飲用水水源地清潔小流域坡面養(yǎng)分流失防控措施配置與效益評(píng)價(jià)

【摘要】：飲用水源地農(nóng)業(yè)面源污染的控制,不僅關(guān)系到生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,而且關(guān)系到飲用水安全問(wèn)題。但是,目前針對(duì)坡面養(yǎng)分流失的機(jī)理與集成控制技術(shù)研究較為薄弱。 本研究即是針對(duì)云蒙湖庫(kù)區(qū)面源污染現(xiàn)狀,選定蒙陰縣界牌鎮(zhèn)云蒙湖大流域中雙河峪小流域作為實(shí)驗(yàn)地,設(shè)計(jì)并布設(shè)了一系列針對(duì)坡面養(yǎng)分流失的防控措施體系,并對(duì)小流域坡面養(yǎng)分流失的治理效益進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。 1針對(duì)坡耕地水土流失嚴(yán)重,容易產(chǎn)生面源污染的現(xiàn)狀,布設(shè)了坡耕地壟間植草的處理措施,分別為：花生壟+壟間狗牙根、花生壟+壟間草木犀、花生壟+壟間黑麥草、花生壟+壟間三葉草、花生壟+壟間空白對(duì)照。試驗(yàn)結(jié)果表明： (1)花生地壟間植草能夠有效控制水土流失,徑流量為對(duì)照的55.1%～61.3%,其大小依次為花生+草木犀花生+狗牙根花生+三葉草花生+黑麥草；泥沙流失量為對(duì)照的3.4%～32.3%,其大小依次為花生十三葉草花生+草木犀花生+狗牙根花生+黑麥草。花生+黑麥草種植方式的控水、攔沙效果明顯,植草初期泥沙流失量受降雨等因子的影響波動(dòng)較大,攔沙率與對(duì)照相比差異較小,后期泥沙流失量不斷減小并趨于穩(wěn)定,攔沙率不斷增加。花生地壟間植草較好地控制了磷素輸出,總磷流失量為對(duì)照的52.8%～75.3%,其大小依次為花生+狗牙根花生+草木犀花生+三葉草花生+黑麥草。 (2)與對(duì)照相比,花生地壟間植草減少27.5%～67.0%的顆粒態(tài)磷輸出,但相對(duì)提高了水溶性全磷的輸出。花生+黑麥草種植方式控制磷素輸出效果最優(yōu),TP輸出為對(duì)照的58.4%,PP流失為對(duì)照的27.5%。在植被生長(zhǎng)期,各形態(tài)磷素流失存在差異,整個(gè)雨季DP輸出以水溶性無(wú)機(jī)磷為主,花生收獲后首場(chǎng)降雨中各形態(tài)磷素的輸出負(fù)荷遠(yuǎn)超過(guò)最大雨強(qiáng)降雨磷素輸出負(fù)荷。 (3)壟間植草方式中土壤粗化指數(shù)、砂粒含量、總孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量、有機(jī)質(zhì)及全氮含量出現(xiàn)了不同程度的升高,而容重、黏粒與粉粒、全磷含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；與空白對(duì)照相比,壟間植草明顯改良了土壤理化性質(zhì),其中以花生+黑麥草處理效果最優(yōu),灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.9319。 2針對(duì)梯田邊坡由于降雨以及重力所造成的土壤侵蝕嚴(yán)重的現(xiàn)狀,布設(shè)了梯壁植草處理措施,所配置的草種分別為：草木犀、苜蓿、狗牙根、三葉草、黑麥草、黃花菜以及空白對(duì)照。試驗(yàn)結(jié)果表明： (1)梯壁植草增大地表覆蓋,通過(guò)植被冠層的截留減小雨滴對(duì)坡地表面的直接打擊,進(jìn)而降低了地表徑流流速與近地面風(fēng)速,減小徑流的沖刷力和風(fēng)力,進(jìn)而減少?gòu)搅髦兴鶖y帶的溶解態(tài)養(yǎng)分的流失；同時(shí)通過(guò)植被根系的束縛作用,增強(qiáng)表面土壤的抗蝕性與抗沖性,改善了土壤性能,進(jìn)而減少土壤中顆粒態(tài)養(yǎng)分的流失。 (2)梯壁植草措施與空白對(duì)照相比可以明顯改善土壤理化性質(zhì),黃花菜由于各項(xiàng)指標(biāo)均為最優(yōu),因此其關(guān)聯(lián)度達(dá)到了1,表明其各指標(biāo)綜合判斷結(jié)果與決策矩陣最為接近,其改良土壤理化性質(zhì)作用在6種不同植物籬系統(tǒng)中效果最優(yōu),其余依次為黑麥草(0.8742)三葉草(0.7312)苜蓿(0.6677)草木犀(0.6614)狗牙根(0.6577),空白對(duì)照小區(qū)灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果為0.3749,改良土壤理化性質(zhì)的效果最差。 (3)黃花菜由于其植被茂盛、根系發(fā)達(dá),形成有利于微生物以及植被生長(zhǎng)的微環(huán)境,同時(shí)也起到了削減降雨動(dòng)能、調(diào)蓄地表徑流、增加根部土壤的抗蝕性與抗沖性,使其在控制土壤養(yǎng)分流失與改善土壤理化性質(zhì)方面均優(yōu)于其他植被。 3針對(duì)果園砂質(zhì)土壤下滲與蒸發(fā)速度快、土壤有機(jī)質(zhì)含量低的現(xiàn)狀,布設(shè)了果園樹(shù)盤(pán)植草的處理措施,所配置的草種分別為：三葉草、黑麥草、狗牙根以及空白對(duì)照。試驗(yàn)結(jié)果表明： (1)樹(shù)盤(pán)植草通過(guò)增加地面郁閉度,避免了陽(yáng)光對(duì)地面的直接照射,降低了地表溫度,進(jìn)而也影響土壤水分蒸發(fā)。同時(shí),其發(fā)達(dá)的根系以及地上腐殖層能夠攔蓄較多的地表徑流,增加徑流入滲,進(jìn)而保持相當(dāng)一部分水分,形成巨大的“土壤水庫(kù)”。 (2)與空白對(duì)照相比,樹(shù)盤(pán)植草方式明顯的改善了土壤中有機(jī)質(zhì)以及N、P含量。其中,有機(jī)質(zhì)與試驗(yàn)前所測(cè)數(shù)據(jù)相比增加了23.18%～37.14%,全氮含量增加了9.9%～20.7%,全磷含量增加了11.49%-14.44%。 (3)黑麥草屬禾本科牧草,莖葉堅(jiān)韌,株高5-10厘米,莖分蘗數(shù)達(dá)5株/cm左右,多株叢型發(fā)育,莖葉交叉程度高,從而提高了植被覆蓋率,其地下部分根須密集,在增加雨水下滲改善土壤物理性質(zhì)方面均優(yōu)于其它植被,因此改善地表溫度與水分的效果最為明顯。同時(shí),黑麥草由于本身對(duì)N、P的固定作用,使后期所測(cè)土壤中N、P含量增加明顯。而其根系發(fā)達(dá),枝葉茂盛,枯萎之后土壤所含有機(jī)質(zhì)明顯高于其他處理小區(qū)。 4針對(duì)小流域土地利用結(jié)構(gòu)不合理的實(shí)際情況,借助GIS與線(xiàn)性規(guī)劃模型,對(duì)小流域土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于氮磷輸出風(fēng)險(xiǎn)控制的土地利用空間優(yōu)化配置。結(jié)構(gòu)表明： (1)采用單因子評(píng)價(jià)與綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法進(jìn)行中小尺度土地適宜性評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)方法更加簡(jiǎn)便、易于操作,各種參數(shù)獲取的可行性高,與研究區(qū)特征更為一致。 (2)將優(yōu)化分析能力占優(yōu)的線(xiàn)性規(guī)劃模型與具有強(qiáng)大空間配置功能的GIS有效耦合,充分彌補(bǔ)了線(xiàn)性規(guī)劃模型與GIS的不足,使得土地利用優(yōu)化配置結(jié)果既具有面積上的約束,同時(shí)又與具體的空間位置相匹配,增強(qiáng)了優(yōu)化結(jié)果的科學(xué)性與可視性。 (3)將N、P等面源污染物輸出風(fēng)險(xiǎn)納入土地利用優(yōu)化配置所考慮的因素當(dāng)中,建立面源污染物輸出最小與經(jīng)濟(jì)效益最大兩個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃目標(biāo)模型,使得土地利用優(yōu)化配置結(jié)果兼顧了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一。 (4)對(duì)沂蒙山區(qū)典型小流域——雙河峪小流域進(jìn)行的土地利用優(yōu)化配置及野外監(jiān)測(cè)試驗(yàn)表明,園地具有較高的經(jīng)濟(jì)效益與相對(duì)較低的N、P輸出風(fēng)險(xiǎn),且在空間配置上具有較強(qiáng)的靈活性,因此,園地是影響該流域土地利用優(yōu)化配置的重要因素,在優(yōu)化配置中應(yīng)對(duì)園地給予重視。 5綜合不同坡面措施效益對(duì)比研究,得出坡耕地以壟間種植黑麥草方式、邊坡以梯壁種植黃花菜方式、果園以樹(shù)盤(pán)種植黑麥草的方式對(duì)流域土坡地進(jìn)行水土保持措施布設(shè),同時(shí)輔以土地利用的空間優(yōu)化配置,使得小流域保水效益增加561.6m3,保土效益增加881.4kg,經(jīng)濟(jì)效益增加了21.391萬(wàn)元,生態(tài)效益中氮磷輸出負(fù)荷減少了433.61g。 【關(guān)鍵詞】：清潔小流域 水土流失 土地利用 沂蒙山區(qū)
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：S157.2
【目錄】：

