌区重新开发始， 至1 9 6 1 年约1 3 0 年期间为无坝自 流引水阶 段，灌溉受黄河自 然水位的限制，保证程度低，开发规模小。谚云 “ 天旱引水难，水大 流满滩”就是当时河套灌区的写照。 第二阶段，有灌无排阶段，从 1 9 6 1 年在巴彦淖尔盟蹬口县建成拦河引水枢纽始，至 刘志国河交 灌区农阴氮磷流失的调查 及向乌梁素海输入量的估算 1 9 8 1 年2 0 年期间， 为有坝引水， 有灌无排阶段。 有坝引水提高了 灌溉保证率， 灌溉面积 迅速扩人。囚为排水不通畅，地卜 水位升高，土壤次生盐碱化发展。 第二阶段，从 ! 9 8 1 年打通总排十经乌梁素海至黄河的出口 起进入了建设有灌有排， 灌排配套的新阶段，土壤盐碱化已有所抑制，生产水平不断提高。 河套灌区发展的历史证明: 引黄灌溉开发利用了 原生盐碱地; 单纯灌溉的发展又导致 了卜 壤次生盐碱化。只有有效的排水，灌排结合才能防治土壤次生盐碱化的发展。在河 套，没有灌溉就没有农业，而没有排水就没有稳定的真正的灌溉农业i 2 1 而农田排水又导致营养物的输出， 引发一系列环境问题。 乌梁素海的富营养化与农田 营养物的输入有着密切的关系。 经过多年的建设， 河套灌区己经形成了较为完备的灌排水系统。 河套灌区灌水渠系共 设七级，即总干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠。现有总干渠一条，干渠 1 3 条， 分干渠4 7 条， 支渠1 0 0 条，斗渠1 0 5 6 条， 农渠2 5 7 5 条， 毛渠1 6 0 0 0 多条。 河套 灌区排水系 统与 灌水系统相对应， 亦有七级。 现有总排干沟一条， 干沟 1 2 条， 分干沟4 9 条，支沟1 8 3 条，斗沟 1 5 5 3 条，毛沟9 2 0 0 条。 总排干沟是保尔套勒盖灌域， 后套灌域 的 退水、 农田 排水以及总排干沟北部 狼山 洪水排入乌梁素海的总输水沟， 总长度为2 0 4 k m o 总排干 沟多 年排水量为 5 . 0 亿 m 3m左右，经乌梁素海调节后，排入黄河的水量每年在3 . 0 亿 m 3 左右 1.3农田氮、磷流失的研究现状 1. 3.1 农田氮、磷面源研究综述 随着人们对点源污染逐步控制和综合整治，面源污染的问题就显得越来越突出了 ，在面 源污染中，农业面源污染是最普遍的污染，因而受到了普遍关注。 农业面源污染现在研究较 多的是植物营养元素氮磷引起的环境污染。 1. 3.1.1 农田氮、磷面源引 起的环境污染 氮、磷是植物生长所必须的营养元素，因此人们为增加作物的产量，向农田中施入大量 的氮、磷肥，除了被农作物吸收的一部分外，其余的氮、磷素就散放入环境，从而引起一系 列的环境效应。它们主要有氮、磷随着地表径流或农田排水进入附近的水体，可引发水体的 富营养化，象我国许多湖泊的富营养化就是农田的氮、磷污染所致。另外氮素的过量施用， 还可导 致地下水氮污染，含量过高的 n 0 3 的地下水通过饮用，可以引起高铁血红蛋白 症。因 此w h o , u s e p a , e c 等组织规定饮用水中的n 0 3 一 最大允许含量 ( 按纯n 计) 为t o m g / l 。 我国 生 活 饮 用 水 卫生 标 准( g b 5 8 4 9 - 8 5 ) 规 定 为2 0 m g / l 3 7 。 此 外， 土 壤中 的 氮素 经过 硝 化、 反 硝 化 过程产生n 0 3 一 , n 2 0 还能导致臭氧层破坏、并是引起温室效应的原因 之一 ， ， 】 。 1. 3 . 1. 2 农田氮、磷面源的研究现状及主要的研究方法。 l l 前 ， 研究农田 氮、 磷面 源的 报道有许多 10 . 1 1 , 12 , 14 1 ， 在这些 研究中， 以 研究 氮素的 较多【 ” 曰、 17 . l 4 , 。 上壤中的氮素无论是外部加入的还是上壤本身存在的， 其去向主要有 1 ) 作物吸 收 ( 2 )气态损失，包括反硝化、氨挥发等 ( 3 )径流和淋洗损失。由于测定氮素气态损失存 在理论和技术上 的困难，所以目前计算它的损失普遍都是通过氮素的物料平衡来计算。从目 前的研究来看， 研究径流和淋洗的报道居多。 从目 前的研究结果来看， 氮素的淋失主要以n 0 3 的形态为1 : 1而n 比 形态的氮素最不易 淋失 。 氮索 淋失的 一 要研究方 法: ( i )田间观测方法:fi要是对实验川 块进行采样测定: 采集土样、灌溉水样、 排水水 内蒙古大学硕士 论文 样、地下水水样以及生长作物进行分析测定，同时调查土壤类型，肥料用量，通过物 料衡算来进行研究 2 0 1 ( 2 )模拟实验:有室内、 室外模拟实验。 室内实验主要是盆栽和土柱实验， . l 们主要 用来进行机理研究和模拟研究， 这对模型建立方面是必不可少的，但其结果往往与大 田的实际 情况有偏差。 