丽江市漾弓江流域水体氮负荷及污染源特征研究

旅游作为一种日渐兴旺的人类活动,在带来旅游城市经济增长的同时也不可避免地引起水体的氮污染问题.研究旅游城市水体氮负荷的特征,对提高水环境质量具有重要意义.以丽江市漾弓江流域为例,基于物质流分析方法（MFA）探讨旅游城市的水环境氮负荷变化特征及其主要来源,并用回归分析方法探究流域水体氨氮浓度与旅游人次的关系.结果表明,2015—2019年漾弓江流域水体氮负荷呈波动式递减状态,总量为1200~1400 t.人类生活和农作物种植系统是漾弓江流域水体氮负荷的主要贡献者,其中,游客生活子系统的水体氮负荷增速尤为 显著,本地居民生活系统增速缓慢,其他子系统排放量呈下降趋势.旅游旺季及雨季、施肥等的叠加影响使得6月和7月水环境质量最差,表现为水体氨氮浓度值和超标率最高.针对近年来漾弓江流域水环境氮负荷的排放特征及水质超标特点,因时制宜制定减排对策将有助于减少 氮污染,提高旅游城市水环境质量.     

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.     

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.     

高原山地城市农田氮、磷表观平衡演变特征——以昆明市为例

氮、磷平衡是影响农田污染潜势和农业生产的主要因子.农田化肥过量施用导致的氮、磷大量流失已成为我国非点源污染的重要来源.本研究基于农田氮、磷表观平衡模型,以高原山地城市昆明市为例,评估了1980—2015年农田的氮、磷输入、输出与平衡演变特征.结果表明:①1980—2015年,昆明市农田氮平衡始终处于盈余的状态,盈余量以4070 t·a~(-1)的速度上升,而农田磷从1981年开始转变为盈余状态,盈余量以590 t·a~(-1)的速度上升,农田氮盈余量增长速度高于磷盈余量增长速度,未来农田氮污染潜势可能高于磷;②化肥和有机肥是昆明市农田氮、磷输入的主要来源,自1995年化肥取代有机肥成为氮输入的主要来源,自1983年起化肥成为农田磷的最大输入项;③氮、磷输出量均呈现逐年增长趋势,其中,氮输出量增长速度为3430 t·a~(-1),磷输出量增长速度为100 t·a~(-1),农田氮、磷输出量远低于输入量;④昆明市农田氮、磷平衡特征在不同海拔区域呈现显著异质性,1980—2015年海拔2400 m以下的农田氮、磷表观平衡情况变化最为明显,平均增长了12.48倍,2400 m农田变化次之,2400 m以下农田变化较小.     

洞庭湖水环境演变特征及关键影响因素识别

为了更有效地保护洞庭湖水环境,本研究基于1991—2015年流域社会经济发展、水文情势变化与湖泊水环境监测数据,从水质和藻类水华两方面探讨了洞庭湖水环境演变特征,采用主成分分析法筛选确定了主要驱动因素,并通过多元回归分析识别了不同阶段洞庭湖水环境演变的关键影响因素.结果表明:1991—2015年,洞庭湖水环境质量总体呈下降趋势;其中,1991—2002年洞庭湖水质下降较为缓慢,藻类水华程度总体稳定,影响水环境演变的关键影响因素为流域污染负荷输入,其中农业面源贡献相对较大;2003—2015年洞庭湖水质呈加速下降趋势,藻类水华程度也明显加重,局部水域已出现明显藻类水华现象,该阶段水环境演变主要受流域污染负荷输入和水文情势变化共同影响.因此,今后洞庭湖水环境保护不仅要继续加强流域污染控制,有效削减入湖污染负荷,也要密切关注水文情势变化对洞庭湖水环境的不利影响,采取针对性的措施,科学恢复或调整江湖关系,把不利影响降到最低.     

城市污水氮污染排放特征及来源探讨——以北京市海淀区为例

污水处理厂是城市重要的氮移除系统,同时也是潜在的氮污染源.研究城市污水处理过程中的点源氮污染物排放特征及其潜在可能性来源,有助于理解城市化过程中污染性氮素的循环过程.本文选择北京市城市化程度较高的海淀区,对服务此区域的污水处理厂进行为期1年的定点采样,分析区域污水处理过程中氮污染排放规律,并探讨其可能来源.研究结果表明,研究区城市污水中氮浓度具有显著的月变化特征,城市污水TN浓度呈现缓慢增长后递减趋势,变化范围在34.975~59.987 mg·L-1之间;从四季整体来看,TN在中午11:00—13:00和傍晚18:00—21:00浓度值较高.城市污水氮污染物主要以NH+4-N形态存在,而排河尾水中以NO-3-N形态为主.月均每人导致的污水氮污染排放量为0.95kg,峰值出现在12月;污水处理过程中氮污染排放率在寒冷季较高;更为先进的污水处理技术有助于减少处理过程中产生的氮污染排放.寒冷季是1年中控制污水氮污染排放的重要时期.稳定氮同位素溯源方法初步表明,城市污水氮来源呈现季节差异,春、夏、冬季潜在来源包括生活黑水及大气降雨,而当年秋季主要来源是生活黑水.从源头上提高生活黑水的资源化率,有助于城市污水氮污染排放的实际削减.     

