高超，李阳，于海明，涂佳敏，孙井梅

天津大学环境科学与工程学院，天津 300072

典型自然降雨条件下太湖地区水稻田氮磷输出特点

高超，李阳，于海明，涂佳敏，孙井梅*

天津大学环境科学与工程学院，天津 300072

为了探究典型自然降雨径流过程中氮、磷的水稻田输出特点，了解各形态污染物之间径流输出关系，在2013年对太湖何家浜流域两次典型降雨全过程中产生的径流污染物进行了系统的原位监测分析。通过绘制田块混合出水及独立单田块出水的污染物浓度变化曲线、M（V）曲线以及计算径流事件平均浓度（EMC）、降雨径流过程中PN/TN（颗粒态氮/总氮）、PP/TP（颗粒态磷/总磷）质量输出百分比，发现：在中雨条件下，强降雨使水稻田中的SS（悬浮态颗粒物）、PN、PP输出浓度激增，最大变幅分别为628.77、4.43、0.46 mg·L-1，对AN（氨氮）、NN（硝酸盐氮）、PO（磷酸盐）无明显影响；降雨前期氮素磷素污染物输出以颗粒态为主，且颗粒态土壤对磷素的富集作用强于氮素，在径流量输出前 35%时，颗粒态污染物（PN、PP）占据总污染物（TN、TP）输出量的60%左右；整场降雨PN/TN、PP/TP输出EMC比重在40%～60%之间波动；在氮肥进入低水平稳定期后，降雨中氮素输出峰值稳定；独立田块出水中颗粒态污染物（SS、PN、PP）初期效应明显，而在混合田块出水中初期效应被弱化；污染物EMC指标输出特点为SS>TN>PN>AN>NN>TP>PP>PO。

太湖流域；水稻田；自然降雨；氮磷输出；污染物迁移规律

自20世纪70年代，随着人们对点源污染的大力治理，非点源污染在水体污染中的比重逐渐呈上升趋势，非点源污染已成为水环境的第一大污染源，这不仅体现在江南太湖、安徽巢湖、云南洱海和滇池等几大水域，也包括北京密云水库、上海淀山湖等较小型水体（裴亮等，2010；董文涛和程先福，2011；李璇和董利民，2011）。降雨引起的农业非点源污染输出是引起水体富营养化的主要原因之一，同时也造成了严重的经济问题（Qiu等，2001）。农田非点源污染的控制措施研究也成为研究重点（Parkyn等，2005；Reed和Carpenter，2002）。氮、磷作为非点源污染的重要营养元素，其迁移规律是防治的理论基础。

由于受地表类型、降雨条件、作物种类、耕作及灌溉方式等因素影响，不同地区氮磷流失数值区别较大，一般选取某流域内典型的代表作物为研究对象。我国北方地区因干旱少雨，研究区域地表类型多为旱地农田、紫色土坡等，采取人工降雨建立模型对地表径流和地下淋溶进行研究（李恒鹏等，2008；高扬等，2008），研究内容为独立田块径流污染物输出总量、区域模型预测、污染负荷等。

国内外在上述类型农田土壤氮磷素流失方面研究已经较多（Molénat等，2002；Ongley等，2010；Udawatta等，2006），而南方太湖平原河网地区水稻田种植面积占耕地面积的比例较高，是主要的土地利用方式，其水分和营养盐的运移和转化特征不同于旱地，雨季强降水产生的田面径流会造成一定氮磷养分流失，一些学者在对太湖地区水稻田进行了实地调查后发现，若按照目前的灌溉及排水方式，磷素的年流失量在0.75 kg·hm-2（Guo等，2004），当耕种及施肥期间发生若干场降雨事件时，磷素的年流失量将会增加到5.49～17.68 kg·hm-2（Zhang等，2002），这已成为南方面源污染的主要成因，而文献中对这种淹水稻田的氮素磷素径流流失特征讨论较少。国内学者对水稻田的研究一般多为施肥后非降雨条件下田面水养分动态变化特征。金洁等（2005）认为控制氮素、磷素田面流失主要时期为施肥后的1周内；王秀娟等（2013）研究结果表明施用基肥、分蘖肥10 d后氮素、磷素趋于稳定且处于较低水平。张威等（2009）通过大田小区试验发现，自然降雨条件下不施肥与常规施肥处理均存在P素径流损失的情况。