室外模拟主要以 建立p v c 、 不锈钢的模拟土柱来进行研究 a , in 7 但通用的回填土柱模拟往往与实际结果有偏差。近来，出现了原状土柱模拟实验，其 结果与实际情况更加符合 7 。 ( 3 ) 应用模型来研究: 用来研究氮、 磷运移的 模型很多【 w ， 大多数模型是以 对流 扩散原理为基础。在运用模型时，要根据研究的实际情况来选用最合适的模型c z s , 2 6 。 1.3。2 河套灌区农田氮、磷流失的研究现状 就目 前所知的情况来看，直接对河套灌区农田氮、磷流失的研究还是空白。其中对 河套灌区较多的研究偏重于耕地的盐碱化防治。由 于河套灌区具有显著的自 身特点， 其 农田 排水量较大， 所以 运用和借鉴其它地区的研究结果和方法不可行。到目 前为止，当 地的环保部门已对总排干、各排干的水质进行了长期的监测，并用总量平衡的方法计算 过河套灌区农田氮、磷的排出量。 但由于总排干、各排干沿途接纳了工业废水、 城市生 活废水、其他退水、山洪、雨水等，另外，采样监测的频率和监测时间的限制，以及需 要许多长期的精确的流量数据，所以，目 前还没有直接的、令人信服的结果。 1.4 本课题研究所用的方法 本课题研究运用田间观测法，在河套灌区选择了一块典型的实验田， 对实验田的灌 溉水，农田排水，地下水的水质和水量进行了为期一年的监测。对试验田排出的氮、磷 量做了 计算， 然后， 根据试验田 得到的结果 对整个河套灌区的农田排水排出的 氮磷量做 了估算。 2.实验部分 2.1 试验田的基本概况 在巴 彦淖尔盟黄河灌溉管理局有关部门的大力协助下，经过认真的筛选，确定了试 验田。 试验田 位于巴 彦淖尔盟五原县永利乡 永联村内，占 地3 3 3 . 8 4 亩，共有2 0 多户农 户的地在此种植。试验田内有8 条农渠，7 条田间小路。渠、路占地4 3 . 5 亩，实际种植 面积 2 9 0 . 3 4 .灌溉水由人民支渠通过引水渠引入试验田，有两条排水沟左四、左五斗沟 将农田排水排入到乃永分干沟。试验田具有较为独立的灌水、排水渠道， 便于测得灌、 排水量。试验田内有 8口 地下水观测井，可方便地对地下水进行测定和分析。详细情况 见试验田平面图 ( 附图一1 ) 0 刘志国河套灌区农川氮磷流失的调查及向鸟 梁素 海输入量的估算 2.2 试验田内作物种植情况 试验田内实际种植面积为2 9 0 . 3 4 亩。 试验田内2 0 0 1 年的种植统计表 ( s t a t i s t i c o f t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d ) : 种植作物葵花籽瓜玉米 小麦 套葵 花 甜菜葫芦 小麦 套玉 米 葵花 套菠 菜 小麦 小麦 套甜 菜 hta n (-ffl )f0 ( 1f ) (ha ) 8 1 . 1 0 1 3 9 . 0 03 7 . 4 3 3 6 . 1 61 3 4 . 4 82 2 . 5 4 2 0 . 7 49 . 9 0 5 . 8 4 3 . 1 5 5 . 4 3! 2 . 6 12 . 5 12 . 4 22 . 3 11 . 5 11 . 3 90 . 6 60 . 3 90 . 2 1 所占比例 ( % ) 2 7 . 9 31 3 . 4 31 2 . 8 91 2 . 4 51 1 . 8 8 7 . 7 6 7 . 1 43 . 4 1 2 . 0 11 . 0 8 2。3 试验田内的化肥试用状况 抽样调查了十几户农民的主要地块的肥料施用状况 ( 见附表一1试验田的肥料调查 表) ，了解了主要作物的施肥情况，通过计算得到施入试验田的肥料量: 施入氮肥 ( 以n 计) :3 . 9 7 t 施入磷肥:( 以p , o 。 计) :3 . 0 l t 甜苹专用肥:1 . 2 9 t 2.4 试验田当地的气象资料 ( 五原县2 0 0 1 年) m e t e o r o l o g i c a l d a t a o f w u y u a n c o u n t y 2 0 0 1 : 日期降水量( m m )蒸发量( m m ) 1 月 1 . 92 6 . 8 2月0 . 05 5 . 6 3月 0 . 01 4 2 . 8 4月 2 . 32 4 0 . 8 5月 6 . 53 8 3 . 7 6月 9 . 73 3 9 . 6 7月 2 0 . 23 7 6 . 5 8月 7 0 . 82 7 5 . 9 9月 8 2 . 81 5 7 . 3 1 0月 8 . 41 0 9 . 1 1 1 月 0 . 04 5 . 5 1 2月 内 藏古大学硕士论文 2. 5 试验田的灌溉和排水状况 ( 2 0 0 1 ) 2.5.1 试验田2 0 0 1 年瀚溉状况 ( 1 ) 2 0 0 1 年 5 月8日、 1 0日、 1 2日、 1 4日、 2 1 日分别进行了灌溉共用水 4 3 8 9 1 . 