基于MEA情景的长江流域氮平衡及溶解态无机氮通量:流域-河口/海湾氮综合管理

以长江流域氮循环为研究对象,基于千年生态系统评估框架下的4种情景,预测了2050年长江流域的氮循环在不同驱动因子作用下的未来变化趋势,并提出长江流域生态系统的优化管理的建议.研究结果表明,在1970—2010年期间,长江流域氮输入量增加了5倍,长江向河口输出的溶解态无机氮(DIN)通量增加了8倍,流域土壤中的氮已经达到饱和并且氮过剩量持续增加,流域对氮的截留率下降,水体输送的DIN通量增加,区域氮循环失衡问题日益严重.在千年生态系统评估框架下,预测在2050年,在采取积极措施的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会比2000年有所下降,而在消极应对的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会继续增加,从而加剧河口和近海地区水体的污染程度.非点源氮输入将是长江溶解态无机氮输出通量的主要来源,其中以化肥氮输入为主,其次为禽畜粪便氮输入,贡献率最低的是点源污水氮输入.情景预测及源解析研究表明,2050年长江流域-河口/海湾氮污染控制的重点在于减少长江下游-太湖流域、沅江-湘江-洞庭湖流域、赣江-鄱阳湖流域及岷江流域的化肥及畜禽粪便排放,2050年要实现长江水系水质全面达标,长江流域的氮输入量需要削减29%,其中长江下游-太湖流域削减40%,汉江流域削减43%,沅江-湘江-洞庭湖流域削减31%.从子流域尺度制定氮污染管理策略更适用于流域-河口/海湾系统框架下的综合管理.     

模拟海平面上升和氮负荷增加对河口感潮沼泽湿地CO2垂直交换的影响

海平面上升和氮负荷增加是入海河流河口面临的两个主要全球性环境问题.揭示河口潮滩沼泽湿地CO₂垂直通量对二者及交互作用的响应,对于科学评估全球变化背景下的河口潮滩沼泽湿地生态系统蓝碳功能具有重要的科学意义.本研究以闽江河口鳝鱼滩中潮滩短叶茳芏湿地为研究对象,在野外原位实施模拟海平面上升、氮负荷增加及二者交互作用的实验处理近1年后,在2019年冬季各月的大潮日白天涨潮前、平潮期及落潮后3个阶段,运用透明静态箱（或遮光布遮光）+Li-6800光合作用仪对短叶茳芏湿地生态系统净CO₂交换（NEE）和生态系统呼吸（ER）进行测定.结果发现,与对照处理相比,冬季尺度3种处理下短叶茳芏湿地生态系统NEE均显著增加;模拟海平面上升影响下短叶茳芏湿地生态系统ER无显著变化;氮负荷增加及二者交互作用下,短叶茳芏湿地ER均显著增加.模拟海平面上升、氮负荷增加及二者交互作用情景下,短叶茳芏湿地生态系统总初级生产力（GPP）均明显增加.研究表明,在未考虑甲烷排放的情景下,即使在冬季,海平面上升、氮负荷增加及二者交互作用将可能增加亚热带河口潮滩半咸水沼泽湿地的碳汇功能.     

基于生态效率的城市可持续性评价及应用研究

综合评价城市复合生态系统是实现区域可持续发展要面对的重要科学问题.城市生态效率反映了城市系统的资源环境与社会福利的投入产出关系,是将可持续发展的宏观目标融入城市发展规划与管理中的有效工具.综合生态足迹和人类发展指数的理论方法,构建了基于生态效率的城市可持续性评价模型.应用该模型对厦门市生态效率进行了时间序列分析:2000～2006年,厦门市生态效率呈现先平稳上升后陡然下降又小幅回升的波动性变化.厦门市人均生态足迹由4.279hm2增加至5.462hm2;人类发展指数由0.831增加至0.896;生态效率下降15.5%,资源效率下降15.7%,环境效率下降15.3%.研究表明,厦门市的可持续性经历了由可持续性次增强→可持续性增强→可持续性减弱→可持续性增强路径的转变,总体趋势仍是可持续性减弱.     

