紫色土丘陵区小流域非点源氮迁移特征研究

对长江上游紫色土丘陵区盐亭县林山乡典型的集镇小流域和农林复合小流域的非点源氮迁移过程进行了同步监测，比较分析了两不同类型小流域的径流过程及降雨-径流过程中氮素各形态浓度、负荷变化特征。结果表明了集镇小流域和农林复合小流域径流过程与非点源氮迁移过程均存在较大差异：（1）集镇小流域径流过程与降雨过程迅速响应，径流过程呈现“暴涨暴落”的特点。相反，农林复合小流域径流过程显著滞后于降雨过程，呈现出显著的“滞后效应”。（2）集镇小流域总氮（TN）、颗粒态氮（PN）以及铵态氮（NH4+-N）浓度在降雨径流初期迅速升高，而后迅速下降，呈现明显的“单峰”。相反，农林复合小流域在小雨事件中氮素浓度变化较小，但在中雨和暴雨事件过程中，初期径流中氮浓度较低，而中后期逐渐升高。（3）集镇小流域TN、PN、NH4+-N迁移过程体现了显著的“初始冲刷效应”，其中初期25%的径流量平均携带了50%的TN负荷、71%的PN负荷、64%的NH4+-N负荷，而农林复合小流域TN、可溶性氮（DN）、硝态氮（NO3--N）则体现了一定的“末期冲刷”的特点。     

紫色土丘陵区小流域非点源氮迁移特征研究

对紫色土丘陵区典型集镇小流域和农林复合小流域非点源氮迁移过程进行同步监测,比较2种不同类型小流域的径流过程及径流中各形态氮素浓度、负荷变化特征。结果表明：（1）集镇小流域径流过程与降雨过程迅速响应,径流过程呈现“暴涨暴落”的特点,而农林复合小流域径流过程显著滞后于降雨过程,呈现显著的“滞后效应”。（2）集镇小流域总氮（TN）、颗粒态氮（PN）及铵态氮（AN）浓度在径流初期迅速升高,达到“峰”值后迅速下降;而农林复合小流域在小雨事件中氮浓度变化较小,中雨和暴雨事件过程中,初期径流氮浓度较低,中后期逐渐升高,     

川中丘陵区小尺度范围非点源氮素流失特征分析

为研究自然降雨条件下紫色土地块-小流域尺度农业非点源氮素随径流流失的特征,采用野外径流观测法,对2011年川中某紫色土丘陵区12次典型降雨产流事件进行了监测,测定径流量及径流中氮素浓度与负荷变化情况。结果表明:旱地流失负荷值远大于林地流失负荷值,且旱地氮素流失主要集中在施肥后的初期降水事件中,占流失总量的76.1%;壤中流氮素平均浓度为0.98~54.1mg/L;旱地氮素迁移有显著月变化特征,明显受到当地施肥习惯和汛期降雨量影响。陈家湾农林复合小流域氮素迁移特点分析表明,该小流域受到多种土地利用类型影响,径流氮素浓度波动范围不大;但在大雨降雨事件中,浓度在降雨后期有所升高,体现了"末期冲刷效应"。研究结果可为调控长江上游紫色土丘陵区氮素流失提供参考。     

紫色丘陵区典型小流域暴雨径流氮磷迁移过程与通量

对紫色丘陵区盐亭截流小流域2007年3次暴雨径流的全过程进行了连续监测,测定了径流量及降雨—径流过程中氮、磷的形态、浓度与通量变化。结果表明,N、P各形态浓度变化曲线与流量曲线趋势大致相同,总氮(TN)浓度迅速达到峰值后缓慢下降,而后期又略呈上升趋势,硝态氮(NN)浓度变化总体呈上升趋势,颗粒态氮(PN)与颗粒态磷(PP)浓度在径流过程中迅速达到峰值后陡然下降,氨态氮(AN)及磷酸盐(PO43-P)含量较低且波动较小。暴雨径流前期氮素迁移以PN为主,主要来源于地表径流,受降雨强度控制。后期以NN为主,来源于土壤硝酸盐随壤中流淋失。磷素主要以地表径流迁移的PP为主。暴雨径流导致的N、P流失负荷巨大,说明初期冲刷效应明显。     

紫色土丘陵区典型生态-水文单元径流与氮磷输移特征

通过对紫色土丘陵区典型农业-集镇-林地复合型小流域3次降雨-径流全过程的连续监测,测定了径流过程中泥沙含量和不同形态氮磷浓度,以期认识典型农村生态-水文单元降雨径流过程中氮磷迁移规律。结果表明：降雨-径流过程中悬浮泥沙的流失主要集中在径流前期,其峰值出现在雨强最大时;集镇径流污染的影响主要表现在径流前期,是径流前期铵态氮偏高的主因;降雨-径流过程中,颗粒态氮与可溶态氮比（PN/DN）、颗粒态磷与可溶态磷比（PP/DP）的峰值均出现在雨强较大时：其中 PN/DN 多小于1,而 PP/DP 范围为1.1~30.2,说明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷的迁移以颗粒态磷为主。因此在紫色丘陵区建议利用湿地植物与沉砂池等综合措施控制土壤侵蚀和非点源污染以保护当地生态环境安全。     