2 m . ( 2 ) 2 0 0 1 年 6 月 1 4日、1 5日、1 6日 进行了灌溉共用水4 6 6 5 6 m ( 3 ) 2 0 0 1 年7 月8日、1 1 日、1 3日进行t灌溉，共用水3 3 6 9 6 m ( 4 ) 2 0 0 1 年1 0 月1 8日 一1 0 日2 3 日 每日 的白 天进行了秋浇， 我们和义长局灌溉实 验站用梯形量水堰对灌入田间的 水量做了 测量， 在灌溉引水渠和各条农渠上对 流入的水里进行了同时测定。 测得秋浇时灌入试验田的水量为3 5 5 3 7 m 。 我们 用s i g m a 9 2 0自 动流量计对引水渠的总灌水量进行了同时测定。 2.5.2 试验田的排水状况 ( 1 ) 实验田 在5 月、 6 月、 7 月份灌溉时， 排水量较小， 但仍有一定量的排水， 此 排水a不易测量， 根据实地观察和排水水位进行计算， 这3 个月份从试验田排出的 水量约为1 0 0 0 m ，此时农田排水氮、磷含量较高，因此排出了一定的氮、磷。 ( 2 ) 试验田秋浇排水 秋浇时， 试验田 排水量较大， 氮、 磷含量相对较低。 试验田 秋浇排水的测量从秋浇 开始至排水沟的排水封冻结冰 ( 1 0 月1 8 日 一1 1 月1 2 日) . 测定排水量的方法: 首先在左四斗沟、 左五斗沟打一个小的拦水坝， 当 排水沟 的 水位达到一定高 度时， 高于乃永分干沟的水位一定高 度时( 排水沟、 乃永分干沟 均安装入经过校正且具有同一零点的测量水尺， 通过观察水尺的读数来确定) ， 记 录排水沟水尺的读数， 打开坝放出 农田 排水。 当排水沟水位和乃永分干沟的水位相 近或相等时， 记录排水沟水尺读数， 然后打坝关口。 通常情况下，每天开口放水一 次，同时记录开口、关口 排水沟水位。 试验田的秋浇排水量是根据排水沟的渠道数值和水位变化量来进行计算的。 排 水沟秋浇排水的开关口 水位记录值见附表一2 。左四斗沟、 左五斗沟的断面图和各 段渠道的长度及其它渠道数值另有详细的坐标纸测量绘图。 2. 6 试验田内的地下水位 试验田内有八口 地下水观测井，为了了 解氮、磷等营养物的淋滤状况，对地下水的 水位变化情况做了详细的观测。每隔五天测定一次各井的水位，具体的水位测定值见附 表一3 0 2. 7 试验田内 水样的采集 根据试验田的灌溉排水情况，一般在每次灌溉前后， 采集灌溉水水样、 地下水水样 农田排水水样. 根据实际调查的需要，对秋浇前后农田 排水进行了连续的采样。 刘志国 河套滋区农田 氮磷流失的调查及向乌梁素海输入t的估算 2 . 8 水质分析项目及分析方法 ( i ) 总 氮 ( t -n ) :过硫酸钾氧化一紫外分光光度法 ( 2 ) 氨态氮 ( n h , -n ) :纳氏 试剂光度法 ( 3 ) 硝酸盐氮 ( n 0 -n ) : 酚二磺酸光度法 ( 4 )亚硝酸盐氮 ( n o , -n ) : n - ( 1 -禁基) 一乙二胺光度法 ( 5 )总磷 ( t -p ) : 铝锑抗分光光度法 ( 6 )化学需氧量 ( c o d ) :重铬酸钾法 3.结果与分析 对试验田 的观测得到了 如下的结果: 试验田内 地下水水位变化情况 ( 2 0 0 1 年试验田 内的八口 地下水井的 水位观测值数据见附表一3 ) ，试验田的灌溉水、 地下水、农田 排水 的水质状况 ( 见附表一4 , 5 ) ，逐一分析如下。 3.1 试验田内八口地下水井的水位变化情况 根据观测日期和水位观测数据作图 ( 详细数据见附表一3 ) : 图 . 1 试脸田 八口 地下水井的水位变 化图 f i a . l t h e g r a p h o f w a t e r l e v e l o f e i g h t g r o u n d w a t e r w e l l i n e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 一于于于于 地下 水井 的水位高度 试 验田 八口 地下 水 井 的水立七 图 1 0 2 7，( m) 1 0 2 5 . 5 1 1 刀 归 t o巧 5 1 压5 1 住?4 . 5 日 期 口9吹nl 口蕊吹11 口91叹11 口11吹1叫 口9叹1 口1叹11 口卜2叹01 口的1吹01 口1叹01 口91吹6 口1叹6 口卜1叹的 口一叹8 口9一吹卜 口叫叹卜 田91吹9 口1叹9 口91吹的 口1叹的 口91吹甲 口-叹甲 口卜吹门 口n囚叹n 口9叹n 口9叹 内蒙古大学硕l : 论文 从上面的试验田内的八口地下水井水位变化图，可以看出这八口地下水井的水位和 水位变化基本相同，它们图形的许多部分相互重叠。上面的图形，基本反映了试验田内 2 0 0 1 年地下水位的变化情况， 即从1 月至5 月、 8 月至1 0 月地下水水位较低， 而在5 月、 6 月、 7 月和1 0 月下旬分别出 现了 水位峰值， 并在1 0 月以 后一直保持着较高的水位并缓 慢的下降。 