三峡库区小流域河流可溶性硅、无机氮和磷的研究

利用定点监测的方法对三峡库区2个小流域水体中可溶性硅(DSi)、可溶性无机氮(DIN)和可溶性磷(DP)含量及其变化规律进行了研究,分析了三者之间的比例关系及可能引起的环境问题.结果表明,2006年宝塔河流域和曲溪流域Dsi含量在0.18～19.89 mg·L-1之间,DIN含量在0.39～6.85 mg·L-1之间,枯水季节含量高于丰水季节;DP含量在0.01～0.08 mg·L-1之间,无明显的季节性变化.曲溪流域水体中DSi、DIN的含量明显高于宝塔河,这可能与当地的农户活动、土地利用类型、施肥量等因素有关;而DP含量在两流域间无明显差异,具体影响因素还有待探索.两流域水体中DSi、DIN含量均高于库区水体,DP含量低于库区.宝塔河流域水体中的DSi、DIN和DP的含量比例为138:81:1,而曲溪流域为500:350:1,从水体营养学角度来看,两流域营养物质含量比均达到发生"水华"现象的程度,其水环境问题的潜在威胁值得关注.     

三峡小流域水体硝态氮含量变化特征及其影响因素研究

为了解三峡地区典型农业流域水体水质状况以及对流域各影响因素的响应,在2004年和2005年间,对三峡库区内长江一级支流曲溪的水体硝态氮含量进行了连续监测,利用划分子流域的方法,分析了该流域异质景观条件下溪流水硝态氮含量的变化特征.结果表明,该流域溪流水体中硝态氮含量变化在0.4～14.6 mg·L-1之间,且其含量冬季＞秋季＞夏季＞春季,年际之间也存在着一定的差异,随着农业活动对环境影响的日益加剧水体中硝态氮含量还有加大的趋势;在该流域内水体硝态氮含量与不同类型的土地利用之间存在不同程度的相关性;而且流域内地质水文特征等环境因素对水体硝态氮含量有一定的影响,说明在流域尺度上水体硝态氮含量对影响因素的响应是明显的.     

渭河流域关中段地下水硝态氮来源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源及迁移转化特征,本文在水化学分析的基础上结合氮氧稳定同位素技术及SIAR模型对渭河流域关中段地下水补给来源、地下水中氮污染特征进行了判断.结果表明,渭河流域关中段地下水的主要水化学类型为HCO₃-Ca+Mg型,地下水由降水快速入渗补给和地表水入渗补给.地下水氮污染以硝态氮形式为主,在所采集的34个地下水水样中,硝态氮含量的变化范围为0.154~36.717mg/L,平均含量为6.17mg/L,其中硝态氮含量超过Ⅲ类地下水标准的采样点共有2个,超标率为5.9%.氮循环的主导作用为硝化作用.地下水δ¹⁵N-NO₃^-含量的变化范围为+6.08‰~+16.42‰,δ¹⁵O-NO₃^-含量的变化范围为+9.38‰~+12.514‰,硝态氮污染主要受到人类活动的影响,土壤有机氮、粪便及污废水和大气沉降是地下水硝态氮的主要贡献者,平均贡献率分别为44.65%、40.03%和15.32%.     

三峡库区小流域不同尺度施氮量对水体的影响

为了解三峡库区农业施肥对水质的影响,通过划分子流域和设置作用区的方法,对张家冲小流域的施肥状况、水体氮含量及其形态进行了调查分析.结果表明,在不同尺度上农户的施氮量有很大的差异,化学氮肥占总施肥量的90%以上.流域水体中TN 含量>2.50mg/L,主要以NO₃^--N 的形态存在.在不同尺度范围内水体氮素含量和施氮量之间的相关性表现出很大差异.水体氮含量与其上游200m 内的总施氮量和子流域的平均施氮量之间显著相关.     

太湖地区稻作系统不同水体硝态氮同位素特征及污染源

为辨别稻作系统不同水体硝态氮来源,选择太湖地区典型稻作区域,应用硝态氮δ15N同位素技术,结合水化学方法(如NO3-,NH4+,TP,Cl-,SO42-),研究水稻施肥之前(4~5月),施肥期(6月),及施肥之后(7~8月)地表水和地下水硝态氮来源.结果表明,地表水和地下水硝态氮含量普遍较高.在施肥期,各水体硝态氮中δ15N均较低,表明该时期农业化肥是水体硝态氮的主要来源.在施氮前期,池塘水δ15N较低,其可能原因是受雨水的影响;而地下水δ15N较高,可能是水体发生了强烈的反硝化.在施肥后期,池塘水δ15N较高可能受养殖废水影响;地下水δ15N较低,可能受农田渗漏水的影响.河水和灌溉水硝态氮δ15N在各时期波动不大,其中河水硝态氮主要来源是生活污水和动物粪肥,但灌溉水硝态氮主要来源于雨水.本研究提出新的Cl-浓度和NO3-/Cl-物质的量比区间以辨别太湖地区水体硝态氮来源.     

