芦苇占优势农田溪流营养盐滞留的水文和生物贡献分析

为解析大型水生植物大量生长情形的源头溪流营养盐滞留的水文、生物作用贡献,于2014年9月—2015年6月在南淝河流域某一芦苇占显著优势的农田源头溪流段,开展8次野外示踪实验,计算渠段雷诺数Re、弗劳德数Fr、曼宁糙率系数n等水动力学参数,估算NH4+、PO43-的总滞留率以及水文、生物过程的实际滞留贡献率和相对滞留贡献率。结果表明,整个研究期间溪流水体表现出显著的紊流特征,水流流态属于缓流类型,渠道曼宁糙率系数n变化范围为0.066~0.112,平均值为0.089;NH4+总滞留损失率变化范围为9.17%~28.27%,平均值为14.68%,水文作用和生物过程对NH4+实际滞留贡献率平均值分别为10.12%和4.57%,相对贡献率平均值分别为72.51%和27.49%,表明NH4+滞留损失主要来自水文过程的影响;PO43-总滞留损失率变化范围为5.75%~17.79%,平均值为12.53%,水文作用和生物过程对PO43-实际滞留贡献率平均值分别为10.12%和2.41%,相对贡献率平均值分别为81.42%和18.58%,表明PO43-滞留损失也主要来自水文因素的影响;n与Re、Fr和Q均呈显著的幂函数关系,而实际滞留率ηNH4、ηPO4与n、Re之间均没有表现出明显的相关关系。     

基于暂储理论的源头溪流营养盐滞留研究进展

源头溪流是流域污染负荷控制的关键节点。源头溪流接纳流域内输入的污染物后,通过促进污染物在河道内的滞留及消减,降低对流域下游的输出,为下游水域水环境治理减轻压力。本文从暂储理论出发,对源头溪流营养盐滞留的研究进行了综述。介绍了暂储的定义,探讨了影响暂储区的水文、地形地貌及生物因素,分析了暂储区对溪流中营养盐滞留的作用,辨析了目前研究中存在的不足,指出未来宜在国内诸多源头溪流尽快开展相关工作,研究暂储区变化对营养盐滞留的影响机理,从而为下游流域污染负荷削减、河流廊道生态恢复提供支撑。     

多级拦水堰坝调控农田溪流营养盐滞留能力的仿真模拟

为揭示多级拦水堰坝对于低等级小河流营养盐滞留能力的影响,以巢湖流域某一典型的农田源头溪流为对象,在野外示踪实验和计算机模拟的基础上,针对构建的多级简易水坝,采用暂态存储和营养螺旋指标,仿真模拟多级拦水堰坝对于氮磷营养盐滞留能力的调控效果。结果表明:多级拦水堰坝Darcy-Weisbach阻力系数明显超过无堰坝情形,但其弗劳德数Fr和雷诺数Re则较无堰坝情景低些;多级拦水堰坝相应的交换长度Ls值较无堰坝情景低1~2个数量级,水力持留因子Rh则较无堰坝情景明显增大,表明多级拦水堰坝使溪流的暂态存储能力得到很大提升;在多级拦水堰坝情景下,NH4+和PO43-的吸收长度Sw均有大幅度的下降,其中NH4+削减幅度达70.27%~89.47%,PO43-为75.59%~81.92%;不仅如此,在多级堰坝情景下,NH4+和PO43-的物质传输系数Vf、吸收速率U均显著增大,表明多级拦水堰坝可以有效提高农田溪流氮磷营养盐的滞留潜力。     

丁坝型挡板调控农田溪流暂态氮磷滞留能力的模拟研究

选择Na Cl作为保守性示踪剂、NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,在巢湖流域的二十埠河某一农田源头溪流段,采用恒定连续投加示踪剂的方式,开展野外示踪实验。通过对不同情景下暂态存储参数和营养螺旋指标模拟结果的比较,解析丁坝型挡板对于溪流暂态存储和氮磷滞留能力的调控效果。结果表明:丁坝型挡板使溪流交换系数α显著增大,其中间距为2.5 m的α值较无挡板情景高出132.36%,1.5 m和3.0 m间距则分别高出825.37%和641.29%;相对于无挡板情景,设置挡板的溪流交换长度Ls明显下降,水力持留因子Rh、行进时间中值F200med及过水断面面积和暂态存储区断面面积的比值As/A等出现不同程度的增大;设置挡板的氮磷吸收长度Sw较无挡板情景显著下降,吸收速度Vf则有不同程度的提高。丁坝型挡板对于农田溪流暂态存储和氮磷滞留能力具有很好的调控效果。     