这个变化规律与试验田 灌溉、排水状况非常一致，因为试验田在5 月、6 月、 7 月和 1 0 月下旬分别进行了灌溉，灌溉水下渗，并在灌溉后几天内水位达到峰值随后下 降。在不灌溉的月份，由 于蒸发和作物吸收水分使地下水位下降。1 0月下旬秋浇过后， 由于蒸发量减小并且已没有作物吸收所以地下水保持较高的水位，但部分水分会出现侧 渗形成农田排水排出，所以，水位缓慢下降。由此可见，农田的地下水主要是由灌溉水 为补给的。 3.2 试验田内地下水的水质变化状况 根据对采集的地下水样的分析化验结果作图， 化状况 ( 详细分析数据见附表一5 ) 0 3.2.1 试验田内的地下水的总氮变化状况: 图 . 2试 验田 八口 地下水井的总氮变 化图: f i g . 2 t h e g r a p h o f t o t a l n i t r o g e n o f g r o u n d w a t e r 可得到试验田内的地下水的水质的变 i n e x p e r i m e n t f a r m l a n d : 研时晰时叶阱研阱 一一一 试验田八口地 卜 水井的总氮变化图 浓度值 ( m g 八) 4 5 . 0 0 0 4 0 . 0 0 0 3 5 . 0 0 0 3 0 . 0 0 0 2 5 . 0 0 0 2 0 . 0 0 0 1 5 . 0 0 0 1 0 . 0 0 0 5 . 0 0 0 h期 主巴n四01 口91叹01 口6吹01 工囚吹0 工的n叹6 口st吹6 口11叹6 口哪叹6 口8闪吹8 口tz叹8 口侧1吹8 口卜吹的 口1门叹卜 田哪闪叹卜 山卜州叹卜 口01叹卜 田的叹卜 口9凶叹9 田61叹9 口囚1吹9 口的吹9 口6n叹的 口闪n吹帅 巴的1叹的 从总氮图中可看到， a 井、 b 井、 d 井、 e 井、 h 井的总氮一直比平稳， 而c 井、 f 井、 g 井在6 月、 7 月、 8 月曾出 现较高 值， 所有的井在秋浇过后， 总氮值都有所上升 ( 秋浇: 1 0 月1 8 -1 0 月2 2 日) ， 这可能是有部分氮、 磷在秋浇过程中 林滤到了 地下水。 刘志国 河套灌区农田氮磷流失的调查及向乌梁素海输入量的估算 .z 试验田的地下水的氨氮变化状况 图 3试验田八口地下水井的氛氮变化图: f i g . ;t h e g r a p h o f n b t ,-n o f g r o u n d w a t e r i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 浓 a f 口的入吹01 巴91吹01 口6叹01 口闪吹01 m的囚叹6 口匆1叹6 田吹6 口叮叹6 口sn吹8 巴囚叹的 田寸1四8 口卜叹的 田1的叹卜 口寸囚叹卜 田卜一叹卜 口01吹卜 口约叹卜 口9入吹9 口61吹9 田nl叹9 口的叹9 口必囚叹的 皿n囚叹晚 口的1吹的 浓度值 ( m g 1 d试验田八口地下水井的硝酸盐氮变化图 1 . 4 0 0 2 . 3 0 0 2 . 2 0 0 2 . 1 0 0 2 . 0 0 0 1 . 9 0 0 1 . 8 0 0 1 . 7 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0 1 . 4 0 0 1 . 3 0 0 1 . 2 0 0 1 . 1 0 0 1 . 0 0 0 0 . 9 0 0 0 . 8 0 0 0 . 7 0 0 ( l . 0 0 0 0 . 5 0 0 0 . 4 0 0 0 . 3 0 0 0 . 2 0 0 0 .1 0 0 一 心 一a 井 一 扫 -b 井 - 一c 井 - x - d 井 一 兴 -e 井 一 。 一f 井 一 十 一 g 井 z d 井 x 日期 叮的n吹0一 山9叹0 口0叹01 口n吹0 口的刊叹6 口的一叹口 田叫1叹山 口甘叹6 田幼囚吹8 口闪吹5 m甲一叹田 口卜叫8 困的叹卜 口寸囚叹卜 口卜1四卜 口0叹卜 田的叹卜 口gn叹9 山6四9 困n工叹9 田的吹9 口0囚叹的 口nn叹匕 口的1吹比 从图 i ) 石出，除 r( ; 井的浓度值相当高并且浓度的变化趋势与其它井不同外，其它 内菠古大学硕士论文 井变化趋势较为一致。它们的硝酸盐氮值除了7月有些井的浓度值较高外，其它井的值 一直比 较稳定。 一个明显的特点是， 秋浇过后硝酸盐氮的值呈现上升。 试验田的地下水的亚硝酸盐氮除了 几个井偶尔出 现较高值，其余井浓度较低比 较稳 定. 3. 2. 4 试验田的地下水的总琪的变化情况 拼哄饼阱阱阱饼阱 一令一 图. 5 f i g . 5 2 . 侧) 0 1 . 8 0 0 1 . 印0 1 . 4 0 0 1 . 2 0 0 1 . 0 0 0 0 . 8 0 0 0 . 6 0 0 0 . 