不同利用方式下农田土壤对磷的吸持与解吸特征

不同利用方式下农田土壤水土界面磷的迁移能力有较大的差别.模拟实验结果表明,太湖地区水稻土在旱作时土壤固磷能力低于旱地土壤,但由于其土壤磷素水平较后者低,在一定条件下磷由固相转入液相被淋溶或随径流流失的风险要低于旱地土壤.水稻土在淹水还原条件下比旱作时固磷能力有了较大幅度的提高,土壤中的磷向溶液中的释放量总体上较淹水前减少,这是因为在还原条件下形成的无定形Fe³⁺-Fe²⁺混合氢氧化物具有巨大的表面积和很强的吸持能力,增强了对磷的固定.     

滇池流域农田土壤径流磷污染负荷影响因素

采用模拟试验的方法,研究了人工降雨和自然降雨条件下坡度、表土质地、降雨强度和地表状况等因素对农田土壤径流中磷污染物输出浓度和输出总量的影响.结果表明不同坡度土壤径流中总磷的浓度和磷的输出量不同,其中坡度为18°时径流中磷含量和磷的输出量最高,分别达到0.138mg·L^-1和6.14kg·hm^-2;在人工摸拟降雨与自然降雨2种条件下,土壤径流中总磷含量与输出量具有相同的变化趋势,径流中磷素的浓度和径流输出量随表土质地的变粗而减少;有作物种植条件土壤径流中总磷的浓度和输出负荷明显小于裸地条件,其中不同坡度磷的流失减少量为0.9～2.8kg·hm^-2,施肥后土壤地表径流中总磷的浓度比未施肥前成倍增加.     

水稻土对磷的吸持能力及环境风险研究

以湖南Cd污染区水稻土为供试土壤,研究了土壤活性Al(Al_(ox))、活性Fe(Fe_(ox))、磷吸持指数(PSI)、吸持饱和度(DPSS)和释放风险指数(ERI)及其相关性关系.结果表明:供试水稻土中Al_(ox)和Fe_(ox)含量变异性较大,分别为55.67~1495.90 mg·kg~(-1)和1.50~13.63 g·kg~(-1),但有效磷含量变化幅度不大.水稻土吸持磷能力较弱,全部样品中PSI均低于30,但水稻土磷的吸持饱和度较低,85%的土壤样品DPSS低于磷淋失临界值(15%),且磷释放失风险(ERI)较小.水稻土中Al_(ox)含量和Fe_(ox)含量与PSI存在显著正相关关系(p0.05),而与DPSS之间表现为显著负相关关系(p0.01),DPSS和PSI呈现为显著负相关关系(p0.01).     

流域土壤基质与非点源磷污染物作用的3种模式及其环境意义

以华北地区典型农业流域为研究对象,针对流域不同空间分布和干扰程度下的土壤基质与污染径流中磷素的相互作用过程进行了模拟研究.研究发现,土壤基质与磷的作用过程呈3种模式,持留型、释放型及持留-释放转换型.持留型土壤基质对污染径流中磷酸盐具有较强的吸附作用,能有效持留径流中的磷素;释放型土壤基质则以解吸过程为主导,向径流中释放大量的磷素;持留-释放转换型土壤基质则呈动态性,当径流中磷酸盐含量较低时,解吸过程占优,以磷素释放为主,当径流中磷酸盐含量较高时,吸附过程占优,以磷素持留为主.结果表明,在自然环境及人类干扰的作用下,流域异质性景观下的土壤基质与非点源污染物的作用过程差异明显,其生态功能具有时空动态性.从非点源污染发生的角度来看,在空间上,土壤基质可成为污染物的汇或释放源;在时间上,同一区域存在源-汇功能的动态转化.因此,异质性景观中土壤基质与污染物作用过程动态机制的认识与判定,对于流域尺度上有效控制非点源污染十分关键.     

浙江平湖农田土壤安全质量评价

以Al元素作为标准化元素求得平湖地区农田土壤重金属基线值,用单因子指数法进行土壤质量评价,结果表明该地区表层土壤均受到不同程度的轻微重金属污染,6%土壤为中度Hg污染;内梅罗综合污染指数显示土壤作物已经受到了污染,但程度不严重.     

