| 题名 | 三峡库区农业生产方式改变及其对水土流失与面源污染影响-以万州区五桥河流域为例 |
| 作者 | 严坤 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王玉宽 |
| 关键词 | 三峡库区 农业生产方式 氮磷流失 初期冲刷效应 规模化经营 |
| 学位名称 | 博士 |
| 其他题名 | Changes in Agricultural Production Activity and Impacts on Soil Erosion and Non-point Source Pollution in the Three Gorges Reservoir Area:A Case Study of the Wuqiaohe Watershed in WanZhou District |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 英文摘要 | 水土流失与农业面源污染是环境退化最主要表现形式，也是影响区域可持续发展重要的生态问题，其形成、发展不仅受地形地貌、降水等自然因素影响，人类活动也会加速或延缓这一过程，并且短期内人类活动对水土流失与面源污染影响更为显著。在农业区，农业生产作为与土地利用最直接相关的人类活动，是影响区域水土环境安全的决定性因素。近年来，伴随三峡库区城镇化快速发展和农村劳动力转移，农业生产方式发生重大调整，导致区域水土环境发生明显变化。本研究围绕三峡库区农业生产方式改变的水土环境响应这一关键科学问题，以重庆市万州区五桥河为研究区，通过问卷调查、无人机遥感调查、统计资料分析和基于长期野外原位观测试验等方法，系统研究快速城镇化阶段农业生产方式改变及其对坡面产流产沙与氮磷流失影响，以期为三峡库区农村区域水土环境变化预测与农业生产方式优化提供科学依据。本论文主要研究结论如下：（1）近20年，三峡库区城镇化快速发展导致农业生产方式发生重大改变。在农户尺度上，户均粮食作物种植面积减少，经济果树种植面积增加，其中小春作物小麦户均种植面积减少了100 %，水稻户均减少了74.50 %，雨季旱坡地作物红薯与玉米户均减少了63.68 %和55.53 %，而柑橘户均增加了22.03 %；作物种植结构调整导致种植模式变化，区域代表性旱坡地小麦-玉米-红薯三熟轮作模式被玉米-红薯二熟套种和玉米、红薯单一种植模式所代替；耕地复种指数由2000年城镇化初期的2.31降低到2017年的1.24，降低了46.30%；同时区域化肥投入强度由城镇化初期的465 kg·hm-2降低到2017年的342 kg·hm-2，降低了26.34%，但仍高于全国生态县建设耕地化肥投入标准；农村劳动力转移加快了山区耕地撂荒，农户户均撂荒面积0.03 hm-2，占农户耕地面积的30.93%，小流域尺度上耕地撂荒比例达22.21 %，撂荒单一动态度12.1 %，撂荒地主要分布在15°以上坡度和400~450m区域；土地流转加快了规模化经营，五桥河区域流转土地面积占区域总耕地面积的25.4 %，流转土地以林果适度规模化种植为主，占51.4%。种植结构和种植模式变化、耕地撂荒、规模化经营显著改变了区域土地利用结构和强度。 （2）种植模式综合反映坡面农作物时空布局、地表扰动频次、化肥投入，体现出城镇化阶段种植模式改变对坡面产流产沙及氮磷流失影响。天然降雨观测试验发现，小麦-玉米-红薯轮作的径流系数0.198，是玉米-红薯套种和玉米单一种植的1.56倍和1.41倍，其差异在夏、秋季尤为明显；小麦-玉米-红薯轮作的年产沙系数为23.71 g·km-2·mm-1，高于玉米-红薯套种的16.26 g·km-2·mm-1和玉米单一种植的18.43 g·km-2·mm-1，特别在夏季小麦-玉米-红薯轮作的产沙系数显著高于玉米-红薯套种和单一种植（p＜0.05），小麦-玉米-红薯轮作向玉米-红薯套种和玉米单一种植改变降低了降雨对侵蚀产沙直接贡献；小麦-玉米-红薯轮作的地表径流TN、TP浓度是玉米-红薯套种和玉米单一种植的1.68、1.64倍和1.81、1.21倍，其TN、TP流失负荷为844.47 kg·km-2和147.35 kg·km-2，是玉米-红薯套种和玉米单一种植的2.29、2.01倍和1.50、1.12倍，种植模式变化对TN流失负荷影响强于对TP的影响。典型旱坡地作物在生长季表现出不同的产流产沙能力，玉米在其高覆盖期具有较低的坡面产流产沙能力，红薯在玉米收获同期具有较低的产流能力，但产沙能力高于同期玉米；小麦在成熟期产流、产沙能力低于同期玉米，收获期产流产沙能力高于同期玉米。