4 0 0 0 . 2 0 0 试脸田的 八口 地下水井的总 碑变化图: t h e g r a p h o f t o t a l p h o s p h o r u s o f t h e g r o u n d w a t e r i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 浓度值 ( m g / 1 )试验田八口 地下水井总磷变化图 日期 扩尹扩扩犷尹扩扩扩扩扩 从图中看出，试验田的地下水的总磷值除了 6月出现了较高值，其余月份一直比较 稳定，秋浇过后，地下水的总磷值略有下降。 3.2.5 试验田的地下水的c o d 值变化情况 图 . 6试脸田 八口 地下水井的c o d 变化图: f i g . 6 t h e g r a p h o f c o d o f g r o u n d w a t e r i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 刘志国河套灌区农田氮碑流失的调查及向乌粱素海输入t的估算 浓度值 ( m g / 1 ) 试验田八口 地下水井的c o d 值变化图 4 0 0 . 0 0 3 5 0 . 0 0 3 0 0 . 0 0 2 5 0 . 的 2 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 - 夺一 a 4 - 口 卜b 4 - fr - c 乡 一 长 -时 - * e 4 - 0 -f 多 - 一 分 g 步 一v 1 0 0 . 加 5 0 . 0 0 日 期 犷犷(b尹扩尹 (b ibb ch c 从图中可以看出，大部分地下水井在6 月、8 月和秋浇过后出现了c o d 峰值，尤其 在6 月出现的值较大。 3.3 试验田农田排水排出的氮磷的at 3. 3.1 试验田的秋浇排水的氮、磷、 c o d 浓度变化图: 根据对试验田排水沟的实际观测结果及试验田内 八口 地下水井的水位观测数值判 断， 试验田 的 农田 排水主 要通过左五斗 沟排出， 本实 验对左五斗 沟的 排水 进行了 长 期的 观测， 特别是对秋浇后左五斗沟的排水的变化情况进行了 详细的 测定， 其水质分析结果 见下图， 详细数据见附表一4 0 图 . 7试脸田左五斗沟农田 排水总氮变 化图: f i g . 7 t h e g r a p h o f t o t a l n i t r o g e n o f z u o w u d r a i n a g e c h a n n e l i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 一 ，一八甲 八;! /、/ / 户 尸 人/ / / 一丫丫 一 丫.尸 产灯丫w 网翎咖.咖 3 . 0 0 0 2 . ( x ) 0 1 . 0 0 0 0 . l 洲 】 ) 内菠古大学硕士论文 图. 8试脸田左五斗沟农田 排水的氛氮变 化图: f i g . 8 t h e g r a p h o f n h -n o f z u o w u d r a i n a g e c h a n n e l i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 浓 度值 ( m g / 1 ) 左五斗沟农田洲 脉 的氨氮变化图 2 . 以幻 1 . 8 1 刀 1日l ) 1 . 弓 佣 1 . 2 0 0 1 . 以】 0 . 8 佣 0 . 6 0 0 0 . 月 0 . 2 以 ) 0 . 0 0 0 叫 . 日期 图 . 9试脸田左五斗沟的农田 排水的吏 化图: f i g . 9 t h e g r a p h o f n 0 , - -n o f z u o w u d r a i n a g ec h a n n e l i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : 浓度值 ( m g / ll 左五斗 沟农田 排水的硝酸盐氮变化图 石 舀雨 丽 盈 氮 es f - 万味丁一 一 一 一 六 环 一 - 一 一 兰么行兰 三 三二 v - a! - - 日 期 ocll卜七一匕通孟弓j，曰，几n户 住0.0.0.0.0.0.让 刘志国河套滋区农田 氮磷流失的调查及向乌梁素海输入t的估算 图 . 1 0试脸田左五斗沟农田排水的亚 稍酸盐氮变 化图 f i g . 1 0 t h e g r a p h o f n o 厂 n o f z u o w u d r a i n a g e c h a n n e l i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : - 一 份 - -一 f -/ 入 一 又 才司之，书 _ 一 - - - 一-一 ”丫 六 ， 忧01姗姗004002 日期 c p c p参 c p0 0 护 0 o净 u0 + 令子 今 牵 sy 0u 中 孕 心 中 孕 心 w . 