西苕溪流域土地利用对氮素输出影响研究

以位于太湖地区的西苕溪流域为研究区,利用Arcview3.2的水文模拟和空间分析扩展模块进行子流域划分和典型小流域选择,通过对2000年TM/ETM遥感影像解译获得流域土地利用数据.在2004年分3次(7月、9月、12月)监测了各个小流域出口的总氮浓度,用以表征流域氮素输出强度.基于以上数据,分析了小流域氮素输出的时空变化差异以及土地利用结构对氮素输出影响.结果表明:各个小流域氮素输出差异很大,空间上有从上游到下游逐渐增大的趋势,时间变化上,西苕溪流域中下游的小流域氮素输出7月>9月>12月,上游地区的小流域则与之相反,这与流域的降雨径流分布和土地利用方式差异有关.多个小流域的对比分析表明,流域土地利用结构对氮素输出的影响更大.流域内林地面积比例越大,氮输出强度越小;相反,与人类活动有关的土地利用类型如耕地和居民地比例增大将带来氮素输出增大的后果,而氮素输出的强度似乎与流域面积大小无关.     

云蒙湖流域土地利用变化对非点源氮污染负荷的影响

以临沂市水源地云蒙湖流域为研究区域,利用人工模拟降雨实验,结合输出系数模型获取流域内各土地利用类型氮素输出系数,在GIS和RS支持下,分析近25年来土地利用变化对非点源污染氮素负荷时空变化的影响.结果表明,1986、1995与2010年非点源污染氮素负荷分别为3.77×103、4.45×103、5.5×103t,呈上升趋势;从土地利用类型来看,耕地非点源污染TN逐年增加,其贡献率也逐年增加,贡献率由1986年的80.11%,1995年82.60%上升至2010年85.59%,林地、草地TN变化较小,贡献率呈减小趋势,居民用地TN增加幅度大,但由于面积较小,其贡献率较小;就子流域而言,耕地面积比例高的子流域,氮素污染负荷增加程度较大;流域耕地与氮素负荷呈显著正相关,对氮产出负荷起＂源＂作用,林地、草地与氮素负荷量呈负相关,对氮产出负荷起＂汇＂作用.因而,可通过调整土地利用结构以减少和控制流域氮流失对水体环境的污染.     

三峡库区小流域土地利用结构变化及其氮素输出控制效应:以兰陵溪小流域为例

基于三峡库区兰陵溪小流域退耕还林后土地利用结构变化分析,结合2015年汛期流域氮素养分输出监测数据,利用逐步回归定量分析土地利用结构特征对氮素输出的控制效应.结果表明:1退耕还林工程小流域土地利用结构发生改变,林地、园地面积比例分别增加到76.85%和13.87%,园地多以茶园单一类型片状分布,耕地面积比例锐减至1.16%,且零星分布于林地、园地之间.2小流域部分监测点总氮浓度超过国家Ⅴ类地表水水质标准,各监测点铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总氮(TN)输出浓度分别为0.089~0.214 mg·L~(-1)、2.925~13.203 mg·L~(-1)以及3.561~14.572 mg·L~(-1),硝态氮输出浓度占总氮比例超过80%.3集水区氮素输出浓度与园地和住宅用地极显著正相关,与林地、未利用地则成极显著负相关,住宅用地和园地类型是主要的氮素输出源.4小流域土地利用结构调整应优先增加林地,适当控制园地发展,且将住宅用地面积比例控制在5%以下,并通过林茶、林果间作等方式改变小流域部分园地单一类型片状分布格局.     

城郊农业区小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以位于湖南省长沙市城郊农业区的金脱河流域为研究区域,通过解译2009年的Spot-5卫星遥感图获取了小流域的土地利用图;结合流域的DEM图,利用ArcGIS 9.3的水文、空间分析模块将流域划分为若干个子流域,分析各子流域的土地利用结构.从2009年12月～2010年11月在各子流域出口处采取水样,分析其TN、NH4+-N、NO3--N输出浓度、输出量的时空变化特征以及与土地利用结构、施肥等因素之间的关系.结果表明,流域径流氮素污染严重,其TN、NH4+-N输出浓度呈明显的季节变化特征,为冬季>春季>夏、秋季,而NO3--N的输出浓度的季节差异较小.流域内的土地利用结构对NO3--N的输出浓度起着重要的控制作用,林地、水面表现为源作用,水田、旱地、居民地为汇作用;不同的时间尺度上土地利用结构对其影响不同,年度尺度上对NO3--N输出影响最大的为旱地,春夏季为林地,秋冬季为旱地.TN、NH4+-N的输出浓度与土地利用结构的相关性较差,各形态氮素的输出量与纯氮施用量、人口数、养猪量表现为极显著正相关.     