• 摘要7-10
• Abstract10-14
• 1 緒論14-21
• 1.1 研究背景14
• 1.2 研究意義14-16
• 1.2.1 理論意義14-15
• 1.2.2 實(shí)踐意義15-16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)16-19
• 1.3.1 清潔小流域研究進(jìn)展16-17
• 1.3.2 坡面養(yǎng)分防控措施在清潔小流域治理中的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀17-19
• 1.4 研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.4.1 研究目標(biāo)19
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容19
• 1.4.3 研究思路19-20
• 1.4.4 技術(shù)路線(xiàn)20-21
• 2 材料與方法21-27
• 2.1 研究區(qū)概況21-22
• 2.1.1 地理位置21
• 2.1.2 氣候21
• 2.1.3 土壤21-22
• 2.1.4 植被22
• 2.2 試驗(yàn)點(diǎn)概況22
• 2.3 數(shù)據(jù)采集與分析22-25
• 2.3.1 不同處理措施小區(qū)的布設(shè)22-24
• 2.3.2 數(shù)據(jù)分析24-25
• 2.4 計(jì)算方法25-27
• 2.4.1 土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)25
• 2.4.2 土地利用優(yōu)化研究25-27
• 3 坡耕地壟間植草防控措施對(duì)坡面養(yǎng)分流失的影響27-39
• 3.1 耕地壟間植草對(duì)水土流失的影響27-29
• 3.1.1 不同處理措施徑流及泥沙流失總量特征27-28
• 3.1.2 植被生長(zhǎng)不同時(shí)期各處理小區(qū)泥沙流失特征28-29
• 3.2 耕地壟間植草對(duì)P素輸出的影響29-32
• 3.2.1 不同處理小區(qū)各形態(tài)P素輸出總負(fù)荷29-30
• 3.2.2 植被生長(zhǎng)不同時(shí)期各處理小區(qū)P素流失濃度特征30-31
• 3.2.3 典型降雨條件下的P素輸出特征31-32
• 3.3 耕地壟間植草對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響32-39
• 3.3.1 不同措施下土壤粗化指數(shù)的變化32-33
• 3.3.2 不同措施下土壤質(zhì)地變化33-34
• 3.3.3 不同措施下土壤容重變化34-35
• 3.3.4 不同措施下土壤孔隙度及水分變化35-36
• 3.3.5 不同措施下土壤化學(xué)性質(zhì)變化36-37
• 3.3.6 土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)37-39
• 4 梯壁植草防控措施對(duì)坡面養(yǎng)分流失的影響39-43
• 4.1 梯壁植草對(duì)水土流失的影響39-40
• 4.2 梯壁植草對(duì)土壤養(yǎng)分流失的影響40
• 4.3 梯壁植草對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響40-42
• 4.4 土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)42-43
• 5 樹(shù)盤(pán)植草對(duì)坡面養(yǎng)分流失的影響43-46
• 5.1 樹(shù)盤(pán)植草對(duì)土壤表層溫度與水分的影響43-44
• 5.2 樹(shù)盤(pán)植草對(duì)養(yǎng)分的影響44-46
• 6 基于氮磷輸出風(fēng)險(xiǎn)控制的小流域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究46-50
• 6.1 雙河峪小流域土地適宜性評(píng)價(jià)46-48
• 6.1.1 土地適宜性評(píng)價(jià)原則46
• 6.1.2 土地適宜性評(píng)價(jià)方法46-48
• 6.2 雙河峪小流域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化48-50
• 6.2.1 線(xiàn)性規(guī)劃模型參數(shù)48
• 6.2.2 雙河峪小流域土地利用優(yōu)化方案及空間配置48-49
• 6.2.3 雙河峪小流域土地利用優(yōu)化結(jié)果分析49-50
• 7 雙河峪小流域小流域坡面養(yǎng)分流失防控措施配置與效益評(píng)價(jià)50-54
• 7.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系50
• 7.2 蓄水保土效益估算50-51
• 7.2.1 蓄水保土效益計(jì)算方法50-51
• 7.2.2 蓄水保土效益51
• 7.3 經(jīng)濟(jì)效益51-52
• 7.3.1 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算方法51
• 7.3.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)51-52
• 7.4 生態(tài)效益52-54
• 7.4.1 土地利用調(diào)整對(duì)氮磷輸出負(fù)荷的影響52
• 7.4.2 坡面防控措施對(duì)氮磷輸出負(fù)荷的影響52-54
• 8 結(jié)論與展望54-57
• 8.1 結(jié)論54-55
• 8.1.1 坡耕地壟間植草養(yǎng)分輸出特征54
• 8.1.2 邊坡梯壁植草養(yǎng)分輸出特征54
• 8.1.3 果園樹(shù)盤(pán)植草養(yǎng)分特征54-55
• 8.1.4 土地利用空間優(yōu)化配置55
• 8.1.5 小流域坡面養(yǎng)分流失防控措施配置與效益評(píng)價(jià)55
• 8.2 展望55-57
• 8.2.1 加強(qiáng)清潔小流域的理論體系、構(gòu)建技術(shù)及投入與產(chǎn)出機(jī)制的研究55-56
• 8.2.2 加強(qiáng)水土保持信息系統(tǒng)建設(shè)56-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的課題62-64
• 致謝64