紫色土丘陵区典型生态-水文单元径流与氮磷输移特征

通过对紫色土丘陵区典型农业-集镇-林地复合型小流域3次降雨-径流全过程的连续监测，测定径流过程中泥沙含量和不同形态氮磷浓度，以期认识典型农村生态-水文单元降雨径流过程中氮磷迁移规律。结果表明：降雨-径流过程中悬浮泥沙的流失主要集中在径流前期，其峰值出现在雨强最大时；集镇径流污染的影响主要表现在径流前期，是径流前期铵态氮偏高的主因；降雨-径流过程中，颗粒态氮与可溶态氮比（PN/DN）、颗粒态磷与可溶态磷比（PP/DP）的峰值均出现在雨强较大时：其中PN/DN多小于1，而PP/DP范围为1.1~30.2，说明氮素流失主要通过可溶态的方式，而磷的迁移以颗粒态磷为主。因此在紫色丘陵区建议利用湿地植物与沉砂池等综合措施控制土壤侵蚀和非点源污染以保护当地生态环境安全。     

亚热带农业小流域暴雨过程硝态氮迁移特征及水文示踪研究

为揭示亚热带丘陵区农业小流域暴雨过程中硝态氮迁移规律及其主要水文输送途径,本研究通过对紫色土丘陵区典型农业小流域典型暴雨过程跨尺度(从3~1 236 hm2)连续监测,分析径流硝态氮迁移动态特征及其尺度效应,并对比δ18O和硝态氮作为示踪剂的端元混合分析(EMMA)解析结果,探讨硝态氮作为暴雨过程水文示踪剂的可行性。结果表明:(1)两场暴雨事件中源头小流域苏荣小流域(含集镇污水)径流中硝态氮浓度最高,而到达梯级小流域出口处(万安小流域)硝态氮浓度最低,林地来水的贡献是较大尺度小流域径流硝态氮浓度降低的主要原因,坡耕地壤中流补给可能是径流消退过程中硝态氮出现浓度峰值的主要原因。(2)EMMA模型解析结果显示:δ18O与硝态氮均能示踪农业小流域径流消退期间壤中流补给过程;但硝态氮在受人居活动强烈影响子流域的示踪应用需谨慎。以农业为主的亚热带丘陵区小流域中,硝态氮具有同时作为环境效应指示剂和水文示踪剂的潜力,但其应用效果仍有待于进一步验证。     

稻田沟渠施肥后降雨径流中氮素迁移规律研究

农田养分的大量流失已成为农业非点源污染的主要来源之一,针对施肥后降雨作用下农田沟渠氮素迁移规律的研究对农业非点源污染的防治具有重要意义。由于水稻生育后期施肥量大大减少,故以宜兴市何家浜上游的水稻耕作区为研究对象,重点对比分析了施肥后降雨作用下水稻生长前期沟渠水的氮素浓度分布特征,以及降雨径流过程中沟渠氮素的迁移规律。研究结果表明:(1)降雨量≤15 mm的限制型降雨事件中,处于施肥中期、末期的沟渠系统整个降雨过程中TN浓度波动范围较小;(2)水稻生长前期沟渠系统氮素输出的主要形态为NH4+-N和NO3--N,且降雨初期径流以颗粒态氮为主;(3)沟渠对氮素具有截留效应,沿沟渠水流方向氮素含量总体上沿程下降。     

红壤坡地氮溶质分层输出特征试验研究

南方红壤丘陵地区降水集中且多暴雨,土层薄,易被冲刷侵蚀,坡地农林开发中以径流为载体传输的氮素面源污染对水环境造成威胁。本文利用大型土壤渗漏装置,在施肥前、施肥后、施肥后一年3个不同时期3场自然降雨事件下,对植草覆盖、干草敷盖和裸露3种处理下红壤坡面氮素随径流垂向分层输出特征进行分析。结果表明:地表径流总氮(TN)输出量各处理排序为裸露干草敷盖植草覆盖,壤中流和地下径流总氮的输出量干草敷盖裸露植草覆盖。在暴雨条件下红壤坡面径流中总氮分层输出以地下径流为主(占55.28%~95.30%),氮素流失不仅体现在地表(占0.12%~42.16%),更多地还体现在地下的壤中流和地下径流。植生覆盖和枯落物覆盖等水土保持措施有利于可溶性无机氮的下渗。     

