（高清版）GBT 41222-2021 土壤质量 农田地表径流监测方法

土壤质量农田地表径流监测方法国家标准化管理委员会I 2规范性引用文件 3术语和定义 4径流监测场的布置与监测设备安装 25径流样品的采集与分析测试 46泥沙含量、径流量、土壤流失量及污染物排放量的计算 5附录A(规范性)地表径流监测小区排列方式 8附录B(规范性)径流分流装置、径流箱(桶)及其安装 附录C(规范性)径流池及排水系统的规格构造 附录D(规范性)农田径流收集管的结构与安装 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国农业农村部提出。本文件由全国土壤质量标准化技术委员会(SAC/TC404)归口。本文件起草单位：江苏省农业科学院、中国科学院南京土壤研究所、上海市农业科学院、江苏省质量和标准化研究院。1土壤质量农田地表径流监测方法本文件规定了农田径流监测场的布置与监测设备的安装、径流样品的采集与分析测试、径流水量与土壤流失量及污染物排放量的计算等内容。本文件适用于对农田田块尺度地表径流进行监测的活动。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB3838地表水环境质量标准GB/T5750.5生活饮用水标准检验方法无机非金属指标GB/T11893水质总磷的测定钼酸铵分光光度法GB17378.4海洋监测规范第4部分海水分析GB/T50476混凝土结构耐久性设计标准HJ/T346水质硝酸盐氮的测定紫外分光光度法HJ493水质采样样品的保存和管理技术规定HJ632土壤总磷的测定碱熔-钼锑抗分光光度法HJ636水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法HJ665水质氨氮的测定连续流动-水杨酸分光光度法HJ667水质总氮的测定连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法HJ670水质磷酸盐和总磷的测定连续流动-钼酸铵分光光度法NY/T1121.24土壤检测第24部分：土壤全氮的测定自动定氮仪法SL21降水量观测规范SL342水土保持监测设施通用技术条件3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。种植农作物且经常耕种、能够正常收获的土地。注：农作物包括粮食作物和各类经济作物(蔬菜作物、纤维作物、油料作物、糖料作物、饲料作物、药用作物、果树、农田地表径流farmlandsurfacerunoff降水或灌溉水进入农田土壤后，除了植物截留、蒸发、下渗以及田埂蓄留外，其余流经田块排水口或2者漫过田埂排出农田外的水流。径流监测场runoffmonitoringfield用于监测径流过程的农田区域，由径流监测小区、径流收集系统及其他附属设施组成。径流监测小区runoffmonitoringplot对地表径流产生过程进行定性观察和定量测量的特定闭合小区。径流收集装置runoffcollectingequipment用以收集排水口、排水沟渠或导流管径流的装置，包括径流池或径流箱(桶)。一种平均分配农田地表径流量而使部分地表径流进入径流池/箱(桶)内的装置。径流污染物pollutantsinrunoffwater4径流监测场的布置与监测设备安装4.1径流监测场的布置农田土壤地表径流监测场应布设在待测农田的典型区域，其土壤类型、肥力水平、耕作方式、灌排条件、种植制度、坡度坡向等能代表当地农业常规生产条件，且距离村庄、河流、公路等区域不小于50m,周围30m范围内无6m以上的树木或建筑物。4.2径流监测小区布设4.2.1平原地区小型密植农作物如粮田、菜地等径流监测小区的面积30m²~50m²,长度8m～10m、宽度4m～5m为宜，果园等园地作物小区面积40m²~60m²,长度8m～10m、宽度5m～6m为宜。丘陵坡耕地的监测小区面积不宜小于40m²,长度和宽度根据实际条件确定，若条件允许，可参照SL277执行。每个监测小区宜设3个重复。4.2.2监测小区四周设置围埂，围埂应互相连接紧密，旱地高出地表10cm～15cm、埋深不少于20cm,水田高出地表20cm以上、埋深不低于40cm,确保不串水不漏水。