太湖地区稻作系统不同水体硝态氮同位素特征及污染源

为辨别稻作系统不同水体硝态氮来源,选择太湖地区典型稻作区域,应用硝态氮δ15N同位素技术,结合水化学方法(如NO3-, NH4+, TP, Cl-, SO42-),研究水稻施肥之前(4~5月),施肥期(6月),及施肥之后(7~8月)地表水和地下水硝态氮来源.结果表明,地表水和地下水硝态氮含量普遍较高.在施肥期,各水体硝态氮中δ15N均较低,表明该时期农业化肥是水体硝态氮的主要来源.在施氮前期,池塘水δ15N较低,其可能原因是受雨水的影响;而地下水δ15N较高,可能是水体发生了强烈的反硝化.在施肥后期,池塘水δ15N较高可能受养殖废水影响;地下水δ15N较低,可能受农田渗漏水的影响.河水和灌溉水硝态氮δ15N在各时期波动不大,其中河水硝态氮主要来源是生活污水和动物粪肥,但灌溉水硝态氮主要来源于雨水.本研究提出新的Cl-浓度和NO3-/Cl-物质的量比区间以辨别太湖地区水体硝态氮来源.     

南水北调中线源头区蓄水前土壤氮磷分布特征

采集南水北调中线源头区(高程170m以下)19个村庄的43个土壤样品,分析了丹江口水库淅川县蓄水前不同土地利用类型土壤中有机质、总氮、硝态氮、铵态氮和总磷的分布特征.结果表明,研究区土壤总氮含量介于18.15~185.98mg/kg之间,硝态氮介于5.75~77.96mg/kg之间,铵态氮介于5.72~26.38mg/kg之间,总磷介于37.98~147.32mg/kg之间,有机质介于7.19~45.32g/kg之间;研究区土壤氮素、总磷和有机质含量受地形及地理位置影响较小,不同土地利用类型土壤中总氮、硝态氮及有机质含量存在显著差异,总磷和铵态氮含量差异性不明显,有机质含量大小依次为村庄>水稻田>池塘>消落带>旱地>林地,总氮含量大小依次为水稻田>村庄>池塘>消落带>旱地>林地,硝态氮含量大小依次为村庄>池塘>消落带>旱地>水稻田>林地;相关性分析表明,土壤有机质与总氮含量之间存在极显著正相关性(r=0.837, P<0.01),铵态氮含量与有机质、总氮呈显著正相关性(分别为r=0.455, P<0.05;r =0.434, P<0.05),而这三者与硝态氮之间相关性不明显;土壤总磷与有机质、总氮、硝态氮、铵态氮含量之间无明显相关性.     

百花湖周边城市近郊小流域氮、磷输出时空特征

识别主要污染物与污染源对于贵阳周边流域水质的控制与管理具有重要的现实意义.于2010年7月~2011年4月连续进行的野外观测实验,研究了贵阳市重要的水源地百花湖水库周边的麦西河小流域氮、磷流失浓度特征,以便为贵阳市城市近郊小流域面源污染治理提供参考.流域有各种源和汇的存在,导致研究流域在不同时间,从上游到下游,各采样点氮输出变化较大.各采样点水体的不同形态氮含量和磷含量随时间变化总体上仍呈现出一定的规律,总氮、硝氮以2010年7月较高,氨氮、亚硝氮和总磷以2010年10月和12月较高.从上游到下游,各采样点水体中不同形态氮含量和磷含量差异减少.在流域下游的河口处,TN含量由3.297 mg·L-1下降为2.793 mg·L-1,TP从0.136 mg·L-1下降到0.098 mg·L-1,但与中游比较,变化不明显,氨氮含量还有所上升.从流域氮、磷输出时空变化特征来看,氮素特别是氨氮和硝态氮通过河道径流途径进入百花湖的风险较高.研究结果可为百花湖周边小流域氮、磷流失治理做参考.     

