地表-土壤系统中农业营养盐迁移机理研究

In order to investigate the non-point sources pollution (focus on the various forms of the nitrogen and the phosphorus nutrients) producing and transforming mechanism, and also to understand the hydrological physically mechanism, the soil water field experiment, the nutrients export experiment, and the modeling study accordingly would be launched. With the experiment dataset, the detailed soil moisture distribution evolution in the rain-runoff process would be analyzed, and the relationship between the soil moisture developing and the runoff producing would be investigated. On the other hand, the law of the different forms of the nitrogen and phosphrous export by surface runoff, interflow, and groundwater runoff would be study, too. With the study, a new set of rain-runoff theory and model which could explain the process the non-point source pollution export with is expected to be developed. And it is expected to make clear how the non-point source pollution would be influenced by the soil texture and structure. The result from the study would support the non-point sources pollution calculation, and help developing the more phisical based hydroloy - non-point sources pollution coupled model.

为了研究农业非点源污染物（主要指引起水体富营养化的各种形态的氮N，磷P营养物等）产生与迁移的机理，也为了进一步认识"地表水－土壤水"系统中的水文物理机制，针对前期研究中发现的降雨径流计算方法不适应产污计算以及不同类型氮磷营养盐从地表、土壤、和地下输出比例不明，开展坡面土壤水原位实验、室内土壤水运动和污染物输出规律实验，以及相应的模型研究，分析降雨径流过程中土壤水的详细变化规律及其与径流产生的定量关系，探索不同形态氮、磷营养物通过地表径流、壤中流以及地下径流分享输出的定性与定量规律。通过本项研究，初步形成基于土壤含水率分布变化的、适用于非点源污染物定量计算的产汇流模式；弄清几种形态的氮磷营养物在不同质地、结构的土壤和不同降雨条件影响下的输出定性定量规律。从机理研究和定量计算方法方面为农业非点源污染输出量的计算，以及发展基于物理机制的分布式水文-非点源污染耦合模型提供科学依据和理论支撑。

为了本研究以提高关键带水文过程和溶质运移过程的耦合作用机制认知水平，进一步认识“地表水－土壤水”系统中的水文物理机制，以及农业非点源污染物产生与迁移的机理，开展坡面土壤水、氢氧同位素及钾钠钙镁离子野外实验和污染物输出规律实验，以及相应的模型研究，分析降雨径流过程中土壤水的详细变化规律及其与径流产生的定量关系，探索不同形态氮、磷营养物通过地表径流、壤中流以及地下径流分享输出的定性与定量规律。得到以下研究结果：.（1）野外实验开展改进方面.本研究设计和开发了集批量、同步、原位、长期定位采集特点于一身的扩展式土壤水批量采样装置，系统总结了氢氧同位素及钾钠钙镁离子样品采集及保存中涉及的采样点布设、采样瓶容量和材质选择、样品预处理、样品的保存方法和有效期等要求，为样品采集规程、实验室工作条例等的制订提供了支撑。.本研究开展了氢氧同位素记忆效应及标定方法实验、重复性测试实验（氢氧同位素、钾钠钙镁离子）、稀释误差分析（钾钠钙镁离子）等实验，识别了氢氧同位素及钾钠钙镁离子测试中的可能误差源，并提出了提高测试准确度和精密度的解决方案。.（2）土壤水运动和降雨径流理论与模拟方面.通过对坡面土壤含水率时间和空间变异性及其对降雨响应特征的研究发现，暴雨事件中，坡面土壤含水率吸水后上升到一定程度后会形成坡面上的稳定分布期，在坡脚出现近饱和带显著扩张的现象。通过定量分析发现地表径流的产生由饱和带扩张产流和超渗产流两部分产流组成，土壤特性分布、上层土壤含水率分布变化过程以及降雨过程是径流产生的控制因素。在此理论基础上建立的地表径流模型从定量的角度验证了产流机制。.（3）氢氧同位素及钾钠钙镁离子演化规律研究方面.本研究分别绘制了土壤水、地下水的氢氧同位素及钾钠钙镁离子等值线图，分析了降水径流过程中氢氧同位素及钾钠钙镁离子的时空演化规律，探讨了其作为水文循环机理研究示踪物质的可能性和适用性，为关键带水文过程和溶质运移过程耦合作用机制研究奠定了技术基础。.（4）氮磷营养盐研究输出规律研究方面.开展了几组相同土壤质地结构条件下，不同强度和不同历时下的氮、磷输出室内研究，得到了不同形态氮磷营养盐随地表径流、壤中流和地下径流输出的实验结果和规律。.通过本项目的研究工作，发表文章5篇（1篇SCI检索），获得实用新型专利1项，软件著作权4项，资助博士后1人完成研究并出站。