北京市城区降雨径流污染特征监测与分析

选取北京市城区典型下垫面——屋面、路面、绿地和停车场的降雨径流进行水质监测,并分析与识别降雨径流污染特征。研究结果表明,该区域降雨径流主要污染物为SS、CODCr、TN,其中CODCr和TN平均值超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类标准,SS超出《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)二级标准,污染程度较为严重。屋面径流中TN与氨氮污染水平在各类典型下垫面中最高,说明大气干沉降对降雨径流中氮的污染贡献较大。研究中3个降雨场次中的径流污染过程存在不同程度的初期冲刷效应(First flush effect),初期冲刷效应的显著程度与降雨强度和雨前干期天数呈正相关。     

Runoff load estimation of particulate and dissolved nitrogen in Lake Inba watershed using continuous monitoring data on turbidity and electric conductivity

Easy-to-measure surrogate parameters for water quality indicators are needed for real time monitoring as well as for generating data for model calibration and validation. In this study, a novel linear regression model for estimating total nitrogen (TN) based on two surrogate parameters is proposed based on evaluation of pollutant loads flowing into a eutrophic lake. Based on their runoff characteristics during wet weather, electric conductivity (EC) and turbidity were selected as surrogates for particulate nitrogen (PN) and dissolved nitrogen (DN), respectively. Strong linear relationships were established between PN and turbidity and DN and EC, and both models subsequently combined for estimation of TN. This model was evaluated by comparison of estimated and observed TN runoff loads during rainfall events. This analysis showed that turbidity and EC are viable surrogates for PN and DN, respectively, and that the linear regression model for TN concentration was successful in estimating TN runoff loads during rainfall events and also under dry weather conditions.     

小清河流域非点源污染负荷与降水关系研究

流域非点源污染造成了严重的水环境问题,为准确核算典型流域非点源污染负荷及为流域水环境治理提供支持和依据,以山东省小清河流域为研究区,采用SWAT模型及相关分析方法,研究了流域总氮(TN)、总磷(TP)营养物输出负荷时空变化规律以及营养物输出负荷与降水间的关系。结果表明:SWAT模型对小清河流域非点源污染模拟具有较好的适用性。汛期(7—9月)营养物输出负荷最高,占全年比重的50%以上,而TN是其中主要非点源污染物。TN、TP输出负荷空间分布相似,负荷较高的区域都主要集中在流域南部;该区域TN、TP输出负荷分别在69.72～235.30 kg/hm~2和0.93～4.73 kg/hm~2范围内。不同的土地利用氮输出负荷较高的依次为林地、耕地和草地,磷输出负荷较高的依次为林地、草地和耕地。流域氮输出强度与降水相关性强的区域主要集中在流域中上游,而磷输出强度与降水相关性强的区域则主要集中在流域中游。     

农业小流域土地利用格局变化对氮素输出的影响——以丹江口库区胡家山小流域为例

流域土地利用格局对农业非点源污染氮素输出具有重要的影响。以丹江口库区胡家山小流域为研究对象,分析2008～2016年土地利用类型变化对流域总氮输出的影响,以期为丹江口库区生态清洁小流域建设提供参考。结果表明:2008～2016年,流域出口处总氮年平均浓度从5. 13±4. 2 mg/L降低为2. 06±0. 62mg/L;总氮输出负荷由49 025 kg/a降低至21 578 kg/a,总氮输出负荷减少56. 0%。对比分析流域生态治理工程实施情况,发现坡改梯、退耕还林等水土保持治理与植被恢复措施在有效控制水土流失的同时,还在减少流域氮素输出中发挥了重要作用。经相关分析,流域内林地、耕地、居民地的空间分布格局对流域氮素输出均有影响,其中100 m河岸带范围为流域总氮负荷输出的主要区域。有效控制胡家山小流域100 m河岸带尺度的氮素流失,可显著降低流域总氮输出负荷。     

南水北调中线水源区氮磷面源污染负荷计算

近几十年来,南水北调中线水源区农业面源污染问题日益凸显。选取丹江口库区代表性监测断面进行水质和富营养化分析,并利用输出系数法计算分析水源区面源污染情况。分析结论为:丹江口库区水质基本良好,但总氮浓度超标,目前富营养化程度不高,尚处于中营养状态;2014年南水北调中线水源区总氮年输出量为13.53万t,总磷年输出量为0.63万t,其中畜禽养殖业对总氮年输出量的贡献率最高,农村生活对总磷年输出量的贡献率最高;按照行政区划分析,总氮年输出量最高的市为十堰市,总磷年输出量最高的市为汉中市;南阳市是水源区单位面积污染负荷强度最高的市;平原丘陵区单位面积面源污染负荷强度最高,面源污染负荷强度随着海拔的上升明显降低。通过计算水源区不同区域面源污染情况,可以摸清中线水源区面源污染总量及分布特征,为水源区的水质保护和管理提供支撑。     