外源硝态氮对典型耕作土壤冻结过程N2O排放的影响

为明确外源硝态氮添加对典型耕作土壤冻结过程N₂O排放的影响,应用室内冰柜模拟土壤冻结过程,研究在室温-冻结过程中硝态氮添加(0、80、200和500 mg/kg)对3种典型耕作土壤(黑土、潮土和黄土)N₂O排放影响的特征. 结果表明:外源硝态氮的添加促进了黑土和潮土的N₂O排放,在200 mg/kg硝态氮添加处理下,黑土和潮土的N₂O排放通量比CK(对照)分别增加了849%和676%;但在添加高浓度(500 mg/kg)硝态氮时,黑土和潮土的N₂O排放通量分别比200 mg/kg处理降低39.3%和21.2%,表现为显著抑制. 随冻结过程的进行,黑土和潮土的N₂O排放通量均逐渐降低并接近零排放. 黄土N₂O排放通量在室温-冻结过程中变化范围很小,甚至出现负排放. 多因素方差分析结果表明,土壤类型显著影响N₂O累计排放量,而土壤pH和C/N是其中重要的影响因子. 根据室内培养试验结果,为减排N₂O,建议在深秋整地施肥时期尽量避免在潮土和黑土中施用硝态氮肥. 黄土的N₂O排放似乎对外源硝态氮的添加反应不明显,这有待在大田气候-植物-土壤综合条件下进一步验证.      

黏性土弱透水层氮形态的赋存特征及迁移转化——以江汉平原沉湖沉积物为例

以江汉平原沉湖湖相沉积地层不同深度的黏性土弱透水层沉积物、孔隙水中不同氮形态为研究对象,通过测定沉积物、孔隙水中各种形态氮的含量来了解氮的赋存特征,并通过沉积物颗粒粒径、含水率和有机质含量等指标来分析氮的迁移转化过程。结果表明:①湖相沉积地层表层受到较严重的人为污染导致氮元素总量很高,随着深度的增加总氮(TN)含量趋于缓慢减少,且沉积物中离子交换态氮中,铵氮(NH_4-N)的含量范围为7.34～162.50 mg/kg,硝态氮(NO_3-N)的含量范围为6.79～147.20 mg/kg,亚硝态氮(NO_2-N)的含量范围为0.024～0.16 mg/kg,沉积物中TN含量范围为176.08～836.06 mg/kg;②沉积物粒径和总有机碳(TOC)含量影响了离子交换态铵氮的分布,而对离子交换态硝态氮和亚硝态氮则无明显影响;③碳氮比(C/N)低时能够促进总有机氮(TON)向硝态氮、铵氮形态的转化;④含水率会对硝酸根离子、亚硝酸根离子的迁移产生影响,而对铵根离子的迁移无明显影响。     

黄土塬区土地利用变化对硝态氮累积和淋溶的影响

为了分析黄土塬区土地利用变化对土壤中NO₃--N迁移规律的影响,在陕西长武黄土塬区沿东西方向设置6个样地,每个样地内均选择耕地、由耕地转变来的果龄10 a和20 a左右的苹果园(下称耕地、10 a果园和20 a果园)3种土地利用方式采集土壤样品,分析土地利用变化对NO₃--N迁移的影响,并初步评估其对地下水污染的潜在风险. 结果表明:不同土地利用方式下土壤中NO₃--N均出现累积现象,达到累积峰时的土层深度表现为果园＞耕地,NO₃--N最大累积量表现为20 a果园＞10 a果园＞耕地. 耕地、10 a果园和20 a果园土壤w(NO₃--N)平均稳定深度分别为300、400和500 cm,平均稳定值分别为2.4、2.5和2.6 mg/kg. 地下水中ρ(NO₃-)为15.3 mg/L,而3种土地利用方式下土壤中ρ(可移动态NO₃-)分别为14.2、26.2和26.3 mg/L,可见,与耕地相比,果园土壤中NO₃--N淋溶至地下水的风险更大. 但由于土地利用变化导致的土壤水分运动和地下水补给存在差异,各土地利用方式对地下水中NO₃--N的贡献率尚需进一步量化.      

九龙江流域河流氮输出对土地利用模式和水文状况的响应

流域土地利用模式与水文状况影响河流氮的来源、迁移转化和输出,关乎流域健康与淡水生态系统服务的供给.本研究基于2010~2017年观测数据,采用流域模型、地理信息技术和数理统计等方法从多时空尺度探究亚热带中尺度近海流域——九龙江流域河流氮输出对流域土地利用模式和水文状况的响应机制.结果表明,NO₃^--N是九龙江流域河流水体主要的无机氮形态;农业和城市流域河流水体的氮浓度、输出负荷及其年际与季节变异性高于自然流域;丰水年各类流域河流水体的氮浓度和输出负荷差异总体上高于枯水年;相比水文状况,土地利用与氮年均浓度和输出负荷的正相关性更显著.总体而言,河流氮输出时空变化特征受流域土地利用模式和水文状况的共同作用.     