围埂材料应不渗水、不吸水、牢固耐用。长期固定监测点的围埂宜采用水泥混凝土。监测小区的排水口高度应保持一致，水田应高于田面10cm,旱地或旱作排水口低于田面，确保排水通畅。监测小区四周设置保护行，宽度不小于3m,并在保护行外围设置撇水沟，防止外水输入。4.3雨量计及其安装径流监测场附近2km范围内若有气象站，宜采用气象站的降水监测数据。若无，应在距离最远径流小区100m内安装自记式雨量计，具体设施安装按SL21的规定执行。4.4径流收集系统及安装4.4.1径流收集装置的数量一个径流监测小区建设一个单独的径流收集装置。平原区、山地丘陵区地表径流监测小区及径流3收集装置建设按照附录A的规定执行。4.4.2径流收集装置的位置和大小确定4.4.2.1径流收集装置设在径流监测小区内地势较低便于排水的地方。4.4.2.2径流收集装置的有效容积应按当地10年一遇暴雨产生的径流量设计，计算公式见式(1):V=P₁o×S×f×10-3V——径流收集装置的设计有效容积，单位为立方米(m³);P₀——10年一遇暴雨的降水量，单位为毫米(mm);S——径流监测小区面积，单位为平方米(m²);f——径流系数(径流系数旱地推荐以0.65、水田以0.81进行计算；或者根据当地同类型农田的最大径流系数进行计算)。4.4.2.3若监测小区面积较大，没有条件建设标准大小径流收集装置时，应采用符合附录B的径流分流装置。采用径流分流装置时，径流收集装置的实际容积等于设计有效容积除以径流分流装置中分流管的个数。4.4.3径流收集装置的选择适用于长期固定径流监测点。径流池壁为砖混墙体或混凝土浇筑。池底用混凝土浇筑而成，厚度为20cm～25cm,混凝土强度不低于GB/T50476中C25的强度。径流池内外壁两侧、池底均应进行防渗处理。径流池深度以地面以下1m为宜，地上部分高度与监测小区田埂持平。每个径流池应按照附录C的要求设置硬质盖板，盖板向一侧略微倾斜，在盖板下径流池壁上挂上集雨排水管槽，将雨水排到监测小区外。平时盖板盖严，宜落锁并方便打开。径流池内宜配置一径流收集桶，用于小径流量时的收集。适用于短期径流监测或者无法建设标准径流池的情况，与径流分流装置配套使用。径流收集箱(桶)采用硬PVC板、镀锌铁皮或薄钢板等不易变形不会生锈产生二次污染的材质，保证不漏水渗水。径流箱的规格及安装应根据径流监测场的地形条件及径流小区的实际情况，按照附录4.4.4径流收集管及安装径流收集管采用三丙聚丙烯(PPR)管或聚氯乙烯(UPVC)管，直径为10cm,埋设在径流小区的围埂下，另一端与径流池连接。径流收集管的结构及安装按照附录D的规定执行。4.4.5.1对于平原地区，应按照附录C的要求，在径流池一侧开挖比径流池深10cm以上的排水沟渠，或采用在径流池底开挖排水凹槽、末端建设抽排池的方法排空径流池中径流水。4.4.5.2排水有落差的坡耕地地区，直接在径流池排水侧底部埋设带塞子或阀门的排水管。45径流样品的采集与分析测试5.1样品的采集5.1.1采样时间和频次每次降雨且产生地表径流后采样，采样应在降雨结束24h内进行。若两场降雨间隔不超过12h,则视为连续性降雨，等本次降雨结束后一并采样。5.1.2.1准确测量径流池内水面高度(精确至mm),计算径流量。5.1.2.2用清洁工具(不能对测定指标产生污染)将径流池内的水充分搅拌2min～4min,使水和底部的泥沙混合均匀，迅速用清洁采样瓶在径流池内采集混合水样2份，1份供分析测试用，另1份作为备用，每份水样至少500mL。采样瓶的选择和准备按照HJ493中的规定执行。5.1.2.3取完水样后，打开每个径流池底排水凹槽处的排水阀门，排空池内径流水；抽排过程中，应边排边洗，将径流池清洗干净。5.2样品的贮存5.2.1采集后的水样1℃~5℃冷藏避光条件下保存并立即送回实验室进行分析，样品的保存应符合HJ493的要求。5.2.2所取水样1瓶用于径流污染物成分含量的测定，1瓶用于泥沙含量的测定。若污染物成分含量不能当天测定，则应在水样内滴98%硫酸2滴～3滴调节至pH≤2,防止污染成分形态转化。