北沙河上游流域氮、磷污染风险空间分布特征解析

非点源污染是全球水环境污染治理面临的严峻挑战之一,氮（N）、磷（P）污染是非点源污染重要的组成部分,解析N、P污染风险空间分布特征是非点源污染治理的关键.本研究以北沙河上游流域为例,采用输出系数法综合估算区域不同土地利用类型、畜禽养殖和居民生活的N、P污染负荷,将其视为污染源因子指标以替代潜在非点源污染指数（Potential Non-point Pollution Indicator,PNPI）模型中的土地利用指标,利用改进后的PNPI模型解析该流域N、P污染风险空间分布特征.结果表明：(1)研究区N、P污染风险皆呈东南部居民区高、西北部山区低的空间分布特征;(2)P污染主要源自居民生活,N污染主要源自土地利用输出,各土地利用类型中耕地输出的N、P污染量最多;(3)N、P污染极低风险区面积占比最大,面积占比分别为59%和56%,极高风险区面积占比最小,分别为5%和3%.研究结果有望为北沙河上游流域非点源N、P污染防治提供依据,为流域综合治理提供参考.     

巢湖流域非点源磷流失关键源区识别

农业非点源磷污染是水体富营养化的重要原因.识别流域内各类景观中土壤磷向水体流失风险最大的关键源区并加以重点控制是流域非点源磷污染治理的重要手段.以巢湖流域为研究区,尝试采用改进的磷指数法在较大的流域尺度开展非点源磷流失风险评价及关键源区识别.在影响磷流失的污染源因子中增加了土壤磷吸持指数和磷饱和度指标.以反映土壤磷在水土界面迁移能力的差异;在迁移因子中又考虑了污染源与巢湖的距离.以反映污染源对最终受纳水体的影响;同时根据研究区特征及研究尺度对磷指数各指标分级与等级值进行了修改.结果表明,流域土壤磷吸持指数空间差异较小,总体上偏低,具有较高的流失风险;而土壤磷饱和度空间差异较显著,饱和度>25%的高风险区域超过流域面积的40%.巢湖流域非点源磷污染风险指数空间差异显著,风险等级最高(占流域面积5%)的区域分布在主要入湖河流下游的两岸平原地区,应作为磷污染重点控制的关键源区.磷指数法能够快速而方便地识别非点源磷污染的关键源区,应用于较大尺度流域可以从宏观上掌握非点源磷污染的空间差异并实施有效治理.     

金矿区农田土壤重金属空间分布特征及污染评价

为了解岷县某村无主金矿矿区历史活动对周边农田的影响,使用指数法对土壤质量进行评价,使用GIS地统计学模型对土壤重金属空间分布进行分析。结果表明,研究区土壤环境质量整体处于清洁水平,但存在重金属累积现象,并且整体呈现自西向东递减趋势。其中以汞的累积现象最为严重,这可能与当地混乱开采活动关系密切,因此,为控制重金属在该区域的持续积累,相应的管控措施是必不可少的。     

农田土壤重金属污染风险评价模型与方法研究

土壤重金属污染是当今重要的世界性环境问题之一,尤其近年来不断出现的农产品重金属超标问题与农田土壤重金属污染程度密切相关。因此,选择合理的模型和方法对农田土壤中重金属污染状况进行评价,这对于环境和健康问题显得尤为重要。本文综述了国内外常用于农田土壤重金属评价的传统指数模型和以指数模型为基础而延伸出来的一些评价方法,介绍了基于GIS技术、土壤重金属形态分析以及以农产品质量安全为基础的评价模型,分析了主要评价模型和方法的优缺点,提出了农田土壤重金属污染评价研究的方向。     