农村多水塘系统景观结构对非点源污染中氮截留效应的影响

多水塘系统在滞留和降解农业面源污染中发挥着巨大作用.不同景观结构特征的多水塘系统对农业面源污染的截留率也存在差异.本文针对多水塘系统的功能及特点,选择4个不同景观结构的小流域作为研究区域,分析降雨前后多水塘系统水环境的变化特征及其对氮元素的截留情况,并揭示其截留率与水塘系统景观结构之间的关系.结果表明:(1)雨前水塘水体中总氮(TN)浓度的变化范围在1. 32～6. 32 mg·L~(-1)之间,雨后TN质量浓度增加到2. 8～16. 99 mg·L~(-1)之间,其中,硝氮(NO_3~--N)占TN的质量分数为20%～74%;(2)多水塘系统对TN、NO_3~--N和氨氮(NH_4~+-N)的平均截留率分别为50. 09%、48. 71%和52. 75%;(3)小流域1中的水塘系统对氮的截留率最低,平均次降水过程中小流域2中的水塘系统对氮的截留量最低,仅为56. 10kg,远低于小流域4中水塘系统对氮的截留量324. 43kg;(4)多水塘系统对氮的截留率受到水塘个数、面积及水塘与水塘之间沟渠密度的影响,其中沟渠密度对氮截留率的影响最大.本研究结果可为农村多水塘系统的管理及规划提供科学依据.     

城市生态系统污染氮足迹与灰水足迹综合评价

水足迹和氮足迹指标的运用可定量分析人类水资源与氮元素消费对环境造成的影响,但联合双足迹指标评价城市发展对环境造成的多重负效应的研究尚缺.基于污染氮足迹及灰水足迹理论与内涵,以城市化程度较高的深圳市为例,分别对其城市污染氮足迹及灰水足迹进行核算与评价,综合评估城市快速发展导致的氮污染与水污染潜在风险的耦合关系.结果表明:2005—2015年深圳城市污染氮足迹呈波动下降趋势,年均约3万t.水体活性氮流失为主要的城市污染氮足迹来源.同时,深圳城市灰水足迹却呈波动上升趋势,年均约15亿m~3,生活灰水足迹为城市灰水足迹主要构成部分,也是城市剩余灰水足迹的主要来源.研究期间,城市污染氮足迹与灰水足迹呈协同变化趋势,但2012年后两者出现"脱耦"情况.城市污水处理能力与再生水利用率为影响未来深圳城市灰水足迹增加的主要因素,优先快速提高城市生活污水再生利用率和全面提高城市污水脱氮率,可应对城市发展过程水资源与氮元素利用带来的环境风险.     

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.     

长江流域总氮排放量预测

水环境污染是长江流域突出的环境问题之一,预测污染物排放特征可为流域水污染防治提供科学基础.本研究综合采用灰色理论预测模型、Conversion of land use and its effects at small region extent(CLUE-S)模型以及 Integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs(InVEST)模型,预测2025年长江流域非点源以及点源总氮排放趋势.结果表明:①非点源总氮排放呈减少趋势,2015～2025年区域非点源总氮排放量减少23.96％,中下游农业区总氮排放骤减,而上游局部地区呈增加趋势;②点源总氮排放总体呈现增加趋势,2015～2025年区域点源总氮排放量增加1.79％,主要是由于城镇废水排放的增加以及中下游沿江城市群生活污水排放显著增加,而中下游丘陵地区点源总氮排放呈现减少趋势;③长江流域总氮排放量呈现减少趋势,2015～2025年减少2.67％,但仍有37.64％区域呈现总氮排放增加的趋势.长江流域未来应加强对上游面源污染治理以及中下游工业、城镇废水排放的管控.采用多模型结合的手段可以精细揭示了长江流域总氮排放空间格局及未来趋势,可为明确流域总氮排放控制目标提供科学基础,也可为实现高效的水环境治理提供科学依据.     

湟水河流域水质时空变化特征及其污染源解析

基于2012—2014年水质数据,综合应用多元统计分析与一维水质模型(Qual2Kw),系统分析了湟水河水质时空变化及其污染物来源.结果表明:湟水河河流水质主要受化学需氧量、生化需氧量、铜、六价铬、水温、溶解氧、总氮、氨氮等8项水质指标影响,且氨氮和总氮污染严重;湟水河水质时间上可划分为3个时段:时段1(6—10月)、时段2(5月和11月)和时段3(12月—4月),时段1水质明显优于时段2和时段3,湟水河水体受工业生活排放污水的影响显著,面源污染对河流水质的影响低于点源污染;空间上可分为3大区段:湟水河上游、中游和下游,中游西宁市段污染较重;基于Qual2Kw模型的污染物贡献比例计算结果揭示了湟水河民和桥断面的氨氮负荷主要来源于扎马隆(S2)-西钢桥(S3),总氮主要来源于报社桥(S5)-小峡桥(S6),其中支流点源是氨氮的主要污染源,普通点源即城镇生活污水和工业废水排放是总氮的主要污染来源,上游干流农田地表径流、畜禽养殖废水、农村生活污水等污染源氨氮、总氮排放也不容忽视.研究结果可以为湟水河流域水环境管理提供科学依据.     