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城市垃圾填埋場(chǎng)建設(shè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)    何連生,朱迎波,趙勇勝,劉鴻亮

風(fēng)景名勝區(qū)旅游環(huán)境適宜性分析——以中山陵園風(fēng)景名勝區(qū)為例    時(shí)亞樓,李升峰

城市居住用地適宜性評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用    申金山,關(guān)柯,李峰

基于GIS的三亞市熱作土地適宜性評(píng)價(jià)模型的建立    王桂芝

陡坡薄層水流侵蝕動(dòng)力過(guò)程試驗(yàn)研究    魯克新

如何減少農(nóng)家肥養(yǎng)分損失?    田貴寶;

保持耕作技術(shù)對(duì)旱區(qū)坡耕地水土流失的影響    姚宇卿,呂軍杰,王育紅,李云德,潘永,劉紅旗

紫色土坡地不同種植模式下徑流及養(yǎng)分流失研究    蔣光毅,史東梅,盧喜平,劉玉民

收獲松針對(duì)地表徑流量和水質(zhì)的影響    謝立亞,李純乾,白毅

不同雨強(qiáng)條件下紅壤坡地養(yǎng)分流失特征研究    馬琨,王兆騫,陳欣,尤力

香根草植物籬控制坡地侵蝕與養(yǎng)分流失研究    許峰,蔡強(qiáng)國(guó),吳淑安,張光遠(yuǎn)

黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)與流域養(yǎng)分環(huán)境演變研究進(jìn)展    趙護(hù)兵,劉國(guó)彬,許明祥

海南坡地芒果園間作體系水土流失養(yǎng)分損失初步研究    易小平,唐樹(shù)梅,余雪標(biāo),漆智平

旱地土層厚度和施肥水平對(duì)水分利用率的影響    徐明崗;張航;安戰(zhàn)士;

四川盆地遂寧組(J_(35))母質(zhì)發(fā)育紫色土的平衡施肥與水土保持    林超文,陳一兵

小流域地下水流微生物空間差異分析    黃小蘭;陳建耀;謝麗純;付叢生;周世寧;