氨氮和总磷应在24h内测定完毕，化学需氧量和高锰酸盐指数应在2d内测定完毕，总氮含量应在7d内测定完毕。5.3监测项目与分析方法农田地表径流的监测项目分为必测项目与选测项目，选测项目根据具体目的要求可酌情添加或删表1农田地表径流水样的监测项目必测项目选测项目径流量、径流泥沙含量，径流样上清液中的总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、磷酸盐含量，泥沙中的总氮、总磷含量pH、化学需氧量、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、阴离子表面活性剂、全盐量、氟化物、氯化物、硫化物、铜、锌、硒、砷、汞、镉、铬(六价)、铅、氰化物、挥发酚、粪大肠菌群数、农药类、除草剂、多环芳烃等取其中一瓶径流水样，将样品离心或者用滤纸进行过滤，上清液或滤液用来测定径流液中污染物含量，沉淀部分用蒸馏水洗涤转移到清洁烧杯中，低温真空干燥至恒重，测定泥沙质量。5GB/T41222—20215.3.2.2径流液中总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ636)或连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法(HJ667)。5.3.2.3径流液中氨态氮采用靛酚蓝法(GB17378.4)或连续流动-水杨酸分光光度法(HJ665)。5.3.2.4径流液中硝态氮采用紫外分光光度法(HJ/T346)。5.3.2.5径流液中总磷采用消解-钼酸铵分光光度法(GB/T11893)或连续流动-钼酸铵分光光度法(HJ670)。5.3.2.6径流液中磷酸盐采用磷钼蓝分光光度法(GB/T5750.5)或连续流动-钼酸铵分光光度法(HJ670)。5.3.2.7泥沙中总氮采用自动定氮仪法(NY/T1121.24)。5.3.2.8泥沙中总磷采用碱熔-钼锑抗分光光度法(HJ632)。5.3.2.9选测项目采用相关国家标准测定；若无，则按照GB3838规定的方法进行监测。6泥沙含量、径流量、土壤流失量及污染物排放量的计算6.1次降雨的泥沙含量由式(2)计算得出：式中：b——泥沙含量，单位为克每升(g/L);m、——干泥沙质量，单位为克(g);V、——水样体积，单位为毫升(mL)。6.2次降雨的径流量次降雨的径流量计算公式见式(3):式中：…………M——每公顷农田的地表径流发生量，单位为立方米每公顷(m³/hm²);s——径流收集装置的底部面积，单位为平方米(m²);6GB/T41222—2021h——径流收集装置中径流水深度，单位为米(m);a——径流小区面积，单位为平方米(m²);n——分流管数，单位为个(若未用分流装置，n=1)。6.3次降雨的土壤流失量由式(4)计算得出：F——每公顷农田土壤流失量，单位为千克每公顷(kg/hm²);s——径流收集装置的底部面积，单位为平方米(m²);h——径流收集装置中径流水深度，单位为米(m);a——径流小区面积，单位为平方米(m²);n——分流管数，单位为个(若未用分流装置，n=1);b——径流样中泥沙含量，单位为克每升(g/L)。6.4次降雨的径流污染物排放量由式(5)计算得出：R——次降雨的径流污染物排放量，单位为千克每公顷(kg/hm²);s——径流收集收集装置底部面积，单位为平方米(m²);h——径流收集装置中径流水的深度，单位为米(m);a——径流小区面积，单位为平方米(m²);n——分流管数，单位为个(若未用分流装置，n=1);p——径流水样中污染物质量浓度，单位为毫克每升(mg/L);w——径流泥沙样中污染物质量分数，单位为毫克每克(mg/g);b——径流样中泥沙含量，单位为克每升(g/L)。6.5累计径流污染排放量计算以一个监测周期进行径流污染物累计排放量的计算，监测周期根据目的可按时间长度如月、季、年等进行划分，也可按照作物生长季和生长周期进行划分。