然食犷.e l l w d, p 昏 图 . 1 1 试脸田左五斗沟农田 排水的总磷变 化图: f i g . 1 1 t h e g r a p h o f t o t a l p h o s p h o r u s o f z u o w u d r a i n a g e c h a n n e l i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a r d : 气 下 人 二- - 一 二 二一 一一 一 一 哈奋几不了仲份州- 日 期 030250.201501005。 0 o c p孕 0 0 + 孕 + 4 e5净 今 孕 c p巾 0 孕 孕 今 p孕 c p 4do 4 tio 4 o0 4 04 ,ti 4 o4 n 0 4 04 o ti ti ti 内 截古大学硕士论文 图. 1 2试脸田左五斗沟农田排水的cod 变化图: f i g . 1 2 t h e g r a p h o f c o d o f z u o w u d r a i n a g e c h a n n e l i n t h e e x p e r i m e n t a l f a r m l a n d : t 二 万 二 二介一二二一 x 尸_。一/一 一 一 . 、 、 / ， 一 一 4 尸 一 、 一 .刁. 丫 月 1一11一1.1卜，1111一一.1一1一. 日 期 80印4d加的80印钓汾 3.3.2 试验田春、夏农田排水排出的氮、磷、c o d 的it 根据排水的 水位值和实地观测计算出 试验田 春灌农田 排出的 水量为5 0 0 m 、 夏灌农田 排出的水f约为5 0 0 0 . 一 总氮氨氮 硝酸盐 氮 亚犀 1 1 酸盐 藏 总磷 c o d 试验田春 灌农田排 水 排水浓度 ( m g / 1 ) 5 . 2 9 01 . 7 5 00 . 3 7 40 . 0 4 40 . 2 7 61 71 . 4 排出 水童( m 3 ) 5 0 0 排出的 量 ( k g ) 2 . 6 4 50 . 8 7 50 . 1 8 70 . 0 2 20 . 1 3 88 5 . 7 试验田夏 灌农田排 水 排水 浓度( m g a ) 2 . 3 0 80 . 5 1 90 . 4 1 80 . 0 1 70 . 0 5 3 4 3 . 6 1 排出 水 量( m 3 ) 5 0 0 排出 的 童 ( k g ) 1 . 1 5 4 0 . 2 6 00 . 2 0 90 . 0 0 8 50 . 0 2 6 5 2 1 . 8 0 5 试验田 春x灌概排水排出的 总f ( k g ) 3 . 7 9 91 . 1 3 50 . 3 9 60 . 0 3 10 . 1 6 51 0 7 . 5 0 5 1 3 刘志国河套灌区农田氮磷流失的调查及向乌梁素海输入t的估算 3. 3.3 试验田秋浇排水排出的氮、磷的， 本实验对试验田的秋浇排水做了 完全的测定，测定从秋浇开始至试验田的 秋浇排水 结冰封冻，历时近一个月。测定方法如前述，根据每日 测得的水位变化数据和试验田的 排水沟的详细渠道数据，经过计算求得试验田的秋浇排水的总量约为5 2 0 0 d . 一 一 总氮 氨氮 硝酸 盐氮 亚硝 酸盐 氮 总磷 c o d 秋浇 农田 排水 排水浓度 ( m g / 1 ) 3 . 4 7 80 . 1 7 90 . 4 3 80 . 0 3 20 . 0 3 4 4 7 . 8 3 3 排出 水量 ( m ) 5 2 0 0 排出的量 ( k g ) 1 8 . 0 8 6 0 . 9 3 02 . 2 7 90 . 1 6 4 0 . 1 7 72 4 8 . 7 3 0 3.3，4 试验田全年农田排水排出的氮磷c o d 的it 总氮氨氮 硝酸盐 氮 一一 .一 j ，一 总磷 c o d 业b 肖 酸 盐 氮 试验田全年的农 田排水排出的总 量 ( k g ) 2 1 . 8 8 52 . 0 6 52 . 6 7 60 . 1 9 50 . 3 4 23 5 6 . 2 3 6 其中的 春夏 灌溉 排出的 量 3 . 7 9 91 . 1 3 50 . 3 9 60 . 0 3 10 . 1 6 5 1 0 7 . 5 0 5 所占总 量的比 例 ( % ) 1 7 . 45 5 . 01 4 . 81 5 . 94 8 . 23 0 . 2 其中的 秋浇 排出的 量 1 8 . 0 8 60 . 9 3 02 . 2 7 90 . 1 6 40 . 1 7 72 4 8 . 7 3 0 所占总 量的比 例 ( % ) 8 2 . 