由于模拟降雨实验条件单一，独立田块的大田实验控制因素简单，有利于养分流失的定量化研究，但实际生态系统中诸多复杂因素的存在，得到的试验结果难免与实际生态系统的应用产生一些偏差。与模拟试验相比，原位实验具有其特定性，其研究结果对实际的农业生产也更具指导意义。为此，本文在太湖何家浜流域开展了原位实验，在典型自然降雨事件中，针对特定区域淹水稻田进行双田块混合出水及独立田块出水现场实时监测。通过绘制污染物浓度变化曲线、M（V）曲线以及计算径流事件平均浓度（EMC）、降雨径流过程中PN/TN、PP/TP质量输出百分比对双田块混合及独立田块降雨径流和氮磷非点源输出特征进行研究，为降雨径流过程中养分的截留和农业非点源污染的控制提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

本次研究所选取的区域为江苏省宜兴市周铁镇北部黄暮村何家浜流域附近农田（119°59′E，31°27′N），太湖湖西区流域。其中黄暮村东距太湖直线距离小于2 km。何家浜处于该村东南侧，至太湖流程短、紧靠农田、河浜两侧地形开阔平坦，具有太湖流域农田水网田地的典型性、代表性。研究区域地属亚热带季风气候，常年平均气温15.6 ℃，全年温暖湿润，降雨充沛，其中 6─8月份降雨量占全年降雨总量一半以上。研究区域属平原地区水稻田，多年引种水稻后，80%的耕作土壤是水稻土，在研究期间，该区域全部种植为水稻，灌溉及降雨排水控制田面水层厚度在2～5 cm。由于该区域长期耕作相同农作物、施加相同农肥，区域内土壤基础理化性质无明显差异。根据前期调研采样的化验结果，该区土壤基本理化性质如表1所示。

表1 研究区域土壤基本理化性质Table 1 Main soil physiochemical properties of the study area

1.2 研究方法

6─8月为一年中的雨季，正逢水稻田种植生长阶段。因此，对太湖平原水网区来说，氮素磷素流失有很大部分是由于水稻田降雨径流引起的，此时正是原位野外监测实验开展的好时机。根据现场实测及多年的文献调研发现：（1）该地区水稻种植期间的降雨多为台风雨（耿玉琴，2003），特点是降雨历时短、强度大，且多出现在 7─9月（约占影响本流域台风的 90%）；（2）短历时降雨中，雨峰多数在前部和中部，而后部较少，均匀雨型也较少（岑国平等，1998）；（3）降雨强度较小时，难以形成明显的径流；（4）大到暴雨需要防洪泄洪，不宜进行径流污染物的截控。

本文选择能形成明显径流、对河湖水环境产生影响，距离施肥期较远且时间间隔基本相同（20 d左右）、具有该地区代表性的7月31日、8月26日两场降雨（中雨，12 h内降雨量5～15 mm）进行分析比较（表2）。在两场降雨中水稻生长周期处于分蘖期至拔节期间，叶及根须发展程度不影响汇流径流过程。两场降雨各具典型特点：第一场降雨属有效降雨历时短，雨强大；第二场降雨属长历时、过程中雨强有波动性。

表2 研究期内降雨量统计与往年数据Table 2 Statistics of rainfall within study period and data of past years

研究区域水稻田面积约为7000 m2，涉及田块5块，从1至5依次编号。农田整体西高东低，沟渠内农田排水自西向东流入何家浜。经过前期降雨观察公路西侧降雨过程中未有水流汇集至沟渠，且2号田西侧出水口地势高、水量少可忽略，沟渠上半段水量不影响对M点污染物的监测。为对比研究污染物随降雨历时的输出规律以及田块独立性对其影响，工作组于7月31日和8月26日农田降雨径流观测中选取大区域多田块混合出水 M点及 5号独立田块直接出水口S点进行监测。田块、出水口等构成布局如图1所示。

图1 两场降雨采样点布设Fig.1 The layout of sampling points in the two investigated rainfalls

1.3 监测及分析方法

在一次降雨过程内，前期采样频率较高，采样时间间隔设置为10 min，中后期随着时间推移采样频率逐渐降低，采样时间间隔逐步延伸至60 min及以上；首次采样开始于农田径流的形成时。在具体降雨过程中操作上，工作组会根据实际降雨强度的变化情况，来控制调整采样频率的具体走势。