九龙江流域河流磷输出对土地利用模式及水文状况的响应

本研究应用现场监测、地理信息技术（GIS）、模型模拟和数理统计等方法,基于2015年3月至2017年2月九龙江流域不同主导土地利用类型源头小流域和两条干流河流表层水总磷（TP）、总溶解态磷（TDP）和颗粒态磷（PP）的浓度监测,探究河流磷浓度与输出负荷的时空变化特征,揭示九龙江流域磷输出对土地利用模式及水文状况的响应.结果发现,九龙江流域河流磷浓度和磷输出负荷具有明显的时空变异性.在空间上,农业流域 > 城市流域 > 自然流域,西溪>北溪.在季节上,不同类型流域不同形态磷浓度总体表现为春、冬季节较高,而夏、秋季节较低.TP、TDP、和PP输出负荷春、夏季高于秋、冬季,与径流深度的变化趋势基本一致.磷浓度、输出负荷与林地和裸地面积百分比呈负相关关系,与耕地、果园面积百分比呈正相关关系.但不同季节,磷浓度和输出负荷对土地利用和水文状况的响应存在差异,在夏季的相关性最强.结果表明农业非点源污染是九龙江流域河流磷的关键源,提升林地比例有助于保持水土,改善河流水质,尤其在雨季.     

基于流域单元的营养盐输出与景观异质性影响研究

选择太湖上游西苕溪流域,利用GIS、RS及景观生态方法进行小流域划分和流域景观异质性分析,基于改进的输出系数模型估算小流域营养盐输出,并对流域单元主要景观类型空间异质性及多样性指数与营养盐输出的关系进行了分析.结果表明,西苕溪各小流域TN、TP输出强度变化范围分别为3.01～15.44 kg/(hm2.a)与0.049～0.355 kg/(hm2.a),营养盐输出水平空间差异性明显;小流域单元优势景观类型与营养盐输出关系明显,小流域林地面积增加10%,TN、TP输出强度分别降低0.203 1、0.015 2 kg/(hm2.a);小流域耕地面积增加10%,TN、TP输出强度分别增加0.572 6、0.027 3 kg/(hm2.a);西苕溪小流域景观多样性指数与氮磷输出水平关系呈二次多项式关系,营养盐输出强度随着SHDI增大而增大,当SHDI为1.5时,输出强度达到最大值,然后随着SHDI增大而降低.研究结果将为流域非点源污染治理提供参考.     

小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以丹江口库区的胡家山小流域为研究区,以资源二号卫星影像图为底图,通过实地调查获取胡家山小流域土地利用图,利用ArcGIS的水文模拟、空间分析模块提取15个集水区,并分析其土地利用结构.根据2008年1～12月各个集水区的出口的总氮、硝态氮浓度的监测数据,定量地分析土地利用结构对氮素输出时空变化的影响.结果表明,胡家山小流域内旱地、居民地对氮素输出起显著源作用,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为0.869、0.856和0.826、0.867.林地、疏林地、草地等对氮素输出起汇作用,其中林地、草地汇作用显著,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为-0.820、-0.851和-0.602、-0.518.土地利用结构是氮素输出空间变化的关键因素,土地利用类型的空间分布使得汇土地利用类型旱地、居民地对小流域氮素输出影响最大;在不同时间尺度上,土地利用结构对氮素输出浓度影响有所不同.年度上,对氮素输出影响最大的是旱地,季节上,春、夏、秋、冬四季对氮素输出影响最大的分别是旱地、居民地、居民地、旱地;土地利用结构对氮素输出浓度的影响受到降雨、气温、人为等因素的作用.     

三峡库区小流域不同土地利用类型对氮素流失影响

作为一个独立汇水单元,小流域是三峡库区面源污染源头.在三峡库区涪陵段王家沟小流域内选择最具有代表性3种土地利用类型布设地表径流监测点,利用2014年5~12月12场自然降雨采集地表径流样品,分析不同土地利用类型及其构成的坡面、子流域氮素流失浓度时空变化特征,揭示三峡库区小流域不同土地利用类型与氮素流失关系.结果表明,不同土地利用类型春季作物时期TN平均流失浓度差异最大,旱地分别是桑树套种地、水田的1.61、6.73倍;水田3个时期TN流失浓度变化最显著.氮素流失以NO~-_3-N为主,TN与NO~-_3-N存在显著的线性相关关系.TN、NO~-_3-N流失浓度与坡面旱地作物玉米、榨菜面积比显著正相关,与水稻、桑树面积比显著负相关;NH~+_4-N流失浓度与坡面榨菜面积比显著正相关.不同土地利用类型组成坡面中,桑树套种地与水田组成的坡面3个时期TN地表径流平均流失浓度最低,分别为2.55、11.52和8.58mg·L~(-1);玉米榨菜轮作旱地坡面最高,分别为27.51、25.11和27.11 mg·L~(-1).子流域不同土地类型和空间组合方式对其TN流失浓度影响较大,合理调整流域土地利用结构和空间布局是三峡库区面源污染源头控制有效措施.     