基于APCS-MLR模型的沱河流域污染来源解析

水污染来源的精准识别一直是水环境管理的热点和难点问题,为了解沱河流域水质特征与污染来源,该研究基于16个监测点位月尺度水质数据,采用绝对主成分-多元线性回归（APCS-MLR）模型,解析污染来源及其主要贡献.结果表明:①COD是年度超标因子,总磷和氟化物在部分月份超标,水质从汛期至11月较差.②城镇生活与城市径流是影响沱河水质的主要驱动因子,其方差贡献率达24.7%,其次为环境背景值、农村生活源、畜禽养殖业+河道内源和种植业源,其方差贡献率分别为19.6%、9.9%、8.8%和7.6%.③从最主要的超标因子COD来看,城镇生活与城市径流是主要污染源,贡献率达60%;从总氮、总磷和氨氮指标来看,种植业、农村生活和畜禽养殖业为主要污染源,总计贡献率分别为56%、54%和57%.研究显示,加快污水管网的建设完善,控制城镇污染物的排放、收集和处理是沱河水质达标的当务之急,应重点加强对农田径流和畜禽养殖污染的有效管控.      

武汉市城区降雨径流污染负荷对受纳水体的贡献

通过连续3年对武汉市汉阳城区降雨径流污染的监测研究,考察了降雨径流污染对受纳水体的贡献.结果表明,城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占有很大的比例,是引起城市水环境质量恶化的主要原因之一.在城市集水区尺度上,3个没有实施截污工程的雨、污合流制集水区降雨径流输出的TSS、COD、TN和TP分别占集水区总污染负荷的59.4%、26.3%、11.2%和10.1%.采取截流措施,控制初期径流污染是合流制城区降雨径流污染控制的关键.     

上海市水质综合评价方法研究

针对上海市地表水污染特征,提出了一种新的水质综合评价方法--综合水质指数法。方法可对水体进行定性评价和达标判定,并可评价各指标的污染负荷率,筛选主要污染因子。方法选择溶解氧(水温)、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷等5项指标作为评价参数,评价结果能较为合理的反映以氮、磷为主要污染物的城市水环境质量及污染特征。     

大清河小流域城郊型面源污染现状与对策研究

文章以昆明市主要排污河道之一的大清河入滇池的小流域为研究对象,针对小流域范围内城郊型面源污染状况,通过详细的问卷调查和实地采样分析,初步得出研究区污染物产生的来源、产生特点和发生量。结果表明:生活污水排放、地表径流产污、农田排水是该研究区氮、磷污染物排放的三大来源;其中,总氮排放量有54.7%来源于生活污水,25.9%来源于农田化肥流失;总磷排放量有61.5%来源于生活污水,24.8%来源于地表径流。滇池周边地区面源污染物来源和特征有别于滇池全流域的各污染类型比值,面源污水已成为城郊区面源污染物的主要来源,是控制之要点。因地制宜,就地处理城郊型的农村生活污水,科学平衡施肥,降低地表径流排污浓度,是城郊型滨湖带小流域面源污染治理成功的关键。     

黄河流域(青海段)氮时空分布特征及其来源解析

青海省作为黄河发源区,其境内干支流水质对整个黄河流域和北方地区具有十分重要的战略意义.为深入了解黄河流域(青海段)氮污染特征,采集黄河干流流域、湟水河流域、大通河流域共30个断面不同水期的水样进行监测,系统分析氮时空分布特征,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明：(1)该区域水体TN浓度在0.33～13.50 mg/L之间,平均值为3.40 mg/L,表现为湟水河流域>大通河流域>黄河干流流域,各形态氮浓度表现为NO₃^--N>TON>NH₄⁺-N>NO₂^--N.(2)各流域TN浓度最高均为丰水期,但枯水期和平水期各不相同,氮形态分布也不同,说明氮污染来源可能存在差异.(3)相关性分析显示,TN与TON、NO₃^--N具有较好的同源性;SIAR模型分析显示,各污染源对NO₃^--N的贡献率表现为土壤源>凋落物源>...