现场降雨量、雨强均由雨量计读取计算而来，M点采样采用中泓一线法，S点取样为出水口直接取样，沟渠内径流量由三角堰（预先埋设于沟渠内，三角堰水位由水位计测得）的数据（堰口径流流速×截面积）计算得来。试验中采用的分析方法主要参照《水和废水分析监测方法（第四版）》（国家环境保护总局，2002），水中各污染物的测定方法：总氮（TN）采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法（GB11894─89）；颗粒态总氮（PN）采用总氮和可溶性总氮差值；氨氮（AN）用纳氏试剂分光光度法（GB7479─87）；硝态氮（NN）用紫外分光光度法（HJT346─2007）；总磷（TP）用过硫酸钾氧化-钼锑抗分光光度法（GB11893─89）；颗粒态总磷（PP）采用总磷和可溶性总磷差值；磷酸盐（PO43--P）用钼锑抗分光光度（GB11893─89）；颗粒态悬浮物（SS）用滤膜重量法（GB11901─89）。

用“径流事件平均浓度”（Event Mean Concentration，简称EMC）表示一场降雨径流全过程排放中污染物的平均浓度（Brezonik和Stadelmann，2002），采用无量纲的累计污染物总量与累计径流量变化曲线——M（V）曲线（Bertrand-Krajewski等，1998）对单场降雨径流及其污染物进行分析，可以简单直观的表征污染物总量随径流量累计变化的关系，对于雨水径流的初期冲刷效应（First Flush Phenomena）有着明晰的判定。

2 结果与讨论

2.1 降雨径流产流特征分析

两场典型降雨的雨强过程曲线如图 2所示。7月31日降雨（以下简称0731降雨）始于17:00左右，止于19:00左右；8月26日降雨（以下简称0826降雨）始于8:00左右，止于11:00左右。

图2 两场典型降雨雨强过程曲线Fig. 2 The process curve of rainfall intensity in the two investigated typical rainfalls

0731降雨历时2 h左右，产流持续至20:10左右，雨强峰值出现在17:08，为0.77 mm·min-1，持续时间 10 min左右，属于单雨强峰值降雨。0731降雨特点是整场降雨历时短，但雨强大且雨强峰值持续时间长。0826降雨历时3 h左右，产流持续至16:30左右，雨强峰值依次出现在 08:14、08:44、09:58，为0.50、0.25、0.13 mm·min-1，属于多雨强峰值降雨。0826降雨特点是整场降雨历时长，期间出现多次雨强峰值，强度峰值逐次递减。由于水稻田种植特点，种植水稻期间农田上方绝大部分时间存在上覆水，径流汇水过程现象明显。

2.2 典型降雨径流污染物随径流时间的输出特征

2.2.1 SS随径流时间的输出特征

两场降雨中M点和S点的SS、氮素各形态污染物如图3所示。可见，在0731降雨中，SS数值呈现单调下降趋势，SS浓度峰值滞后于雨强峰值出现；对于0826降雨，SS污染过程线线型与雨强线型相呼应呈现波动性递减趋势。

分析两场降雨 SS污染过程线型形成过程。由于水稻根系属须根在表土层成网状，且水稻田长期处于淹水状态，上覆水层下的表土层土壤松动，降雨过程中观察到强降雨的冲击使上覆水出现了较强烈的扰动，致使上覆水层下表土层的松动土壤颗粒进入上覆水，形成浓度负荷（SS）较高的污染流而随上覆水流出，因此SS的污染过程线出现峰值；而当雨强较弱且处于平稳状态时，上覆水层中表土层的土壤颗粒不再被冲刷而出。0731有效降雨历时短，前期雨强激增，后期雨强变动平稳，过程前后雨强冲击水稻田上覆水效应区别明显，SS过程线形成单调下降趋势；而 0826降雨历时长，过程中雨强维持平稳状态，后期雨强的波动性影响SS过程线明显。所以SS波峰的出现受降雨过程中雨强突然变化激增的影响。