基于STELLA和输出系数法的流域非点源负荷预测及污染控制措施

以汾河流域为研究对象,综合考虑非点源污染与农村生活、社会经济、土地利用之间的因果关系,利用输出系数法和系统动力学理论建立流域非点源污染的STELLA模型,对汾河流域非点源污染TN负荷进行估算,并提出缓解方案。结果表明,2014年汾河流非点源污染TN负荷为8.961×10~4t,农村生活污染贡献最大;当前发展模式无法实现TN负荷的有效控制,至2030年将增长6.83%;强化农村水废处理和改善土地利用方式对TN负荷有明显的削减效果,且综合型发展方案比单一倾向性措施更具现实意义。     

地形对重庆市土地利用动态变化影响分析

对重庆市2001～2016年的土地利用进行动态变化研究,为该地社会经济发展战略的制定提供科学参考。以Landsat影像为基础,借助RS和GIS技术,分析了重庆市15 a来土地利用的时空演变及地理空间分异特征与规律。结果表明:①重庆市的土地利用类型以耕地和林地为主,耕地、草地面积减少,林地、建设用地、水域和未利用地面积增加,建设用地动态度变化最大,林地最小。②土地利用类型的转移主要存在于耕地和建设用地、耕地和林地之间。③耕地、草地、林地随着坡度的增加,土地利用类型面积变化变慢,未利用地和水域随着坡度的增加,土地利用类型面积变化变快,建设用地在各级坡度上面积变化都快。④建筑用地在各级高程范围内面积增加都十分迅速,在高程小于200 m的地区是各种土地利用类型面积变化最大的区域,各种土地类型在该区域存在最大的竞争关系。     

不同土地利用类型降雨径流氮磷特征分析——以赣江下游地区为例

为研究赣江下游不同土地利用类型条件下农业面源污染的特征,分析了自然降雨条件下,不同土地利用类型（林地、蔬菜地、水田）的产流规律和降雨径流中氮、磷分布特点。结果表明,不同土地利用类型间地表径流产生量存在明显的差异,其大小依次为林地、蔬菜地、水田;降雨径流中氮、磷的浓度在降雨初期较高,短暂升高后,开始出现显著下降趋势,具有明显的初期冲刷效应;蔬菜地降雨径流中氮、磷浓度最高,其次为水田,而林地最低。研究结果可为防治赣江下游不同土地利用类型降雨径流中氮、磷流失提供参考依据。     

深圳市地表水质对植被覆盖的响应

探讨植被覆盖与地表水质的关系,可为有效防控非点源污染和改善地表水质提供技术依据。基于实测地表水质数据和遥感解译植被覆盖情况,通过内梅罗综合污染指数评价地表水质,并建立其与植被覆盖度及空间分布格局的关系,对深圳市地表水质对植被覆盖的响应关系进行了深入分析。结果表明,地表水质对植被覆盖度的响应显著,地表水质内梅罗污染指数、总氮、总磷浓度均随上游汇水区内植被覆盖度的增加而降低,减少速率呈现出由快变慢的整体趋势;当植被覆盖度<30%时降低速率较快,当植被覆盖度>30%时降低速率减缓。可以认为植被覆盖度对地表水质的净化存在一个临界点,即植被覆盖度率达到30%时,地表水质会有显著的改善。植被空间格局对水质也有一定影响,当植被分布在汇水区下游,特别是滨水区时,对地表水质的净化作用更显著。根据以上研究结果,建议在城市空间规划和生产建设项目水土流失防治中宜将绿地率和林草覆盖率设置在30%左右,并优先布置在汇水区下游,特别是濒临河流、水库的区域。     

Catchment characteristics predicting nitrogen and phosphorus losses in Finland

Empirical relationships between catchment properties and nutrient losses are often derived from spatially restricted data, which hampers the ability to more widely generalize the results. In this study, we regressed the catchment characteristics and the losses of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) for all monitored catchments in Finland with adequate data (n = 59, from the year 2000 to 2011). TN loss was found to increase with the percentage of arable land and amount of point source loading and to decrease with increasing lake percentage. TP loss also increased not only with the percentage of arable land but also with fine‐grained soils (Cambisols) in the catchment and decreased with the percentage of lakes. Urban areas, scattered settlements, and N deposition were not significant explanatory variables, possibly due to their spatial covariation with arable land in Finland. Despite the fact that only a few significant explanatory variables were identified, the models explained the TN and TP losses by up to 91% and 92%, respectively.