滇池流域玉米蔬菜套作對(duì)水土和養(yǎng)分流失的影響    傅志興;湛方棟;李元;祖艷群;

廣州市主要坡面地質(zhì)災(zāi)害成因與分布研究    倪研賢;劉會(huì)平;劉江龍;冒正勇;王小靜;

平邑縣水土保持生態(tài)修復(fù)區(qū)養(yǎng)分流失監(jiān)測(cè)    劉前進(jìn);于興修;

紅壤坡地不同生態(tài)措施地下徑流養(yǎng)分流失研究    李新虎;張展羽;楊潔;王超;

聚丙烯酰胺(PAM)應(yīng)用對(duì)土壤養(yǎng)分流失和環(huán)境的影響    王愛(ài)萍;李法虎;

水蝕條件下黃土坡地養(yǎng)分流失過(guò)程模擬    王輝;王全九;邵明安;姚幫松;

不同土壤水文條件下紅壤坡面土壤侵蝕和養(yǎng)分流失過(guò)程的試驗(yàn)研究    崔艷平;鄭粉莉;

丘崗地紅壤氮磷隨徑流遷移特征室內(nèi)初步模擬研究    王輝;盧霞;姚幫松;潘景副;

不同透水狀況對(duì)坡地土壤侵蝕和養(yǎng)分流失的影響    王輝;王全九;邵明安;

減少農(nóng)家肥養(yǎng)分流失有“四招”    維農(nóng)

謹(jǐn)防農(nóng)家肥養(yǎng)分流失    薛華

撂荒土地養(yǎng)分流失 導(dǎo)致水體環(huán)境污染    記者 王朝霞

城市周邊坡面將全披綠裝    記者 韓勛

坡改梯及坡面排水系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)    石門(mén)縣農(nóng)業(yè)局 賀勇

化肥多了 不要忽視農(nóng)家肥    

農(nóng)家肥也要防養(yǎng)分損失    

中科院與河南心連心化肥有限公司實(shí)現(xiàn)科企“聯(lián)姻”    記者 張蔚寰

我盟坡面植樹(shù)造林方法獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利    

農(nóng)家肥也要防養(yǎng)分損失    陳茂春

三峽庫(kù)區(qū)蘭陵溪小流域養(yǎng)分的分布、遷移與控制研究    曾立雄

漢江中游小流域水土—養(yǎng)分流失過(guò)程與調(diào)控研究    劉泉

三峽紫色土坡耕地小流域氮磷收支及流失風(fēng)險(xiǎn)研究    劉京

ArcGIS支持下的小流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模型研究    陳學(xué)華

小流域降雨—徑流—產(chǎn)沙關(guān)系及水土保持措施響應(yīng)    方怒放

六盤(pán)山地區(qū)水文要素坡面變化    段旭

黃土高原坡面養(yǎng)分徑流流失模擬研究    董文財(cái)

典型巖溶小流域水土流失監(jiān)測(cè)體系研究    王魁

三峽庫(kù)區(qū)不同厚度紫色土坡面水文過(guò)程及侵蝕響應(yīng)    付智勇

黃土丘陵區(qū)小流域土壤有效水時(shí)空變異與動(dòng)態(tài)模擬研究    高曉東

飲用水水源地清潔小流域坡面養(yǎng)分流失防控措施配置與效益評(píng)價(jià)    李建華

三峽庫(kù)區(qū)小流域氮素空間分布及流失特征研究    李東

基于“3S”技術(shù)的不同巖溶石漠化小流域水土流失研究    伊文超

三峽庫(kù)區(qū)小流域土壤磷素流失特征研究    季軼群

多尺度的三峽庫(kù)區(qū)典型小流域防護(hù)林體系優(yōu)化配置    孫雅卿

紫色土區(qū)農(nóng)作型小流域土地利用方式與水土保持效益的關(guān)系研究    周濤

黑土區(qū)坡耕地土壤侵蝕與養(yǎng)分流失過(guò)程的試驗(yàn)研究    楊青森

基于回歸克里格模型的小流域土壤養(yǎng)分空間分布特征及影響因素    耿廣坡

蘭陵溪小流域土地利用模式的水土保持效應(yīng)研究    高尚坤

運(yùn)用SWAT模型研究小流域氣候及土地利用變化的水文響應(yīng)    唐寅