基于L-THIA模型的市桥河流域非点源氮磷负荷分析

以番禺市桥河流域为研究对象,利用现场建立的不同土地利用类型的径流场实测降雨径流数据,对长期水文影响评价模型(L-THIA)的主要参数进行校正,模拟计算该流域非点源氮磷负荷量,并分析土地利用和降雨变化对氮磷负荷输出的影响.结果表明,市桥河流域内非点源氮磷污染高负荷区主要集中在农业用地和城镇用地,单位面积污染负荷输出最高的为农业用地.从1995~2010年,流域非点源氮磷负荷呈增加趋势,TN增加了17.91%,而TP的增加幅度达到了25.30%.随着流域城镇化的迅速发展,城镇用地明显增加,所占比例达到了43.94%,2010年对负荷总量的贡献率也已超过40%,几乎与农业用地持平,这也是近15年来流域内农业用地面积虽然有所降低,但污染负荷总量仍然增加的主要因素.流域内降雨主要集中在汛期,因而汛期非点源氮磷负荷亦远高于非汛期,占全年比例超过了85%.不同降雨类型发生次数与污染负荷的Pearson相关分析表明,日降雨量大于20 mm的降雨是造成流域内非点源氮磷污染的主要降雨类型.     

厦门市土地利用及氮负荷变化研究

高强度的人类活动改变了城市土地利用方式和城市内氮素循环,但城市土地利用变化如何影响城市氮负荷时空变化的研究仍缺乏.本研究以厦门市为例,基于物质平衡的城市氮流动估算方法,分析了2005—2010、2010—2015年两个时间段内厦门市土地利用及氮负荷的时空演变特征及土地利用变化对氮负荷的影响.结果表明:2005—2010、2010—2015年期间城市各土地利用类型中工业、居民区及交通用地面积增加最为显著,占总面积的比例从16.9%增加到30.3%,而林地和其他类型面积的比例从53.78%下降至38.01%.大量农林地转变为工业和交通用地,导致单位面积氮负荷强度分别增加了10倍和25倍.城镇居民用地、交通用地等氮排放强度较高的土地利用类型不断扩张,造成城市中活性氮排放增加了2.1倍.同时,土地利用的空间格局也影响着城市氮负荷的空间变化特征,氮排放热点在空间上逐渐向岛外扩张,且强度也随之增加.     

白洋淀流域氮、磷、COD负荷估算及来源解析

基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,并提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过文献调研和区域情况调查获取模型参数,建立白洋淀流域氮、磷、COD污染负荷模型,并进行污染源解析.结果表明:流域氮负荷为31815.47t/a,主要来自种植和土壤侵蚀,贡献率分别为26.52%和21.03%;磷负荷为3873.33t/a,主要来自土壤侵蚀和种植,贡献率分别为30.78%和25.80%;流域COD负荷为110728.52t/a,主要来自畜禽养殖和城镇污水,贡献率分别为43.47%和23.53%.总体分析表明,种植、畜禽养殖、土壤侵蚀和城镇污水是影响白洋淀流域氮、磷、COD污染物的主要来源,需优先施以管控.     

降雨变化对鄱阳湖区乐安河流域非点源产污的影响

以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明：不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。     

丹江口水库农业面源污染特征研究

以丹江口市习家店小茯苓村为代表研究该流域的农业面源污染特性,在不同降雨强度下,收集不同土地利用方式下的农田地表径流,分析地表径流样品的污染物。结果显示,对于同一降雨强度和相似的植被覆盖度,其氮、磷流失量主要取决于土壤表层氮磷的含量。不同土地利用类型中总氮输出量差异显著(p0.05),表现为柑桔园玉米地蔬菜地;COD输出量表现为玉米地柑桔园蔬菜地;蔬菜用地中总磷输出量远远小于玉米和果树用地。不同土地利用类型中硝态氮是氮流失的最主要形态。径流污染负荷随降雨量的增大而增大;但污染物浓度与降雨量未呈现线性关系。从全年来看,秋季农田地表产流量及农田地表径流污染物输出量最大,这与该流域秋季降雨量及频繁的农事活动有密切关系。     