两场降雨中S点SS数据波动性均远高于M点（图3）：0731降雨中S点SS变幅（污染物的系列数值中最大值与最小值之差）高达628.77 mg·L-1，变幅倍数（污染物的系列数值的变幅与最小值之比）314.4；0826降雨中S点SS变幅626.27 mg·L-1，变幅倍数38.5。分析S点和M点差异性的原因，S点对应的仅为一块独立封闭汇水区域，只有S点一个出口，因此影响因素少，容易形成明显递减规律，前期效应明显，且随着降雨集中程度越高，浓度递减越迅速（第一场降雨>第二场降雨）；而对于M点，涉及两个汇水区域，SS过程线的形成受降雨冲击、污染输出、径流汇水时间上的差异等综合因素影响，易与降雨强度相呼应，形成整体宏观性趋势。

图3 两场降雨M点及S点SS及氮素污染物浓度变化曲线Fig. 3 The concentration change of SS and Nitrogen pollutants at sampling points of M and S in the two investigated rainfalls

2.2.2 氮素污染随时间输出特征

两场降雨中M点和S点氮素各形态的污染过程线如图3所示。不论M点还是S点，TN和PN污染过程线有良好的相似；由于在非降雨日水稻根系通过质流等作用对氮素吸收时，根系附近的土壤颗粒对氮素形成了富集，所以在径流形成前期 SS浓度高时，PN是氮素输出的主要形式；后期SS浓度相对较低，携带的氮含量低，颗粒态氮（PN）及溶解态氮（AN、NN）对TN贡献基本持平。而且水稻田长期存在上覆水层，土壤含水率高且处于饱和状态，上覆水层中可溶性物质基本处于稳定状态，不会受到降雨冲击影响，整个径流过程中 AN及NN含量较低且波动平稳。

两场降雨过程中雨强区别很大，但二者M点氮素输出特征峰值相似，两场降雨TN输出特征最大值分别为3.95与3.96 mg·L-1；PN输出特征最大值分别为2.48与2.83 mg·L-1；AN输出特征最大值分别为0.96与0.93 mg·L-1，是由于两场降雨距最近一次施肥日期间隔天数均远超过 10 d的氮肥衰减期（间隔天数分别为18和25 d），氮肥进入低水平的稳定期（王秀娟等，2013）。

2.2.3 磷素污染随时间输出特征

两场降雨中M点和S点的SS、磷素各形态污染物如图4所示。可见：与氮素相同，磷素污染过程线体现出的各形态输出特征也具有良好的一致性。所有TP污染过程线与PP污染过程线波动性相一致且呈递减趋势；磷素污染过程线形成原因与氮素有着相同的机理，根系附近的土壤颗粒物对磷素有着富集作用，但作用程度强于氮素，表现在结合SS污染过程线，各次降雨中SS与TP、SS与PP的总体波形的一致性强于SS与TN、SS与PN。两场降雨中溶解态磷素（PO）的总体输出水平表现较为稳定，平均浓度均处于较低水平，与AN、NN同符合水稻田特点，降雨过程中上覆水层中溶解性物质处于稳定状态。对于水稻田非点源雨水径流污染中的磷素污染，其控制策略的主要出发点可以简化为针对 PP污染的控制。利用农田雨水径流污染中磷素与 SS的这种较为密切的关系，若能够对雨水径流污染中SS进行成功减量控制，则相应的磷素污染亦可能得到良好削减。

图4 两场降雨M点及S点SS及磷素污染物浓度变化曲线Fig. 4 The concentration change of SS and Phosphorus pollutants at sampling points of M and S in the two investigated rainfalls

结合S点与M点比较，S点TP和PP的变幅倍数均明显高于M点：以0731降雨为例，S点TP变幅倍数为3.22，而M点变幅倍数仅为1.03；S点PP变幅倍数高达25.56，而M点变幅倍数仅为1.77。

2.3 水稻田雨水冲刷效应及EMC值

对水稻田初期冲刷效应及污染负荷进行的研究对雨水径流污染的控制措施的设计实施具有重要指导意义。分别对两场降雨的M点及S点绘制M（V）曲线如图5所示。

可见：在水稻田非点源污染中，SS作为雨水冲刷的最直接产物，在两次降雨中都体现出了较显著的初期效应（M(V)走势波形显著远离中线）。其次是PN和PP，原因在于SS与颗粒态污染物存在内在吸附关系，而SS的初期效应带动了PN和PP的波形偏离中线，但都属于弱偏离。由于水稻田特点，上覆水中溶解性物质不会随降雨的冲击发生剧烈变化，而且TN、TP具有颗粒态和溶解态双重性质，波形上看表现的是围绕中线不规则波动，颗粒态属性越弱的指标，其雨水径流初期效应越弱；溶解性指标PO、AN、NN基本为均匀输出。