（3）紫色土坡耕地撂荒后植被快速恢复，改变了年内地表覆盖特征，且促进了土壤有机质、全氮、全磷积累。与耕地相比，土壤有机质、全氮、全磷提高了25.83%、18.20%和29.54%，土壤碱解氮和有效磷降低了35.20 %和6.92 %。撂荒能提高紫色土坡面产流临界雨量，显著降低坡面产流，撂荒后地表径流系数降低了61.29 %，且在春、夏季抑制地表产流作用尤为突出，地表径流系数仅为耕地的27.25%和34.72%；撂荒地平均产沙系数为39.09 kg·km-2·mm-1，产沙能力为耕地的14.80 %，且随着撂荒年限增加，产沙系数从撂荒1年的63.67 kg·km-2 ·mm-1降低到撂荒3年的23.62 kg·km-2 ·mm-1；撂荒能够显著降低耕地作物播种期和施肥期TN浓度，但对TP浓度影响不显著；撂荒增加侵蚀泥沙中总氮、总磷富集率，其侵蚀泥沙中总氮、总磷富集率是耕地的2.59和1.20倍，但对侵蚀泥沙中碱解氮、有效磷富集率无显著影响。撂荒大幅降低氮磷流失负荷，与耕地相比，氮流失负荷降低了59.6%，磷流失负荷降低了79.8%，且撂荒对磷的拦截和削减优于氮；撂荒后氮流失途径以径流为主，磷流失途径以泥沙为主，但泥沙结合态磷占总磷流失比例从耕地的90.3%降低到撂荒地的71.4%；撂荒地通过降低地表产流和减少侵蚀泥沙实现氮磷拦截和削减，且对泥沙结合态氮磷拦截和削减是撂荒地氮磷流失负荷降低的主要机制。（4）规模化经营对坡面产流产沙和氮磷流失具有显著的影响。规模化经营果园年径流系数0.096，是传统果园和耕地的3.32倍和3.12倍；土壤侵蚀模数15.97 t·km-2，是传统果园和耕地的52.7 %和29.7 %；不同经营类型间地表径流TN和TP浓度差异较大，规模化果园地表径流TN、TP浓度为（8.49±7.58）和（0.87±0.66）mg·L-1，均超过V类水质标准限值，分别是撂荒地的8.16和17.4倍，传统果园的2.98和1.32倍，耕地的3.76和3.35倍；各经营类型径流氮以可溶性态为主，Inorganic-N是其主要组成，径流磷以DP为主；春季各经营类型坡面径流TN和TP浓度最高，差异最显著，规模化果园径流TN、TP浓度分别是撂荒地、传统果园和耕地的14.31、4.74、4.77倍和39.08、1.94、3.84倍，特别在春季施肥后的几场强降雨径流中，差异尤为显著。规模化果园TN和TP年流失负荷为1343.65和125.88 kg·km-2，较撂荒地、传统果园、耕地分别提高了18.76、4.90、11.85倍和14.98、8.64、3.68倍。对于规模化经营果园而言，春季施肥后前2场大雨贡献了全年70.4 %的TN、72.1 %的DN、68.9 %的 NN、94.1 %的AN、67.1 %的TP、64.1 %的DP和73.0 %的PP流失负荷，且氮磷分别以NN和DP流失为主，同时规模化经营也增加了氮、磷污染物“初期冲刷效应”，前期20 %的地表径流贡献了整场降雨事件58.0 %的TN、57.0 %的DN、58.5 %的NN、79.0 %的AN、62.0 %的TP、63.5 %的DP和60.0 %的PP。由此可见，规模化经营虽对坡面水土流失影响较小，但却显著提高了径流氮、磷浓度和流失负荷，加剧了坡面氮磷面源污染物输出风险。 总体而言，在三峡库区城镇化快速发展阶段，种植模式改变与耕地撂荒降低了坡面水土流失与面源污染物输出，但规模化经营增加了坡面氮磷面源污染物流失负荷，且对水土环境产生不利影响大于种植模式改变和耕地撂荒对水土环境的改善。由于规模化经营是三峡库区未来土地利用主要方式，因此需要特别关注。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 159 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/55020]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山区发展研究中心 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 严坤. 三峡库区农业生产方式改变及其对水土流失与面源污染影响-以万州区五桥河流域为例[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论