浑太河流域多尺度土地利用/景观格局与水质响应关系初步分析

选取浑太河流域为研究对象,采用GIS、相关性分析、多元线性回归分析等多种数理统计分析技术,从子流域和河岸缓冲区尺度分析了土地利用、景观格局对河流水质的影响。结果表明:农业用地面积比例在子流域和1000m河岸缓冲区尺度与NH4+-N、TN、BOD5和COND呈正相关;林地用地面积比例在子流域尺度和河岸缓冲区尺度均与CODMn呈负相关,在300m、400m、1000m河岸缓冲区尺度与TN呈负相关,在1000m河岸缓冲区尺度与COND呈负相关,在子流域与1000m河岸缓冲区尺度与NO3-呈正相关;草地在子流域尺度与NH4+-N、TN、TP、Chl、CODMn呈正相关;建设用地面积比例在子流域尺度与BOD5、COND、TN呈正相关。CONTAG在河岸带缓冲区尺度与COND、TN呈正相关,在子流域和河岸缓冲区尺度与均CODMn均呈正相关,在河岸缓冲区尺度与NO3-呈负相关;PD在子流域尺度上与TN呈正相关,ED在子流域尺度上与NO3-呈正相关,与NH4+呈负相关;SHDI在子流域与河岸缓冲区尺度与NO3-均呈负相关。相对于河岸缓冲区尺度,土地利用类型在子流域尺度上对水质的影响更为显著,表现在调整判定系数Adjusted R2更大。而景观格局指数中对水质影响最大的是CONTAG,相对于子流域尺度,CONTAG在缓冲区尺度上影响更为显著。     

丘陵地区流域土地利用对氮素径流输出的影响

氮素是地表水体富营养化的一个限制因子,土地利用对农业非点源污染的氮素输出具有重要的影响.以位于亚热带低山丘陵地区的安徽省南部宣城市梅村流域为实例,通过航空遥感图像解译、GIS分析和实地定位动态监测方法,研究了具有不同土地利用结构的农-林生态系统地表径流水的氮素含量和输出通量及其与土地利用的定量关系.结果表明:氮素的输出以NO₃^--N的输出为主,土地利用类型或土地利用格局对径流水中氮素的含量和输出具有非常显著的影响.在同一种土地利用结构系统下,NO₃^--N与T-N的含量间具有极显著的正线性关系;而只有林地-水塘系统下,NH₄⁺-N与T-N的含量间有极显著线性关系.而各类氮素的输出量间都具有极显著正的线性相关关系.各类氮素的输出量都与土地利用类型具有指数相关性,林地、水塘对氮素输出具有负效应,而水田和村庄则具有正效应.同时,土地利用类型对径流中氮素的含量也有影响.     

次降雨过程中不同土地利用配置对径流中氮流失的影响

为了解天然次降雨过程中土地利用配置对径流氮流失的影响,本研究以重庆市忠县石盘丘小流域两个不同土地利用配置的A、B子集水区为研究对象,对集水区出口径流量和氮素进行监测.A集水区为农林水复合配置模式,B集水区为传统农业配置模式,利用EMC评估次降雨过程径流中氮的平均浓度,分析次降雨过程中不同土地利用配置对径流氮素的影响.结果表明,在次降雨径流氮流失过程中,B集水区的TN浓度（1.37~15.17 mg·L^-1）>A集水区（0.84~9.28 mg·L^-1）;A集水区第一次峰值占第二次峰值的比值62%远小于B集水区的97%;A集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为69%,B集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为75%,A集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为67%,B集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为80%.不同土地利用配置对氮流失的影响显著,与B集水区相比,A集水区能有效减少氮的流失,明显消减第一次TN峰值,减少DN和NN的养分占比.本研究为三峡库区小流域面源污染防控提供了科学依据.     

红壤丘陵区小流域典型土地利用的面源氮磷输出特征

科学识别不同土地利用方式下的径流污染输出特征是治理流域面源污染的前提.以南方红壤丘陵地区小流域为例,野外实地观测对比了不同降雨特征下林地、种植用地和建设用地的水文过程和面源污染物输出过程.结果表明,土地利用方式影响着地表径流的水文水质过程,典型降雨下3类用地类型产流时间及产流累积雨量的特征为：建设用地（9 min,2.0 mm）、种植用地（35 min,11.4 mm）和林地（108 min,24.0 mm）;而3种用地类型的总悬浮物（TSS）、总氮（TN）和总磷（TP）的污染物浓度、形态、氮磷比变化及输出强度等污染输出过程特征也呈现明显差异.典型降雨下不同用地类型具有相似的污染输出阶段,径流初期的TSS、TN和TP质量浓度均偏高,之后逐步趋于稳定;产流过程的前30 min贡献TSS、TN及TP负荷的范围均在23%~43%之间.年尺度下,各用地类型对TN和TP负荷的贡献率及单位面积负荷比存在明显差异,表现为种植用地污染负荷贡献最高（57%和45%）,而建设用地单位面积负荷比最高（9.50~12.50）.结果亦表明小流域面源污染关键源区的分布具有时空动态变化特征,由汇水单元内的用地类型组成和年降雨特征等综合决定;随着次降雨量的增加,主要贡献源由建设用地向种植用地动态转变,治理时需要根据关键源区的分布特征及下垫面产流过程规律进行针对性生态拦截.