对比M点与S点曲线发现，独立封闭小区域的S点表现出显著初期效应（SS、PN、PP）；而混合区域的M点，初期效应被弱化，整体趋于平均态势。这也说明了两场降雨中S点的SS、PN、PP变幅及变幅倍数大的原因。

两场降雨径流过程中PN/TN、PP/TP质量输出百分比变化如表3所示。图表释义以径流量输出百分比10%为例，降雨过程中在输出径流量占总输出径流量10%时，此时0731降雨中M点PN总输出质量占TN总输出质量的63.3%，PP总输出质量占TP总输出质量72.1%。此表可表示在径流输出过程中颗粒态污染物（PN、PP）占总污染物（TN、TP）含量的动态变化趋势。

图5 两场降雨M点及S点初期冲刷效应曲线Fig. 5 First flush effect of different pollutants in the two investigated rainfalls (point M and S)

表3 两场降雨径流过程中PN/TN、PP/TP质量输出比例变化Table 3 Changes of the output mass ratio of PN/TN and PP/TP (in percentage) during the process of the two investigated rainfalls

由表3知，从单场降雨各监测点径流过程来看，PN/TN、PP/TP质量输出百分比均随着径流输出逐渐递减。比较两场降雨总体来看，在两场降雨径流量输出前 35%，颗粒态污染物（PN、PP）均占据了总污染物（TN、TP）输出量的 60%左右，说明了颗粒态污染物（PN、PP）在降雨前期输出比重很大；在同径流量输出时，同场降雨中无论M点还是S点，PP/TP均大于PN/TN，这说明在水稻田中，土壤颗粒对磷素的吸附富集作用强于氮素（与2.2.2、2.2.3讨论结果相同）。比较汇水区域对污染物输出的影响，两场降雨中M点的PN/TN输出百分比数值相似，PP/TP也有相似的输出规律，混合汇水区域涉及多重影响因素使输出结果整体化，规律化；而S点则表现出在0731降雨中PN/TN、PP/TP均大于0826降雨，强降雨冲扫出上覆水层中表土层的土壤颗粒影响到 PN/TN、PP/TP输出比例。

对两场降雨中各污染指标的EMC值进行计算，如表4所示。

由表4得知，在中雨条件下两场降雨中各污染物指标 EMC值均为 SS>TN>PN>AN>NN>TP> PP>PO。0731降雨中，S点各污染物输出浓度均大于M点，独立小区域单因素影响效应再次突出，历时短、强雨强导致S点各污染物输出初期效应明显，无持续后期降雨导致污染物在迁移过程中发生沉降；而0826降雨中，S点除SS外的各污染物输出浓度则小于M点，长历时降雨致使大区域污染物持续输出，区域整体性优势再次突显。

两场降雨中整场降雨 M点颗粒态污染物输出EMC比重PN/TN分别为49.4%和46.3%，PP/TP分别为63.0%和60.9%；S点颗粒态污染物输出EMC比重PN/TN分别为54.4%和41.9%，PP/TP分别为62.5%和50.0%。说明整场降雨汇流过程中颗粒态污染物（PN、PP）和溶解态污染物（AN、NN、PO）对总污染物（TN、TP）的输出贡献比较均化，在40%～60%波动。

表4 两场降雨中各污染物指标EMC值Table 4 EMC of different pollutants in the two investigated rainfalls

3 结论

（1）在中雨条件下，水稻田中各污染物 EMC指标输出特点为SS>TN>PN>AN>NN>TP>PP>PO，其中颗粒态污染物（SS、PN、PP）输出受雨强影响，降雨的冲击致使上覆水层发生剧烈扰动（雨强越大扰动越剧烈），波及至水层深处的表土层冲刷出附着在水稻须根部松动的土壤颗粒，土壤颗粒对氮素、磷素有着良好的富集；溶解态污染物（AN、NN、PO）输出浓度稳定，是因为水稻田长期覆盖水层，浓度饱和不会受降雨冲击水层干扰。