64 5 . 08 5 . 28 4 . 15 1 . 86 9 . 8 由 上表可以 看出，在试验田全年所排出的氮、磷中，秋浇所占的比 例较大， 特别是 总氮及其中的硝酸盐氮， 亚硝酸盐氮和c o d ， 秋浇排出的量都占绝大多数。 其主要原因是 尽管其在排水中的浓度不高，但由于排水量大，因而其排出量大。 而在春夏灌溉中氨氮、 总磷，由于其在排水中的浓度相当高，尽管排水量小，所以仍然占有可观的比例。 试验田排水排出的氮、 磷占 施入试验田的氮、磷肥料的比例: 总氮:( 施入试验田的氮肥总量按3 . 9 7 t n 计算)( 2 1 . 8 8 5 / 3 . 9 7 * 1 0 ) * 1 0 0 % = 0 . 6 % 总磷:( 施入磷肥总量按3 . o 1 t p 2 0 5 即1 . 3 1 t p 计算)( 0 . 3 4 2 / 1 . 3 1 * 1 0 ) * 1 0 0 % = 0 . 0 3 % 由 此可见农田 排水中排出的氮、 磷只占 施入肥料量的极小一部分，除了 被作物吸收的部 分外，其余的部分残存于土壤中， 下渗入地下水， 进入了大气中。 内蒙古大学硕士论文 3. 4 整个河套灌区的农田排水向梁素海输入的氮磷量的估算 3. 4.1 按灌溉排水比 例进行估算 试验田 春、 夏灌水总量为1 2 4 2 4 3 . 2 m ，排水量为1 0 0 0 m ,灌排比 例为1 2 4 : 1 试验田秋浇的总水量为3 5 5 3 7 m ， 排水量为5 2 0 0 m ,灌排比 例为6 . 8 : 1 按此比 例计算河套灌区的排水总量: 河套灌区春夏灌溉水量为3 9 . 9 亿扩 ，按灌排比1 2 4 : 1 计算，排水量为0 . 3 2 亿m o 河套灌区秋浇总水量为1 5 . 9 6 亿扩 ，按灌排比6 . 8 : 1 计算，排水量为2 . 3 5 亿m a 整个河套灌区的农田排水排出的氮磷量即向乌梁素海输入的氮磷量的估算 ( 排水中的氮 磷c o d 等的浓度按试验田所测数据计算) : 、 一 总氮氨氮硝酸盐氮 亚硝 酸盐 氮 总磷 c o d 春、 夏 农田 排水 排水浓度 ( m g / 1 ) 3 . 7 9 91 . 1 3 50 . 3 9 60 . 0 3 1 0 . 1 6 51 0 7 . 5 0 5 河套灌区春夏灌的 排水量按0 . 3 2 亿衬计算 排出的量 ( t ) 1 2 23 61 315 3 4 4 0 秋浇 农田 排水 排水浓度 ( m g / 1 ) 3 . 4 7 80 . 1 7 90 . 4 3 80 . 0 3 20 . 0 3 44 7 . 8 3 3 河套灌区秋浇的排水量按2 . 3 5 亿m 计算 排出的量 ( t ) 8 1 7 . 3 5 24 2 . 0 6 51 0 3 . 0 3 17 . 4 3 08 . 0 0 1 1 1 2 4 0 . 7 2 1 河套灌区 全年排 水排出的总量( t ) 9 3 8 . 9 2 0 7 8 . 3 6 91 1 5 . 7 0 38 . 4 0 61 3 . 2 6 51 4 6 8 0 . 8 8 1 3， 4.2 按滋溉面积进行估算 试验田全年的 农田排水 ( 共2 9 0 . 3 4 亩) 总氮氨氮硝酸盐氮 亚硝酸 盐氮 总磷 co d 排出的总量( k g ) 2 1 . 8 8 52 . 0 6 52 . 6 7 60 . 1 9 50 . 3 4 23 5 6 . 2 3 6 河套灌区的面积按8 5 5 万亩计算， 排出量按试验田的排出比 例计算。 河套灌区的全年 排出的总量 ( t ) 6 4 4 . 4 76 0 . 8 17 8 . 8 05 . 7 4 21 0 . 0 71 0 4 9 0 . 5 2 刘志国河套灌区农田 氮磷流失的调查及向乌梁素海输入量的估算 从上 表得到的结果来看， 按试验田单位面积排出量推算出的整个河套灌区的排出量要比 按灌排比推算得到结果普遍小，其主要原因可能为，实际的河套灌区的种植面积要比计算中 所用的8 5 5 万亩要大，主要是长期的开荒、私垦土地现象普遍存在，灌区的种植面积有所扩 人。 囚此， 按此数据计算的结果偏小。 ( 据一九九八年内蒙占 环境监测站进行的全区遥感生态 监测发现全区耕地面积较统计部门提供的数据大，可能是开荒、私垦土地未报而使统计部门 的数据偏低) 3 . 4. 3 河套灌区农田 排出的氮磷量占 排入乌梁素海氮、 磷总量的比 例 各种污染源输入乌梁素海的氮、磷总量按己有的文献值计算: 丫 总氮总磷 氮输入量 ( t ) 所占输入 量的百分 比 ( % ) 磷输入量 ( t ) 所占输入 量的百分 比 ( % ) 各 种污染源输入鸟梁素海的氮 磷总量 3 7 1 ( 文献值) 1 0 8 8 . 5 9 41 0 06 5 . 