广东清远电子垃圾拆解区农田土壤重金属污染评价

简单粗放的电子垃圾回收活动给周边环境带来了一系列污染问题,污染物通过食物链的累积最终将对人体健康产生危害.为了解广东省清远市电子垃圾拆解地周边农田土壤重金属污染现状,在该市龙塘镇和石角镇电子垃圾拆解区域内采集22个农田土壤样品,并分析了土样中重金属的含量水平、空间分布特征和化学形态.结果表明,与广东省土壤背景值相比,农田表层0~20 cm土壤中Pb、Cu、Cd、Zn、Ni和Cr元素含量表现出不同程度的富集.从单项污染指数来看,72.7%的表层土壤样品存在一种或几种重金属超标,以Cd、Cu、Pb和Zn污染为主,其中Cd污染比例最高,其次是Cu,最后是污染比例相当的Pb和Zn.内梅罗综合污染指数分析发现68.2%的土壤样品受到重金属污染,其中更有53.3%为重污染等级.大部分重金属之间具有良好的相关性,简单粗放的回收活动成为电子垃圾拆解地周边农田重金属污染的重要来源.Cd、Pb、Zn和Cu在表层土壤中含量较高,深层土部分(20~100 cm)并未表现出随深度增加而显著降低的趋势.Cr和Ni元素在整个采样剖面中含量基本一致,无统计学意义上的差别.重金属化学形态分析结果显示Pb、Cu和Cd的活性形态比例范围分别为36.9%~90.6%、39.6%~93.9%和43.7%~99.6%,平均值分别为61.3%、65.3%和80.7%,绝大多数土壤样品中3种重金属活性形态在总量中的比例占到一半以上,具有极大的生态风险.     

六叉河小流域不同景观结构中径流磷形态差异分析

选取巢湖六叉河小流域,研究了流域内不同类型景观降雨产流过程中径流磷素的形态差异.结果表明,旱地径流中总磷、溶解性总磷、颗粒态总磷、总活性磷、颗粒态活性磷的浓度最高,水稻田次之,河道中最低.颗粒态磷是旱地和水稻田磷素输出的主要形态,颗粒态活性磷占总活性磷的80%以上;而河道径流中各种磷形态浓度值均较低,总磷浓度均值在0.4mg·L-1以下,磷素输出以溶解态磷为主.磷素由旱地经过水稻田向河道传输过程中,颗粒物浓度显著下降,河流中颗粒态磷浓度降低至50%左右,活性组分浓度显著降低.由水塘、沟渠等组成的多水塘系统不仅降低了磷素输出的总量,而且对活性磷有较强的削减作用,在非点源流域控制及水源地水质保护方面有重要意义.     

北运河粪源微生物分布特征及健康风险评价

河流微生物污染研究对流域水环境保护和公共卫生管理至关重要.本研究以海河流域北运河水系典型河流断面为研究对象,系统评估了北运河水系微生物污染特征及其健康风险.结果表明,北运河水系丰水期的粪源微生物污染严重,大部分断面菌群量超过105MPN·L~(-1),平水期和枯水期粪源微生物菌群量约为103～105MPN·L~(-1),变化不显著;流域内的农业河段粪源微生物最为严重,呈劣五类水体概率超60%,城市河段降雨前后粪源微生物含量变化更明显,部分河流断面的粪源微生物菌群量从103MPN·L~(-1)增长为106MPN·L~(-1); 2017年丰水期,北运河水系粪大肠菌群的单次暴露风险主要在0. 015～0. 035之间,莲花河、马草河、清河下、温榆河下为人体健康风险的关键敏感断面,需重点关注.     

滇池流域农田氮、磷肥施用现状与评价

2001年6月至9月分别对流域内晋宁，呈贡，西山，官渡和嵩明调查了365家农户有关化肥施用情况，调查分析和计算表明，每年从种植业流失的化肥中纯氮（N）达2575t，纯磷（P）达218t，蔬菜和花卉地的单位面积氮流失量是水田和旱地的7-20倍。菜地年每公顷流失氮204kg，水田的氮流失量最低，平均每公顷每年流失10kg。磷的流失也以蔬菜，花卉地为最高，蔬菜和花卉地的单位面积磷流失量是水田和旱地的9-10倍。研究结果证明，大量的氮，磷化肥施用，通过地表径流和地下水流入滇池是造成其水体富营养化的重要原因之一^[6]，随着农业和农村经济的发展，蔬菜，花卉等经济作物在滇池流域的种植面积将会逐年扩大，因氮，磷化肥的施用面造成的氮，磷流失量将会不断加大，为了实现减少氮，磷化肥对滇池的污染，应积极推广精确施肥，平衡施肥等科学施肥技术，提高化肥利用率，减少化肥流失。增施有机肥，降低化肥用量，同时提高农村居民的环境意识，加强环境管理，依法保护农村环境，控制农业面源污染。     

不同深度人工复合生态床处理农村生活污水的比较

采用了2种填充深度(60cm和40cm)的人工复合生态床对滇池地区低浓度农村生活污水进行了处理试验研究结果表明,在30cm/d高水力负荷的条件下,对COD、总氮、氨氮和总磷的去除率,深度为60cm的床体分别为66.4%、57.7%、78.7%和63.2%,40cm深的床体分别为63.8%、59.1%、82.1%和61.3%.深度为60cm床体对COD和总磷的去除率高于深度为40cm的床体,但后者对氮的去除效果略优于前者.对氮、磷去除途径的分析表明:微生物的硝化/反硝化作用以及填料对磷的吸附沉淀作用是人工复合生态床去除氮、磷的主要途径;水生植物对氮、磷的吸收量分别占投加总量的10%和9%以上,也是一个重要途径.     