（2）SS的峰值输出受雨强值激增的影响；在氮肥进入低水平稳定期后，氮素的峰值输出稳定；磷素中TP与PP有着相同的输出规律，过程曲线波形受SS的影响；土壤颗粒对磷素的富集作用强于氮素。

（3）通过M点和S点及其汇水区域对比，在水稻田中独立小区域颗粒态污染物（SS、PN、PP）呈现较明显初期效应；大区域或混合区域初期效应弱化，宏观平均趋势显现。在径流量输出前35%时，颗粒态污染物（PN、PP）占据总污染物（TN、TP）输出60%左右，鉴于上述输出特点，且颗粒态污染物相比于溶解态污染物更容易去除，所以在中雨条件下，水稻田中污染物截控措施可针对SS污染进行设计，尤其是在降雨初期或雨强大且集中时期发挥出显著效果。

（4）与其他地表类型（李凯等，2013；王宝山等，2010；李国栋等，2006）径流冲刷不同的是，水稻田氮磷污染物（TN、PN、AN、NN、TP、PP、PO）冲刷特点具有双重属性（颗粒态及溶解态），颗粒态属性越弱的指标，其雨水径流初期效应越弱。

BERTRAND-KRAJEWSKI J, CHEBBO G, SAGET A. 1998. Distribution of Pollutant Mass Vs Volume in Stormwater Discharges and the First Flush Phenomenon [J]. Water Research, 32(8): 2341-2356.

BREZONIK P L, STADELMANN T H. 2002. Analysis and predictive models of stormwater runoff volumes, loads, and pollutant concentrations from watersheds in the Twin Cities metropolitan area, Minnesota, USA [J]. Water Research, 36(7): 1743-1757.

GUO H Y, ZHU J G, WANG X R, et al. 2004. Case study on nitrogen and phosphorus emissions from paddy field in Taihu region [J]. Environmental Geochemistry and Health, 26(2): 209-219.

MOLÉNAT J, DURAND P, GASCUEL-ODOUX C, et al. 2002. Mechanisms of nitrate transfer from soil to stream in an agricultural watershed of French Brittany [J]. Water, air, and soil pollution, 133(1-4): 161-183.

ONGLEY E D, XIAOLAN Z, TAO Y. 2010. Current status of agricultural and rural non-point source pollution assessment in China [J]. Environmental Pollution, 158(5): 1159-1168.

PARKYN S M, DAVIES-COLLEY R J, COOPER A B, et al. 2005. Predictions of Stream Nutrient and Sediment Yield Changes Following Restoration of Forested Riparian Buffers [J]. Ecological Engineering, 24(5): 551-558.

QIU D R, WU Z B, LIU B Y, et al. 2001. The restoration of aquatic macrophytes for improving water quality in a hyper-trophic shallow lake in Hubei Province, China [J]. Ecological Engineering, 18(2): 147-156.

REED T, CARPENTER S R. 2002. Comparisons of P-Yield, Riparian Buffer Strips, and Land Cover in Six Agricultural Watersheds [J]. Ecosystems, 5(6): 568-577.

UDAWATTA R P, MOTAVALLI P P, GARRETT H E, et al. 2006. Nitrogen losses in runoff from three adjacent agricultural watersheds with claypan soils [J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 117(1): 39-48.

ZHANG Z, ZHU Y, CHENG J, et al. 2002. Phosphorus export from a paddy rice field during flood events [J]. Soil use and management, 18(4): 316-323.

岑国平, 沈晋, 范荣生. 1998. 城市设计暴雨雨型研究[J]. 水科学进展, 9(1): 41-46.

董文涛, 程先富. 2011. 巢湖流域非点源污染研究综述[J]. 环境科学与管理, 36(8): 46-49.

高扬, 朱波, 周培, 等. 2008. 紫色土坡地氮素和磷素非点源输出的人工模拟研究[J]. 农业环境科学学报, 27(4): 1371-1376.

耿玉琴. 2003. 太湖流域降雨时空分布规律分析[J]. 海河水利, (3), 33-35.

国家环境保护总局. 2002. 水和废水监测分析方法(第四版)[M]. 北京:中国环境科学出版社.

金洁, 杨京平, 施洪鑫, 等. 2005. 水稻田面水中氮磷素的动态特征研究[J]. 农业环境科学学报, 24(2): 357-361.