7 4 71 0 0 河套灌区农田排水排出的氮磷 输入到乌梁素海的量 ( 按试验 田灌排比计算所得的值) 9 3 8 . 9 2 08 6 . 2 51 3 . 2 6 52 0 . 1 8 河套灌区农田排水排出的氮磷 输入到乌梁素海的量 ( 按试验 田面积比计算所得的值) 6 4 4 . 4 75 9 . 2 01 0 . 0 7 1 5 . 3 2 由l 表可以 得 到， 如果 按已 有的各 种污染源输 入乌 梁素 海的 氮、 磷总量 3 7 1 ( 文献 值) 计 算，则按试验田灌排比计算所得的河套灌区农田 排水排出的总氮约占 输入乌梁素海的总量的 8 6 . 2 5 % ， 总磷约占2 0 . 1 8 % ，而按试验田 面积比计算所得的河套灌区 农田 排水排出的总氮约占 输入乌梁素海的总量的5 9 . 2 0 % ， 总磷约占1 5 . 3 2 % 。 此结果表明， 河套灌区的农田 排水排出的 总氮占输入乌梁素海的总氮相当大比例， ，而农田排水排出的总磷占输入乌梁素海的总磷 1 5 -2 0 % 。 总的来看， 用灌排比计算得到的值比按面积比例计算得到的值要大， 经过仔细的分析 论证，我认为用灌排比例计算得到的结果可能与实际的排出状况更为相符。首先，从数据的 准确性上来说，由于灌区实行灌水的总量控制和灌水收费制度，并且黄河灌溉管理总局有专 门的测量水量的部门，所以灌溉数据比较准确。其次，在土壤耕作状况相近时，灌排比较为 恒定，用灌排比计 算较为科学。另外，由 于按面积比例计算时，可能存在的如上述面积统计 l 的偏差，种植作物上存在的差异，而存在着一定的偏差。 内蒙古大学硕 l 论文 4.讨 论 4.1 河套灌区农田排水排出氮、磷量估算的影响因素 首先，由于河套灌区面积广大，不同地域土壤类型及土壤的盐碱化程度、气候状况、 灌溉状况，排水状况存在着差异，所以用一块试验田去估算整个灌区的情况会有偏差。 其次，由于整个河套灌区的农田 不是集中经营开发，而是属于众多的农户分散种植，所 以 种植的作物类型， 施肥状况因 人而异并受到经济状况极大的影响，不同的作物之间 施 肥量有着极大的差别。 另外作物的种植受到市场左右， 农民的种植一般跟随市场的 变化。 以 我们所调查的试验田为 例， 2 0 0 1 年的葵花的 行情不错， 所以 试验田内 葵花的种植面积 较大，2 0 0 1 年甜菜的行情也不错，但由于需要较大的投入，需要施入大量的化肥及甜菜 专用肥，所以 种植面积较小。因 此， 作物的 种植每年都要发生变化，并且不同 地域会有 不同的变化，所有的这一切都将影响到农田 排水排出的氮、磷的变化。最后，农作物的 种植现在普遍进行套种，有不同的套种类型和套种比例，施肥状况也各不相同。 4.2 试验田的农田排水量的测量 河套灌区现在己 具有相对完备的灌排体系，各条灌溉渠，排水沟、渠纵横交错， 它 们控制着不同 面积的农田 并且存在着相互的影响，因 此，单独测定一块农田的排水有着 一定的难度。需要有灌溉排水较为独立的田 块，我们所调查测定的试验田正是具备这一 条件。另外，测定排水量也是一件不容易的事情，一般在灌水几天后，出现农田 排水， 并且排水过程较为缓慢， 大部分的排水沟都是不规则的、 不稳定的人工挖掘土沟， 。并且 排水沟的水一般排入较大的排水干沟，因此排水干沟的水位也影响农田排水，当排水干 沟的水位较高时，有时会出现倒灌现象，因此，都给测量带来了难度。本实验在测定秋 浇排水时，在排水沟打坝，根据水位情况开口 放水，测定水位变化来测排水量。这种测 定也存在着一些缺陷，打坝拦水可能会造成排水下渗和排水过度蒸发问题。 龟 4.3 河套灌区农田排水向乌梁素海的输入量 在前面的讨论中，我们把估算得到的河套灌区农田 排水排出氮、磷认为不发生变化 都可以排入到乌梁素海而忽略了中间的输送过程，实际上从农田排出的的氮、磷经过排 水沟，流入分干沟，进入排干，最后进入总排干，经过漫长的输送过程，最终进入乌梁 素海。 在输送过程中， 氮、磷会发生转化，吸附， 络合， 沉淀等反应， 排水沟的沉积物 也会释放， 解吸出 氮、 磷，因 此在输送过程中 存在着相当复杂的过程。这一过程需要深 入地探讨和研究。 刘志国河套灌区农田 氮磷流失的调查及向乌梁素海输入量的估算 4.4农田排水的分析项目 我们在调查过程中， 对水样进行了 氮、 磷、 c o d 的分析，主要是分析它们溶解态的含 叭 没有对它们在水 i i 颗粒物中的含量进行分析。 但颗粒物分析易受到样品的采集，沙 卜 渠道本身，水力条件，保存和分析手段的影响。水中的颗粒物的氮、磷含量极其运移 过程对氮、 磷、 c o 。 的迁移和转化过程有着一定的影响， 据有关的文章报道， 尤其是磷的 迁移过程与颗粒物关系密切。对颗粒物的分析是一项需要深入研究和探讨重要的课题。 5 . 结 论 5.1 本课题研究的结果 本课题对所选的试验田的灌溉水、地下 水、农田排水的水量和水质做出了完整的测 定， 了 解了试验田的地下水的 水位、 水