茅坪河流域非点源污染负荷模拟

为定量化研究茅坪河流域农业非点源营养物质氮、磷的输出负荷,在茅坪河的亚流域陈家冲,利用2004-05～2004-10降雨期的监测数据,通过实测值和模拟值的比较对非点源污染模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)进行了率定和验证,采用Nash-Sutcliffe系数(R²)、均方根差(RMSE)和相对误差(CV)检验实测值和模拟值的拟合度.利用验证后的模型模拟了茅坪河流域营养物质氮、磷的输出负荷量.经验证径流、总氮和总磷的Nash-Sutcliffe系数分别为0.71、0.51和0.62,最小相对误差分别为1.8%、1.1%和10%,模型对氮和磷的输出模拟效果稍差,但对径流的模拟取得了较好的效果,表明该模型可运用于茅坪河流域非点源污染的模拟研究.模拟结果显示,2004-05～2004-10,茅坪河流域共有102.5 t氮和9.46 t磷流入长江,大量农业非点源污染的产生是造成茅坪河水质恶化的重要原因之一.     

南太湖区域水浆管理技术与稻田磷素流失控制的研究

南太湖区域内稻田磷素的流失浓度及负荷与田间水浆管理技术密切相关.本研究在南太湖区域农业生态与植物保护监测站(余杭区)建立中长期试验基地,重点探索稻田养分管理技术-节水灌溉模式-降水资源高效利用的组合技术控制下水田磷素流失的过程及其截流机制.结果表明,不同的磷肥施用水平下田表水磷素浓度随时间的降低而降低,随之趋于背景含量水平.传统灌溉总磷负荷为0.046～3.569kg·hm-2,节水灌溉总磷负荷为0.023～2.602kg·hm-2,传统灌溉比节水灌溉具有更高的磷素流失风险.本次试验提出了稻田水分\"零排放\"的技术模式,实现了传统灌溉总磷净负荷-0.102kg·hm-2,节水灌溉总磷净负荷为-0.078kg·hm-2,传统灌溉的截流磷素量高于节水灌溉模式.在无排水的前提下,稻田在P循环的\"源-汇\"交替中扮演\"汇\"的角色,实现了稻田圈截流磷素的生态作用.考虑多变的天气情况,节水灌溉模式在截流磷素方面将发挥更大的作用,可有效地使稻田向太湖的年磷素输出量最小化.     

估算非点源污染负荷的平均浓度法及其应用

为了满足水质预测和流域水污染控制规划的迫切需要, 结合我国非点源污染监测资料少的实际, 以非点源污染的形成过程为基础, 提出了一种简便易用的流域非点源污染负荷估算方法———平均浓度法.应用实例表明, 该方法是可行的.     

流域尺度污染溯源模拟-优化防控方法:以铜陵市顺安河流域为例

长江经济带发展是我国重要国家战略,但面临着水环境保护难度大、污染来源不清和措施集成度低等问题.针对流域尺度多源污染协同治理面临的方法瓶颈,结合资料调研分析、机制模型模拟和智能算法优化,构建了\"污染精准溯源-措施效果评价-措施整体优化\"为主体的流域水环境保护框架,并以安徽省铜陵市顺安河流域为例进行了方案应用.结果表明,新框架可精准量化流域内种植业、农村生活、畜禽养殖、水产养殖、工业废水和生活污水的贡献,并评价多种防控措施及其集成的总体效果;多目标优化蛙跳算法通过系统对比多种方案的成本效益,提供了性价比高的流域多源污染协同治理方案,如通过合理投资可使顺安河流域总氮在丰、平和枯水年分别削减1274.24、855.24和381.96 t ·a^-1,总磷削减321.42、159.80和42.93 t ·a^-1,保障水质达到地表Ⅲ类水质标准.新框架可推广到其他流域,为流域高质量发展背景下的水环境保护提供模式参考.