李国栋, 胡正义, 杨林章, 等. 2006. 太湖典型菜地土壤氮磷向水体径流输出与生态草带拦截控制[J]. 生态学杂志, 25(8): 905-910.

李恒鹏, 金洋, 李燕. 2008. 模拟降雨条件下农田地表径流与壤中流氮素流失比较[J]. 水土保持学报, 22(2): 6-10.

李凯, 曾凡棠, 胡应成, 等. 2013. 广州番禺区不同地类的非点源污染排放特征[J]. 环境科学与技术, 36(6): 26-31.

李璇, 董利民. 2011. 洱海流域农业非点源污染负荷分析及防治对策[J].湖北农业科学, 50(17): 3535-3539.

裴亮, 王理明, 于国强. 2010. 农业非点源污染研究的现状及应用新进展[J]. 水利水电技术, 41(12): 58-61.

王宝山, 黄廷林, 聂小保, 等. 2010. 不透水表面雨水径流污染物冲刷规律研究[J]. 环境工程学报, 4(9): 1950-1954.

王秀娟, 朱建强, 姚佳佳, 等. 2013. 施肥后稻田田面水的养分变化特征[J]. 长江大学学报(自然科学版), 10(17): 1-4.

张威, 艾绍英, 姚建武, 等. 2009. 水稻田磷径流流失特征初步研究[J].中国农学通报, 25(16): 237-243.

The Output Characters of Nitrogen and Phosphorus from Typical Natural Rainfall Runoff of Paddy Fields in Tai Lake Region

GAO Chao, LI Yang, YU Haiming, TU Jiamin, SUN Jingmei*
School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China

To study the output characters of nitrogen and phosphorus in paddy field’s runoff during rainfall, systematic monitoring of runoff pollutants was conducted in the entire process of two typical rainfall-runoffs in Hejiabang Creek Basin of Tai Lake Region. The changes of pollutant concentration and M (V) curve of pollutant in the mixed effluent from paddy fields and effluent from independent paddy field were drawn, and the EMC of runoff as well as the output percentage of PN/TN (particulate nitrogen/total nitrogen), PP/TP (particulate phosphorus/total phosphorus) in the runoff were calculated. The results showed that during moderate rain during moderate rain the heavy rainfall leads to sharp increase of SS (suspended solids), PN (Particulate nitrogen), PP (Particulate phosphorus) concentration. The maximum variation amplitudes of SS, PN and PP are 628.77, 4.43 and 0.46 mg·L-1, respectively. However there has no obvious impact on AN (ammonia nitrogen), NN (nitrate nitrogen), PO (phosphate). In early rainfall, the output of nitrogen and phosphorus are mainly in the form of particle. The soil in particulate state has stronger enrichment effect on phosphorus than on nitrogen. During the early 35% output of runoff, pollutants in particulate state (PN, PP) take up 60% of the total pollutant (TN, TP) output; the EMC proportion of PN/TN, PP/TP output fluctuates between 40% and 60%. When nitrogenous fertilizer comes to low level and stable phase, the peak output of phosphorus also becomes stable. The first flush effect of particulate pollutants (SS, PN and PP) in the effluent form independent paddy field is stronger than that from mixed paddy field. The EMC output character of the pollutants is as follows: SS>TN>PN>AN>NN>TP>PP>PO.

Tai Lake region; paddy field; natural rainfall; output of nitrogen and phosphorus; migration law of pollutants

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.019

X524；S157.1

A

1674-5906（2015）05-0845-08

高超，李阳，于海明，涂佳敏，孙井梅. 典型自然降雨条件下太湖地区水稻田氮磷输出特点[J]. 生态环境学报, 2015, 24(5): 845-852.

GAO Chao, LI Yang, YU Haiming, TU Jiamin, SUN Jingmei. The Output Characters of Nitrogen and Phosphorus from Typical Natural Rainfall Runoff of Paddy Fields in Tai Lake Region [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 845-852.

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07101-008-03）

高超（1990年生），男，硕士研究生，研究方向为水污染控制理论与技术。E-mail: igaochao@tju.edu.cn *通信作者：孙井梅（1973年生），女，教授，博士生导师。E-mail: jmsun@tju.edu.cn

2015-01-04