Impact of land-use types on nitrate concentration and δN in unconfined groundwater in rural areas of Korea

An understanding of the long-term changes in the nitrate contamination pattern of unconfined groundwater is critical to conservation of drinking water in rural areas supporting mixed land-use activities such as cropping, livestock farming, and residence. To examine the effect of different land-use activities on nitrate contamination, groundwater samples were collected monthly for 3 years (1997–1999) from 12 wells in rural areas with different land-use activities and analyzed for the concentrations and N isotopic ratios (δ¹⁵N) of nitrate. The characteristics of nitrate contamination clearly differed with land-use activities. The percentages of samples that had a nitrate concentration exceeding the national standard for drinking water (10 mg N L⁻¹) were 0, 23, 43, and 67% for the uncontaminated natural area, cropping area, cropping-livestock farming complex area, and residential area, respectively. The range of δ¹⁵N values was between +1.4 and +4.5‰ for groundwater nitrate from the uncontaminated natural area. In the cropping area, the δ¹⁵N values were slightly different with the type of fertilizer applied to fields in the vicinity of the well, and the values ranged between +8.7 and +14.4‰ for the compost-applied area and between +4.5 and +8.5‰ for the area where urea was applied with compost. The δ¹⁵N values of the cropping-livestock farming complex area ranged from +1.0 to +17.7‰, probably resulting from mixed contamination sources (inorganic fertilizer and livestock manure). The well located closest to the livestock feedlot had relatively higher δ¹⁵N values, with a range between +8.7 and +17.6‰. In the residential area, a higher δ¹⁵N (most frequently above +10‰) of nitrate suggested that the major source of contamination was effluent from leaky septic tanks. Our data showed that unconfined groundwater is susceptible to land-use activities above the aquifers, and the impacts of the activities could be more precisely inferred from long-term data on the concentration and δ¹⁵N of nitrate. By determining the impacts, more effective (specific to contamination sources) measures for preventing groundwater quality could be implemented.     

玉溪尖山河小流域N的输出特点研究

对澄江尖山河小流域不同土地利用类型径流小区进行监测,并对地表径流中氮素的流失特征进行研究。结果表明：随着降雨量的不断增大,径流中的总氮和氨氮的输出浓度也有上升的趋势;在相同降雨条件下,各地类年平均总氮输出浓度为：农地7．955mg／L、人工林7．4886mg／L、次生林6．9836mg／L、灌草丛4．5188mg／L;氨氮的年平均输出浓度为：农地0．8474mg／L、人工林0．7286mg／L、次生林0．6514mg／L、灌草丛0．4782mg／L。农地的总氮输出浓度和氨氮输出浓度最大,人工林次之,灌草丛和次生林较小。研究结果表明,灌草丛和次生林较高的植物覆盖有效地保持了水分和土壤,从而也减缓了氮素的输出。     

太湖流域水生态功能区土地利用变化的景观生态风险效应

以太湖流域及其一级水生态功能区为研究对象,以Landsat遥感影像解译获得的2005年和2008年土地利用分类图等为基础数据,基于土地利用类型比例变化、转移矩阵、GIS叠加分析、土地利用综合转换速率、景观生态风险指数和土地利用变化的景观生态风险效应系数等分析方法,综合分析了太湖流域及其不同一级水生态功能区的土地利用与景观格局及其变化特征,在计算相关中间参数的基础上,从景观尺度计算得到了太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险值,并在此基础上对太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险差异特征进行了比较分析,进而分析了各区景观生态风险与土地利用变化之间的效应关系,从而为流域不同水生态功能区差异化水生态保护决策提供依据。     

Seasonal variation of nitrogen-concentration in the surface water and its relationship with land use in a catchment of northern China

Surface waters can be contaminated by human activities in two ways: (1) by point sources, such as sewage treatment discharge and storm-water runoff; and (2) by non-point sources, such as runoff from urban and agricultural areas. With point-source pollution effectively controlled, non-point source pollution has become the most important environmental concem in the world. The formation of non-point source pollution is related to both the sources such as soil nutrient, the amount of fertilizer and pesticide applied, the amount of refuse, and the spatial complex combination of land uses within a heterogeneous landscape. Land-use change, dominated by human activities, has a significant impact on water resources and quality. In this study, fifteen surface water monitoring points in the Yuqiao Reservoir Basin, Zunhua, Hebei Province, northem China, were chosen to study the seasonal variation of nitrogen concentration in the surface water. Water samples were collected in low-flow period(June), high-flow period(July) and mean-flow period(October) from 1999 to 2000. The results indicated that the seasonal variation of nitrogen concentration in the surface water among the fifteen monitoring points in the rainfall-rich year is more complex than that in the rainfall-deficit year. It was found that the land use, the characteristics of the surface river system, rainfall, and human activities play an important role in the seasonal variation of N-concentration in surface water.Keywords: non-point source pollution; nitrogen concentration; seasonal variation; land use; Yuqiao Reservoir Basin, China     