潘家口水库氮与磷营养盐的时空变化及滞留效应分析

潘家口水库是华北地区的重要水源,对保障区域供水安全发挥着重要作用。本文以该水库为研究对象,分析了建库以来水库氮、磷营养盐的时空变化特征、滞留效应。结果表明：建库以来水库TP浓度呈上升趋势,最高达到0.37 mg/L;库区TN、硝酸盐的浓度较高,年际变化小,近15年平均浓度分别为4.4 mg/L、3.5 mg/L,氨氮浓度基本低于0.5 mg/L。库区氮、磷以滞留为主,其浓度主要受来水影响;磷的滞留效率呈下降趋势,近5年滞留效率为-6%;氨氮滞留效率一直较高,近5年滞留效率为72%;硝酸盐滞留效率呈增加趋势,近5年滞留效率为20%,硝酸盐和磷的滞留效应呈显著的负相关关系。结合垂向水质监测的分析表明,近年来库底存在内源污染的显著释放和反硝化脱氮。潘家口水库库底沉积物污染严重,内源污染将是未来水库水质恶化的潜在风险。为了保证水库的供水水质,抑制库区内源污染的释放,建议水库尽量保持高水位运行。     

农田暗管排水能力分析与提升方法探讨

在地下水位较高、地表易于形成积水的地区,探索经济可行的农田暗管排水措施,对于降低作物涝渍胁迫、提高作物产量具有重要意义。本文基于暗管排水流量理论公式分析了暗管排水能力影响因素及增强暗管排水能力的途径,提出在暗管出口处安装虹吸管,利用虹吸原理使其下端出流口降低到一定深度的虹吸增流方法。理论和试验表明,该方法可以大大提升浅埋暗管排水能力,且不增加暗管排水成本。浅暗管通过虹吸管出口降低到中埋和深埋时,即作用水头增加1.33倍和1.67倍时,排水流量增大33.3%和66.7%;由于浅埋管具有较小的渗流阻抗系数,其排水流量比相同出口的中埋管和深埋管大16%和27%。随积水层深度的减小,有虹吸的浅暗管排水流量虽然减小,但增流效果百分比在增大。该研究成果可为涝渍灾害易发地区建设高效除涝降渍减灾工程提供新途径。     

农田控制排水与补充灌溉对作物产量和排水量影响的模拟分析

农田控制排水是减少硝态氮流失最直接有效的方法之一。本文利用典型涝渍区-淮北平原砂姜黑土地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型进行了长序列模拟分析,结果显示在当地气象条件下,干旱是影响冬小麦产量的主要因素,而涝渍则是影响棉花产量的主要因素。补充灌溉条件下,采用传统排水与控制排水两种措施的模拟结果显示,灌溉可使冬小麦产量得到大幅提高,但对棉花产量的影响不大。采取控制排水措施后,地下排水量大大减少,排水总量也显著降低,从而有利于区域水质的保护。     

Effects of land‐cover transitions on emerging aquatic insects and environmental characteristics of headwater streams in an agricultural catchment

Streams and their adjacent riparian zones are increasingly viewed as interdependent systems linked by reciprocal exchanges of energy, organisms, and materials. We assessed potential associations between the emerging aquatic insect flux and transitions between agricultural land and forest fragments to better understand these stream‐riparian linkages in managed landscapes. We sampled stream environmental conditions and emerging insects at 28 sites distributed along three streams flowing through agriculture‐forest‐agriculture transitions in central Ohio, USA, in the summer of 2012. Ephemeroptera and Trichoptera (ET) taxa had higher flux densities in forests (mean and 95% CI: 0.3 insects m^?2 d^?1 [0.1, 0.8]) compared to agriculture (mean and 95% CI: 0 insect m^?2 d^?1 [0, 0.1]; p = .004), and ET taxa were found in 67% of forested sites compared to only 15% of agricultural sites. In contrast, Dolichopodidae were more strongly associated with agricultural land (mean and 95% CI: 0.6 insect m^?2 d^?1 [0.3 to 1.2]) than forests (mean and 95% CI: 0.1 insects m^?2 d^?1 [0.1, 0.2]; p = .002). Although Chironomidae were the most numerically abundant, ET taxa were among the larger bodied insects and comprised >30% of the total biomass flux, illustrating the importance of taxonomic traits in mediating flux dynamics. Mechanisms driving emerging insect flux were related to substrate grain‐size distribution, channel width, and nutrient concentrations. Overall, our results demonstrate that small forest fragments are strongly related to the aquatic‐to‐terrestrial insect flux and thus have important implications for terrestrial biodiversity and food webs in agricultural landscapes.