由式(6)计算得出：P——一个监测周期内的累计径流污染物排放量，单位为千克每公顷(kg/hm²);m——一个监测周期内的产流次数；s——径流收集收集装置底部面积，单位为平方米(m²);h——径流收集装置中径流水的深度，单位为米(m);a——径流小区面积，单位为平方米(m²);n——分流管数，单位为个(若未用分流装置，n=1);7p——径流水样中污染物质量浓度，单位为毫克每升(mg/L);w——径流泥沙样中污染物质量分数，单位为毫克每克(mg/g)。8保护行保护行保护行保护行(规范性)地表径流监测小区排列方式图A.1平原区地表径流监测小区排列示意图小区1小区4径流小区1小区4径流径流小区5径流池1池2池3池5池6池1池2池3图A.2山地丘陵区地表径流监测小区排列示意图9(规范性)径流分流装置、径流箱(桶)及其安装B.1径流分流装置径流分流装置分为长方体和圆柱形两种，可用硬PVC板、镀锌铁皮、薄钢板等焊接而成，由装置主体、倒L形进水管及若干个径流分流管组成。倒L形进水管与径流收集管相连，另一端垂直向下，管口离箱体底部3cm～5cm,并对应箱体底部的中心位置。径流分流管平均分布在长方体进水管的另一侧或圆柱体四周，材质、管径、长度及安装高度完全一致，高度略低于进水口高度，直径应小于进水口管径，不超过3cm为宜(见图B.1和图B.2)。分流装置中的1个分流出水管与径流箱(桶)连接，其余径流通过其他出水管直接排入排水沟。为避免田间秸秆、草叶等杂物影响，应在径流分流装置进水口前端安装一个防杂物的纱网过滤装置，并于每次径流采集后将分流装置清洗干净。长方体径流分流装置宽度30cm左右，长度视分流管的个数而定；圆柱形径流分流装置直径不小于40cm。分流装置的高度视农田类型而有所不同，水旱轮作农田高40cm～50cm,旱地高30cm~图B.1长方体径流分流装置示意图分流桶横剖面图图B.2圆柱形径流分流装置示意图B.2径流箱(桶)径流收集箱(桶)规格依据设置径流监测场的地形条件、径流小区大小以及径流分流装置的分流孔数而定，有效容积应满足可完全收集10年一遇暴雨径流经分流后的量。可采用长方体或圆柱体形状，上下规格一致。B.3径流分流装置与径流箱(桶)的安装分流箱和径流收集箱(桶)应安装在近排水沟一侧，径流收集箱(桶)安装高度应低于径流分流装置30cm～50cm。安装时，基座应稳定且结实耐用，并保持水平，水平误差±2mm。丘陵坡耕地地区可采用水泥基座(见图B.3),南方平原水网地区基座宜采用防水架子以方便排水，径流收集箱应固定以防止漂浮(见图B.4)。图B.3坡耕地径流收集箱与分流装置安装示意图排水沟宽80cm~100cm图B.4平原水网区径流箱与分流装置安装示意图(稻田为例)(规范性)径流池及排水系统的规格构造为方便排空径流池中的径流水，优先推荐采用沟渠直排法。即在径流池一侧开挖比径流池深10cm以上的排水沟渠，宽度50cm～60cm,沟渠上口盖水泥盖板，径流池排水阀统一安装在近沟渠侧，打开阀门即可排空径流池中的径流水(见图C.1)。也可采用在径流池底开挖排水凹槽、末端建设抽排池的方法排空径流池中径流水(见图C.2)。在每个径流池底部中间同一位置开挖一条直径10cm～15cm的半圆形排水凹槽，相邻径流池之间埋设直径10cm的PPR管联通排水凹槽，并安装排水阀门(见图C.3)。在排水方向径流池的末端建设一个比径流池深10cm的抽排池，抽排池与径流池同宽，长度根据实际情况而定，抽排池底部安装抽水泵(见图C.4)。排水时依次打开阀门，用抽水泵快速抽干。为方便冲水以防堵塞，建议在径流池最前端安装冲洗泵。径流小区径流收集管径流小区径流小区排水沟径流池排放阀 径流小区径流小区径流小区图C.1径流池排水系统平面布局示意图(沟渠直排式)径流小区3径流小区3抽排池径流池1&排空泵径流池2排水凹槽排水管径流小区4径流小区6径流小区5径流小区1径流小区2冲流泵8图C.2径流池排水系统平面布局示意图(抽排池法)四面四面防渗涂层排水凹槽混凝土垫层图C.3径流收集池剖面示意图m图C.4抽排池剖面示意图(规范性)农田径流收集管的结构与安装水旱轮作农田采用专用的“上”字形结构径流收集管，见图D.1。该径流收集管为直径5cm~10cm的PPR四通管，包含三个进水口(进水管口均带管盖)和一个出水口。出水口位于径流池内，由直管穿过径流池壁。A进水口主要用于收集稻季降雨时的地表径流，高度和稻季的排水口高度一致，离地表10cm,使用该进水口收集径流时B、C进水口应盖上管盖