土壤CO2浓度变化特征及其对岩溶碳循环的影响

为探究土壤CO₂浓度变化特征及其对岩溶碳循环的影响,于2018年6—12月对重庆市南川区后沟泉水化学及泉域上覆土壤CO₂(监测点土地利用类型为玉米-油菜轮作地)进行为期7个月的连续监测和采样,并结合1—5月的监测数据,定量分析旱雨季土壤CO₂浓度与岩溶碳汇量的季节性演变特征及二者的相互关联性. 结果表明:①土壤CO₂浓度具有显著的季节性变化特征,主要表现为雨季较高、旱季较低,其最高值和最低值分别出现在9月(13 316 μmol/mol)和1月(2 262.63 μmol/mol). ②温度与土壤CO₂浓度之间存在较强的正相关关系(R2=0.82,0.0012浓度之间不具相关性(R2=0.17,P>0.5),说明土壤CO₂浓度主要受温度的影响. ③泉水Ca2++Mg2+、HCO₃?浓度在雨季明显高于旱季,而水体CO₂净消耗量在旱雨季无较大差异,这可能是由于受土壤CO₂效应、降水稀释效应和H₂SO₄/HNO₃释放CO₂的共同影响. 研究显示,土壤CO₂浓度的变化特征表现为季节性差异,但在土壤CO₂浓度及外部环境的多重影响下,岩溶碳循环的季节性变化并不明显.      

我国亚热带丘陵地区流域氮素的平衡与源汇特征

以位于北亚热带丘陵地区不同利用条件下的2个相邻小流域(F:森林、FA:森林/农田)为研究区域,2007年3月～2009年2月通过定期监测雨水和径流水以及对其NH 4+-N和NO 3--N的测定,分析了流域氮素的平衡与源汇特征.结果表明,雨水中无机氮的输入量为16.72 kg.(hm2.a)-1,NH 4+-N占56%;2个小流域(F、FA)径流水中无机氮的输出量分别为5.31kg.(hm2.a)-1和8.21 kg.(hm2.a)-1,NO 3--N占75%～82%,流域内农业活动加剧了径流水中氮素的输出.大气干湿沉降输入的无机氮总量为20.06～23.41 kg.(hm2.a)-1,约占当地氮肥施用量13%～15%.2个小流域(F、FA)由于氮沉降及其转化产生的H+量分别为355 mol.(hm2.a)-1和461 mol.(hm2.a)-1,流域内农业活动在一定程度上加速了土壤酸化进程.流域氮素收支平衡表明2个小流域(F、FA)氮素净滞留量分别为13.35～16.70 kg.(hm2.a)-1和17.89～23.38 kg.(hm2.a)-1,受到农业活动影响的流域(FA)氮素的净滞留率(33%～40%)远比森林流域(F)(65%～70%)低,表明我国亚热带地区以森林为主的流域目前仍具有氮汇作用,但流域内农业活动降低了生态系统的氮汇潜力.     

近50a玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对碳储量的影响

土地利用变化对碳收支的影响是当前全球变化研究领域的重点内容之一,中国西北干旱区土地利用变化对陆地生态系统碳收支的影响尚不清楚。论文以西北干旱区流域绿洲水土开发的典范--玛纳斯河流域为研究区,基于Bookkeeping模型,利用多期土地覆被类型图、植被和土壤碳密度历史文献及实地调查资料,开展玛纳斯河流域近50 a荒漠转变为绿洲农田和农田弃耕两种主要土地覆被变化对碳收支的影响研究。玛纳斯河流域的垦殖活动有利于碳储量的增加,在1962-2008年的46 a间,土地利用变化导致流域植被碳储量增加6.34×10⁵ t,土壤碳储量增加3.14×10⁶ t,总碳储量增加3.77×10⁶ t。受土地覆被变化面积和转换类型碳密度差异的影响,不同土地覆被类型转换对碳储量的影响存在显著差异:荒漠草地、裸地开垦为耕地均引起植被和土壤碳储量显著增加;林地开垦为耕地引起植被碳储量减少,土壤碳储量增加,总碳储量减少;而耕地弃耕通常会导致流域碳储量减少。